-
Die
Erfindung betrifft eine Messvorrichtung und ein Verfahren zur Ermittlung
von Reifenparametern insbesondere zur Überwachung eines
Reifenprofils eines Fahrzeugs gemäß der Gattung
der unabhängigen Ansprüche.
-
Die
Qualität und Art der Reifen eines Fahrzeugs hat auf das
Fahr- und Bremsverhalten eines Kraftfahrzeugs einen wesentlichen
Einfluss. Aus diesem Grunde besteht seit jeher ein Interesse Informationen über
den Reifenzustand zu erhalten. Zur Erhöhung der Fahrsicherheit
besteht über die übliche unregelmäßige
visuelle Kontrolle hinausgehend ein Bedarf, die Kontrolle in kurzen
Intervallen und personenunabhängig durchzuführen.
-
Insbesondere
besteht ein Bedarf, qualitative und quantitative Reifenparameter
einem Kontrollsystem eines Kraftfahrzeugs zur Verfügung
zu stellen. So ist es bereits bekannt, Radgeschwindigkeiten, Reifendruck
und -temperatur über Sensoren zu erfassen und beispielsweise
einem Antiblockiersystem (ABS), einer Antriebsschlupfregelung (ASR)
oder einem elektronischen Stabilitätsprogramm (ESP) zur Verfügung
zu stellen.
-
Aus
der
DE 101 28 284
A1 ein System und Verfahren bekannt, bei dem mindestens
an einem Reifen eines Kraftfahrzeugs Mittel zum Speichern von Informationen
vorgesehen sind, wobei die Informationen Eigenschaften des Reifens
repräsentieren. Die Informationen werden wiederum über
Sensoren erfasst und einer Steuerung zur Verfügung gestellt. Als
mögliche Steuerungsmöglichkeiten sind beispielsweise
vorgesehen: Steuerung Fahrverhalten, Fahrdynamikregelung, Schlupfbedarf,
Geschwindigkeitsbegrenzung bis hin zur Wegfahrsperre. Es ist vorgesehen,
die reifenspezifische Codierung dauerhaft in einem im Reifen integrierten
Speicherbaustein (EEPROM) abzulegen und über eine Schnittstelle auslesbar
zu machen. Weiterhin ist es vorgesehen, den Reifen mittels magnetischer
Muster zu codieren und die Muster bei einem Vorbeilaufen an einem Sensor
zu erfassen und auszuwerten.
-
Des
Weiteren ist aus der
DE
103 56 136 A1 ein System zur Überwachung von Rädern
eines Kraftfahrzeugs bekannt, bei dem die Räder mit einer Speicher-
und Übertragungseinrichtung für reifenspezifische
Daten ausgerüstet sind. Die Daten werden fahrzeugseitig
mittels einer Empfangseinrichtung ausgelesen und beispielsweise
für eine Fahrstabiltäts- oder Geschwindigkeitsabregelungsfunktion
weiter verwendet.
-
Ein ähnliches
System ist auch aus der
WO 95/22467 bekannt,
in der zur Druck- und Temperaturüberwachung ein Reifen
mit einem Transponder inklusive Stromversorgung und Antenne ausgestaltet ist.
Die Daten sowie auch Reifenkenndaten werden von dem Transponder
drahtlos an eine Empfangseinrichtung übertragen.
-
Ferner
ist aus der
DE 199
40 086 A1 ein Reifen mit Transponder bekannt, der Daten
für die Identifikation und Betriebsdaten des Reifens bereitstellt.
-
Zur
Erkennung oder Abschätzung einer Reifenabnutzung ist aus
der
DE 100 58 099 ein
Verfahren und eine Vorrichtung bekannt, die anhand reifenspezifischer
Messdaten Rückschlüsse auf eine etwaige kritische
Reifenabnutzung zieht. Die Auswertung erfolgt hier insbesondere
anhand von Messgrößen eines ABS- oder ESP-Systems
in Kombination mit Reifenkenndaten. Ausgehend von diesen Daten wird über
ein Reifenverschleiß-Kennfeld ein Reifenverschleiß abgeschätzt
und zur weiteren Verarbeitung zur Verfügung gestellt.
