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Die
Erfindung betrifft ein Verfahren gemäß Oberbegriff von Anspruch
1 und ein Computerprogrammprodukt gemäß Anspruch 9.
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In
modernen Kraftfahrzeugen finden vermehrt Systeme Anwendung, welche
zu einem aktiven oder passiven Schutz der Insassen beitragen. Systeme
zur Reifendrucküberwachung
schützen
die Fahrzeuginsassen vor Fahrzeugschäden, welche beispielsweise
auf einen abnormalen Reifenluftdruck zurückzuführen sind. Durch einen abnormalen
Reifenluftdruck können
sich beispielsweise der Reifenverschleiß und der Kraftstoffverbrauch
erhöhen
oder es kann zu einem Reifendefekt („Reifenplatzer") kommen. Es sind
bereits verschiedene Reifendrucküberwachungssysteme
bekannt, welche entweder auf Basis direkt messender Sensoren arbeiten
oder durch Auswertung von Drehzahl- oder Schwingungseigenschaften
der Fahrzeugräder
einen abnormalen Reifendruck erkennen.
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Aus
der
DE 100 58 140
A1 ist ein so genanntes indirekt messendes Reifendrucküberwachungssystem bekannt,
welches durch Auswertung der Raddrehbewegung einen Reifendruckverlust
detektiert (DDS: Deflation Detection System).
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Aus
der
EP 0 578 826 B1 ist
ein Reifendruckmesser bekannt, welcher auf Basis von Reifenschwingungen
einen Druckverlust in einem Reifen ermittelt, wobei aus den Reifenschwingungen
mindestens eine Resonanzfrequenzkomponente extrahiert wird.
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Ein
Verfahren zur indirekten Reifendrucküberwachung wird in der Patentanmeldung
DE 10 2005 004 910
A1 offenbart, welches ein auf der Auswertung der Raddrehbewegung
basierendes indirekt messendes Reifendrucküberwachungssystem unter Berücksichtigung
der Torsionseigenfrequenz der Reifen verbessert.
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Aufgabe
der Erfindung ist es, ein Verfahren zur indirekten Reifendrucküberwachung
basierend auf der Analyse des Schwingungsverhaltens der Fahrzeugräder bereitzustellen,
welches eine robuste, von der Straßenoberfläche unabhängige Bewarnung eines Minderluftdrucks
in Fahrzeugreifen ermöglicht.
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Diese
Aufgabe wird erfindungsgemäß durch
das Verfahren nach Anspruch 1 gelöst.
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Der
Erfindung liegt der Gedanke zugrunde, das Verhältnis von Frequenzspektren
zweier Fahrzeugräder
auszuwerten, anstatt eine Auswertung eines Frequenzspektrums eines
einzelnen Fahrzeugrades durchzuführen.
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Dabei
ist es bevorzugt, dass das Verhältnis
der Frequenzspektren zweier Fahrzeugräder, welche an derselben Fahrzeugseite
angeordnet sind, ausgewertet wird. Besonders bevorzugt wird das
Verhältnis
von Frequenzspektrum des Vorderrades zu Frequenzspektrum des Hinterrades
derselben Fahrzeugseite betrachtet.
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Bevorzugt
wird das Verhältnis
der Frequenzspektren nur bei Geradeausfahrt oder bei annährender Geradeausfahrt
ausgewertet.
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Bei
(annährender)
Geradeausfahrt und Betrachtung des Verhältnisses der Frequenzspektren
zweier Fahrzeugräder,
welche an derselben Fahrzeugseite angeordnet sind, sind die Anregungen,
welche über
die Fahrbahn auf die Räder
vorne und hinten übertragen
werden, die gleichen, wenn auch zeitlich versetzt. Daher ist es
bevorzugt, die zeitliche Differenz zwischen dem Auftreten korrespondierenden
Anregungen an Vorder- und Hinterrad derselben Fahrzeugseite zu berücksichtigen.
Ein Vorteil ist dann, dass die Straßenanregungen (fast) keinen
Einfluss auf das Verhältnis
der Frequenzspektren der zwei Räder
haben. Es ist besonders bevorzugt, die zeitliche Differenz aus der
Fahrzeuggeschwindigkeit und dem Radstand zu bestimmen.
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Bevorzugt
werden die Frequenzspektren aus den Winkelgeschwindigkeiten der
Räder,
welche besonders bevorzugt mit Hilfe von Raddrehzahlsensoren bestimmt
werden, ermittelt. Dazu wird besonders bevorzugt eine Fourier-Transformation,
ganz besonders bevorzugt eine Fast-Fourier-Transformation, der Winkelgeschwindigkeiten
eines Rades durchgeführt,
um ein Frequenzspektrum eines Rades zu erhalten.
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In
einer weiteren bevorzugten Ausführungsform
der Erfindung wird zusätzlich
zur Auswertung des Verhältnisses
der Frequenzspektren zweier Fahrzeugräder eine Analyse eines Frequenzspektrums
eines Fahrzeugrades, besonders bevorzugt eine Analyse des Frequenzspektrums
jedes Rades, durchgeführt.
