DE10050197A1 - Verfahren und Vorrichtung zur Erkennung eines Druckverlustes von Reifen in Kraftfahrzeugen - Google Patents

Abstract

Beschrieben ist ein Verfahren zur Erkennung eines Druckverlustes von Reifen in einem Kraftfahrzeug durch Auswertung von sensorisch bestimmten Radgeschwindigkeiten, worin die Druckverlusterkennungsmethode darauf basiert, einen hohen Druckverlust oder einen Totaldruckverlust anhand einer Verringerung der Winkelgeschwindigkeit bzw. einer Erhöhung des dynamischen Abrollradius r¶d¶ bei einem oder mehreren Rädern zu erkennen. DOLLAR A Ferner wird eine Vorrichtung zum Steuern der Bremskraft und/oder der Fahrdynamik und zum Messen des Drucks von Fahrzeugreifen beschrieben, bei der ein Mikrorechner, der mit Raddrehzahlsensoren und gegebenenfalls zusätzliche Fahrdynamiksensoren verbunden ist, das vorstehend beschriebene Verfahren und ein an sich bekanntes Verfahren zur Regelung der Bremskraft und/oder Fahrdynamik bearbeitet.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren gemäß Oberbegriff von Anspruch 1 und eine Vorrichtung zur Bestimmung des Reifen­ drucks, gemäß Oberbegriff von Anspruch 12.

Kraftfahrzeuge, die mit einem elektronischen System zur Re­ gelung der Fahrdynamik, wie beispielsweise ABS, ASR oder ESP ausgestattet sind, weisen üblicherweise eine Einrichtung zur Messung der Winkelgeschwindigkeit der Fahrzeugräder auf. Ei­ ne Messung der Winkelgeschwindigkeit der Fahrzeugräder kann insbesondere mit Hilfe von aktiven Raddrehzahlsensoren er­ folgen. Es ist bereits bekannt, daß sich zur Reifendruckver­ lusterkennung die Beobachtung einer Änderung in der Winkel­ geschwindigkeit der Räder eignet.

Die bekannten Systeme zur Erkennung eines Druckverlusts ge­ hen praktisch immer davon aus, daß bei sich verringerndem Druck ein Ansteigen der Raddrehzahl bzw. ein Absinken des dynamischen Radradius resultiert.

Zur Erfassung der Raddrehzahlinformationen speichern einige Systeme die aktuelle Radgeschwindigkeit zunächst in einem Speicher ab und werten diese zu einem späteren Zeitpunkt aus. Gegenüber Systemen, die keine Speicherung der Daten vornehmen, kann vorteilhafterweise aus dem Verlauf der Rad­ geschwindigkeiten auf die aktuelle Fahrsituationen geschlos­ sen werden, so daß, was für eine ausreichende Genauigkeit der Druckverlusterkennung nötig ist, den Reifendruckverlust überlagernde Schwankungen der Radwinkelgeschwindigkeiten aus den Daten entfernt werden können.

Praktisch allen bekannten Reifendruckerkennungssystemen ist gemeinsam, daß dem Erkennungssystem zunächst mitgeteilt wer­ den muß, wann der gewünschte Nenndruck P₀ der montierten Rä­ der eingestellt ist. Dieser Ausgangszustand für die Reifen­ druckerkennung kann dem elektronischen System beispielsweise mittels eines Reset-Schalters, der vom Fahrzeugnutzer ge­ drückt werden muß, mitgeteilt werden. Tritt nach einer be­ stimmten Zeit ein Druckverlust an einem oder mehreren Rädern auf, verringert sich der Reifendruck des betreffenden Rades um die Druckdifferenz ÄP. Als Folge des Druckverlustes än­ dert sich der dynamische Abrollradius des betreffenden Rades in einer vom Reifen abhängigen charakteristischen Weise. Wie bereits weiter oben erwähnt, wird üblicherweise bei bekann­ ten Druckverlusterkennungssystemen dann auf einen Druckver­ lust erkannt, wenn sich der dynamische Abrollradius des be­ treffenden Rades um einen bestimmten Minimalwert verringert hat, wodurch sich die Raddrehzahl erhöht.

Es wurden bereits zahlreiche Verfahren zur Erkennung eines Druckverlustes durch Auswertung der Radgeschwindigkeit vor­ geschlagen. Bekannte Verfahren zur Druckverlusterkennung auf Basis von Raddrehzahlinformationen beschäftigen sich häufig mit dem Problem, die Druckverlusterkennung noch zuverlässi­ ger und genauer durchzuführen. Die Schwierigkeit, eine Druckverlusterkennung mit hoher Genauigkeit durchzuführen besteht darin, eine Änderung des dynamischen Abrollradius aufgrund eines Druckverlustes von Änderungen des dynamischen Abrollradius zu unterscheiden, die u. a. durch dynamische Fahrsituationen, insbesondere Kurvenfahrt, Beschleunigung, Verzögerung usw., und Fahrbahneffekte (Schlaglöcher, ver­ schiedene Reibwerte) hervorgerufen werden können und in der Regel größer sind, als der Einfluß eines Druckverlustes auf den dynamischen Abrollradius (Störeffekte).

Eine Druckverlusterkennung mit hoher Erkennungsgenauigkeit auch bei dynamischen Fahrmanövern ist in der Deutschen Pa­ tentanmeldung 199 61 681 ein Verfahren vorgeschlagen worden. Hier werden zusätzliche physikalische Daten, wie beispiels­ weise Gierrate, Beschleunigung, Bremsenbetätigung, Motormo­ ment usw. in den Erkennungsalgorithmus zur Druckverluster­ kennung einbezogen, so daß eine Druckverlusterkennung auch während dynamischer Fahrmanöver (Kurvenfahrt, Beschleunigen, Abbremsen usw.) durchführbar ist.

