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Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung, mit deren Hilfe die Laufleistung eines Reifens bestimmt werden kann.
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Aus
DE 195 22 269 A1 ist ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Laufleistungsbestimmung eines Kraftfahrzeugreifens bekannt, bei dem bei jedem Umlauf des Kraftfahrzeugreifens ein piezoelektrisches Element einen Spannungsimpuls erzeugt, mit dessen Hilfe in einer Zähleinheit die genaue Anzahl der Radumdrehungen gezählt werden kann.
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Nachteilig bei einer derartigen Laufleistungsbestimmung ist die Energieversorgung der beteiligten Komponenten. Die notwendige Energie kann über eine elektromagnetische Kopplung eingebracht werden, so dass ein entsprechend hoher aparativer und konstruktiver Aufwand betrieben werden muss. Alternativ kann die notwendige Energie von einer Batterie zur Verfügung gestellt werden, die entsprechend groß dimensioniert sein muss, um über die gesamte Lebensdauer des Reifens jede einzelne Radumdrehung detektieren zu können.
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Aus der
DE 10 2007 039 242 A1 ist ein Verfahren zum Betrieb eines Sensors an oder in einem Fahrzeugreifen, insbesondere eines Beschleunigungssensors und insbesondere zur Detektion einer Reifenumlaufdauer und/oder einer Reifenaufstandsdauer, bekannt, wobei der Sensor in einem ersten Zeitintervall eines Reifenumlaufs mit einer ersten Abtastrate und in einem zweiten Zeitintervall des Reifenumlaufs mit einer zweiten Abtastrate betrieben wird.
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Aus der
DE 44 02 136 A1 ist ein System zur Bestimmung der Betriebsparameter von Fahrzeugreifen bekannt mit einer im Fahrzeugreifen integrierten Trägereinheit mit zwei Trägerkörpern, zwischen denen ein Separator angeordnet ist, einer im Fahrzeugreifen oder auf dem (den) Trägerkörper(n) angeordneten Sensoreinheit mit mindestens einem Detektor und einer Auswerteelektronikeinheit, einem auf einem der Trägerkörper angeordneten und zur Energieversorgung der Systemkomponenten sowie als Sensor für die Reifenumdrehungen dienenden piezoelektrischen Element, einem auf einem der Trägerkörper angeordneten integrierten Halbleiterschaltkreis mit einer Spannungsversorgungseinheit, einer Zählereinheit, einer Steuereinheit, einer Temperaturbewertungseinheit, einer Speichereinheit und einer Ausgabeeinheit, und einer auf einem der Trägerkörper angeordneten Datenübertragungseinheit.
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Aus der
US 2010/0 000 310 A1 ist ein Verfahren bekannt zum Bestimmen des Zustands einer Reifenlauffläche eines Fahrzeugrades, das eine Felge und einen Reifen umfasst, wobei das Verfahren folgende Schritte enthält: Emittieren einer elektromagnetischen Strahlung in Richtung der Lauffläche des Reifens, Empfangen einer reflektierten elektromagnetischen Strahlung von der Lauffläche des Reifens in Reaktion auf die emittierte Strahlung, Verarbeiten der reflektierten Strahlung, um Höhendaten zu erhalten, die jeweilige Höhen einer Vielzahl von Punkten, die auf der Lauffläche des Reifens angeordnet sind, enthalten, Wiederholen der oben genannten Schritte in aufeinanderfolgenden Zeitintervallen, innerhalb derer das Fahrzeug eine vorgegebene Strecke gefahren ist, und Speichern der jeweiligen Höhendaten, insbesondere Mittelwerte der Höhendaten, jeweils in Abhängigkeit von der gefahrenen Strecke, und Herleiten einer Restlaufleistung des Reifens aus der Folge der gespeicherten Höhendaten.
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Es ist die Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Laufleistungsbestimmung eines Reifens zu schaffen, wodurch eine vereinfachte Energieversorgung für die Laufleistungsbestimmung ermöglicht wird.
