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Die
Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Bestimmung
einer Radlast eines Reifens eines Kraftwagens.
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Ein
fehlerhafter Befüllungsdruck
von Fahrzeugreifen steht im Zusammenhang mit einer erheblichen Anzahl
von Verkehrsunfällen
und ist darüber hinaus
für eine
hohe Zahl reifenbedingter Pannen verantwortlich. Die Gründe für zu geringen
Reifenfülldruck
sind beispielsweise Beschädigungen
des Reifens durch Fremdkörper,
Montagefehler, Überalterung
oder mangelnde Wartung durch den Fahrzeugführer. Durch zu geringen Reifenfülldruck
kann die Mitte der Reifenlauffläche
keinen Kontakt zur Fahrbahn aufnehmen, so dass der Reifen nur auf
seinen Schultern läuft.
Die dadurch gegenüber
einem korrekten Befüllungsdruck
verringerte Aufstandsfläche führt zu erhöhter Verformungsarbeit
und damit verbundener Erwärmung
des Reifens, steigendem Rollwiderstand, erhöhtem Verschleiß und vor
allem einer deutlichen Verschlechterung der Fahr- und Bremseigenschaften.
Demgegenüber
stellt jedoch auch ein zu hoher Reifenfülldruck eine große Gefahrenquelle dar.
Bei zu hohem Reifenfülldruck
steht der Reifen nur mit der Mitte seiner Lauffläche in Kontakt mit der Fahrbahn,
was ebenfalls zu einer verringerten Haftfläche und den damit verbundenen
Verschleiß-
und Sicherheitsproblemen führt.
Die Ursache für überhöhten Reifenfülldruck
liegt dabei teilweise in einer fehlerhaften Druckbefüllung des
Reifens durch den Fahrzeugführer,
in der Regel jedoch in einer Überladung
des Fahrzeugs, was durch Auswertung des Reifenfülldrucks, der Latschlänge und
die Radlast bestimmt werden kann. Reifendruckkontrollsysteme stellen
daher wichtige Mess- und Kontrollsysteme zur Überwachung des Reifenfülldrucks,
der Latschlänge und
der Radlast dar und helfen damit bei der Vermeidung von Reifenschäden und
daraus bedingten Verkehrsunfällen.
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Eine
Vorrichtung und ein Verfahren zur Reifendruckkontrolle sind beispielsweise
aus der
DE 103 29
700 A1 als bekannt zu entnehmen. Dabei umfasst die dort
offenbarte Vorrichtung einen in einen Reifen eines Kraftwagens integrierten
Sensor, mit welchem die Verformung des Reifens während der Fahrt gemessen wird,
eine mit dem Sensor gekoppelte Datenübertragungseinheit und eine
außerhalb
des Reifens angeordnete Auswerteeinheit, welche aus den von der
Datenübertragungseinheit übertragenen Messwerten
der Sensoreinheit auf die Latschlänge des Reifens schließt. Bei
der Latschlänge
handelt es sich um die Länge
der geraden Fläche,
mit welcher der Reifen die Fahrbahn berührt. Als Sensor ist dabei ein
piezoelektrischer Verformungsmesser vorgesehen, welcher die Verformung
des Reifens während der
Fahrt ermittelt.
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Das
dort offenbarte Verfahren sieht vor, dass in einem ersten Schritt
die Umdrehungsgeschwindigkeit eines Reifens und in einem zweiten
Schritt die Latschlänge
dieses Reifens mit Hilfe von durch einen Sensor ermittelten Messwerte
bestimmt wird. Die Latschlänge
ergibt sich dabei aus dem Abstand zweier korrespondierender Extremwerte
des zeitlichen Sensorspannungsverlaufs. Aus der Latschlänge und der
Sensorspannung wird in einem dritten Schritt auf den Reifenfülldruck
und die Radlast des Reifens geschlossen.
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Als
nachteilig ist dabei der Umstand anzusehen, dass die Bestimmungen
des Reifenfülldrucks und
der Radlast sowohl durch die Vorrichtung als auch durch das Verfahren
nur indirekt erfolgen können
und daher vergleichsweise ungenau und aufwendig sind. Ein weiterer
Nachteil besteht darin, dass eine Messung des Reifenfülldrucks
nur während
der Fahrt und nicht bei Stillstand des Kraftwagens möglich ist.
Dadurch können
beispielsweise Druckverluste, die während des Parkens des Kraftwagens
erfolgen, nicht rechtzeitig vor Fahrtantritt an den Fahrzeugführer gemeldet
werden und daher gefährliche Fahrsituationen
verursachen.
