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Die Erfindung betrifft ein System zur Regelung eines Reifendrucks eines Kraftfahrzeugs gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 sowie ein Verfahren zum Regeln eines Reifendrucks eines Reifens gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 2.
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Stand der Technik
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Bei Kraftfahrzeugen und anderen ein- und mehrspurigen Radfahrzeugen sind Räder Stand der Technik, die aus einer metallischen Felge und einem schlauchbehafteten oder schlauchlosen Reifen bestehen und die vom Fahrzeugnutzer manuell über ein Ventil von einer externen Druckluft-Bereitstellung befüllt werden. Bei diesen Systemen muss der Fahrzeugführer den Reifendruck in regelmäßigen Abständen manuell überprüfen, um einen falsch eingestellten Reifendruck zu vermeiden und einen sich durch Luftdiffusion aus dem Reifen ergebenden langsamen Druckschwund auszugleichen. Eine Änderung des Reifendrucks während der Fahrt ist nicht möglich. Die Notwendigkeit des manuellen Überprüfens birgt zudem die Gefahr, dass die Überprüfung vergessen wird, was Auswirkungen auf Fahrsicherheit, Verschleiß und Kraftstoffverbrauch haben kann.
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Weiter sind Reifendruck-Regelungssysteme bekannt, bei denen über Drehdurchführungen durch bzw. über die Radnabe in die Felge oder den Reifen der Luftdruck des Reifens angepasst werden kann. Solche Systeme sind beispielsweise aus der
DE 31 08 247 C2 und der
DE 31 24 481 C2 bekannt und erlauben eine Änderung eines Reifendrucks auch während der Fahrt.
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Weiter sind Navigationssysteme bekannt, die einen aktuelle Position eines Fahrzeugs und einen günstigen Fahrweg zu einem ausgewählten Fahrziel ermitteln können.
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Offenbarung der Erfindung
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein verbessertes System zur Regelung eines Reifendrucks eines Kraftfahrzeugs bereitzustellen. Diese Aufgabe wird durch ein System mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst. Weiter ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein verbessertes Verfahren zum Regeln eines Reifendrucks eines Reifens anzugeben. Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 2 gelöst. Bevorzugte Weiterbildungen sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
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Ein erfindungsgemäßes System zur Regelung eines Reifendrucks eines Kraftfahrzeugs umfasst eine Reifendruckregelungsanlage und ein Navigationssystem, das dazu ausgebildet ist, eine Eigenschaft eines voraussichtlich durchfahrenen Fahrwegs zu ermitteln. Dabei ist das System ausgebildet, den. Reifendruck in Abhängigkeit von der ermittelten Eigenschaft zu regeln. Vorteilhafterweise gestattet es dieses System, den Reifendruck eines ein- oder mehrspurigen Fahrzeugs an aktuelle Fahrwegsbedingungen anzupassen, um einen verbesserten Fahrkomfort und/oder einen reduzierten Kraftstoffverbrauch und/oder einen reduzierten Reifenverschleiß und/oder eine erhöhte Fahrsicherheit und/oder eine reduzierte Geräuschentwicklung zu ermöglichen.
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Bei einem erfindungsgemäßen Verfahren zum Regeln eines Reifendrucks eines Reifens wird der Reifendruck in Abhängigkeit einer Eigenschaft eines voraussichtlich durchfahrenen Fahrwegs geregelt. Vorteilhafterweise gestattet es dieses Verfahren, den Reifendruck an aktuelle Fahrwegsbedingungen anzupassen, um einen erhöhten Fahrkomfort und/oder einen reduzierten Kraftstoffverbrauch und/oder einen reduzierten Reifenverschleiß und/oder eine erhöhte Fahrsicherheit und/oder eine reduzierte Geräuschentwicklung zu erreichen.
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Zweckmäßigerweise wird der Reifendruck erhöht, falls der voraussichtlich durchfahrene Fahrweg einen Autobahnabschnitt umfasst. Vorteilhafterweise kann dadurch der Rollwiderstand des Reifens reduziert werden, ohne dass sich ein spürbarer Verlust an Fahrkomfort ergibt.
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Bevorzugt wird der Reifendruck auf ein 1,1- bis 3-faches eines Reifennenndrucks erhöht. Vorteilhafterweise kann der Rollwiderstand des Reifens dadurch um ca. 15 bis 30% reduziert werden.
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Zweckmäßigerweise wird der Reifendruck abgesenkt, falls der voraussichtlich durchfahrene Fahrweg einen Abschnitt mit schlechtem Fahrbahnzustand umfasst. Vorteilhafterweise kann dadurch eine Verschlechterung eines Fahrkomforts vermieden werden.
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Bevorzugt wird der Reifendruck dabei auf ein 0,5- bis 0,9-faches eines Reifennenndrucks abgesenkt. Vorteilhafterweise kann durch einen solchermaßen reduzierten Reifendruck ein schlechter Fahrbahnzustand im Hinblick auf einen Fahrkomfort kompensiert werden.