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Die Lösung der Aufgabe erfolgt erfindungsgemäß durch ein Verfahren zur Laufleistungsbestimmung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und eine Vorrichtung zur Laufleistungsbestimmung mit den Merkmalen des Anspruchs 9. Bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.
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Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zur Laufleistungsbestimmung des Reifens, insbesondere Kraftfahrzeugreifens, erfolgt ein erstes zeitlich begrenztes Messen einer ersten aktuellen Laufleistung, ein zweites zeitlich begrenztes Messen einer zweiten aktuellen Laufleistung, wobei zwischen dem ersten Messen und dem zweiten Messen ein messungsfreier Ruhezeitraum vorgesehen ist, ein Abschätzen der Laufleistung während des Ruhezeitraums auf Grundlage der ersten aktuellen Laufleistung und/oder einer zweiten aktuellen Laufleistung, und ein Wiederholen des Verfahrens, wobei die bereits durchgeführte zweite Messung an die Stelle der ersten Messung tritt.
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Aufgrund des messungsfreien Ruhezeitraums zwischen zwei Messungen ist es nicht erforderlich, für die Elektrik der Laufleistungsbestimmung elektrische Energie zur Verfügung zu stellen, so dass ein Teil der elektrischen Komponenten, insbesondere die Messsensorik für das Messen der aktuellen Laufleistung, in einen Schlafmodus wechseln können oder sogar vollständig von einer bereitgestellten Energiequelle, insbesondere einer Batterie, beispielsweise mit Hilfe eines Schalters getrennt werden können. Eine elektronische Schaltung, um die Dauer beziehungsweise Länge des messungsfreiern Ruhezeitraums zu bestimmen und/oder zu messen, kann jedoch eingeschaltet bleiben. Aufgrund des dadurch reduzierten Energiebedarfs kann die Energieversorgung vereinfacht werden und insbesondere eine deutlich kleiner dimensionierte Batterie verwendet werden. Da die Komponenten für die Laufleistungsbestimmung insbesondere innerhalb des Reifens angeordnet werden können, werden durch die deutlich kleiner dimensionierte Batterie am Reifen angreifende Unwuchten durch die Batterie und der mit der Batterie verbundenen Komponenten deutlich reduziert. Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird die Erkenntnis ausgenutzt, dass bei der extrem hohen Anzahl von Radumdrehungen während der Lebensdauer eines Reifens eine exakte Bestimmung der tatsächlichen Radumdrehungen nicht erforderlich ist. Statt dessen wird über zeitlich zueinander beabstandete Messungen die Anzahl der Radumdrehungen zwischen den beiden Messungen abgeschätzt. Über die gesamte Betriebsdauer der Laufleistungsbestimmung können sich beim Beschleunigen oder Abbremsen entstehende Fehler ausgleichen, so dass durch den Ersatz einer kontinuierlichen Messung durch eine eher stichprobenartige zeitlich beabstandete Messung ein relativer Messfehler über eine immer längere Betriebsdauer immer geringer wird. Mit Hilfe des Verfahrens können in einem bestimmten Zeitintervall die Anzahl von Radumdrehungen gemessen werden, so dass eine aktuelle Belastung des Reifens von Radumdrehungen pro Zeiteinheit bestimmt werden kann. Da der Durchmesser des Reifens in der Regel bekannt ist und gegebenenfalls ein möglicher Abrieb über die Lebensdauer des Reifens in den Komponenten für die Laufleistungsbestimmung gespeichert werden kann, ist es möglich, mit Hilfe des Reifendurchmessers und der bestimmten Anzahl an Radumdrehungen, die mit einem bestimmten Reifen bereits gefahrene Strecke (Laufleistung des Reifens) zu bestimmen. Durch die Bestimmung der Radumläufe in einem bestimmten Zeitintervall bei dem ersten Messen sowie dem zweiten Messen kann die jeweils aktuelle Laufleistung des Reifens ermittelt werden. Dann kann auf dieser Grundlage mit Hilfe geeigneter Schätzmethoden eine sich zwischen dem ersten Messen und dem zweiten Messen veränderte aktuelle Laufleistung (Radumdrehungen pro Zeiteinheit), sowie gegebenenfalls deren Verlauf, abgeschätzt und bei der Bestimmung der gesamten Laufleistung des Reifens berücksichtigt werden. Das Messen der jeweils aktuellen Laufleistung erfolgt immer wieder in zeitlichen bekannten Abständen, die konstant oder variabel sein können, wobei bei einem Vergleich der zweiten Messung mit der ersten Messung, die jeweils aktuellste Messung als die zweite Messung betrachtet wird und die jeweilige Messung davor als die erste Messung betrachtet wird. Die jeweils alten Werte der ersten Messung können überschrieben werden oder zeitweise oder permanent gespeichert werden, um beispielsweise aufgrund des zeitlichen Verlaufs der gemessenen aktuellen Laufleistungen die tatsächlich erfolgte Laufleistung während des Ruhezeitraums besser abschätzen zu können.