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Aufgabe
der vorliegenden Erfindung ist es daher, eine gattungsgemäße Vorrichtung
so zu verbessern, dass eine einfachere Bestimmung der Radlast eines
Reifens ermöglicht
wird. Eine weitere Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein Verfahren
zu entwickeln, welches eine einfachere und genauere Bestimmung der
Radlast eines Reifens ermöglicht.
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Die
Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine
Vorrichtung zur Bestimmung einer Radlast eines Reifens eines Kraftwagens
mit den Merkmalen des Patenanspruchs 1 sowie ein Verfahren zur Bestimmung
einer Radlast eines Reifens eines Kraftwagens gemäß Patentanspruch
6 gelöst.
Vorteilhafte Ausgestaltungen mit zweckmäßigen und nicht-trivialen Weiterbildungen
der Erfindung sind in den übrigen
Patentansprüchen
angegeben.
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Erfindungsgemäß umfasst
eine Vorrichtung zur Bestimmung einer Radlast eines Reifens eines Kraftwagens
mindestens eine innerhalb des Reifens angeordnete erste Sensoreinheit,
welche zur Bestimmung von den Reifenfülldruck charakterisierenden Messwerten
ausgebildet ist, mindestens eine Datenübertragungseinheit, welche
zur Übertragung
der Messwerte ausgebildet ist, und mindestens eine Auswerteeinrichtung
zur Bestimmung der Radlast des Reifens unter Berücksichtigung der von der Datenübertragungseinheit übermittelten
Messwerten, wobei die erste Sensoreinheit einen Drucksensor umfasst, mit
welchem zumindest der Reifenfülldruck
des Reifens unabhängig
von einer Reifenumdrehungsgeschwindigkeit des Reifens bestimmbar
ist. Mit anderen Worten ist es demnach vorgesehen, dass zumindest
der Reifenfülldruck
direkt und unabhängig
von der Geschwindigkeit des Kraftwagens, das bedeutet sowohl im
Stand als auch während
der Fahrt, ermittelt und damit jederzeit zur Bestimmung der Radlast herangezogen
werden kann. Somit kann beispielsweise nach dem Beladen des Kraftwagens
im Fall eines Überschreitens
der zulässigen
Radlast unmittelbar vor bzw. bei Fahrtbeginn ein entsprechender Warnhinweis
an den Fahrzeugführer
erfolgen. Ein weiterer Vorteil gegenüber den bisher bekannten Vorrichtungen
besteht in einer aufgrund der direkten Bestimmung des Reifenfülldrucks
stark vereinfachten und beschleunigten Auswertung der von der Sensoreinheit
ermittelten Messwer ten und damit in einer deutlichen Verbesserung
der Bestimmung der Radlast. Durch eine derartige Vereinfachung ist
es weiterhin möglich,
einfachere und damit kostengünstigere Auswerteeinheiten
zu verwenden. Die den Drucksensor umfassende Sensoreinheit wird
zu diesem Zweck bevorzugt in den Reifen einvulkanisiert, da sie
auf diese Weise einerseits vor vorzeitigem Verschleiß geschützt ist
und da andererseits für
den jeweiligen Reifentyp spezifische Reifendaten wie etwa Identifikationsnummern,
Reifenumfang, Reifenbreite, zulässige
Höchstgeschwindigkeit
etc. in die Sensoreinheit eingespeichert werden können, wodurch
eine weitere Verbesserung der Auswertegenauigkeit erzielbar ist.
Es kann allerdings auch vorgesehen sein, die Sensoreinheit in das
Reifenventil zu integrieren, an der Felge des Reifens zu montieren
oder dergleichen. Die Energieversorgung der Sensoreinheit erfolgt
dabei bevorzugt mittels Transponder-Technik. Weiterhin kann die
Verwendung von Batterien oder sonstige, dem Fachmann bekannte Energieversorgungsarten
vorgesehen sein. Die mittels einer derartigen Vorrichtung bestimmte
Radlast kann von der Auswerteeinrichtung anschließend zum
Beispiel über einen
CAN-Bus an Fahrdynamikregelsysteme des Kraftwagens weitergeleitet
und zur verbesserten Steuerung von ESP-Systemen, Optimierung von Fahrerassistenzsystemen
oder dergleichen verwendet werden. Der mittels der Sensoreinheit
bestimmte Reifenfülldruck
kann dabei gemeinsam mit der Radlast übermittelt bzw. weitergeleitet
werden. Es kann dabei vorgesehen sein, dass der Reifenfülldruck
unabhängig
von der Radlast oder auch an weitere Fahrzeugsysteme übermittelt
wird. Die Auswerteeinheit ist dabei vorzugsweise außerhalb
des Reifens am Fahrzeug angeordnet, kann aber auch innerhalb des Reifens
oder sogar einteilig mit der Sensoreinheit ausgebildet sein. Weiterhin
ist natürlich
auch denkbar, dass die Auswerteeinrichtung in einem zentralen Steuergerät oder dergleichen
des Kraftwagens integriert ist.