In der DE 197 21 480 A1 ist ein in ein elektronisches Anti­ blockiersystem (ABS) integriertes Druckverlusterkennungsver­ fahren beschrieben, bei dem nach Auslösen des Reset- Schalters, wenn der Nenndruck der Räder eingestellt ist, zu­ nächst eine zeitlich begrenzte Lernphase durchlaufen wird, in der ein Mikrocontroller unter Berücksichtigung der Fahr­ situation Radwinkelgeschwindigkeiten verfolgt und aus dem zeitlichen Verlauf der aus den Radwinkelgeschwindigkeiten gebildeten Referenzwerte obere und untere Grenzwerte (G₁ und G₂) festlegt. Im Anschluß an die Lernphase beginnt eine Ver­ gleichsphase, in der überprüft wird, ob die aktuell bestimm­ ten Referenzwerte innerhalb des durch die gelernten Grenz­ werte definierten Bereichs liegen.

Das Verfahren berücksichtigt die aktuelle Fahrsituation, in­ dem während der Lernphase und während der Vergleichsphase Referenzwerte während ungeeigneter, dynamischer Fahrsitua­ tionen ausgeschlossen werden.

Bekannte Verfahren erkennen einen Druckverlust im Reifen demnach anhand eines Anstiegs der Winkelgeschwindigkeit bzw. eines Abfalls des dynamischen Abrollradius bei einem oder mehreren Rädern. Die Qualität der Erkennung ist allerdings vielfach nicht sicher genug, da das Kriterium zur Erkennung auf einer vergleichsweise geringen Änderungen der Raddreh­ zahl beruht und die Raddrehzahl durch eine Vielzahl uner­ wünschter Effekte um ein größeres Maß als der zu messende Effekt beeinflußt wird.

Aufgabe der vorliegende Erfindung ist es, ein Verfahren zur Erkennung eines Druckverlusts auf Basis von Raddrehzahlsi­ gnalen vorzuschlagen, welches gegenüber unerwünschten Effek­ ten, wie beispielsweise Änderungen der Raddrehzahl aufgrund einer Kurvenfahrt, unempfindlicher ist, als bekannte Verfah­ ren.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch ein Verfah­ ren gemäß Anspruch 1 und eine Vorrichtung gemäß Anspruch 12.

Die vorliegende Erfindung basiert auf dem Prinzip der Erken­ nung eines Druckverlusts anhand eines Abfalls der Winkelge­ schwindigkeit bzw. eines Anstiegs des dynamischen Abrollra­ dius bei einem oder mehreren Rädern.

Die Druckmessung erfolgt in an sich bekannter Weise durch Auswertung von sensorisch bestimmten Winkelgeschwindigkeiten aller Räder des Kraftfahrzeugs oder Auswertung von Informa­ tionen, die die Winkelgeschwindigkeiten auf Basis von Zei­ tintervallen angeben.

Bei dem Erkennungsverfahren gemäß der Erfindung wird der überraschende Effekt ausgenutzt, daß wenn ein Reifen soviel Druck verloren hat, daß der Reifen im wesentlichen auf der Notlauffläche abrollt, dieser einen Anstieg des dynamischen Abrollradius, also ein detektierbare Absinken der Radge­ schwindigkeit zeigt.

Vorzugsweise besitzt das Rad eine innerhalb des Reifenman­ tels angeordnete Notlauffläche, insbesondere handelt es sich um ein Runflat-Rad mit einer auf der Felge angeordneten Not­ lauffläche.

Erfindungsgemäß bevorzugt kann die Erkennung des Anstiegs des dynamischen Abrollradius eines Rades entweder dadurch erfolgen, daß
V1) überprüft wird, ob ein fest vorgegebener oder eingelern­ ter Sollwert durch den gemessenen dynamischen Abrollradius überschritten wird oder
V2) überprüft wird, ob der dynamische Abrollradius ansteigt, nachdem dieser zuvor abgefallen ist.

Das Verfahren V2), welches ganz besonders bevorzugt ist, kann auch ein mit den weiter unten beschriebenen Verfahren Prog A und Prog B kombiniertes Verfahren sein. Beispielswei­ se läßt sich ein zunächst schwaches Absinken des dynamischen Abrollradius als Folge eines Druckverlusts vor dem Aufsetzen des Reifenmantels auf den Notlaufkörper (Zeitpunkt des Be­ ginns des Pannenlaufs) zunächst mit den Verfahren Prog A und Prog B feststellen. Steigt danach der dynamische Abrollradi­ us stark an, so liegt Pannenlauf vor.

In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform wird verfah­ rensgemäß auf einen Reifendruckverlust ausschließlich er­ kannt, indem überprüft wird, ob die Winkelgeschwindigkeit bzw. der dynamische Abrollradius des betrachteten Rades um mehr als einen vorgegebenen Schwellenwert angestiegen ist.

Erfindungsgemäß kommen als geeignete Räder für das Kraft­ fahrzeug beispielsweise herkömmliche Reifen mit Standardfel­ ge oder bevorzugt Reifen mit Notlaufeigenschaften, insbeson­ dere Runflat-Räder mit Notlauffläche oder Runflat-Reifen mit für den Notlauf verstärkter Seitenwand, zum Einsatz. Beson­ ders bevorzugt werden Runflat-Räder mit einer Notlauffläche, die auf der Felge angeordnet ist, eingesetzt.

Zur Erzeugung eines Geschwindigkeitsmusters kann die Not­ lauffläche in einem Runflat-Rad oder -Reifen in der Weise modifiziert sein, daß während der Drehung des Reifens im Pannenlauf während der Fahrt ein definiertes Geschwindig­ keitsmuster erzeugt wird.

Ein Runflat-Rad, welches bevorzugt gemäß dem Verfahren der vorliegenden Erfindung einsetzbar ist, wird in der DE 199 08 701.6 beschrieben. Die Notlauffläche gerät bei dem beschrie­ benen Reifentyp dann mit der Innenseite des Reifens in Kon­ takt, wenn der Reifendruck nicht mehr ausreicht, die auf den Reifen einwirkende Last zu tragen.

Die vorliegende Erfindung betrifft in einer bevorzugten Aus­ führungsform auch ein Verfahren zur Erkennung eines Druck­ verlusts von Reifen in einem Kraftfahrzeug während der Fahrt, welches zur Bestimmung eines vergleichsweise gering­ fügigen Abfall des Reifendrucks unterhalb eines definierba­ ren Schwellenwertes (kritischer Reifendruck) geeignet ist, welches parallel bzw. quasiparallel zu dem zuvor beschriebe­ nen Verfahren ausgeführt wird. Dieses weitere Verfahren ba­ siert auf einer an sich bekannten Erkennung eines Druckver­ lusts auf Basis einer Erhöhung der Radgeschwindigkeit.

