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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Unterscheidung von Unwuchten an einer Felge eines Fahrzeugrads von Unwuchten an einem Laufstreifen des Fahrzeugrads, bei dem Raddrehzahlinformationen des Fahrzeugrads mittels eines Radsensors erfasst werden.
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Aus der
EP 1 281 949 A2 ist ein Verfahren zum Vorhersagen einer Reifenlaufflächentrennung für einen Reifen bekannt, wobei das Unwuchtgewicht über der Fahrzeit betrachtet wird und eine Laufflächentrennung bewarnt wird, wenn das bestimmte Unwuchtgewicht für ein vorbestimmtes Zeitintervall einen vorgegebenen Grenzwert übersteigt. Das Unwuchtgewicht wird aus der Veränderung in der Amplitude der Resonanzfrequenz des Reifens bestimmt. Hierzu wird eine Frequenzanalyse der Reifenbeschleunigung durchgeführt.
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In der
DE 197 35 313 A1 wird ein Verfahren zur Ermittlung von geschwindigkeitsunabhängigen Frequenzen (Resonanzfrequenzen) eines Nutzsignalanteils beschrieben, wobei eine Korrektur bezüglich systematisch wiederkehrender Fehler, wie Teilungsfehler der Geberradzähne und Unwuchten durch Radungleichförmigkeiten, durchgeführt wird. Eine Unterscheidung von Unwuchten an einer Felge eines Fahrzeugrads von Unwuchten an einem Laufstreifen des Fahrzeugrads wird in der
DE 197 35 313 A1 nicht erwähnt.
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Bei der Konstruktion moderner Fahrzeuge wird vermehrt auf die Sicherheit der Fahrzeuginsassen und anderer Verkehrsteilnehmer geachtet. Einige bekannte Sicherheitsmaßnahmen wie Airbags, Sicherheitslenksäulen, Fahrgastzellengestaltung, etc. schützen die Fahrzeuginsassen erst im Falle einer Kollision. Andere Sicherheitsmaßnahmen wie z. B. ABS (Anti-Blockier-System) und ESP (Elektronisches Stabilitätsprogramm) arbeiten vorbeugend, wodurch Unfälle im Vorfeld durch einen aktiven Eingriff der Sicherheitseinrichtung (ABS, ESP) in die Fahrzeugführung vermieden werden. Weiterhin sind Sicherheitsmaßnahmen bekannt, die den Fahrzeugführer auf ein mögliches Sicherheitsrisiko aufmerksam machen. Beispielsweise seien hier Reifendrucküberwachungssysteme genannt, welche den Fahrzeugführer bei einem Reifenluftdruckverlust über eine Warnlampe oder ähnliche Einrichtungen auf den vorhandenen Reifenluftdruckverlust aufmerksam machen. Die Abwendung eines möglichen Reifenschadens (Reifenplatzer) durch den Reifenluftdruckverlust muss hierbei durch den Fahrzeugführer erfolgen. Vielfach geht einem Reifenluftdruckverlust allerdings eine sogenannte Laufstreifenablösung voraus. Hierbei löst sich aus unterschiedlichen Gründen zumindest ein Teil der Lauffläche des Reifens von dem Reifenunterbau (Karkasse), wodurch es plötzlich zu einem Reifenluftdruckverlust kommt. Ein Verfahren zur Ermittlung sich anbahnender Laufstreifenablösung eines Luftreifens an einem Fahrzeug ist bereits aus der
DE 101 53 072 A1 bekannt. Hierbei werden der Raddrehzahl proportionale Signale im Hinblick auf eine sich anbahnende Laufstreifenablösung ausgewertet. Nachteilig an dem bekannten Verfahren ist, dass eine Unwucht an einem Fahrzeugrad, welche nicht auf eine Laufstreifenablösung basiert, von dem bekannten Verfahren unter bestimmten Bedingungen dennoch als Laufstreifenablösung detektiert werden könnte, wodurch es zu einer Fehlwarnung kommen kann.
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Es ist daher Aufgabe des erfindungsgemäßen Verfahrens, das bekannte Verfahren dahingehend zu verbessern, dass eine Fehlwarnung aufgrund einer Unwucht an der Felge vermieden wird.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch das Verfahren nach Anspruch 1 gelöst.