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In
einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen,
dass die Auswerteeinrichtung wenigstens ein Mittel umfasst, welches
wenigstens ein Kennfeld mit vorbestimmten Werten über einen
funktionellen Zusammenhang zwischen dem Reifenfülldruck und/oder einem Sensorsignalverlauf der
Sensoreinheit und/oder einer Latschlänge und/oder der Reifenumdrehungs geschwindigkeit und/oder
der Radlast umfasst. Zu diesem Zweck können beispielsweise Mikrocontrollereinheiten
oder applikationsspezifische integrierte Schaltkreise (ASIC) verwendet
werden, welche eine besonders einfache und kostengünstige Möglichkeit
zur Bestimmung der Radlast unter Berücksichtigung der übermittelten Messwerte
darstellen. Durch die direkte Bestimmung des Reifenfülldrucks
entfällt
im Gegensatz zu den bekannten Vorrichtungen eine Dimension des erforderlichen
Kennfeldes, so dass zur Bestimmung der Radlast lediglich ein funktioneller
Zusammenhang zwischen dem Reifenfülldruck, der Latschlänge und
der Radlast für
verschiedene Reifenumdrehungsgeschwindigkeiten im Speicher der Mikrocontrollereinheit
abgelegt bzw. ausgewertet werden muss. Dies erlaubt die Verwendung
von kostengünstigeren
Mikrocontrollereinheiten mit verringertem Speicher und vergleichsweise
geringer Rechenleistung.
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In
einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen,
dass die Datenübertragungseinheit
selbst Mittel zur Auswertung der Messwerte umfasst, insbesondere
zur Bestimmung der Latschlänge
des Reifens unter Berücksichtigung
dieser Messwerte. Dies bietet den Vorteil, dass eine Vorauswertung
der Messwerte bereits im Reifen erfolgen und die an die Auswerteeinrichtung
zu übermittelnde
Datenmenge dadurch stark reduziert werden kann. Die Latschlänge, welche
ihrerseits einen zentralen Parameterwert zur Bewertung des momentanen
Reifen- bzw. Fahrzustands darstellt, ergibt sich dabei beispielsweise
als zeitlicher Abstand zweier korrespondierender Maxima bzw. Minima
des Sensorsignalverlaufs multipliziert mit der Reifenumdrehungsgeschwindigkeit.
Anstelle des vollständigen Sensorsignalverlaufs
muss damit lediglich der vorausgewertete Wert der Latschlänge an die
Auswerteeinrichtung übermittelt
werden, wodurch die Bestimmung der Radlast zusätzlich beschleunigt und vereinfacht
wird. Es kann dabei auch vorgesehen sein, dass die Messwerte vor
dem Übermitteln
durch die Datenübertragungseinheit
verschlüsselt
beziehungsweise mit Radidentifikationsnummern versehen werden, um
eventuelle Störungen
durch andere Fahrzeuge zu vermeiden und eine eindeutige Zuordnung der übermittelten
Messewerte zum jeweiligen Reifen des Fahrzeugs zu gewährleisten.