Vorzugsweise sind daher weitere Teilverfahren vorgesehen, die jeweils für sich ein getrennt funktionsfähiges Verfahren zum Messen des Drucks in einem Fahrzeugreifen bzw. zum Er­ kennen eines kritischen Reifendrucks darstellen.

Die Schritte des oder der weiteren Teilverfahren werden er­ findungsgemäß parallel bzw. quasiparallel ausgeführt. Die parallel bearbeiteten Teilverfahren können durch einen Mikrorechner abgearbeitete Computerprogramme sein. Handelt es sich bei den Teilverfahren beispielsweise um Un­ terprogramme, so können diese Unterprogramme in eine Haupt­ schleife eines Betriebsprogramms so eingearbeitet sein, so daß sie während der Abarbeitung der Hauptschleife nacheinan­ der aufgerufen werden. Es ist auch möglich, daß die Arbeits­ zeit eines Mikrorechner, die den Teilverfahren zur Verfügung gestellt wird, zwischen den einzelnen Programmteilen oder nach einem Zeitschema "Interruptgesteuert" aufgeteilt wird. Unter einer quasiparallelen Bearbeitung wird gemäß der Er­ findung verstanden, wenn eine der vorstehend beschriebenen Verfahrensweisen vorliegt.

Alle Teilverfahren sind bevorzugt so gestaltet, daß sie nach Erkennung eines Druckverlusts ein Signal beispielsweise über eine Leitung oder aber über ein Datenregister abgeben, wel­ ches die Information "Druckverlust" enthält. Selbstverständ­ lich können dabei auch noch zusätzliche Signale, die eine Information zur Identifikation des Teilverfahrens beinhal­ ten, über diese Leitung oder über ein weiteres Datenregister mitübertragen werden.

In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung werden parallel bzw. quasiparallel ein erstes weiteres und ein zweites weiteres Teilverfahren ausgeführt.

Die Teilverfahren erzeugen vorzugsweise aus den Winkelge­ schwindigkeiten oder aus Informationen, die die Winkelge­ schwindigkeiten auf Basis von Zeitintervallen angeben, eine oder mehrere Referenzgrößen. Die Werte der Referenzgröße werden zweckmäßigerweise daraufhin überprüft, ob obere und untere Grenzwerte G₁, G₂ überschritten werden, wobei das zweite Teilverfahren insbesondere Grenzwerte ^BG₁, ^BG₂ besitzt, die einen engeren Bereich definieren, als die Grenzwerte ^AG₁, ^AG₂ des ersten Teilverfahrens, so daß ^BG₁ < ^AG₁ und ^BG₂ < ^AG₂ ist.

Vorzugsweise werden die Schwellenwerte ^AG₁ und ^AG₂ im ersten weiteren Teilverfahren so gewählt, daß eine Warnung über ei­ nen Druckverlust bei einem Restdruck von etwa 1,0 bis 1,4 bar ausgegeben wird. Die Schwellenwerte ^BG₁ und ^BG₂ im zweiten weiteren Teilverfahren werden bevorzugt so gewählt, daß eine Warnung auf Druckverlust bereits bei einem Restdruck von et­ wa 1,5 bis 2,0 bar erfolgt.

Das erste weitere Teilverfahren spricht vorzugsweise nur bei einem vergleichsweise hohen Druckverlust an. Dieses Teilver­ fahren ist daher für Fahrmanöver vorgesehen, die eine hohe Dynamik aufweisen. Der Begriff "dynamisches Fahrmanöver" wird im nachfolgenden Absatz beschrieben. Das zweite Teil­ verfahren spricht bevorzugt bereits bei einem geringen Druckverlust an und ist aufgrund der höheren Empfindlichkeit nur während Fahrmanövern mit geringerer Dynamik einsetzbar. Das zweite Teilverfahren ist so ausgelegt, daß die Weiter­ meldung der Information "Druckverlust" bei engen Kurven bzw. starker Beschleunigung unterdrückt wird. Das erste Teilver­ fahren eignet sich dagegen zur Druckverlusterkennung bereits bei unruhigeren (dynamischen) Fahrmanövern.

Unter dem Begriff "dynamisches Fahrmanöver" wird im Sinne der Erfindung ein Fahrmanöver verstanden, bei dem nur bis zu einem gewissen Mindestmaß ein Einfluß der Fahrbedingung auf den dynamischen Abrollumfang bzw. den dynamischen Abrollra­ dius stattfindet. Dies ist im allgemeinen dann der Fall, wenn auf das Fahrzeug geringe Beschleunigungskräfte, wie Querbeschleunigung Q, Längsbeschleunigung L oder Gierrate ∅, wirken.

Unter dem Begriff "wenig dynamisches Fahrmanöver" wird im Sinne der Erfindung verstanden, wenn kein dynamisches Fahr­ manöver, wie oben beschrieben, vorliegt. Dies ist vorzugs­ weise dann der Fall, wenn Q kleiner oder gleich etwa 0,3 g, L kleiner oder gleich etwa 0,3 g und ∅ kleiner oder gleich etwa 7°/s ist. Liegt mindestens eine der aufgeführten Grö­ ßen oberhalb der vorstehend angegebenen Grenzwerte, so liegt bevorzugt ein dynamisches Fahrmanöver vor.

Die beiden weiteren Teilverfahren unterscheiden sich beson­ ders bevorzugt dadurch, daß das zweite Teilverfahren einen engeren Grenzwertbereich besitzt, als das erste Teilverfah­ ren. Enthalten die Teilverfahren Schritte zur Abfrage bzw. Überwachung von Beschleunigungsdaten, so wird im allgemeinen die Lernphase und/oder die Vergleichsphase bei Überschreiten der Beschleunigungswerte von festgelegten Schwellenwerten abgebrochen, so daß die beiden jeweiligen im Verfahrens­ durchlauf aufgenommenen Referenzwerte nicht berücksichtigt werden.