Dabei wird/werden besonders bevorzugt die Torsionseigenfrequenz(en)
des/der Rades/Räder
bestimmt. Hierdurch ist es möglich,
zu erkennen, an welcher Radposition ein Druckver lust stattgefunden
hat. Das erfindungsgemäße Verfahren
wird also bevorzugt mit einem aus dem Stand der Technik bekannten
Verfahren zur Reifendrucküberwachung
basierend auf der Auswertung von Reifenschwingungen kombiniert.
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Ebenso
ist es bevorzugt, dass zusätzlich
zur Auswertung des Verhältnisses
der Frequenzspektren zweier Fahrzeugräder eine indirekte Reifendrucküberwachung
der Fahrzeugräder
anhand einer Änderung
des Drehverhaltens der Fahrzeugräder,
insbesondere einer Änderung
des Abrollumfangs, mittels eines Vergleichs von eingelernten Referenzwerten
mit aktuell ermittelten Werten durchgeführt wird. Das erfindungsgemäße Verfahren
wird bevorzugt mit einem aus dem Stand der Technik bekannten Verfahren
zur indirekten Reifendrucküberwachung
basierend auf der Auswertung der Raddrehbewegung kombiniert.
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Es
ist weiterhin bevorzugt, dass das erfindungsgemäße Verfahren mit einem aus
dem Stand der Technik bekannten Verfahren zur indirekten Reifendrucküberwachung
basierend auf der Auswertung der Raddrehbewegung und der Reifenschwingungen,
besonders bevorzugt der Bestimmung der Torsionseigenfrequenz der
Reifen, kombiniert wird.
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Ein
Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens
liegt darin, dass eine zuverlässigere
Reifendruckverlustüberwachung
möglich
ist.
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Die
Erfindung betrifft auch ein Computerprogrammprodukt, welches einen
Algorithmus nach dem vorstehend beschriebenen Verfahren definiert.
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Weitere
bevorzugte Ausführungsformen
ergeben sich aus den Unteransprüchen
und der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen an Hand von
Figuren.
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Es
zeigen
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1 eine
schematische Darstellung eines Zusammenhangs zwischen den Größen Straßenanregung,
Eigenschaften des Systems und Radgeschwindigkeit, und
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2 eine
schematische Darstellung eines beispielgemäßen Verfahrens.
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Bei
bisher bekannten Reifendrucküberwachungssystemen
wird eine Frequenzanalyse der einzelnen Radgeschwindigkeiten (Ausgang
y) zur Erkennung eines radindividuellen Minderluftdrucks durchgeführt. Hierbei
wird die vom Luftdruck abhängige
Torsionseigenschwingung des Reifens zur Luftdrucküberwachung
herangezogen. Bei einem Luftdruckverlust wird die Frequenz dieser
Schwingung geringer und die Amplitude der Schwingung größer. Außer dem
Luftdruck haben aber auch andere Parameter einen Einfluss auf diese Schwingung,
z.B. Straßenanregungen
(Eingang u). Bei bisher bekannten Reifendrucküberwachungssystemen wird nur
anhand der Frequenzanalyse des Ausgangssignals y (Radgeschwindigkeit)
eine Aussage über
den Luftdruck des Reifens (Systems) gemacht, der Einfluss der Straßenanregung
u wurde bisher vernachlässigt. Der
Zusammenhang zwischen Straßenanregung
u, Eigenschaften des Systems H, welche z.B. durch den Luftdruck
des Reifens gegeben sind, und (Änderungen
der) Radgeschwindigkeit y ist schematisch in 1 dargestellt.
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Es
hat sich jedoch gezeigt, dass eine veränderte Straßenanregung u durchaus eine
signifikant veränderte
Antwort y hervorrufen kann, d.h. eine nachteilige Störung der
Radgeschwindigkeiten bzw. Raddrehzahlen durch die Straße ist möglich. Z.B.
ist es vorstellbar, dass eine Anregung mit einer Frequenz, die in
der Nähe der
Nutzfrequenz (Eigenfrequenz des Reifens) liegt, vorliegt. Wenn dies
der Fall ist, antwortet das System bei dieser Frequenz mit einer
höheren
Amplitude der Torsionseigenschwingung des Reifens und „verfälscht" somit das Ausgangssignal
y. Eine fehlerhafte Bewarnung durch das Reifendrucküberwachungssystem
kann die Folge sein. In einem Druckverlustkontrollsystem auf Basis
der Frequenzanalyse kann diese Verfälschung nur kompensiert werden,
wenn Kenntnisse über
die Fahrbahn bzw. die Straßenanregung
u vorliegen. Eine Lösung ist
hierfür
im Stand der Technik bisher nicht bekannt.
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Der
oben beschriebene Zusammenhang zwischen Radgeschwindigkeit y, Straßenanregung
u und Eigenschaften des Systems H (hier speziell: Reifenluftdruck),
wobei die Größen einen
Einfluss auf die Frequenz ω der
Schwingungen des Reifens haben bzw. von der Frequenz ω der Schwingungen
des Reifens abhängen, kann,
wenn man die entsprechenden Größen zur
mathematischen Darstellung durch entsprechende Funktionen beschreibt,
durch folgende Formel (1) beschrieben werden: yf(ω) = Hf(ω)·uf(ω)
yr(ω)
= Hr(ω)·ur(ω) (1)
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Dabei
bedeutet:
f: vorne (front)
und
r: hinten (rear),
d.h.
man kann den Zusammenhang für
jede Radachse (in guter Näherung)
getrennt betrachten.