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In
einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist eine
zweite Sensoreinheit vorgesehen, welche innerhalb des Reifens angeordnet
ist und einen Beschleunigungssensor umfasst. Eine zweite, einen
Beschleunigungssensor umfassende Sensoreinheit bietet dabei den
Vorteil, dass einerseits durch die Erfassung einer zusätzlichen
physikalischen Messgröße eine
weitere Verbesserung der Messgenauigkeit erzielt wird und andererseits
auch im Fall eines Defektes der ersten, den Drucksensor umfassenden
Sensoreinheit ein weiterer Betrieb der Vorrichtung gewährleistet
werden kann, da bei Kenntnis der Reifenumdrehungsgeschwindigkeit trotzdem
die Latschlänge
und – zumindest
indirekt – der
Reifenfülldruck
bei bewegtem Kraftfahrzeug bestimmt werden können. Bevorzugterweise ist
die zweite Sensoreinheit dabei ebenfalls im Reifen einvulkanisiert,
kann aber auch an anderen Positionen im Bereich des Reifenaußenumfangs
wie etwa am Reifenventil angeordnet sein. Da der Reifen im Bereich
seiner Latschlänge
einen gegenüber
der freien Drehung im Radhaus verringerten Durchmesser aufweist,
misst der Beschleunigungssensor in diesem Bereich gegenüber der
freien Drehung im Radhaus veränderte
Beschleunigungswerte. Im Fall eines Druckverlustes verringert sich
der Außendurchmesser
des Reifens und führt
zu einer Erhöhung
der Reifenumdrehungsgeschwindigkeit. Der im Reifen integrierte Beschleunigungssensor
misst daher erhöhte Beschleunigungswerte,
welche zumindest bei fahrendem Kraftwagen als Druckabfall interpretiert
werden können.
Zusätzlich
verlängert
sich durch einen Druckabfall die Latschlänge, also die Auflagefläche des
Reifens auf der Straße.
Es kann dabei vorgesehen sein, dass die Bestimmung der Messwerte
durch Abgleich mit den Messwerten der übrigen Reifen verifiziert oder
durch Berücksichtigung
der Messwerte weiterer Sensoreinheiten am Kraftwagen korrigiert wird.
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Eine
besonders einfache und kostengünstige
Vorrichtung wird dadurch geschaffen, dass die erste und die zweite
Sensoreinheit einteilig ausgebildet sind. Eine kombinierte Druck-
und Beschleunigungssensoreinheit stellt dabei ein besonders genaues
und zuverlässiges
Mittel zur Überwachung des
Reifens dar und kann kostengünstig
in einem Arbeitsschritt in den Reifen einvulkanisiert oder auf andere
geeignete Weise angebracht werden. Durch eine derartige Kombination
ohnehin erforderlicher und bereits vorhandener Sen soreinheiten bzw.
Sensortypen in einem Bauteil ist daher eine besonders einfache,
montagefreundliche und kostengünstige Möglichkeit
geschaffen, die gesamte erforderliche Sensorik in einer Einheit
zu integrieren und in einem Arbeitsgang zu montieren. Denkbar ist
dabei natürlich
auch die Integration von weiteren Sensoren, wie etwa Temperatursensoren
oder dergleichen.
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Ein
weiterer Aspekt der Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Bestimmung
eines Reifenfülldrucks
eines Reifens eines Kraftwagens mit mindestens einer innerhalb des
Reifens angeordneten ersten Sensoreinheit, welche zur Bestimmung
von den Reifenfülldruck
charakterisierenden Messwerten ausgebildet ist, mindestens einer
Datenübertragungseinheit,
welche zur Übertragung
der Messwerte ausgebildet ist, und mindestens einer Auswerteeinrichtung
zur Bestimmung des Reifenfülldrucks
des Reifens unter Berücksichtigung
der von der Datenübertragungseinheit übermittelten
Messwerten, wobei die erste Sensoreinheit einen Drucksensor umfasst, mit
welchem zumindest der Reifenfülldruck
des Reifens unabhängig
von einer Reifenumdrehungsgeschwindigkeit des Reifens bestimmbar
ist.
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Ein
weiterer Aspekt der Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Bestimmung
einer Latschlänge eines
Reifens eines Kraftwagens mit mindestens einer innerhalb des Reifens
angeordneten ersten Sensoreinheit, welche zur Bestimmung von den
Reifenfülldruck
charakterisierenden Messwerten ausgebildet ist, mindestens einer
Datenübertragungseinheit, welche
zur Übertragung
der Messwerte ausgebildet ist, und mindestens einer Auswerteeinrichtung
zur Bestimmung der Latschlänge
des Reifens unter Berücksichtigung
der von der Datenübertragungseinheit übermittelten
Messwerten, wobei die erste Sensoreinheit einen Drucksensor umfasst,
mit welchem zumindest der Reifenfülldruck des Reifens unabhängig von
einer Reifenumdrehungsgeschwindigkeit des Reifens bestimmbar ist.