Ganz besonders bevorzugt unterscheidet sich das erste Teil­ verfahren von dem zweiten Teilverfahren zusätzlich dadurch, daß bei dem ersten Teilverfahren eine Berücksichtigung der bestimmten Referenzwerte nur bei wenig dynamischen Fahrsi­ tuationen erfolgt, wogegen eine Berücksichtigung der Refe­ renzwerte bei dem zweiten Teilverfahren auch während dynami­ scher Fahrmanöver erfolgt. Das heißt, daß während wenig dy­ namischer Fahrmanöver beide Teilverfahrens gleichzeitig ak­ tiv sind und während dynamischer Fahrmanöver nur das zweite Teilverfahren.

Vorzugsweise wird das zweite Teilverfahren nur so lange aus­ geführt, bis mindestens ein Beschleunigungswert umfassend die Längsbeschleunigung und Querbeschleunigung einen Wert aufweist, der kleiner oder gleich 0,15 g ist, wobei g für die Erdbeschleunigung steht bzw. die Gierrate einen Wert von kleiner oder gleich etwa 3°/s aufweist. Das Ausblenden bzw. das Abschalten eines Teilverfahrens kann entweder dadurch erfolgen, daß der Algorithmus für das Teilverfahren durch das Hauptprogramm in Abhängigkeit von der Fahrsituationen aufgerufen wird oder in einem Teilverfahren selbst eine Überprüfung der Fahrbedingungen vorgenommen wird.

Neben den zuvor beschriebenen Verfahren zur Druckbestimmung kann bevorzugt ein drittes weiteres geschwindigkeitsab­ hängigen Teilverfahrens, welches ein Geschwindigkeitsmuster des Raddrehzahlverlaufs erkennt, durchgeführt werden. Das geschwindigkeitsabhängige Teilverfahren erkennt das Ge­ schwindigkeitsmuster, welches durch eine speziell beschaffe­ ne Notlauffläche erzeugt wird.

Die vorstehend erwähnte, speziell beschaffene Notlauffläche eines Runflat-Rades, weist auf der Oberfläche vorzugsweise Kavitäten auf, welche während des Abrollens der Notlaufflä­ che auf einer Fahrbahn eine für den Notlaufzustand charakte­ ristische Schwingung erzeugen. Diese Schwingung ist anhand des Geschwindigkeitsverlaufs des Rades erkennbar und somit mittels Raddrehzahlsensoren meßbar.

Erfindungsgemäß bevorzugt ist ein erstes weiteres Teilver­ fahren (Prog A) mit einem Ansprechen bei hohem Druckverlust, ein zweites weiteres Teilverfahren (Prog B) mit einem An­ sprechen bei geringerem Druckverlust und ein drittes weite­ res parallel bzw. quasiparallel ausgeführtes Teilverfahren (Prog S) vorgesehen, welches anspricht, wenn bei einem Fahr­ zeugreifen mit einer speziell beschaffenen Notlauffläche ein Geschwindigkeitsmuster erkannt wird, welches charakteri­ stisch für einen Reifendruckverlust ist.

Mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens kann sicher erkannt werden, zu welchem Zeitpunkt ein Kontakt zwischen Notlauf­ fläche und Reifenmantel (Pannenlauf) eingetreten ist. Eine Warnmeldung, die auf dem erfindungsgemäß berücksichtigtem Effekt des Anstiegs des dynamischen Abrollradius beruht, ist vergleichsweise sicher und zuverlässig, da es sich nicht um eine Relativmessung, wie bei herkömmlichen Druckverluster­ kennungsverfahren handelt. Es ist daher möglich, zusätzliche Signale oder Instruktionen ausgehend von dem Ereignis des Pannenlaufs zu generieren. So kann beispielsweise eine Rest­ laufstrecke für den Reifen im Pannenlauf angezeigt werden. Vorzugsweise werden daher gemäß der Erfindung Restlaufstrecken für die Reifen im Pannenlauf angezeigt. Die Restlauf­ strecken können insbesondere abhängig vom Reifentyp sein.

Vorzugsweise wird das Verfahren gemäß der Erfindung zum Mes­ sen des Drucks von Fahrzeugreifen innerhalb eines Verfahrens zur Regelung der Bremskraft und/oder der Fahrdynamik (ABS, ASR, ESP) ausgeführt.

Die Ausgänge der Teilverfahren, die eine Informationen über einen Druckverlust enthalten, sind vorzugsweise zu einem ge­ meinsamen Ausgang ODER-verknüpft. Dieser Ausgang kann bei­ spielsweise mit einer Warnlampe im Armaturenbrett verbunden sein.

Da das erfindungsgemäße Verfahren lediglich Einrichtungen benötigt, die ohnehin in einem üblicherweise eingesetzten ABS, ASR oder ESP System vorhanden sind, läßt sich dieses auf vorteilhafte Weise in ein solches System kostengünstig integrieren.

Die Erfindung betrifft daher auch eine Vorrichtung zum Steu­ ern der Bremskraft und/oder der Fahrdynamik und zum Messen des Drucks von Fahrzeugreifen, welche dadurch gekennzeichnet ist, daß ein Mikrorechner, der mit Raddrehzahlsensoren und gegebenenfalls zusätzliche Fahrdynamiksensoren verbunden ist, ein vorstehend beschriebenes erfindungsgemäßes Verfah­ ren und ein an sich bekanntes Verfahren zur Regelung der Bremskraft und/oder Fahrdynamik bearbeitet.

Nachfolgend wird das erfindungsgemäße Verfahren anhand eines Ausführungsbeispiels und den Figuren näher erläutert.

Es zeigen

Fig. 1 eine schematische Darstellung eines Verfahrens zur Druckverlusterkennung mit mehreren Teilverfahren,

Fig. 2a ein Diagramm mit den zeitlichen Verlauf eines aus dem Radsignalen gebildeten Referenzwertes,

Fig. 2b ein weiteres Diagramm mit einem zeitlichen Verlauf eines aus dem Radsignalen gebildeten Referenzwertes zuzüg­ lich eingezeichneter Grenzwerte zur Druckbestimmung nach der an sich bekannten Methode,

Fig. 3 ein Diagramm mit dem Verlauf des dynamischen Radradius r_d in Abhängigkeit vom Reifendruck P und

Fig. 4 die schematische Darstellung eines Schnittbilds eines Runflat-Rads mit Notlauffläche auf der Felge.