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Vorzugsweise wird für die Abschätzung der Laufleistung während des Ruhezeitraums von einem zwischen der ersten aktuellen Laufleistung und der zweiten aktuellen Laufleistung linear interpolierten Verlauf der Laufleistung während des Ruhezeitraums ausgegangen. Wenn die zweite aktuelle Laufleistung der ersten aktuellen Laufleistung entspricht, ergibt sich für die Laufleistung während des Ruhezeitraums ein im Wesentlichen konstanter Wert. Wenn die zweite aktuelle Laufleistung größer oder kleiner als die aktuelle Laufleistung ist, ergibt sich für die Laufleistung während des Ruhezeitraums (Radumdrehungen pro Zeiteinheit) ein linearer Anstieg oder Abstieg. Auf dieser Grundlage kann die Anzahl der Radumdrehungen während des Ruhezeitraums abgeschätzt werden. Langwierige Berechnungen sind hierfür nicht erforderlich, so dass der Energiebedarf die Anzahl der Radumdrehungen während des Ruhezeitraums abzuschätzen, entsprechend gering ist.
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In einer weiteren Ausführungsform wird für die Abschätzung der Laufleistung während des Ruhezeitraums von einem konstanten Verlauf der Laufleistung während des Ruhezeitraums in der Höhe der ersten aktuellen Laufleistung oder in der Höhe der zweiten aktuellen Laufleistung oder von einem Zwischenwert zwischen der ersten aktuellen Laufleistung und der zweiten aktuellen Laufleistung ausgegangen. Da für den Ruhezeitraum von einem konstanten Wert der Laufleistung (Radumdrehungen pro Zeiteinheit) ausgegangen wird, lässt sich besonders schnell und einfach die Anzahl der Radumdrehungen während des Ruhezeitraums abschätzen. In der Regel wird sich ein Fehler, der bei einem Beschleunigen des Reifens entsteht, bei einem Abbremsen des Reifens durch einen gegenteiligen Fehler im Wesentlichen kompensieren. Insbesondere wird für den Ruhezeitraum von dem arithmetischen Mittel der ersten aktuellen Laufleistung und der zweiten aktuellen Laufleistung ausgegangen, so dass auch kurzfristigere Aussagen über die Laufleistung in einem bestimmten Zeitintervall mit einer hinreichenden Genauigkeit getätigt werden können.