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Erfindungsgemäß umfasst
das Verfahren zur Bestimmung einer Radlast eines Reifens eines Kraftwagens
mit mindestens einer innerhalb des Reifens angeordneten Sensoreinheit
zumindest die Schritte a) Bestimmen eines Reifenfülldrucks
des Reifens unabhängig
von einer Reifenumdrehungsge schwindigkeit, b) Bestimmen der Reifenumdrehungsgeschwindigkeit
des Reifens, c) Bestimmen eines zeitlichen Verlaufs der Sensorsignalstärke der
Sensoreinheit, d) Bestimmen einer Latschlänge des Reifens aus einem funktionellen
Zusammenhang zwischen der Reifenumdrehungsgeschwindigkeit und dem
zeitlichen Verlauf der Sensorsignalstärke und e) Bestimmen der Radlast
des Reifens aus einem funktionellen Zusammenhang zwischen dem Reifenfülldruck
und der Latschlänge.
Mit anderen Worten wird im Rahmen des erfindungsgemäßen Verfahrens
zunächst
ein Reifenfülldruck
des Reifens bestimmt, wobei die Bestimmung unabhängig von der Geschwindigkeit
des Kraftwagens, also auch im Stand erfolgen kann. Die weiteren
Verfahrensschritte b) und c) umfassen das Bestimmen der Reifenumdrehungsgeschwindigkeit sowie
des Sensorsignalverlaufs der Sensoreinheit. Unter Berücksichtigung
der ermittelten Reifenumdrehungsgeschwindigkeit Sensorsignalverlauf
kann anschließend
in Schritt d) die momentane Latschlänge bestimmt werden, bei der
es sich zusammen mit dem Reifenfülldruck
um einen wesentlichen Messwert zur Bewertung des momentanen Reifen-
bzw. Fahrzustands handelt. In Schritt e) wird schließlich die
Radlast des Reifens aus einem funktionellen Zusammenhang zwischen
dem Reifenfülldruck
und der Latschlänge
bestimmt. Die Radlast stellt zusammen mit dem Reifenfülldruck
und der Latschlänge
einen wichtigen Parameter zum sicheren Betreiben eines Kraftwagens
dar, da beispielsweise eine Überladung
des Kraftwagens zum Platzen des Reifens führen kann. Zudem erlaubt die
Kenntnis der Radlast aller Reifen eine Bestimmung des Fahrzeuggesamtgewichts, welches
beispielsweise zur Steuerung von Fahrdynamiksystemen, für Stoßdämpfereinstellungen
und dergleichen verwendet werden kann. Als mitoffenbart ist es dabei
anzusehen, dass die Reihenfolge der Verfahrensschritte a) bis c)
beliebig vertauscht werden kann, um die Aufgabe zu lösen.
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Eine
vorteilhafte Ausgestaltung des Verfahrens sieht vor, dass der Reifenfülldruck
unmittelbar, insbesondere mittels der einen Drucksensor umfassenden
Sensoreinheit, gemessen wird. Durch die Verwendung einer derartigen
Sensoreinheit bei der Durchführung
des Verfahrens ist eine besonders einfache und kostengünstige Möglichkeit
geschaffen, eine unmittelbare Messung des Reifenfülldrucks auch
bei stehendem Fahrzeug gewährleisten
zu können und
zudem mittels derselben Sensoreinheit die Latschlänge charakterisierende
Messwerte zu erhalten und damit besonders schnell und einfach die Radlast
bestimmen zu können.
Denkbar ist in diesen Zusammenhang insbesondere auch eine Verwendung
einer zuvor beschriebenen Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens, da diese
alle benötigten
Komponenten umfasst.
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Zur
weiteren Erhöhung
der Messgenauigkeit ist es in vorteilhafter Weise vorgesehen, dass
die Reifenumdrehungsgeschwindigkeit in Schritt b) mit Hilfe von
mindestens einer kraftwagenseitigen Sensoreinheit, insbesondere
einer ABS- und/oder Fahrdynamik-Sensoreinheit oder dgl. ermittelbar und/oder
korrigierbar ist. Durch die hohe Anzahl an unterschiedlichen Sensoreinheiten
bzw. Sensortypen in modernen Kraftwagen kann insbesondere der Messwert
der Reifenumdrehungsgeschwindigkeit beispielsweise durch Abgleichen
verschiedener Sensorwerte besonders exakt ermittelt und gegebenenfalls
korrigiert werden. Der Datenaustausch kann dazu vorzugsweise über einen
CAN-Bus des Kraftwagens
oder dergleichen erfolgen.
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In
einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des Verfahrens ist vorgesehen,
dass Schritt d) das Bestimmen einer Zeitdifferenz zweier korrespondierender
Sensorsignalverlaufsmaxima und/oder Sensorsignalverlaufsminima umfasst.