In Fig. 1 ist ein Beispiel für ein bevorzugtes Verfahren ge­ mäß der Erfindung mit drei bzw. vier quasiparallel ausge­ führten Teilverfahren Prog A, Prog B, Prog V bzw. Prog S dargestellt. Die vorliegende Erfindung bezieht sich insbe­ sondere auf das Teilverfahren Prog V.

Durch einen Anschluß Reset können die Teilverfahren in Fig. 1 in einen Ausgangszustand zurückgesetzt werden. Leitung In­ put symbolisiert den Anschluß für die Signale der vier Rad­ drehzahlsensoren des Kraftfahrzeuges. Die Teilverfahrens be­ sitzen Ausgänge 2, die durch eine Verknüpfungselement OR zu einem gemeinsamen Ausgangssignal 3 zusammengefaßt sind. Bei dem Verknüpfungselement OR handelt es sich um eine ODER- Verknüpfung. Der Ausgang 3 kann mit einer Warnlampe 4 ver­ bunden sein.

Die in Fig. 1 dargestellte Einheit 1 umfaßt die Teilverfah­ ren Prog A und Prog B. Mit Einheit 1 läßt sich dem zugrunde­ liegenden Prinzip nach an sich bekannte Druckverlusterken­ nung praktisch bei allen Reifentypen (Standardreifen, Run­ flat-Räder) durchführen. Die Teilverfahren Prog V, Prog S sind insbesondere für Spezialreifen, wie Reifen mit einer Erzeugungseinrichtung für ein Geschwindigkeitsmuster oder Reifen mit einer Notlauffläche geeignet.

Teilverfahren Prog V dient zur Erkennung eines Geschwindig­ keitsmusters im Raddrehzahlverlauf. Teilverfahren Prog S dient zur Erkennung eines Anstiegs des dynamischen Radradi­ us. Beide letztgenannte Teilverfahren stellen wie die Teil­ verfahrens Prog A und Prog B für sich getrennt funktionsfä­ hige Verfahren zur Erkennung eines Druckverlusts von Reifen in einem Kraftfahrzeug dar. Die Teilverfahren Prog 5 und Prog V sind gegenüber dynamischen Fahrsituationen ver­ gleichsweise unempfindlicher.

Wie weiter unten noch im einzelnen beschrieben wird, kann, wie in Fig. 2b dargestellt, das Teilverfahren Prog A so ge­ staltet sein, daß grobe Schwellen durch Werte ^AG₁ und ^AG₂ wäh­ rend der Lernphase festgelegt werden, so daß ein Abschluß der Lernphase vergleichsweise schnell nach dem Rücksetzen durch Drücken der Reset-Taste beim Auffüllen der Reifen auf den Ausgangs-Nenndruck erfolgen kann. Auch wenn nach dem Auffüllen der Reifen ausschließlich so gefahren wird, daß das Fahrzeug sich für eine lange Zeit in dynamischen Fahrzu­ ständen befindet, kann das Lernverfahren bereits nach einer Zeit von vorzugsweise weniger als etwa eine Minute beendet werden.

Beschreibung der Verfahrensschritte von Prog V (Verfahren gemäß der Erfindung)

Die Arbeitsweise von Prog V wird anhand der Fig. 3 und 4 näher erläutert. Sind auf dem Kraftfahrzeug Runflat-Räder 9 montiert, so sinkt in Abhängigkeit vom Reifendruck der dyna­ mische Abrollradius r_d zunächst wie bei einem gewöhnlichen Reifen ab (Bezugszeichen 7). Ist der Druckverlust so hoch, daß die in einem Runflat-Rad vorhandene Notlauffläche 10 den Mantel 11 des Reifens berührt, so steigt der dynamische Ab­ rollradius stark an (Bezugszeichen 8).

Das Verfahren Prog V führt eine Überprüfung auf ein Absinken der Umlaufgeschwindigkeit der Räder durch, welches eine Fol­ ge des Anstiegs des dynamischen Abrollradius r_d ist.

Die Methode zur Erkennung mittels Geschwindigkeitsänderungen der Räder in Verfahren Prog V kann bei bestimmten Reifenty­ pen erheblich unempfindlicher sein, als bei den weiter unten im Detail beschriebenen Verfahren Prog A und Prog B. Bei diesem Verfahren ist es bereits ausreichend, die einzelnen Radgeschwindigkeiten beziehungsweise reziproken Radgeschwin­ digkeiten (Zeitwerte) direkt auf das Überschreiten (Unterschreiten) von fest vorgegebenen Grenzwerten, die vom eingesetzten Reifentyp abhängig sind, zu überwachen. Zweck­ mäßigerweise müssen diese Grenzwerte nicht in einem Lernver­ fahren, wie weiter unten beschrieben, im System eingelernt werden sondern es ist möglich, fest abgelegte reifentypab­ hängige Grenzwerte in einer Datenbank zu speichern.

Beschreibung der Verfahrensschritte von Prog A (erstes wei­ teres Teilverfahren) Schritt A1

Aufnehmen der Winkelgeschwindigkeiten mittels Radsensoren der Räder w₁, w₂, w₃ und w₄, wobei mit w₁ das rechte Vorder­ rad, mit w₂ das linke Vorderrad, mit w₃ das rechte Hinterrad und mit w₄ das linke Hinterrad bezeichnet ist. Statt einem Wert für die Winkelgeschwindigkeit w kann auch bevorzugt ei­ ne zeitliche Größe T als Maß für die Radgeschwindigkeit ver­ wendet werden, insbesondere kann eine Synchronisation auf eine Sensorflanke erfolgen. Dies bietet den Vorteil einer erhöhten Genauigkeit bei der Bestimmung der Radgeschwindig­ keiten.

Schritt A2

Ermitteln von Vergleichswerten (Lernphase) durch die Schrit­ te A2a bis A2g.

Schritt A2a

Bildung von Referenzwerten nach der Formel

Ref_i = (w_k+w_l)/(w_m+W_n)

aus aktuellen Werten von w (bzw. bevorzugt einer Zeit T), die nach dem Verfahren unter Punkt 1 bestimmt wurden, wobei i = 1. . .3 und die w_i bei jedem Referenzwert unterschiedliche Räder bezeichnen.

