DE102006053825A1

DE102006053825A1 - Verfahren zur indirekten Reifendrucküberwachung

Info

Publication number: DE102006053825A1
Application number: DE102006053825A
Authority: DE
Inventors: Markus Irth; Andreas Dr. Köbe; Christian Sussmann; Franko Blank; Vladimir Dr. Koukes
Original assignee: Continental AG; Continental Teves AG and Co OHG
Current assignee: Continental AG; Continental Teves AG and Co OHG
Priority date: 2005-11-14
Filing date: 2006-11-14
Publication date: 2007-06-06
Also published as: EP1948454A1; US20080223124A1; WO2007054586A1

Abstract

Verfahren zur indirekten Reifendrucküberwachung, in welchem eine Analyse des Eigenschwingverhaltens mindestens eines Reifens durchgeführt wird und mindestens eine Druckverlustanalysegröße (f¶VL¶, f¶VR¶, f¶HL¶, f¶HR¶), insbesondere eine Eigenfrequenz, bestimmt wird, wobei eine Temperaturkompensation (4) der Druckverlustanalysegröße (f¶VL¶, f¶VR¶, f¶HL¶, f¶HR¶) durchgeführt wird, und wobei zur Bestimmung einer Kompensationsgröße (2), insbesondere des Quotienten aus Änderung der Druckverlustanalysegröße und Temperaturänderung, eine mittels eines Temperaturmodells (1) berechnete Reifentemperatur (T¶Reifen¶) verwendet wird.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren gemäß Oberbegriff von Anspruch 1 sowie ein Computerprogrammprodukt.
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.

Aus der DE 100 58 140 A1 ist ein so genanntes indirekt messendes Reifendrucküberwachungssystem (DDS: Deflation Detection System) bekannt, welches durch Auswertung der Raddrehbewegung einen Reifendruckverlust detektiert.

Aus der EP 0 578 826 B1 ist ein Reifendruckbestimmungsvorrichtung bekannt, welcher auf Basis von Reifenschwingungen einen Druckverlust in einem Reifen ermittelt.

In der EP 0 895 880 A2 wird eine Vorrichtung zum Abschätzen des Luftdruckes eines Reifens offenbart, welche einen Temperatursensor umfasst, welcher die Außenlufttemperatur misst. Anhand der bestimmten Außenlufttemperatur werden Effekte der Temperatur auf die Resonanzfrequenz des Reifens korrigiert.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Reifendrucküberwachungssystem für ein Kraftfahrzeug basierend auf der Auswertung der Reifenschwingungen bereitzustellen, bei welchem der Einfluss der Temperatur berücksichtigt wird.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch das Verfahren nach Anspruch 1 gelöst.

Der Erfindung liegt der Gedanke zugrunde, eine Kompensationsgröße für mindestens eine Druckverlustanalysegröße, welche durch Analyse des Torsionseigenschwingverhaltens mindestens eines Reifens gewonnen wird, zu bestimmen. Dabei hängt diese Kompensationsgröße von einer mittels eines Temperaturmodells berechneten Reifentemperatur ab.

Bevorzugt wird für die Kompensationsgröße ein Quotient aus Änderung der Druckverlustanalysegröße zu Temperaturänderung verwendet. Dieser gibt direkt den Einfluss der Temperatur auf die Druckverlustanalysegröße wieder.

Ebenso ist es bevorzugt, dass für jede Druckverlustanalysegröße eine Kompensationsgröße ermittelt wird. So ist eine individuelle Korrektur jeder Druckverlustanalysegröße möglich.

Bei der Druckverlustanalysegröße handelt es sich bevorzugt um eine bei einer Eigenfrequenzanalyse bestimmte Eigenfrequenz oder Eigenfrequenzverschiebung.

Es ist jedoch auch bevorzugt, dass es sich bei der Druckverlustanalysegröße um eine Größe, welche sich aus Frequenzverschiebung und weiteren spektrenbeschreibenden Größen ergibt, oder eine den Reifen beschreibende Federkonstante handelt.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform berücksichtigt das verwendete Temperaturmodell mindestens eine der folgenden Wärmemengenänderungen, um die Reifentemperatur zu berechnen:
Wärmefluss durch Walkarbeit des Reifens (Q ._Walk), Wärmefluss durch Konvektion (Q ._Convection), Wärmefluss durch Abstrahlung des Reifens (Q ._Radiation), Wärmefluss durch Wärmeeintrag des Fahrzeuges (Q ._{VehicleCondition}).