-
Für
die optische Erfassung dreidimensionaler Strukturen sind insbesondere
Lichtschnitt-Triangulationsverfahren bekannt. Hierbei wird die Oberfläche
des Objekts schräg mit einem Lichtstrahl beleuchtet und
die Position bzw. der Winkel des reflektierten Lichtstrahls erfasst.
Aus der Lage des Reflexionspunktes und des bekannten Abstrahlwinkels
lässt sich die Struktur der Oberfläche ermitteln.
-
Ein
solches Verfahren ist beispielsweise aus der
DE 197 05 047 A1 bekannt,
bei dem zur Messung der Profiltiefe die Reifenoberfläche
mit einem Laserstrahl abgefahren wird und die Reflektionen von einem
Sensor erfasst werden. Anhand der Sensordaten wird eine Profiltiefe
ermittelt, wobei zur Erhöhung der Genauigkeit das Profil über
den gesamten Umfang gemessen wird. Dieses Verfahren kann insbesondere
stationär an Bremsprüfständen eingesetzt werden.
-
Das
vorgenannte Lichtschnitt-Triangulationsverfahren hat den Nachteil,
dass der Lichtschnitt nur einen kleinen Bereich der Reifenoberfläche
erfasst und zur Erhöhung der Genauigkeit die Messungen
an mehreren Positionen der Reifenoberfläche wiederholt
werden müssen.
-
Aufgabe
der Erfindung ist es, ein Verfahren und eine Vorrichtung bereitzustellen,
die bereits mit einer einzigen Messung zuverlässige Informationen über
wichtige Reifenparameter liefert.
-
Die
Aufgabe wird in vorteilhafter Weise durch die erfindungsgemäße
Vorrichtung und des erfindungsgemäßen Verfahrens
der unabhängigen Ansprüche gelöst.
-
Das
erfindungsgemäße Verfahren bzw. die Vorrichtung
geht aus, von einer Messvorrichtung mit einer Lichtquelle zur Beleuchtung
eines Flächenabschnitts einer Reifenoberfläche
mit intensitätsmoduliertem Licht. Ferner weist die Messvorrichtung
einen TOF-Sensor auf, der das von der Reifenoberfläche reflektierte
Lichts erfasst, wobei ausgehend von der Lichtlaufzeit bzw. Phasendifferenz
des empfangenen Lichts ein dreidimensionales Modell der beleuchten Reifenoberfläche
ermittelt wird und eine Auswerteeinheit ausgehend von dem ermittelten
dreidimensionalen Modell Reifenparameter ermittelt.
-
Dieses
Vorgehen hat den Vorteil, dass mit einer Messung die Reifenprofilierung über
einen großen Flächenabschnitt erfasst werden kann
und so beispielsweise etwaige lokale Verschmutzungen vernachlässigt
oder mit geeigneten Algorithmen herausgerechnet werden können.
Insbesondere erlaubt eine flächige Messung, nicht nur eine
Profiltiefe zu bestimmen, sondern den Reifenabschnitt als dreidimensionales
Modell abzubilden, um hieraus weitere Reifenparameter zu gewinnen.
Aus dem Profilverlauf lässt sich beispielsweise eine Laufrichtung
und/oder der Reifentyp ermitteln. Ferner ist es möglich über
die lokale Verteilung der Profiltiefe fehlerhafte Achsen- und Spureinstellungen
zu ermitteln. Die quasi kontinuierlich mögliche Erfassung
der Reifenparameter trägt hierbei erheblich zur Fahrzeugsicherheit
bei.
-
Durch
die in den abhängigen Ansprüchen aufgeführten
Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen
der in den unabhängigen Ansprüchen angegeben Erfindung
möglich.
-
Vorteilhaft
sind Lichtquelle und der TOF-Sensor in einem Gehäuse angeordnet.