In den Fig. 2a und 2b ist ein Beispiel für einen Verlauf von Ref₁ = (w_k+w_l)/(w_m+w_n) in Abhängigkeit von der Zeit t dar­ gestellt, wobei k = vorne links, l = hinten rechts, m = vor­ ne rechts und n = hinten links sind. Der Verlauf von Kurve 5 oder 6 gibt Aufschluß über Abweichungen des dynamischen Ab­ rollradius bei einem Druckverlust. Würden alle Räder bei Idealbedingungen die gleiche Winkelgeschwindigkeit haben, so betrüge der Wert des Referenzwertes Ref₁ = 1. Bei einem Druckverlust weicht der Referenzwert um einen bestimmten Be­ trag vom Wert 1 ab. Der Verlauf von Ref₁ ist allerdings um einen wesentlich größeren Betrag von den aktuellen Fahrbe­ dingungen, wie beispielsweise Fahrbahnbeschaffenheit, Be­ schleunigung oder Kurvenfahrt abhängig.

Schritt A2b

Prüfung, ob die Fahrbedingungen bzw. die Fahrsituation in einem zulässigen Bereich liegt. Wenn eine Fahrbedingung vor­ liegt, die ein Bilden der Referenzwerte als nicht sinnvoll erscheinen läßt, beispielsweise wenn die Längsbeschleuni­ gung, die Querbeschleunigung oder die Radbeschleunigung be­ stimmte Schwellenwerte überschreitet, so wird das Teilver­ fahren nicht weitergeführt.

Schritt A2c

Erzeugung von gefilterten Referenzwerten Ref_i z. B. mittels eines Tiefpassfilters 1. Ordnung. Die Tiefpassfilterung läßt sich entweder durch Auswertung von gespeicherten Daten von Referenzwerten durchführen oder mittels eines Rekursionsver­ fahrens zur Tiefpassfilterung.

Schritt A2d

Speichern von Ober- und Untergrenzen der gefilterten und un­ gefilterten Referenzwerte _iRef^Max und _iRef^Min und Erzeugung ei­ nes Mittelwertes Ref^M aus den zurückliegenden Daten bzw. re­ kursive Erzeugung eines Mittelwertes.

Schritt A2e

Wiederholen der Schritte A1 bis A2d solange, bis die Anzahl der ermittelten Referenzwerten einen Wert N (N < 1, vorzugs­ weise N < 5) erreicht hat und Überprüfung, ob die Differenz von _iRef^Max und _iRef^Min einen bestimmten Schwellenwert nicht überschreitet. Ist dieser Schwellenwert überschritten, so wird das Teilverfahren neu begonnen.

Schritt A2f

Speichern von oberen und unteren Grenzwerten _iG₁, _iG₂ in Ab­ hängigkeit von den im zurückliegenden Zeitraum ermittelten Referenzwerten (Lernphase), wobei bevorzugt zur Bildung der Grenzwerte ein Offsetwert zum Mittelwert Ref^M hinzuaddiert bzw. subtrahiert wird.

Schritt A2g

Fortsetzung der Programmausführung im Programm­ teil "Vergleichsphase", welcher unter Punkt 3 beschrieben ist.

Beschreibung der Verfahrensschritte von Prog B (zweites wei­ teres Teilverfahren)

Gegenüber dem unter Punkt 2 beschriebenen Verfahren sind die Verfahrensschritte von Prog A in Prog B auf nachfolgend be­ schriebene Weise abgewandelt. Daß hier beschriebenen Verfah­ ren entspricht weitgehend dem in der DE 197 21 480 A1 bei der Beschreibung von Fig. 2 angegebenen Verfahren, bei dem ein aktuelles Sample mit einem zu einem früheren Zeitpunkt gespeicherten Sample verglichen wird. Das Verfahren Prog B, welches gegenüber Prog A einen erheblich höheren Zeitbedarf hat, kann dann zu einer erfolgreichen Ermittlung von Ver­ gleichswerten führen, wenn das Verfahren gegenüber Prog A unter Punkt 2 zur Ermittlung von Vergleichswerten aufgrund einer dynamischen Fahrsituation nicht geeignet ist.

Schritt B1

Aufnahme der Raddrehzahlsignale der einzelnen Räder. Hierbei kann überprüft werden, ob keine Fahrbedingung vorliegt, die ein Bilden der Referenzwerte als nicht sinnvoll erscheinen läßt. Wenn erkannt wurde, daß eine solche Fahrbedingung vor­ liegt, wird der aktuelle Durchlauf des Verfahrens beendet. Ansonsten erfolgten Übergang zu Schritt B2.

Schritt B2

Aus den gemessenen Raddrehzahlen wird wenigstens wie weiter oben beschrieben mindestens ein Referenzwert der Referenz­ werte Ref₁, Ref₂, Ref₃ gebildet. Auch hier kann, ebenfalls wie weiter oben beschrieben ist, eine Bildung der Referenzwert entweder über Zeitssignale T oder durch Verwendung von Rad­ geschwindigkeiten erfolgen.

Schritt B

Erzeugung eines zusätzlichen Datensatzes aus den ermittelten Referenzwerten durch Tiefpassfilterung. Auch hier kann die Tiefpassfilterung ein rekursives Verfahren sein, welches an einem aktuellen Zeitpunkt nur den zuletzt gefilterte Wert speichert.

Schritt B4

Überprüfung, ob der aktuell ermittelte gefilterte Referenz­ wert größer ist, als der bisher ermittelte Maximalwert der ungefilterten Referenzwerte und gegebenenfalls Speicherung des neuen Maximalwertes. Auf analoge Weise wird auch der mo­ mentan gültige Minimalwert bestimmt. Zusätzlich kann es zweckmäßig sein, auch aus dem ungefilterten Referenzwerten fortlaufend einen Mittelwert, sowie die dazugehörende Stan­ dardabweichung zu ermitteln.