Als mitumfasst ist es dabei anzusehen, dass bereits Schritt c) das
Bestimmen der Sensorsignalextremwerte sowie der Zeitdifferenz umfasst.
Der Sensorsignalverlauf zeigt sowohl beim Aufsetzen als auch beim
Abheben des den Sensor enthaltenden Reifenbereichs von der Fahrbahn
jeweils einen Extremwert in Form eines Signalmaximums bzw. Signalminimums.
Die Latschlänge
kann dann in einfacher Weise durch Multiplikation des zeitlichen
Abstands zwischen zwei korrespondierenden Extremwerten mit der Reifenumdrehungsgeschwindigkeit
ermittelt werden. Gegebenenfalls kann auch bei Kenntnis der Reifenumdrehungsgeschwindigkeit
aus der Zeitdifferenz zwischen zwei Latschdurchläufen der dynamische Reifenumfang bestimmt
werden.
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Besonders
einfach und zuverlässig
kann die Radlast dadurch bestimmt werden, dass in Schritt e) wenigstens
ein Kennfeld verwendet wird, wobei das Kennfeld wenigstens einen
vorbestimmten Wert für den
funktionellen Zusammenhang zwischen dem Reifenfülldruck, der Latschlänge und
der Radlast in Abhängigkeit
der Reifenumdrehungsgeschwindigkeit umfasst. Durch die derart bestimmten
Werte sind auch weitere wichtige Fahrzeugdaten wie etwa die Aufstandskräfte des
Reifens zugänglich,
welche beispielsweise zur Regelung von Stoßdämpferabstimmungen oder sonstigen
Fahrzeugregelparametern verwendet werden können.
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Ein
weiterer Aspekt der Erfindung betrifft ein Verfahren zur Bestimmung
eines Reifenfülldrucks
eines Reifens eines Kraftwagens mit mindestens einer innerhalb des
Reifens angeordneten Sensoreinheit, wobei das Verfahren zumindest
das Bestimmen eines Reifenfülldrucks
des Reifens unabhängig
von der Reifenumdrehungsgeschwindigkeit, insbesondere mittels der
einen Drucksensor umfassenden Sensoreinheit, umfasst. In einer Ausgestaltung
ist zudem vorgesehen, dass der Reifenfülldruck unmittelbar, insbesondere
mittels der einen Drucksensor umfassenden Sensoreinheit, gemessen
wird.
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Ein
weiterer Aspekt der Erfindung betrifft ein Verfahren zur Bestimmung
einer Latschlänge
eines Reifens eines Kraftwagens mit mindestens einer innerhalb des
Reifens angeordneten Sensoreinheit, wobei das Verfahren zumindest
die Schritte a) Bestimmen einer Reifenumdrehungsgeschwindigkeit des
Reifens, b) Bestimmen eines zeitlichen Verlaufs der Sensorsignalstärke der
Sensoreinheit und c) Bestimmen einer Latschlänge des Reifens aus einem funktionellen
Zusammenhang zwischen der Reifenumdrehungsgeschwindigkeit und dem
zeitlichen Verlauf der Sensorsignalstärke umfasst. In einer Ausgestaltung
ist nach Schritt c) ein zusätzlicher
Schritt d) vorgesehen, welcher ein Bestimmen eines Reifenfülldrucks
unabhängig
von der Reifenumdrehungsgeschwindigkeit des Reifens umfasst. In
einer weiteren Ausgestaltung ist nach Schritt d) ein zusätzlicher Schritt
e) vorgesehen, welcher ein Bestimmen einer Radlast des Reifens aus
einem funktionellen Zusammenhang zwischen der in Schritt c) bestimmten
Latschlänge
und dem in Schritt d) bestimmten Reifenfülldruck umfasst.
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Weitere
Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus
der nachfolgenden Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels
sowie anhand der Zeichnungen, wobei gleiche und funktionsgleiche
Bauteile mit identischen Bezugszeichen versehen sind. Diese zeigen
in:
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1 eine
schematische Seitenansicht eines mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung
zur Bestimmung des Reifenfülldrucks
und der Radlast ausgestatteten Kraftwagens;
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2 ein
schematisches Diagramm eines Kennfelds zur Ermittlung der Radlast
aus der Latschlänge
und dem Reifenfülldruck
bei einer konstanten Reifenumdrehungsgeschwindigkeit für eine Vorrichtung
gemäß 1;
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3 eine
schematische Schnittansicht einer Sensoreinheit gemäß 1 mit
einem kombinierten Druck- und Beschleunigungssensor nach dem Stand
der Technik; und in
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4 ein
schematisches Diagramm eines zeitlichen Sensorsignalverlaufs einer
Sensoreinheit gemäß 1 und 3 über zwei
volle Reifenumdrehungen bei konstanter Reifenumdrehungsgeschwindigkeit.