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Besonders bevorzugt wird die zeitliche Dauer des messungsfreien Ruhezeitraums in Abhängigkeit von mindestens einer aktuellen Laufleistung variiert, wobei sich bei einer erhöhenden aktuellen Laufleistung sich die zeitliche Dauer des messungsfreien Ruhezeitraums verringert und bei einer sich verringernden aktuellen Laufleistung sich die zeitliche Dauer des messungsfreien Ruhezeitraums erhöht. Wenn die gemessene aktuelle zweite Laufleistung höher als die erste aktuelle Laufleistung ist, wird eine sich erhöhende aktuelle Laufleistung festgestellt und der messungsfreie Ruhezeitraum verringert, und umgekehrt. Dies ermöglicht es, die Anzahl der während des Ruhezeitraums stattfindenden Radumläufe im Wesentlichen konstant zu halten und mit der nächsten zweiten Messung der zweiten aktuellen Laufleistung zu überprüfen. Nach dieser Überprüfung und der Ermittlung eines besseren Schätzwertes für die während des Ruhezeitraums tatsächlich stattgefundenen Radumläufe kann gegebenenfalls die zeitliche Dauer des nutzungsfreien Ruhezeitraums erneut variiert werden. Die Genauigkeit der Laufleistungsbestimmung kann dadurch im Wesentlichen konstant gehalten werden. Dies ermöglicht es, in Abhängigkeit einer vorgegebenen Genauigkeit den Energiebedarf für die Laufleistungsbestimmung zu minimieren. Besonders bevorzugt ist für die zeitliche Dauer des messungsfreien Ruhezeitraums eine maximale Dauer vorgegeben, damit beispielsweise bei einem stillstehenden Rad die Dauer des Ruhezeitraums nicht auf unendlich gesetzt wird. In dem Fall, dass der Ruhezeitraum auf unendlich gesetzt wird und/oder die Laufleistungsbestimmung vollständig abgeschaltet wird, ist insbesondere eine Startsequenz vorgesehen, um die Laufleistungsbestimmung wieder zu starten. Beispielsweise kann bei der Laufleistungsbestimmung für einen Kraftfahrzeugreifen die Sensorik für Laufleistungsbestimmung vollständig abgeschaltet werden, wenn das Kraftfahrzeug ausgeschaltet wird. Mit Starten des Kraftfahrzeugs und/oder bei einem Wechsel von einem Parkmodus zu einem Fahrmodus kann ein Signal abgegeben werden, um die Laufleistungsbestimmung ebenfalls zu starten.
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Erfindungsgemäß wird die zeitliche Dauer des messungsfreien Ruhezeitraums auf Grundlage mindestens einer gemessenen aktuellen Laufleistung derart kalkuliert, dass eine Anzahl N von Radumdrehungen von 5 ≤ N ≤ 1000, insbesondere 10 ≤ N ≤ 250, vorzugsweise 15 ≤ N ≤ 80 und besonders bevorzugt 20 ≤ N ≤ 25 in den messungsfreien Ruhezeitraum fällt. Bei dieser anvisierten Anzahl von Radumdrehungen während des Ruhezeitraums kann auf Grundlage der gemessenen ersten aktuellen Laufleistung und der gemessenen zweiten aktuellen Laufleistung die tatsächliche Anzahl von Radumdrehungen während des Ruhezeitraums mit hinreichender Genauigkeit abgeschätzt werden.
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In einer ersten erfindungsgemäßen Variante wird beim ersten Messen bei einer ersten vorgegebenen Messzeit eine erste Anzahl von Radumdrehungen zur Bestimmung der ersten aktuellen Laufzeit und/oder beim zweiten Messen bei einer zweiten vorgegebenen Messzeit eine zweite Anzahl von Radumdrehungen zur Bestimmung der zweiten aktuellen Laufleistung gemessen. Aufgrund der vorgegebenen Messzeiten kann der erforderliche Energiebedarf für die Messung bereits im Voraus genau abgeschätzt werden, wodurch ein besonders effizientes Energiemanagement möglich ist. Erforderlichenfalls kann die vorgegebene Messzeit in Abhängigkeit von mindestens einer der gemessenen aktuellen Laufleistungen variiert werden, um einerseits eine möglichst kurze vorgegebene Messzeit zu ermöglichen und andererseits möglichst eine beabsichtigte Mindestanzahl an Radumdrehungen in der vorgegebenen Messzeit berücksichtigen zu können. Dadurch kann eine hinreichende Genauigkeit für die während der vorgegebenen Messzeit ermittelten aktuellen Laufleistung erreicht werden.