Schritt B5

Überprüfung, ob bereits eine weitere vorgegebene Zahl N von Referenzwerten ermittelt wurde, d. h. ob ein vollständiges Sample von Referenzwerten aufgenommen wurde. Ist dies nicht der Fall, wird der aktuelle Durchlauf des Verfahrens beendet. Andernfalls wird das Verfahren fortge­ setzt.

Schritt B6

Überprüfung, ob der Maximalwert der gefilterte Referenzwerte des aktuell aufgenommenen Samples um nicht mehr als einen vorgegebenen Betrag vom Maximalwert der gefilterten Refe­ renzwerte des zuletzt gespeicherten Sample abweicht. Weiter­ hin wird in diesem Schritt überprüft, ob der Minimalwert der geschilderten Referenzwerten des aktuellen aufgenommenen Sample um nicht mehr als einen vorgegebenen Betrag von dem Minimalwert der geschilderten Referenzwerten des zuletzt ge­ speicherten Sample abweicht. Ansonsten wird das Verfahren wiederholt, bis die Bedingung erfüllt ist.

Schritt B7

Ggf. Überprüfung, ob der Mittelwert der ungefilterten Refe­ renzwerte des aktuellen Samples um nicht mehr als einen be­ stimmten Betrag vom Mittelwert der ungefilterten Referenz­ werte des zuletzt gespeicherten Samples abweicht. Weiterhin erfolgt, wenn es zweckmäßig ist, eine Überprüfung dahinge­ hend, ob der Mittelwert der ungefilterten Referenzwerte des aktuellen Samples zuzüglich sowie abzüglich eines Mehrfachen des Gütemaßes innerhalb der durch den oberen Grenzwert und den unteren Grenzwert gegebenen Schranken liegt. Dieses Mehrfache kann dabei beispielsweise das Vierfache betragen. Ansonsten wird das Verfahren beendet.

Schritt B8

Festlegung eines oberen Grenzwerts, indem zum Maximalwert der gefilterten Referenzwerte des aktuellen Samples ein Offsetwert addiert wird. Ein unterer Grenzwert wird festge­ legt, indem vom Minimalwert der gefilterten Referenzwerte des aktuellen Samples ein Offsetwert subtrahiert wird.

Ergab eine der Überprüfungen, daß die Abweichungen der Werte bei dem aktuellen Samples zu groß waren, erfolgt ein Über­ gang zu Schritt B6, indem die entsprechenden Werte des aktu­ ellen Samples (Mittelwert, Standardabweichung der ungefil­ terten Referenzwerte, Maximalwert und Minimalwert der gefil­ terten Referenzwerte des aktuellen Samples) zum Vergleich mit künftig aufgenommenen Samples abgespeichert werden.

3. Vergleichsphase

Ermitteln von Referenzwerten gemäß Punkt 2a oder B2 und Be­ rechnung nach einer der Formeln

(Formel A) _iG₁ < _iRef < _iG₂ oder

(Formel B) _iG₁ < iRef^Filt < _iG₂,

wobei _iRef^Filt auf an sich bekannte Weise gefilterte Referenz­ werte sein können. Durch Berechnung nach einer der Formeln A oder B kann nach dem erfindungsgemäßen Verfahren überprüft werden, ob ein Druckverlust aufgetreten ist. Liegt ein Druckverlust vor, wird zweckmäßigerweise eine Information über den Druckverlust des Rades ausgegeben. Werden mehrere Referenzwerte gebildet, kann zweckmäßigerweise durch Be­ trachtung der Referenzwerte dasjenige Rad individuell iden­ tifiziert werden, welches den Druckverlust aufweist.

Beschreibung der Verfahrensschritte von Prog S (drittes wei­ teres Teilverfahren)

Das Verfahren Prog S dient zur Erkennung eines Geschwindig­ keitsmusters eines zur Erzeugung eines Geschwindigkeitsmu­ sters geeigneten Spezial-Rades/Reifens. Ein erfindungsgemäße einsetzbares Verfahren ist in der Eingangs erwähnten Druck­ schrift DE 199 08 701.6 beschrieben. Das Rad kann mit einer Notlauffläche ausgerüstet sein, die zur Erzeugung des Ge­ schwindigkeitsmusters modifiziert ist.

Auch bei diesem Verfahren werden die Raddrehzahlsignale der Räder durch das ABS-System detektiert und an die zentrale Recheneinheit weitergeleitet. Die für den Notlaufzustand charakteristische und zur Raddrehzahl proportionale periodi­ sche Schwingung wird von einem auf der Felge 12 abgestürzten Notlaufkörper 10 erzeugt. Der Notlaufkörper besitzt an sei­ ner Notlauffläche 13 eine Vielzahl von Einbuchtungen, die gleichmäßig oder ungleichmäßig über den Umfang verteilt sind.

Gemäß dem Verfahren werden zunächst die Radgeschwindigkeiten innerhalb definierter Zählzeiten aufgenommen. Mit Hilfe der Einbuchtungen werden für den Notlaufzustand charakteristi­ sche separat definierter und zur Raddrehzahl proportionalen periodische Schwingung n-ter Ordnung der Reifenperiode (zum Beispiel n = 13) erzeugt. Werden diese Schwingungen auf den Mittelwert der Raddrehzahl bezogen, so lassen sich Null­ durchgangszeiten des Drehzahl-Ausgangssignales angeben. Bei einem herkömmlichen Reifen sind die Abstände der Nulldurch­ gangszeiten im wesentlichen konstant, wogegen bei dem hier eingesetzten Spezial-Reifen sich deutlich merkbare periodi­ sche Abweichungen von etwa 0,02 Millisekunden ergeben.

Nach dem in diesem Beispiel angegebenen Verfahren wird der Datensatz aus den Nulldurchgangszeiten in Abhängigkeit von der Zeit durch numerische Fourier-Transformation (FFT) ana­ lysiert. Hierdurch wird eine spektrale Leistungsdichte, auf­ getragen über die Frequenz, erhalten.