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Es hat sich gezeigt, dass eine Unwucht an einer Felge und eine Laufstreifenablösung des Reifens eine ähnliche Veränderung der Raddrehzahlinformationen hervorrufen. Während eine Unwucht im Allgemeinen keinen negativen Einfluss auf die Fahrzeugsicherheit hat, kann eine Laufstreifenablösung zu einem schwerwiegenden Reifenschaden (Reifenplatzer) führen. Zur Erhöhung der Fahrzeugsicherheit ist es daher erforderlich zu unterscheiden, ob ein eine Unwucht oder eine Laufstreifenablösung vorliegt, um dem Fahrzeugführer rechtzeitig auf die drohende Gefahr hinweisen zu können.
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Unter einer Unwucht soll erfindungsgemäß eine Abweichung in der Gleichförmigkeit der Massenverteilung auf einem Radius eines Rades verstanden werden. Es ist bekannt, dass beispielsweise durch das Einbringen eines Ventils in die Felge zur Befüllung des Reifens mit Luft eine Unwucht des Rades an der Stelle des Ventils hervorgerufen wird. Diese Unwucht resultiert aus der veränderten Masse des Ventils gegenüber der vorherigen Masse des Felgenmaterials, welches zur Einbringung des Ventils (üblicherweise eine Bohrung) entfernt wurde. Durch diese Massenveränderung wird ein Moment bzw. eine Kraft erzeugt. Auch aufgrund von Herstellungstoleranzen bei der Felge oder dem Reifen oder durch Beschädigungen der Felge (beispielsweise ein sogenannter Höhenschlag) können Unwuchten an einem Rad entstehen. Zur Kompensation dieser Unwuchten können in gewissen Rahmen sogenannte Unwuchtgewichte (auch Felgengewichte oder Auswuchtgewichte genannt) zur Kompensation der Unwucht eingesetzt werden.
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Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren werden Raddrehzahlinformationen, welche mittels Radsensoren erfasst werden, ausgewertet. Befindet sich eine Unwucht an der Felge oder an der Lauffläche, so führt dies, aufgrund der oben beschriebenen Massenveränderung, auch zu einer Veränderung im Raddrehzahlmuster des betrachteten Rades. Diese Veränderung des Drehzahlmusters wird durch die Radsensoren detektiert. Die Massenveränderung weist hierbei eine Vertikalkomponente (Vertikalkraftschwankung) und eine Horizontalkomponente (Horizontalkraftschwankung) auf, welche insbesondere sinusförmig ist. Da das erfindungsgemäße Verfahren den physikalischen Effekt (Änderung des Drehzahlmusters aufgrund der Massenveränderung) auswertet, soll im folgenden beispielhaft für diesen Effekt die Veränderung der Vertikalkraft betrachtet werden.
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Erfindungsgemäß wird nicht direkt die Vertikalkraft, sondern nur der Einfluss der Vertikalkraft auf das Raddrehzahlmuster ausgewertet. Es erfolgt also nur eine indirekte Messung der Vertikalkraft über die Raddrehzahlmuster. Wenn im Folgenden von der Vertikalkraft gesprochen wird, so ist immer die Auswirkung der Vertikalkraft auf die Raddrehzahl gemeint.
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Das erfindungsgemäße Verfahren wird vorzugsweise nur bei Vorliegen eines gleichförmigen Fahrzustands (z. B. beschleunigungsfrei Geradeausfahrt) durchgeführt.
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In einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird der gleichförmige Fahrzustand aus den Raddrehzahlinformationen (z. B. der Raddrehzahlen, der Abrollumfänge, etc) und/oder durch Auswertung von Motorinformationen wie z. B. Motordrehzahl oder Antriebsmoment und/oder Fahrdynamikinformationen wie z. B. Gierrate oder Querbeschleunigung ermittelt.
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In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform wird der Grundzustand, insbesondere die Raddrehzahlmuster der Räder, des Fahrzeugs mittels eines Lernprozesses eingelernt.
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Vorteilhafterweise wird der Lernprozess nur in festgelegten Geschwindigkeitsbereichen und/oder Antriebsmomentenbereichen durchgeführt.
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Es ist bevorzugt, den Lernprozess erst nach Ablauf einer festgelegten Zeitdauer oder nach einer ausreichenden Datenmenge und Datenqualität (z. B. kleine Standardabweichung, Varianz) zu beenden.
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Es ist weiterhin bevorzugt, die eingelernten Raddrehzahlmuster jedes Fahrzeugrades abzuspeichern.