Dies erlaubt es in einfacher Art und Weise Lichtquelle und Sensor über eine
mechanische Blende vor Verschmutzung zu schützen.
-
In
einer weiteren Ausgestaltung weist die Messvorrichtung zusätzliche
eine Lesevorrichtung zur Erfassung von Transponderdaten auf. Häufig sind
Reifen mit Transponder, insbesondere RFID-Transponder ausgestattet,
die übliche Reifen- und Herstellerangaben bereitstellen.
Zudem können die Transponder auch mit einer Druck- und
Temperaturmessung ausgestattet sein, und auch diese Daten zur Verfügung
stellen. Die erfindungsgemäß vorgesehene Lesevorrichtung
ermöglicht es so, auch diese bereits vorhandenen Daten
zu Erfassen und ggf. für die weiteren Messungen zu verwenden
und/oder die Messergebnisse mit den Transponderdaten zu vergleichen.
-
Bevorzugt
weist die Messvorrichtung insbesondere bei einem Einsatz in einem
Fahrzeug eine Bus-Schnittstelle, vorzugsweise eine CAN-Bus- oder auch
LIN-Schnittstelle auf.
-
Zweckmäßigerweise
ist es vorgesehen, die Messvorrichtung mit einem Nässe-
bzw. Feuchtigkeitssensor auszurüsten. Der Sensor muss nicht zwingend
im oder am Gehäuse der Messvorrichtung angeordnet sein,
sondern kann auch separat platziert werden, insbesondere kann dieser
Sensor auch bereits Teil der Bordausstattung des Fahrzeugs sein. Der
Einsatz eines solchen Sensors hat den Vorteil, dass beispielsweise
eine Messung nicht eingeleitet wird, wenn ausgehend von den Signalen
des Nässe- bzw. Feuchtigkeitssensor die Gefahr einer Verschmutzung
der Messvorrichtung besteht.
-
Bei
einem Einsatz in einem Kraftfahrzeug, ist es von Vorteil mindestens
einen Sensor in mindestens einem Radhaus des Kraftfahrzeugs anzuordnen.
-
Bei
einem Flugzeug, ist die Messvorrichtung vorzugsweise am Fahrwerk
angeordnet.
-
In
einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist die Messvorrichtung
als Messgerät ausgestaltet, mit einer Anzeige zur Darstellung
der ermittelten Reifenparameter. Vorzugsweise handelt es sich hierbei
um ein Handgerät, dass sowohl mobil als auch stationär
eingesetzt werden kann. Insbesondere kann ein solches Gerät
in Werkstätten eingesetzt werden und beispielsweise zur
Dokumentation einer korrekten Reifenmontage benutzt werden. Insbesondere
ist es denkbar, das Gerät mit einer Kommunikationsschnittestelle
(USB, WLAN, parallele oder serielle Schnittstellen etc.) für
eine übliche Datenverarbeitung auszustatten.
-
Bei
einem Einsatz der Messvorrichtung in einem Fahrzeug, ist es vorteilhaft
vorgesehen, die Reifenparameter vorzugsweise im Stillstand des Fahrzeugs,
insbesondere bei einem Start und/oder bei einem Anhalten des Fahrzeugs
zu ermitteln.
-
Insbesondere
ist es auch vorteilhaft, die Messung bei einem Anfahren unmittelbar
nach einem Start und/oder Anhalten durchzuführen, da zu diesem
Zeitpunkt mit hoher Wahrscheinlichkeit eine Verschmutzung der Messvorrichtung
ausgeschlossen werden kann.
-
In
einer weiteren Ausgestaltung ist es vorgesehen, die Messung auch
im Fahrbetrieb des Fahrzeugs durchzuführen. Hierbei ist
es von Vorteil, wenn die Ermittlung der Reifenparameter nur dann
erfolgt, wenn ausgehend von Signalen eines Nässe- bzw. Feuchtigkeitssensor
und/oder einer Freigabe einer zentralen Steuereinheit eine Verschmutzung
der Messvorrichtung ausgeschlossen ist.
-
Nachfolgend
wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen unter
Bezugnahme auf die Zeichnungen näher erläutert.