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Wenn
das Hinterrad der gleichen Spur wie das Vorderrad folgt (d.h. bei
Geradeausfahrt oder annährender
Geradeausfahrt), dann ist die Straßenanregung u an beiden Rädern (vorne
(front) und hinten (rear)) die gleiche und nur versetzt in der Zeit
(d.h. uf = ur =
u). Dieser Zeitversatz ΔT
ist geschwindigkeits- und radstandsabhängig. Er kann jedoch bestimmt,
z.B. berechnet, werden, weil die beiden Größen Geschwindigkeit und Radstand
bekannt sind. Somit kann der Zeitraum ΔT angegeben werden, nach welchem
die Anregung u auf der Hinterachse (rear) genau der an der Vorderachse
(front) entspricht. Damit können
die Ausgangsgrößen yf und yr auf eine
sich entsprechende Zeitachse bezogen/umgerechnet werden. Für den Fall
der Geradeausfahrt ist der oben beschriebene Zusammenhang (siehe
Formel (1)) der für
das erfindungsgemäße Verfahren
relevanten Größen in 2 schematisch
dargestellt.
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Aus
Formel (1) folgt unter der Annahme u
f =
u
r = u (das entspricht einer (annährenden)
Geradeausfahrt und der entsprechenden Anpassung der Zeitachsen um ΔT) folgende
Formel (2):
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Bevorzugt
wird betrachtet:
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Beispielsgemäß wird eine Übertragungsfunktion
Vside für
eine Seite des Fahrzeugs (rechts (right side) oder links (left side))
betrachtet, welche sich als das Verhältnis der Frequenzspektren
FS ergibt, welche sich z.B. durch Fourier-Transformation FT, insbesondere durch
Fast-Fourier-Transformation
(FFT), aus den Radgeschwindigkeiten vorne yf und
hinten yr einer Fahrzeugseite ergeben. Dies
ist ebenfalls in 2 schematisch dargestellt. Das
Verhältnis
zweier Frequenzspektren ergibt sich durch Verhältnisbildung der Funktionswerte (Intensitäts- oder
Amplitudenwerte) der beiden Frequenzspektren bei gleichem Frequenzwert.
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Ein
Vorteil des beispielgemäßen Verfahrens
ist, dass die Übertragungsfunktion
Vside (fast) unabhängig von der Straßeanregung
u ist, wie die Anwendung des beispielgemäßen Verfahrens in Versuchen
zeigt.
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Betrachtet
man die Frequenzspektrenverhältnisse
Vside der Radgeschwindigkeit einer Fahrzeugseite für unterschiedliche
Straßen,
z.B. extrem unebenes Kopfsteinpflaster und glatte Autobahn, so zeigt
sich, dass im relevanten Frequenzbereich, z.B. von ca. 30 Hz bis
ca. 60 Hz, trotz der stark unterschiedlichen Straßenoberflächen nur
eine sehr leichte Veränderung
der Übertragungsfunktion
Vside zu erkennen ist.
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Andererseits
zeigt sich, dass der Luftdruck das Frequenzspektrenverhältnis Vside, insbesondere im relevanten Frequenzbereich,
relativ stark beeinflusst im Vergleich zum Einfluss der Straßenoberfläche. Die
Luftdruck-Abhängigkeit
des Frequenzspektrenverhältnisses
Vside kann daher als Nutzsignal zur Luftdrucküberwachung
genutzt werden. Diese Abhängigkeit
kann mit entsprechenden Algorithmen bewertet werden, die aus der
Literatur bekannt sind.
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Das
erfindungsgemäße Verfahren
basiert also auf der Nutzung des Spektrenverhältnisses zur Luftdrucküberwachung
anstelle des Einzelspektrums selbst.
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Druckverluste
an einzelnen Rädern
spiegeln sich in einer Veränderung
der Übertragungsfunktion
Vside wieder.
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Es
kann vorteilhaft sein, zusätzlich
zur oben dargestellten Auswertung eines Spektrenverhältnisses auch
eine aus dem Stand der Technik bekannte Analyse der Frequenzspektren
der einzelnen Räder
durchzuführen,
um zu erkennen, welche Radposition bei einem einzelnen Druckverlust
betroffen ist.
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Das
Verfahren nach der Erfindung wird bevorzugt in einem indirekt messenden
Reifendrucküberwachungssystem
durchgeführt,
welches gleichzeitig Abrollumfangsänderungen und Änderungen
der Schwingungseigenschaften des Reifens zur Luftdrucküberwachung
bewertet. So kann ein Druckverlust an allen Rädern gleichzeitig erkannt werden.
Das erfindungsgemäße Verfahren
dient der Verbesserung bei der Bewertung der Schwingungseigenschaften.