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Vorzugsweise wird das erfindungsgemäße Verfahren nach Überprüfung der Räder durch ein Reset-Signal, beispielsweise durch das Betätigen eines Tasters, gestartet.
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Vorzugsweise werden in einer Erkennungsphase aktuell ermittelte Raddrehzahlmuster unter Berücksichtigung der eingelernten Raddrehzahlmuster ausgewertet. Hierbei werden bevorzugt kompensierte Muster aus den aktuell ermittelten Raddrehzahlmustern und den bereits eingelernten Raddrehzahlmustern bestimmt, wodurch eventuell eingelernte Ungleichförmigkeiten der Räder (Unwuchten) kompensiert werden.
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Weitere bevorzugte Ausführungsformen ergeben sich aus den Unteransprüchen und der nachfolgenden Beschreibung von einigen Ausführungsbeispielen an Hand der Figuren. Es zeigen:
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1 den Verlauf der Vertikalkraft über einer Radumdrehung bei einer Unwucht an einem Fahrzeugrad
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2 den Verlauf der Vertikalkraft über einer Radumdrehung bei einer Laufstreifenablösung an einem Fahrzeugrad.
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Es wird in der nachfolgenden Beschreibung zur Vereinfachung nur die Veränderung der Vertikalkraft ohne Berücksichtigung einer vorhandenen Radlast betrachtet. Die in der Beschreibung genannte Nulllinie bezeichnet hierbei lediglich eine Bezugsgröße zur Verdeutlichung der Veränderung der Vertikalkraft. Richtigerweise muss eigentlich die Überlagerung der vorhandenen Radlast und eine eventuelle Veränderung der Vertikalkraft betrachtet werden, da aber die vorhandene Radlast im wesentlichen nur eine Verschiebung („Offset”) der Nulllinie bedeutet, wird in der Beschreibung nur die reine Veränderung der Vertikalkraft bzgl. einer Bezugsgröße (Nulllinie) betrachtet. Des weiteren wird insbesondere der Verlauf der Vertikalkraft über eine oder mehrere Radumdrehungen betrachtet. Die Vertikalkraft zeigt hierbei ebenfalls einen nahezu sinusförmigen Verlauf über eine oder mehrere Radumdrehungen, wenn eine Unwucht an der Felge oder an der Lauffläche auftritt.
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In 1 ist die Vertikalkraft über einer Radumdrehung aufgezeichnet. Ein Rad, welches nahezu keine Unwucht aufweist, zeigt eine über der Radumdrehung aufgetragene Vertikalkraft von nahezu Null wie in Kurve 1 dargestellt. Zur besseren Unterscheidung der Kurve 1 von der Nulllinie wurde die Kurve 1 real, d. h. mit Rauschanteil, abgebildet. Ein Rad mit einer Unwucht an der Felge zeigt eine Vertikalkraft über der Radumdrehung wie in Kurve 2 dargestellt. Die Kurve 2 ist hierbei zur besseren Anschauung ideal, d. h. ohne Rauschanteil, abgebildet. Wie aus der Kurve 2 ersichtlich, zeigt eine Unwucht an der Felge, z. B. hervorgerufen durch ein verlorenes Unwuchtgewicht, eine deutliche, in etwa sinusförmige Vertikalkraft über der Radumdrehung. Da eine Unwucht an der Felge ortsfest ist, befindet sich das Maximum der Kurve 2 bei jeder Radumdrehung an derselben Stelle.
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In 2 ist, wie in 1, die Vertikalkraft über eine Radumdrehung aufgezeichnet. Kurve 3 zeigt hier, wieder in idealisierter Form, den typischen Verlauf der Vertikalkraft einer auf einem Laufstreifenschaden basierenden Unwucht über eine Radumdrehung. Hierbei ist deutlich ein plötzlicher Einbruch kurz vor erreichen des positiven Maximums der in etwa sinusförmig verlaufenden Vertikalkraft zu erkennen. Ursache für diesen in Kurve 3 dargestellten Verlauf ist eine Unwucht im Laufstreifen. Wenn sich ein Teil des Laufstreifens von dem Rest des Reifens löst, bewegt sich dieser Teil auf einem größeren Radius um den Radmittelpunkt als der Rest des Reifens. Hierdurch wird eine Vertikalkraft ähnlich wie bei einer Unwucht der Felge erzeugt. Allerdings verschwindet die Vertikalkraft bei Kontakt des Laufstreifenschadens mit der Fahrbahn aufgrund des Kräftegleichgewichts zwischen der Gewichtskraft des Fahrzeugs und der Gegenkraft der Fahrbahn.