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In einer zweiten erfindungsgemäßen Variante wird beim ersten Messen bei einer ersten vorgegebenen Anzahl von Radumdrehungen eine erste Messzeit zur Bestimmung der ersten aktuellen Laufleistung und/oder beim zweiten Messen bei einer zweiten vorgegebenen Anzahl von Radumdrehungen eine zweite Messzeit zur Bestimmung der zweiten aktuellen Laufleistung gemessen. Aufgrund der vorgegebenen Anzahl von Radumdrehungen wird sichergestellt, dass die ermittelte aktuelle Laufleistung hinreichend genau ist, um mit hinreichender Genauigkeit die Laufleistung zwischen den beiden Messungen während des Ruhezeitraums abzuschätzen.
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Besonders bevorzugt wird die Laufleistung einem mit einem Drucksensor zur Messung des Innendrucks des Reifens verbundenen Belastungssensors zur Abschätzung der aktuellen Belastung des Reifens zugeführt. Dadurch ist es möglich zu bestimmen, welcher Anteil der Laufleistung bei einem zu hohen und/oder zu niedrigem Reifenluftdruck erfolgt. Dadurch kann eine zu starke Belastung des Reifens, die zu einem baldigen Reifenschaden führen könnte, festgestellt werden und eine Warnung initiiert werden.
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Die Erfindung betrifft ferner eine Vorrichtung zur Laufleistungsbestimmung eines Reifens, insbesondere Kraftfahrzeugreifens, die zur Durchführung des vorstehend beschriebenen aus- und weitergebildeten Verfahrens eingerichtet ist. Die Vorrichtung weist einen Messsensor zur Durchführung eines ersten zeitlich begrenzten Messens einer ersten aktuellen Laufleistung und eines zweiten seitlich begrenzten Messens einer zweiten aktuellen Laufleistung auf. Ferner ist eine Spannungsquelle, insbesondere Batterie, zum Betrieb einer Messelektrik des Messsensors und ein Schalter zum Unterbrechen und/oder Anschließen der Spannungsquelle für die Energieversorgung des Messsensors vorgesehen, um zwischen dem ersten Messen und dem zweiten Messen ein messungsfreier Ruhezeitraum vorzusehen. Die Vorrichtung weist ferner eine Recheneinheit zum Abschätzen der Laufleistung während des Ruhezeitraums aufgrund der ersten aktuellen Laufleistung und der zweiten aktuellen Laufleistung auf. Da während des Ruhezeitraums eine Energieversorgung nicht erforderlich ist oder zumindest deutlich reduziert werden kann, lässt sich der Energiebedarf für die Laufleistungsbestimmung während der Lebensdauer des Reifens deutlich reduzieren. Dies ermöglicht eine vereinfachte Energieversorgung, insbesondere mit Hilfe einer deutlich kleiner dimensionierten Batterie, ohne die Messgenauigkeit der Laufleistungsbestimmung wesentlich zu beeinträchtigen. Die Vorrichtung kann insbesondere an oder im Reifen, dessen Laufleistung bestimmt werden soll, vorgesehen sein.
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Vorzugweise werden die ermittelten Messergebnisse sowie die bis zu einem bestimmten Zeitpunkt erreichte Laufleistung drahtlos, beispielsweise per Funk, an einem außerhalb des Reifens positionierten Empfänger gesendet und dort weiterverarbeitet. Gegebenenfalls kann zur Einstellung von Parametern der Vorrichtung Daten an die im Reifen vorgesehene Vorrichtung zurückgesendet werden. Dadurch kann beispielsweise die zeitliche Dauer des Ruhezeitraums oder die Länge der ersten Messung oder der zweiten Messung variiert werden.