In einer Weiterbildung der Erfindung wird/werden die Kompensationsgröße(n) eingelernt, wobei zum Einlernen der Kompensationsgröße(n) die Druckverlustanalysegröße(n) zusammen mit der/den berechneten Reifentemperatur(en) über ein oder mehrere Fahrten betrachtet wird/werden. Durch das Einlernen ü ber eine längere Zeitspanne kann eine ausreichende statistische Relevanz des Ergebnisses sichergestellt werden.

Bevorzugt wird die Reifentemperatur durch zeitliche Integration aus der mindestens einen Wärmemengenänderung bestimmt wird. Besonders bevorzugt wird die Reifentemperatur durch Integration aller Wärmemengenänderungen bestimmt.

Zur Berechnung der Reifentemperatur werden bevorzugt mindestens zwei der folgenden Größen herangezogen: Außentemperatur (T_Aussen), Temperatur in einem Steuergerät, Motor-Ansauglufttemperatur, Kühlmitteltemperatur, Motortemperatur (T_Engine), Bremsentemperatur (T_Brake), Standzeit des Fahrzeugs, Fahrprofil seit Einschalten der Zündung, insbesondere Fahrzeuggeschwindigkeit (v), Gierrate, Querbeschleunigung, Antriebsmoment und/oder gefahrene Kilometer, Umgebungssensorinformationen, insbesondere Regensensor- und/oder Taupunktsensorinformationen.

Ein Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens ist die verringerte Fehlwarngefahr bzw. Nichtwarngefahr bei Druckverlust.

Die Erfindung betrifft auch ein Computerprogrammprodukt, welches einen Algorithmus nach dem vorstehend beschriebenen Verfahren definiert.

Weitere bevorzugte Ausführungsformen ergeben sich aus den Unteransprüchen und der nachfolgenden Beschreibung an Hand von Figuren.

Es zeigen
1 ein schematisches Blockschaltbild zu einer Temperaturkompensation in einer Frequenzanalyse, und
2 ein schematisches Blockschaltbild zu einer Reifentemperaturberechnung.
Die Reifentemperatur hat einen Einfluss auf den Druck im Reifen. Aus einer erhöhte Reifentemperatur folgt ein erhöhter Reifendruck, damit eine erhöhte Reifensteifigkeit sowie eine erhöhte Eigenfrequenz. Allerdings wird die Steifigkeit des Reifenmaterials (Gummi) ebenso durch die Temperatur beeinflusst. Eine erhöhte Temperatur ergibt ein weicheres Gummi, damit eine geringere Steifigkeit und eine geringere Eigenfrequenz. Es hat sich gezeigt, dass sich die beiden Effekte in ihrem Einfluss auf den Reifen und damit bevorzugt auf die Eigenfrequenz nicht kompensieren, sondern dass der Effekt abhängig von Material, Reifentemperatur und Innendruck ist. Dies führt bei Fahrten mit hohen Temperaturschwankungen zu Veränderungen des Torsionsschwingungsverhaltens eines Reifens, welche im Größenbereich der Änderungen bei einem Druckverlust liegen. Damit geht eine erhöhte Fehlwarngefahr bzw. Nichtwarngefahr bei Druckverlust einher.
Das erfindungsgemäße Verfahren wird in einem System zur indirekten Reifendrucküberwachung eingesetzt, in welchem eine Analyse des Eigenschwingverhaltens eines oder mehrerer Reifen durchgeführt wird. Hierbei wird für mindestens einen Reifen, bevorzugt für jeden Reifen, eine Druckverlustanaly segröße bestimmt. Als Beispiel für eine Druckverlustanalysegröße wird in der folgenden Beschreibung die Eigenfrequenzverschiebung f aus der Frequenzanalyse verwendet. Ebenso ist dies jedoch mit einer Druckverlustanalysegröße, welche sich aus Frequenzverschiebung und weiteren spektrenbeschreibenden Größen ergibt, wie es z.B. in der WO 2005/005174 A1 näher beschrieben wird, möglich oder auch mit einer Federkonstante des Reifens, wie z.B. in der EP 0 895 880 A2 offenbart. Beispielsgemäß liegt für jedes Rad eine Frequenzverschiebung f_VL, f_VR, f_HL, f_HR (VR: vorne rechts, HR: hinten rechts, VL: vorne links, HL: hinten links) vor.
In 1 ist ein schematisches Blockschaltbild eines beispielsgemäßen Verfahrens dargestellt, welches das oben genannte Problem des Reifentemperatureinflusses löst. Beispielsgemäß wird die Eigenfrequenz f_k (dabei kann der Index k stehen für VL, VR, HL oder HR) des Reifens zusammen mit einer berechneten Reifentemperatur T_Reifen eingelernt. Aus diesem Ensemble wird eine Kompensationsgröße für den Temperatureinfluss ermittelt, der auf die ermittelten Eigenfrequenzen f_k angewendet wird. Zu Beginn, bevor ein Kompensationswert vorliegt, wird zunächst ein empirischer Mittelwert (z.B. –0.5 Hz/10°C) als Grundkompensation 3 angenommen. Während des Einlernens wird dann aus verschiedenen Fahr-, Fahrzustands-, Fahrzeug- und Umweltinformationen X_n, wie z.B. Außentemperatur, Standzeit, Kühlmitteltemperatur, Fahrgeschwindigkeit, Fahrprofil etc., mit Hilfe eines Temperaturmodells 1 eine Reifentemperatur T_Reifen berechnet. Außerdem werden entsprechend die Eigenfrequenzen der Räder f_VL, f_VR, f_HL, f_HR bestimmt. Bei Vorliegen von Temperatur/Frequenz- Werten wird ein Korrekturfaktor 2 eingelernt. Dieser wird verwendet, um aus der Grundkompensation 3 einen aktuellen Temperaturkompensationswert 4 zu bestimmen, mit welchem die temperaturkompensierten Eigenfrequenzen f'_VL, f'_VR, f'_HL, f'_HR bestimmt werden.
Beim Einlernen des Korrekturfaktors 2 wird eine Bewertung der Streubreite der Temperatur T_Reifen durchgeführt. Der Korrekturfaktor 2 wird erst dann akzeptiert, wenn die Streubreite des gelernten Temperatur/Frequenz-Ensembles in Bezug auf die Temperatur T_Reifen (z.B. niedrigste Temperatur zur höchsten Temperatur und ausreichende Anzahl von Wertepaaren über diesem Bereich) groß genug ist.
Das Temperaturmodell 1 verwendet zur Berechnung der Reifentemperatur T_Reifen beispielsgemäß die folgenden Informationen:

• Außentemperatur T_Aussen, erhältlich entweder über einen Temperatursensor im Steuergerät oder aber über CAN Botschaften, wie z.B. Kombiaußentemperatur und Ansauglufttemperatur,
• Standzeit des Fahrzeugs: Abschätzung mitunter über die Kühlmitteltemperatur oder Motortemperatur T_Engine in Kombination mit der Außentemperatur T_Aussen, falls keine Standzeit zur Verfügung steht,
• Fahrprofil, erhältlich aus dem Geschwindigkeitssignal v, Gierrate bzw. Querbeschleunigung sowie Antriebsmoment. Darüber hinaus berechnete Größen wie z.B. gefahrene Kilometer seit „Zündung-An", und
• Regensensor- bzw. Taupunktsensorinformationen, um auf die Nässe der Straße rückschließen zu können.

Diese Informationen werden mit Hilfe eines Temperaturmodells 1 verknüpft, welches in einem ersten Ausführungsbeispiel den Wärmefluss Q . durch Walkarbeit Q ._Walk, Konvektion Q ._Convection und Strahlungswärme Q ._Radiation bilanziert, und daraus eine Reifentemperatur berechnet. In einem weiteren Term Q ._{VehicleCondition} für Umweltbedingungen werden Einflüsse des Fahrzeugs, wie z.B. Bremsentemperatur und Motortemperatur, berücksichtigt.
Mögliche Berechnungsgleichungen sind:
Strahlung/Strahlungswärme: Q .Radiation = ε·σ·A·(T4Aussen – T4Reifen ) = αs·(T4Aussen – T4Reifen )Konvektion: Q .Convection = αk·√v·(TAussen – TReifen)Walkarbeit: Q .Walk = f·m·g·v = f·Fz·vFahrzeugbedingungen/Fahrzeugwärmeeintrag: Q .VehicleCondition = f(TBrake, TEngine, ...)
Mit

ε: Emissionsgrad,
σ: Stefan-Boltzmann-Konstante,
A: strahlende Oberfläche des Reifens,
α_s: Proportionalitätskonstante der Strahlungswärme,
α_k: Proportionalitätskonstante der Konvektion,
f: Proportionalitätskonstante des Rollwiderstandes,
F_z: Radlast,
v: Geschwindigkeit,
T_Aussen: Außentemperatur,
T_Reifen: Reifentemperatur, und
f(T_Brake, T_Engine, ...): Funktion der Bremsentemperatur T_Brake, der Motortemperatur T_Engine und weiterer Größen.