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Aus den beschriebenen Zusammenhängen erkennt das erfindungsgemäße Verfahren eindeutig, ob es sich um eine Unwucht der Felge oder um eine Laufstreifenablösung handelt. Einen schadenfreien Reifen bzw. eine Felge ohne Unwucht erkennt das erfindungsgemäße Verfahren an einer Vertikalkraft von nahezu Null über eine Radumdrehung wie in Kurve 1 dargestellt. Eine Unwucht an der Felge wird aufgrund eines nahezu sinusförmigen Verlaufs der Vertikalkraft über eine Radumdrehung erkannt, wie idealisiert in Kurve 2 dargestellt. Eine Laufflächenablösung wird, wie in Kurve 3 dargestellt, durch einen plötzlichen Einbruch in dem nahezu sinusförmigen Verlauf der Vertikalkraft über einer Radumdrehung erkannt. Die Amplitude der nahezu sinusförmigen Verläufe hängt hierbei im wesentlichen von der Masse der Unwucht und der Radgeschwindigkeit ab. Die Steigung des plötzlichen Einbruchs von dem nahezu sinusförmigen Verlauf der Vertikalkraft ist ein Kriterium für die Größe des Schadens.
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Für die Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens sind einige Anforderungen an das Fahrzeug zu stellen. Wie bereits in der
DE 101 53 072 A1 beschrieben, sind Raddrehzahlinformationen für die Erkennung einer Laufstreifenablösung erforderlich. Bei einem Fahrzeug mit ABS können diese Raddrehzahlinformationen aus den für das ABS vorhandenen Radsensoren ermittelt werden. Weiterhin ist es zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens erforderlich, dass ein gleichförmiger Fahrzustand (z. B. beschleunigungsfreie Geradeausfahrt) vorliegt. Die Erkennung des gleichförmigen Fahrzustandes kann aus der Raddrehzahlinformation bzw. den Raddrehzahlen der Räder des Fahrzeugs selbst, oder durch Auswertung von Motorinformationen wie z. B. Motordrehzahl oder Antriebsmoment, und/oder Fahrdynamikinformationen wie z. B. Gierrate oder Querbeschleunigung erfolgen. Die Motorinformationen werden von anderen Systemen die diese Informationen ebenfalls benutzen abgefragt. Die Fahrdynamikinformationen werden z. B. aus einem im Fahrzeug vorhandenen ESP ermittelt.
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Zur sicheren und fehlerfreien Erkennung ob eine Unwucht an der Felge oder eine Laufstreifenablösung vorliegt, wird zuerst der Grundzustand des Fahrzeugs bzw. der Räder eingelernt. Hierzu wird z. B. nach einem Reifenwechsel oder nach Überprüfung der Räder ein Reset-Signal durch betätigen eines Tasters oder ähnlicher Einrichtung erzeugt. Dieses Reset-Signal dient dem erfindungsgemäßen Verfahren als Auslöser zur Durchführung eines Lernprozesses. Dieser Lernprozess wird bei gleichförmigen Fahrzuständen, z. B. beschleunigungsfreie Geradeausfahrt, durchgeführt. Der Lernprozess kann auch unter Berücksichtigung von z. B. Geschwindigkeitsbereichen, Antriebsmomentenbereichen, etc., erfolgen. Hierbei werden z. B. Geschwindigkeitsbereiche (z. B. 30 bis 50 km/h, 60 bis 100 km/h, etc.) definiert, in denen der Lernprozess unter Berücksichtigung der gleichförmigen Fahrzustände den Grundzustand der Fahrzeugräder einlernt. Der Lernprozess wird hierbei nach Ablauf einer festlegbaren Zeitdauer oder nach einer ausreichenden Datenmenge und Datenqualität (z. B. kleine Standardabweichung, Varianz) beendet. Der Lernprozess lernt Muster („Samples”) einer Radumdrehung ein. Diese Muster zeigen eventuelle Ungleichförmigkeiten, welche z. B. durch den Reifen, die Felge oder den Raddrehzahlsensor selbst entstanden sein können auf. Diese erkannten Ungleichförmigkeiten werden für jedes Fahrzeugrad eingelernt und abgespeichert. Somit ist nach Beendigung des Lernprozesses der Grundzustand der Fahrzeugräder eingelernt.