Anhand der nach der Transformation erhaltenen Daten-Kurve mit der spektralen Leistungsdichte über der Frequenz lassen sich zuverlässig Spitzen ermitteln, die durch die Geschwin­ digkeitsvariation des Spezial-Reifens hervorgerufen sind. Zur Auswertung der Signale werden dann bestimmte vorgegebene Frequenzbereiche des transformierten Signals aufintegriert. Im Anschluß daran werden die ermittelten Integralwerte mit Referenz- und/oder Schwellenwerten verglichen und bei Über­ schreitung einer vorgegebenen Differenz zu den Referenz- und/oder Schwellenwerten ein Warnsignal an eine im Blickfeld des Fahrers angeordnete Warneinrichtung ausgegeben.

Der Schwellenwert, welcher beim Verfahren Prog V zum Einsatz kommt, muß derart groß gewählt werden, daß ein Anstieg der Radgeschwindigkeiten durch Störeinflüsse, wie beispielsweise durch Sonneneinstrahlung auf einen Reifen, sicher ausge­ schlossen werden. Geeignete Werte ermittelt der Fachmann durch Fahrversuche. Die Werte hängen empfindlich vom Reifen- und Fahrzeugtyp ab.

Claims (12)

1. Verfahren zur Erkennung eines Druckverlustes von Reifen in einem Kraftfahrzeug während der Fahrt, insbesondere zum Detektieren des Aufsitzens des Reifenmantels auf ei­ ne im Reifen vorhandene Notlauffläche oder des Absinkens des Reifendrucks unterhalb eines Schwellenwertes (kritischer Reifendruck), durch Auswertung von senso­ risch bestimmten Winkelgeschwindigkeiten der Räder des Kraftfahrzeugs oder Auswertung von Informationen, die die Winkelgeschwindigkeiten auf Basis von Zeitinterval­ len angeben, dadurch gekennzeichnet, daß das Verfahren zur Druckverlusterkennung darauf basiert, einen hohen Druckverlust oder einen Totaldruckverlust anhand einer Verringerung der Winkelgeschwindigkeit bzw. einer Erhö­ hung des dynamischen Abrollradius r_d bei einem oder meh­ reren Rädern zu erkennen.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß auf einen Druckverlust erkannt wird, V1) wenn der aktu­ elle Wert der Winkelgeschwindigkeit bzw. des dynamischen Abrollradius gegenüber einem zu einem früheren Zeitpunkt gespeicherten Ausgangswert des betrachteten Rades oder einem fest vorgegebenen Schwellenwert angestiegen ist oder V2) indem überprüft wird, ob der dynamische Abroll­ radius ansteigt, nachdem dieser zuvor als Folge eines auf an sich bekannte Weise erkennbaren Druckverlustes abgefallen ist.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeich­ net, daß die Kraftfahrzeugräder Runflat-Räder mit einer innerhalb des Reifenmantels oder auf der Felge angeord­ neten Notlauffläche sind.

4. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Druckbestimmungsverfah­ ren zusätzlich weitere Teilverfahren umfaßt, die Druck­ verluste geringerer Höhe anhand eines Abfalls der Win­ kelgeschwindigkeit bzw. des dynamischen Abrollradius er­ kennen, wobei die Schritte der Teilverfahren parallel bzw. quasiparallel ausgeführt werden.

5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Druckverlusterkennungsverfahren ein erstes weiteres Teilverfahren (Prog A) und ein zweites weiteres Teilver­ fahren (Prog B) umfaßt, wobei beide weiteren Teilverfah­ ren aus den Winkelgeschwindigkeiten oder Informationen, die die Winkelgeschwindigkeiten auf Basis von Zeitinter­ vallen angeben, eine oder mehrere Referenzgrößen Ref_i er­ zeugen, und die Referenzgröße/-n daraufhin überprüfen, ob obere und untere Grenzwerte G₁ und G₂ überschritten werden, wobei das zweite weitere Teilverfahren (Prog B) Grenzwerte ^BG₁ und ^BG₂ besitzt, die einen engeren Bereich definieren, als die Grenzwerte ^AG₁ und ^AG₂ des ersten wei­ teren Teilverfahrens (Prog A), so daß ^BG₁ < ^AG₁ und ^BG₂ < ^AG₂ ist.

6. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens eines der Teil­ verfahren ein drittes weiteres Teilverfahren (Prog S) ist, welches ein Geschwindigkeitsmuster des Raddrehzahl­ verlaufs erkennt, das von einem Fahrzeugreifen mit spe­ ziell beschaffener Notlauffläche erzeugt wird.

7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die speziell beschaffene Notlauffläche auf der Oberflä­ che Kavitäten aufweist, welche während des Abrollens der Notlauffläche auf einer Fahrbahn eine für den Notlaufzu­ stand charakteristische Schwingung erzeugen, die mittels Raddrehzahlsensoren erkennbar ist.

8. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß ein erstes Teilverfahren (Prog A) mit einem Ansprechen bei hohem Druckverlust, daß ein zweites Teilverfahren (Prog B) mit einem Ansprechen bei geringerem Druckverlust und ein drittes parallel bzw. quasiparallel ausgeführtes Teilverfahren (Prog S) vorgesehen ist, welches anspricht, wenn bei einem Fahr­ zeugreifen mit einer speziell beschaffenen Notlauffläche ein Geschwindigkeitsmuster erkannt wird, welches charak­ teristisch für einen Reifendruckverlust ist.

9. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Verfahren zum Messen des Drucks von Fahrzeugreifen innerhalb eines Verfahrens zur Regelung der Bremskraft und/oder der Fahrdynamik (ABS, ASR, ESP) ausgeführt wird.

10. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Referenzgröße Ref_i gebil­ det wird, indem die Summen jeweils zweier die Raddreh­ zahlen repräsentierender Signale dividiert werden.

11. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausgänge der Teilverfah­ ren, die eine Informationen über einen Druckverlust ent­ halten, zu einem gemeinsamen Ausgang ODER-verknüpft (OR) sind.

12. Vorrichtung zum Steuern der Bremskraft und/oder der Fahrdynamik und zum Messen des Drucks von Reifen in ei­ nem Kraftfahrzeug, dadurch gekennzeichnet, daß ein Mi­ krorechner, der mit Raddrehzahlsensoren und gegebenen­ falls zusätzlichen Fahrdynamiksensoren verbunden ist, ein Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 11 und ein an sich bekanntes Verfahren zur Regelung der Bremskraft und/oder Fahrdynamik abarbeitet.