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In 1 ist
eine schematische Seitenansicht eines mit einer Vorrichtung zur
Bestimmung des Reifenfülldrucks
und der Radlast ausgestatteten Kraftwagens 10 dargestellt.
Vom Kraftwagen 10 ist dabei lediglich ein schematischer
Ausschnitt der Karosserie dargestellt, da er von der Erfindung selbst
nicht berührt
wird. Am Kraftwagen 10 ist ein Rad mit einem Reifen 12 gelagert,
welcher mit dem Reifenfülldruck pR befüllt
ist. Der Reifen 12 besitzt einen typ-, geschwindigkeits-,
beladungs- und fülldruckabhängigen Umfang
UR und liegt entlang der Latschlänge LR auf der Fahrbahn 11 auf. Im vorliegenden
Fall befindet sich außenumfänglich im
Reifen 12 einvulkanisiert eine Sensoreinheit 14 mit
einem Drucksensor, welcher den momentanen Reifenfülldruck
pR direkt im Reifen 12 misst. Dabei
können
jedoch auch andere Anordnungsmöglichkeiten
vorgesehen sein. Mit der Sensoreinheit 14 ist eine Da tenübertragungseinheit 16 verbunden,
welche in einer Vorauswertung der Messwerte M die momentane Latschlänge LR des Reifens bestimmt und gemeinsam mit
dem Reifenfülldruck
pR in an sich bekannter Weise drahtlos an eine
karosserieseitig angeordnete Auswerteeinrichtung 18 überträgt. Die
Bestimmung der Latschlänge LR erfolgt dabei vorzugsweise mit Hilfe des
in 4 dargestellten zeitlichen Verlaufs der Sensorsignalstärke S, welcher
in der zugehörigen
Figurenbeschreibung näher
erläutert
wird. Die Auswerteeinrichtung 18 umfasst ein im vorliegenden
Fall als Mikrocontrollereinheit ausgebildetes Mittel 20, über welches
die Radlast FR aus den übermittelten Messwerten bestimmt
wird. Über
einen nicht dargestellten CAN-Bus können die Messwerte beispielsweise
an eine Überwachungsvorrichtung
des Kraftwagens 10 weitergeleitet werden, welche im Fall
eines zu hohen oder zu niedrigen Reifenfülldrucks pR oder
einer zu hohen Radlast FR eine Kontrolllampe,
ein akustisches Warnsignal oder dergleichen aktiviert und den Fahrzeugführer warnt.
Denkbar ist dabei auch, dass die erfindungsgemäße Vorrichtung nicht nur wie
im vorliegenden Ausführungsbeispiel
in Personenkraftwagen sondern beispielsweise auch in Lastkraftwagen,
Anhängern
oder dergleichen verbaut ist.
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In 2 ist
ein schematisches Diagramm eines Kennfelds 22 zur Ermittlung
der Radlast FR aus der Latschlänge LR und dem Reifenfülldruck pR bei konstanter
Reifenumdrehungsgeschwindigkeit vR für eine Vorrichtung
gemäß 1 abgebildet.
Da sowohl die Latschlänge
LR als auch der Reifenfülldruck pR von
der Reifenumdrehungsgeschwindigkeit vR sowie von
der Temperatur des Reifens 12 abhängen, sind für jede mögliche Reifenumdrehungsgeschwindigkeit vR des Kraftwagens 10 entsprechende
Kennfelder im Speicher der Auswerteeinheit 18 abgelegt.
Wie aus dem Diagramm leicht ersichtlich ist, erhöht sich bei konstanter Radlast
FR mit sinkendem Reifenfülldruck pR die
Latschlänge
LR, so dass sowohl über eine direkte Druckmessung
mit Hilfe von Drucksensoren als auch über eine indirekte Messung
mit Hilfe von Beschleunigungssensoren eine mögliche Reifenpanne detektierbar
ist. Wie ebenfalls aus dem Diagramm ersichtlich, steigt bei konstantem
Reifenfülldruck
pR die Latschlänge LR mit
zunehmender Radlast FR. Durch die Möglichkeit
der unmittelbaren Messung des Reifenfülldrucks pR mit
Hilfe der in
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1 abgebildeten
Vorrichtung, kann bei Kenntnis der Latschlänge LR somit
direkt auf den zentralen Parameterwert der Radlast FR geschlossen werden.