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In einer anschließenden Erkennungsphase werden wieder Muster einer Radumdrehung betrachtet und unter Berücksichtigung der eingelernten Grundzustände ausgewertet. Hierzu wird ein aussagekräftiges kompensiertes Muster aus dem betrachteten Muster und dem bereits abgespeicherten Muster, welches eventuelle Ungleichförmigkeiten des betreffenden Rades aufzeigen, bestimmt. Hat eine Felge z. B. eine starke Unwucht, dargestellt durch den Verlauf der Vertikalkraft in Kurve 2 der 1, die während des Lernprozesses eingelernt und abgespeichert wird, so erfolgt in der Erkennungsphase die Kompensation des abgespeicherten Musters mit dem aktuell betrachteten Muster. Liegt bei dem aktuell betrachteten Muster keine neu aufgetretene Unwucht oder ein Reifenschaden vor, so ergibt sich im wesentlichen ein kompensiertes Muster welches vom Aussehen her einem Rad ohne Unwucht, wie in Kurve 1 dargestellt, entspricht. Bei einer neu auftretenden Unwucht oder einem Laufflächenschaden zeigt sich in dem kompensierten Muster eine plötzlich auftretende Veränderung der Vertikalkraft die je nach dem ob eine Unwucht der Felge oder einer Laufstreifenablösung vorliegt im wesentlichen die Form der Kurve 2 bzw. Kurve 3 aufweist.
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Eine Warnung an den Fahrzeugführer erfolgt gemäß festlegbarer Schwellwerte für eine Laufstreifenablösung bzw. einer Felgenunwucht. Hierbei können jeweils unterschiedliche Schwellwerte für das kompensierte Raddrehzahlsignal und das unkompensierte Raddrehzahlsignal verwendet werden. Die Verwendung von größeren Schwellwerten für das unkompensierte Signal ermöglicht dabei eine Bewarnung großer Radunwuchten oder -schäden, ohne dass der beschriebene Lernvorgang abgeschlossen ein muss. Weiter ist zu beachten, dass eine Felgenunwucht nicht automatisch bedeutet, dass ein sicherer Betrieb des Fahrzeugs nicht mehr möglich ist. Da, wie bereits oben beschrieben, die Amplitude der Vertikalkraft ein Maß für Masse der Unwucht ist, kann hier bis zum Erreichen eines kritischen Schwellwertes, bei dem der sichere Betrieb des Fahrzeugs nicht mehr gewährleistet ist, eine Warnung an den Fahrzeugführer ausbleiben. Das Auftreten einer Felgenunwucht kann zusätzlich abgespeichert und im Rahmen einer Fahrzeuginspektion ausgelesen und behoben werden. Bei einem Schaden an der Lauffläche bzw. bei einer Laufstreifenablösung wird abhängig von der Amplitude der Vertikalkraft und der Steigung des Einbruchs eine Warnung ausgegeben. Ein Schaden bzw. eine Unwucht an der Felge tritt im allgemeinen schlagartig auf, wohingegen ein Laufflächenschaden sich über der Zeit vergrößert. Somit kann als ein weiteres Kriterium für eine Warnung die Betrachtung der Amplituden über der Zeit dienen. Ist ein Schaden an der Lauffläche noch nicht so groß, dass unmittelbar die Sicherheit der Fahrzeuginsassen gefährdet ist, so kann auch erst wieder eine Warnung im Rahmen einer Inspektion ausgegeben werden. Wie oben beschrieben tritt eine Felgenunwucht oder ein Schaden an der Lauffläche bzw. eine Laufstreifenablösung immer ortsfest auf. Somit wird ein tatsächlicher Schaden am Rad, auch auf unebener Fahrbahn (Schlechtweg), durch Betrachtung der Lage der Störung sicher erkannt. Bei einem Schlechtweg können u. U. die von den Radsensoren detektierten Drehzahlmuster ähnlich wie die Muster einer Unwucht aussehen, wobei diese Schlechtwegmuster allerdings keine ortsfesten Anteile aufweisen, wodurch wiederum eine sichere Unterscheidung zwischen einer Unwucht am Rad und einem Schlechtweg gegeben ist.