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Insbesondere sind mit der Recheneinheit ein Latschdurchlaufzähler zum Zählen von Radumdrehungen, insbesondere ein mit einer Zähleinheit verbundenes piezoelektrisches Element, und/oder ein Zeitsensor zum Messen von Zeiträumen und/oder ein flüchtiger und/oder permanenter Speicher zum Speichern der Laufleistung, der mindestens einen ersten aktuellen Laufleistung, der zweiten aktuellen Laufleistung, der Anzahl der Radumdrehungen und/oder Zeitdauern verbunden. Mit Hilfe des piezoelektrischen Elements, das insbesondere in direktem Kontakt mit dem Reifen ist, kann durch die beim Abrollen des Reifens entstehende Verformung bei jeder Umdrehung ein Spannungsimpuls erzeugt werden, der zum Zählen der Radumdrehungen verwendet werden kann. Durch den Zeitsensor können insbesondere die Messzeiträume sowie der Ruhezeitraum genau gemessen werden, so dass die erste Messung und die zweite Messung korrekt getaktet und vermessen werden können. Mit Hilfe des permanenten Speichers kann insbesondere die bis zum aktuellen Zeitpunkt erreichte Laufleistung sicher gespeichert werden. Während des Betriebs der Laufleistungsbestimmung können Zwischenergebnisse und insbesondere mindestens eine erste aktuelle Laufleistung und/oder die zweite aktuelle Laufleistung zwischengespeichert werden.
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Nachfolgend wird die Erfindung unter Bezugnahme auf die anliegende Zeichnung anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispiels exemplarisch erläutert. Dabei zeigt:
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1: eine schematische teilgeschnittene Ansicht eines Reifens mit einer Vorrichtung zur Laufleistungsbestimmung.
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Der in 1 auf einer Fahrbahn 10 abrollende Reifen 12 weist in seinem Inneren eine Vorrichtung 14 zur Laufleistungsbestimmung des Reifens 12 auf.
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Wie in 2 dargestellt weist die Vorrichtung 14 einen als Latschdurchlaufzähler ausgestalteten Messsensor 16 auf, der beispielsweise ein piezoelektrisches Element aufweist, das bei jeder Radumdrehung des Reifens 12 verformt wird und dadurch ein Spannungsimpuls abgeben kann. Mit Hilfe dieses Spannungsimpulses können die Latschdurchläufe des Reifens 12 mit Hilfe einer Zähleinheit 28 gezählt werden und die aktuelle Laufleistung (Radumdrehungen pro Zeiteinheit) bestimmt werden. Da die Bestimmung der Kilometer-Laufleistung des Reifens 12 nicht kontinuierlich, sondern eher stichpunktartig zu mehreren zeitlich zueinander beabstandeten Zeitpunkten ermittelt wird, ist eine entsprechend klein ausgestaltete Batterie 18 ausreichend, um für die gesamte Lebensdauer des Reifens 10 die Vorrichtung 16 mit ausreichend Energie zu versorgen. Der Messsensor 16 ist mit einer Leiterplatte 20 verbunden und über die Leiterplatte 20 mit der Zähleinheit 28 und einem Zeitsensor 22 zum Messen von Zeiträumen elektrisch verbunden. Durch den Zeitsensor 22 können insbesondere Messzeiträume, in denen der Messsensor 16 misst, sowie ein Ruhezeitraum, in denen der Messsensor 16 nicht misst, genau gemessen werden. Die Daten des Messsensors 16 und die Daten des Zeitsensors 22 können mit Hilfe eines permanenten und/oder flüchtigen Speichers 24 gespeichert werden. Durch den Speicher 24 kann insbesondere die bis zum aktuellen Zeitpunkt erreichte Laufleistung sicher hinterlegt werden. Die Vorrichtung 14 weist ferner eine Recheneinheit 26 zum Abschätzen der Laufleistung während des Ruhezeitraums aufgrund der Messung der aktuellen Laufleistung und einer vorherigen aktuellen Laufleistung auf. Die Recheneinheit 26 kann hierzu auf die in dem Speicher 24 gespeicherten Daten zugreifen. Ferner kann die Recheneinheit 26 mit Hilfe des Zeitsensors 22 berechnen, wann Teile der Vorrichtung 14, insbesondere der Messsensor 16 und die Zähleinheit 28, mit Hilfe eines Schalters 30 während des Ruhezeitraums abgeschaltet werden können, um Energie zu sparen.