Die Reifentemperatur T_Reifen kann dann durch Integration der Wärmemengenänderungen berechnet werden gemäß: TReifen = 1/cReifen·∫(Q .Convection + Q .Radiation + Q .Walk + Q .VehicleCondition)dt + TStart
Mit c_Reifen: Wärmekapazität des Reifen und T_Start: Startwert.
In 2 ist ein beispielsgemäßes Verfahren zur Berechnung der Reifentemperatur T_Reifen nach obiger Gleichung schematisch dargestellt. Aus Außentemperatur T_Aussen, Fahrgeschwindigkeit v, Bremsentemperatur T_Brake, Motortemperatur T_Engine und einem Startwert T_Start für die Reifentemperatur werden die vier Wärmeflussbelträge Q ._Walk, Q ._Convection, Q ._Radiation und Q ._{VehicleCondition} berechnet, in Block 5 aufaddiert, in Block 6 durch die Wärmekapazität c_Reifen geteilt und in Block 7 über die Zeit t integriert. Die resultierende Reifentemperatur T_Reifen wird zur Be rechnung neuer Wärmeflussbeiträge Q ._Convection, Q ._Radiation verwendet.
In einem besonders einfachen Ausführungsbeispiel wird der Strahlungsanteil Q ._Radiation vernachlässigt. Als Ausgleich für die damit fehlende Temperaturabnahme wird eine minimale Geschwindigkeit v als Eingang für die Konvektionsgleichung angenommen.
Zur Bestimmung eines Startwertes T_Start müssen Plausibilisierungswerte aus der Standzeit herangezogen werden.

Claims

Verfahren zur indirekten Reifendrucküberwachung, in welchem eine Analyse des Eigenschwingverhaltens mindestens eines Reifens durchgeführt wird und mindestens eine Druckverlustanalysegröße (f_VL, f_VR, f_HL, f_HR), insbesondere eine Eigenfrequenz, bestimmt wird, wobei eine Temperaturkompensation (4) der Druckverlustanalysegröße (f_VL, f_VR, f_HL, f_HR) durchgeführt wird, dadurch gekennzeichnet, dass zur Bestimmung einer Kompensationsgröße (2), insbesondere des Quotienten aus Änderung der Druckverlustanalysegröße und Temperaturänderung, eine mittels eines Temperaturmodells (1) berechnete Reifentemperatur (T_Reifen) verwendet wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Temperaturmodell (1) mindestens eine der folgenden Wärmemengenänderungen berücksichtigt: Wärmefluss durch Walkarbeit des Reifens (Q ._Walk), Wärmefluss durch Konvektion (Q ._Convection), Wärmefluss durch Abstrahlung des Reifens (Q ._Radiation), Wärmefluss durch Wärmeeintrag des Fahrzeuges (Q ._{VehicleCondition}).
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass zum Einlernen der Kompensationsgröße die Druckverlustanalysegröße (f_VL, f_VR, f_HL, f_HR), insbesondere Eigenfrequenz, zusammen mit der berechneten Reifentempe ratur (T_Reifen) über ein oder mehrere Fahrten betrachtet wird.
Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Reifentemperatur (T_Reifen) durch zeitliche Integration aus der mindestens einen Wärmemengenänderung (Q ._Walk, Q ._Convection, Q ._Radiation, Q ._{VehicleCondition}), insbesondere aus allen Wärmemengenänderungen, bestimmt wird.
Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Reifentemperatur (T_Reifen) unter Berücksichtigung mindestens zweier der folgenden Größen berechnet wird: Außentemperatur (T_Aussen), Temperatur in einem Steuergerät, Motor-Ansauglufttemperatur, Kühlmitteltemperatur, Motortemperatur (T_Engine), Bremsentemperatur (T_Brake), Standzeit des Fahrzeugs, Fahrprofil seit Einschalten der Zündung, insbesondere Fahrzeuggeschwindigkeit (v), Gierrate, Querbeschleunigung, Antriebsmoment und/oder gefahrene Kilometer, Umgebungssensorinformationen, insbesondere Regensensor- und/oder Taupunktsensorinformationen.
Computerprogrammprodukt, dadurch gekennzeichnet, dass dieses einen Algorithmus definiert, welcher ein Verfahren gemäß mindestens einem der Ansprüche 1 bis 5 umfasst.