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In 3 ist
eine schematische Schnittansicht einer Sensoreinheit 24 mit
einem kombinierten Druck- und Beschleunigungssensor nach dem Stand der
Technik dargestellt, welcher beispielsweise als Sensoreinheit 14 gemäß 1 verwendet
werden kann. Dieser umfasst einen mit dem Gasraum des Reifens 12 in
Verbindung stehenden Drucksensor 26 sowie einen Beschleunigungssensor 28,
mittels welchem die während
der Reifendrehung auftretenden Zentrifugalkräfte detektiert werden. Der
Drucksensor 26 besitzt im vorliegenden Fall einen Piezowiederstand 32,
welcher durch den Reifenfülldruck
pR gegen einen als Referenz dienenden evakuierten Raumbereich 30 gedrückt wird.
Das resultierende Sensorsignal ist über weite Bereiche proportional zum
Reifenfülldruck
pR und kann zu dessen Bestimmung herangezogen
werden. Die Sensoreinheit 14 ist dabei allerdings nicht
auf piezoelektrische Sensortypen beschränkt und kann daher anstelle
eines Piezowiederstands 32 auch andere geeignete Sensortypen
umfassen. Der Beschleunigungssensor 28 umfasst im vorliegenden
Fall eine piezoelektrisch gekoppelte seismische Masse 34,
welche in einem ebenfalls evakuierten Raumbereich 30 mit
einem Endbereich am Sensorgehäuse
befestigt ist. Durch die bei der Drehung des Reifens entstehenden
Zentrifugalkräfte
erfährt
die seismische Masse 34 eine weitgehend proportionale Auslenkung,
welche in ein entsprechendes Sensorsignal umgewandelt wird. Anstelle
einer derartigen Sensoreinheit sind allerdings auch andere geeignete
Sensortypen sowohl für die
erfindungsgemäße Vorrichtung
als auch für
das erfindungsgemäße Verfahren
geeignet und verwendbar.
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4 stellt
ein schematisches Diagramm eines zeitlichen Verlaufs der Sensorsignalstärke S einer
Sensoreinheit 14 gemäß 1 und 3 über zwei
volle Reifenumdrehungen bei konstanter Reifenumdrehungsgeschwindigkeit
vR dar. Sobald die in den Reifen 12 integrierte,
im vorliegenden Fall als Druck- und/oder Beschleunigungssensor ausgebildete
Sensoreinheit 14 aus der freien Drehung im Radhaus auf
die Fahrbahn 11 trifft, entsteht ein Beschleunigungsimpuls
mit einem ersten lokalen Sensorsignalmaximum Umax,1 und
einem anschließenden ersten
Sensorsignalminimum Umin,1. Beim Verlassen der
Fahrbahn misst der Sensor ein zweites Sensorsignalmaximum Umax,2 mit einem anschließenden zweiten Sensorsignalminimum
Umin,2. Dieser Sensorsignalverlauf wiederholt
sich entsprechend mit jeder weiteren Reifenumdrehung N und führt zu den
entsprechenden Sensorsignalmaxima Umax,3...N bzw. Sensorsignalminima
Umin,3..N. Mit Hilfe des Verlaufs der Sensorsignalstärke S kann
daher beispielsweise aus der zeitlichen Differenz tLR zwischen
den korrespondierenden Extremwerten Umax,1 und
Umin,2 multipliziert mit der Reifenumdrehungsgeschwindigkeit
vR die Latschlänge LR ermittelt
werden. Analog ergibt dich der dynamische Reifenumfang UR bei der jeweiligen Reifenumdrehungsgeschwindigkeit
vR durch Multiplikation der zeitlichen Differenz
tUR zwischen korrespondierenden Extremwerten
wie beispielsweise Umax,1 und Umax,3 mit
der Reifenumdrehungsgeschwindigkeit vR.
Da mit Hilfe der Vorrichtung gemäß 1 der
Reifenfülldruck
pR direkt gemessen werden kann, kann die
auf diese Art bestimmte Latschlänge LR mit Hilfe eines Kennfeldes gemäß 2 besonders
einfach zur Bestimmung der Radlast FR des
Reifens 12 herangezogen werden.