Es zeigen:
-
1 schematisch
eine erfindungsgemäße Messvorrichtung,
-
2 schematisch
ein erfindungsgemäßes Messsystem für
ein Kraftfahrzeug.
-
1 zeigt
schematisch eine erfindungsgemäße Messvorrichtung
zur Ermittlung von Reifenparametern. Die Messvorrichtung 10 umfasst
zwei Lichtquellen 12, ein TOF-Sensor 14, eine
Auswerteeinheit 16 und eine Anzeige 18. Der zu
vermessende Reifen 20 wird von den Lichtquellen 12 intensitätsmoduliert
beleuchtet und das von der Reifenoberfläche reflektierte
Licht vom TOF-Sensor 14 erfasst. Der TOF-Sensor 14 ist
vorzugsweise als Time of flight – Sensor ausgelegt, der
ausgehend von der Laufzeit des emittierten Lichts bzw. aus der Phasendifferenz des
emittierten und empfangenen Lichts für ein jedes Empfangspixel
ein Entfernungssignal bereitstellt. Die Empfangspixel sind vorzugsweise
als Pixelarray angeordnet, wobei eine Optik die beleuchtete Reifenoberfläche
auf das Pixelarray abbildet.
-
Als
TOF-Sensor
14 kann insbesondere ein so genannter Photomischdetektor
(PMD) vorgesehen sein, wie er u. a. in den Anmeldungen
DE 196 35 932 ,
EP 1 777 747 ,
US 6 587 186 und auch
DE 197 04 496 beschrieben und beispielsweise
von der Firma ,ifm electronic gmbh' im Frame-Grabber O3D101/M01594
eingesetzt wird.
-
Als
Lichtquelle können insbesondere Leuchtdioden als auch Laserlichtquellen
eingesetzt werden.
-
Die
Auswerteeinheit 16 ist vorzugsweise als frei programmierbare
Prozessoreinheit ausgebildet, und erlaubt je nach Programmvorgabe
eine Ermittlung von Reifenparametern anhand eines aus den Entfernungsdaten
gewonnenen dreidimensionalen Modell der erfassten Reifenoberfläche.
-
Im
Gegensatz zu einer rein zeilenförmigen Abtastung der Reifenoberfläche,
wie es beispielsweise bei einem Einsatz eines Lichtschnitt-Triangulationsverfahrens
der Fall ist, ermöglicht das erfindungsgemäße
Verfahren bereits in einer einzigen Messung eine Bestimmung vielfältiger
Reifenparameter. In nicht abschließender Nennung erlaubt
die Vorrichtung und das entsprechende Verfahren, die Bestimmung
einer mittleren und auch lokal aufgelösten Profiltiefe;
eine Bestimmung der Profilart und somit auch eine Identifizierung,
ob es sich um ein Sommer- oder Winterprofil bzw. -reifen handelt;
auch lässt sich anhand des erkannten Profils auch die Rollrichtung
und somit der korrekte Reifeneinbau ermitteln; weitere Größen
können sein: Reifenbreite, -durchmesser, einseitige Abnutzung
der Reifen, Asymmetrien, Höhenschlag oder auch Defekte.
Bei einer über den gesamten Umfang durchgeführten
Messung kann selbstverständlich die Genauigkeit der Messungen und
Informationsmenge weiter erhöht werden Die dargestellte
Vorrichtung kann sowohl stationär, beispielsweise in einem
Prüfstand, als auch mobil eingesetzt werden. Insbesondere
bei einem mobilen Einsatz kann die Optik der Messvorrichtung so
eingestellt werden, dass die korrekte Parametererfassung über
einen großen Abstandsbereich hinreichend genau funktioniert.
-
Insbesondere
ist es auch denkbar, zwei Messbereiche vorzusehen, wobei in einem
Nahbereich die Profiltiefe präzise gemessen wird und in
einem Fernbereich, die Reifengröße und Profilierung.
-
Ferner
kann die Vorrichtung zusätzlich mit einer Transponder-Lesevorrichtung
ausgestattet sein. Im zunehmenden Maße werden Reifen mit
Transponder ausgerüstet, die Identifikationsmerkmale und wichtige
Reifenkenngrößen in einem Datenspeicher zum Abruf
bereithalten. Als Reifenkenngrößen stehen hier
typischerweise zur Verfügung: Hersteller, Herstellungsdatum,
Reifentyp etc. Teilweise verfügen die Transponder auch über
eine Temperatur- und Druckmessung und stellen auch diese Messungen zur
Verfügung. Über die Lesevorrichtung können
diese Daten ausgelesen und der Auswerteeinheit zusätzlich
zur Verfügung gestellt und insbesondere mit den gemessenen
Reifenparametern korreliert werden.
-
2 zeigt
einen Einsatz der erfindungsgemäßen Messvorrichtung
in einem Kraftfahrzeug. Im dargestellten Beispiel werden alle vier
Reifen 20a–d von einer im jeweiligen Radhaus angeordneten Messvorrichtung 10a–d überwacht.
Die von den Messvorrichtungen 10a–d ermittelten
Daten werden an eine zentrale Steuereinheit 30 beispielsweise über übliche
Bus-Verbindungen, insbesondere CAN, LIN ..., weitergeleitet. Die
ermittelten Daten können in bekannter Weise beispielsweise
für Fahrerassistenzsystem wie ABS, ASR oder ESP, Verwendung
finden. Insbesondere ist es möglich, aufgrund der quasi
kontinuierlich vorliegenden Reifenparameter die Bremsparameter zu
optimieren bzw. entsprechend zu adaptieren. Beispielsweise könnte
bei einer geringen Profiltiefe der Bremsdruck erhöht werden.
-
In
einem Kraftfahrzeug kann insbesondere ein Motorsteuergerät
die Funktion der zentralen Steuereinheit 30 übernehmen.
Da typischerweise im Motorsteuergerät alle Betriebsdaten
des Kraftfahrzeugs zusammengeführt werden, kann der Betrieb der
Messvorrichtungen 10a–d vorzugsweise auch anhand
dieser Betriebsdaten gesteuert werden.
-
Die
im Radhaus angeordnete Messvorrichtung 10a–d ist
typischerweise starker Verschmutzung ausgesetzt und wird vorteilhaft über
eine mechanische Blende geschützt. Um eine Verschmutzung
der Messvorrichtung bzw. Beleuchtung und der erfassenden Optik während
einer Messung zu vermeiden, muss vor dem Öffnen der Blende
eine Verschmutzungsgefahr ausgeschlossen werden.
-
Mit
großer Sicherheit kann eine Verschmutzung während
eines Stillstands des Kraftfahrzeugs ausgeschlossen werden. Insofern
eignen sich als Messzeitfenster insbesondere der Start als auch
die Anhaltehasen.
-
Vorzugsweise
ist es vorgesehen, die Reifenparameter bei jedem Start des Kraftfahrzeugs
zu erfassen, wobei die Reifenparameter vorzugsweise über
mehrere Messungen bzw. Starts und/oder Anhaltsphasen ausgewertet
und ggf. gemittelt werden. Einzelne Falschmessung, beispielsweise
aufgrund eines verschmutzten Reifens, können dann zum Beispiel
durch einen Vergleich mit mehreren plausiblen Messwerten rechnerisch
herausgefiltert werden. Insbesondere kann es vorgesehen sein, dass
die Messvorrichtung erst nach mehreren Messungen die Reifenparameter
für die nachfolgenden Module bzw. Steuereinheiten zur Verfügung
stellt.
-
Des
Weiteren kann es auch vorgesehen sein, dass in der Auswerteeinheit
Grenzwerte hinterlegt sind, und die Messvorrichtung bei Über-
oder Unterschreiten von Grenzwerten entsprechende Alarme generiert.
-
Im
Weiteren kann eine Verschmutzung auch dann vernachlässigt
werden, wenn sich das Fahrzeug mit einer geringen Geschwindigkeit
bewegt. Aufgrund der kurzen Messzeiten eines TOF-Sensors wird das
Messergebnis durch die Umfangsgeschwindigkeit des Reifens nicht
beeinträchtigt.
-
Bei
einem bewegten Fahrzeug kann jedoch die Messvorrichtung durch Nässe
verschmutzt werden, insofern ist es vorteilhaft, diesen Zustand über einen
Nässe- und/oder Verschmutzungssensor abzufragen.
-
Als
besonders geeignet erweist sich eine Messung beim Anfahren unmittelbar
nach einem Start des Fahrzeugs. Der Reifen ist beim Start in der Regel
trocken oder nur in vernachlässigbaren Mengen mit Wasser
benetzt, so dass beim Anfahren mit geringer Geschwindigkeit nicht
mit einer Verschmutzung zu rechnen ist. Eine Messung beim Anfahren ermöglicht
so eine vollständige Reifenkontrolle innerhalb weniger
Sekunden.
-
Das
erfindungsgemäße Vorgehen erlaubt es nicht nur,
ein dreidimensionales Modell der Reifenoberfläche zu ermitteln,
sondern erlaubt auch eine Erfassung des Abstandes zwischen Reifen
und Messvorrichtung. Bei einer festen Montage der Messvorrichtung
mit der Karosserie kann über die Abstandmessung in vorteilhafter
Weise auch die Position des Reifens im Koordinatensystem des Kraftfahrzeugs bestimmt
werden. Die erfindungsgemäße Vorrichtung erlaubt
es somit, nicht nur übliche Reifenparameter zu ermitteln,
sondern darüber hinaus auch weitere relevante Reifenparameter
wie Rad- und Achsengeometrie, insbesondere auch Spur und Sturz.
-
Ist
die Messvorrichtung beispielsweise im Zenit des Radhauses angeordnet,
lässt sich zudem auch der Abstand zwischen Radhaus und
Reifen in einfacher Art und Weise bestimmen. Diese Abstandsmessung
erlaubt es, beispielsweise einen Beladungszustand des Kraftfahrzeugs
zu erkennen und ggf. auch auf kritische Beladungszustände
hinzuweisen. Insbesondere ist es für Lastkraftwagen denkbar, diese
Abstandsmessung zu kalibrieren, so dass ausgehend vom Abstand auf
das Ladegewicht geschlossen werden kann.
-
Kombiniert
mit Beschleunigungs- und/oder Verzögerungswerten können über
derartige Abstandsmessungen auch Aussagen über die Stoßdämpferqualität
getroffen werden.
-
Selbstverständlich
ist die Erfindung nicht auf Reifen eines Kraftfahrzeugs beschränkt,
sondern erlaubt Messungen an jedwede Reifenart. Insbesondere ist
es auch denkbar Flugzeugreifen zu untersuchen. Dies kann sowohl
am Boden im Stillstand, vor einem Start, beim Anrollen oder nach
der Landung beim Ausrollen erfolgen. Vorzugsweise erfolgt die Überprüfung
auch in der Luft ggf. bei einem eingefahrenen Fahrwerk.
-
Die
vorhergehende Beschreibung dient im Wesentlichen der Erläuterung
und schränkt die Erfindung nicht auf die Ausführungsbeispiele
ein. Weitere Ausführungsformen, Kombinationen der Ausführungsbeispiele, Änderungen
und Modifikationen sind möglich, ohne den Umfang der Erfindung
sowie ihrer Äquivalente zu verlassen.
-
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
-
Diese Liste
der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert
erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information
des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen
Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt
keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
-
Zitierte Patentliteratur
-
- - DE 10128284
A1 [0004]
- - DE 10356136 A1 [0005]
- - WO 95/22467 [0006]
- - DE 19940086 A1 [0007]
- - DE 10058099 [0008]
- - DE 19705047 A1 [0010]
- - DE 19635932 [0031]
- - EP 1777747 [0031]
- - US 6587186 [0031]
- - DE 19704496 [0031]