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Ebenfalls zweckmäßig ist, den Reifendruck so einzuregeln, dass sich eine maximale Rollreibung oder Bodendruckverteilung zwischen dem Reifen und einer Straßenoberfläche ergibt, falls der voraussichtlich durchfahrene Fahrweg einen Abschnitt mit einer Steigung oder einem Gefälle umfasst und die Steigung oder das Gefälle einen festgelegten Grenzwert überschreitet, oder falls der voraussichtlich durchfahrene Fahrweg einen sehr kurvigen Abschnitt umfasst. Vorteilhafterweise kann dadurch die Fahrsicherheit beim Befahren der Steigung oder des Gefälles oder des kurvigen Abschnitts sichergestellt werden.
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In einer anderen Ausführungsform des Verfahrens wird der Reifendruck in Abhängigkeit von einer Steigung oder einem Gefälle des voraussichtlich durchfahrenen Fahrwegs eingeregelt. Vorteilhafterweise kann in dieser Ausführungsform stets ein optimales Verhältnis zwischen Fahrsicherheit, Fahrkomfort, Reifenverschleiß und Kraftstoffverbrauch gewährleistet werden.
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Ebenfalls zweckmäßig ist, den Reifendruck zu erhöhen, falls eine Temperatur des Reifens einen festgelegten Grenzwert überschreitet. Vorteilhafterweise können dadurch eine Überhitzung des Reifens und eine sich daraus ergebende Beschädigung des Reifens vermieden werden.
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Besonders bevorzugt werden bei der Regelung des Reifendrucks eines oder mehrere der Regelungsziele verbesserter Kraftstoffverbrauch, verbesserter Fahrkomfort, erhöhte Sicherheit, reduziertes Rollgeräusch und reduzierter Reifenverschleiß entsprechend einer Vorgabe eines Fahrzeugführers priorisiert. Vorteilhafterweise können dadurch spezifische Bedürfnisse und Vorlieben des Fahrzeugführers berücksichtigt werden.
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Die Erfindung wird nun anhand der beigefügten Figuren näher erläutert. Es zeigen:
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1 eine schematische Darstellung eines Reifendruckregelsystems;
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2 eine schematische Darstellung eines voraussichtlich durchfahrenen Fahrwegs;
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3 einen Schnitt durch einen mit einem mittleren Reifendruck befüllten Reifen;
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4 einen Schnitt durch einen mit einem hohen Reifendruck befüllten Reifen; und
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5 einen Schnitt durch einen mit einem niedrigen Reifendruck befüllten Reifen.
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1 zeigt eine schematische Darstellung eines Reifendruckregelsystems 100. Das Reifendruckregelsystem 100 kann in einem Kraftfahrzeug, beispielsweise einem PKW oder in einem LKW oder in einem anderen ein- oder mehrspurigen Radfahrzeug angeordnet sein.
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Das Reifendruckregelsystem
100 weist eine Reifendruckregelungsanlage
200 auf, die mit mindestens einem Reifen
210 des Fahrzeugs verbunden ist. Die Reifendruckregelungsanlage
200 ist dazu ausgebildet, einen Reifendruck des Reifens
210 zu ermitteln, sowie den Reifendruck des Reifens
210 zu erhöhen oder zu verringern. Derartige Reifendruckregelungsanlagen sind an sich bekannt und beispielsweise in der
DE 31 08 247 C2 und der
DE 31 24 481 C2 beschrieben.
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Bevorzugt ist die Reifendruckregelungsanlage 200 mit allen Reifen des Fahrzeugs verbunden und kann den in jedem Reifen des Fahrzeugs vorherrschenden Druck getrennt ermitteln und variieren. Alternativ kann das Reifendruckregelsystem 100 für jeden Reifen 210 des Fahrzeugs eine separate Reifendruckregelungsanlage 200 umfassen.
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Das Reifendruckregelsystem 100 umfasst weiter ein an sich bekanntes Navigationssystem 300. Das Navigationssystem 300 umfasst Kartendaten 310, die beispielsweise in digitaler Form vorliegen können und Informationen über in einem räumlichen Gebiet vorhandene Fahrwege und über Eigenschaften dieser Fahrwege umfassen. Die in den Kartendaten 310 vorgehaltenen Informationen über die Eigenschaften der Fahrwege können beispielsweise Informationen über die Art des Fahrwegs (Autobahn, Landstraße, Feldweg etc.), einen Fahrbahnzustand des Fahrwegs (Material und Beschaffenheit der Fahrbahnoberfläche, das Vorhandensein von Schlaglöchern und Spurrillen, etc.), Informationen über eine Steigung oder ein Gefälle des Fahrwegs und Informationen über eine Kurvigkeit des Fahrwegs umfassen.
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Das Navigationssystem 300 ist weiter dazu ausgebildet, Positionsdaten 330 des Fahrzeugs zu ermitteln. Die Positionsdaten 330 geben eine gegenwärtige Position und/oder eine gegenwärtige Fahrtrichtung des Fahrzeugs an. Das Navigationssystem 300 kann die Positionsdaten 330 beispielsweise mittels eines GPS-Empfängers ermitteln.
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Das Navigationssystem 300 ist weiter dazu ausgebildet, Fahrweg-Vorausschaudaten 320 zu ermitteln. Die Fahrweg-Vorausschaudaten 320 umfassen Informationen, welche Fahrwege das Fahrzeug demnächst voraussichtlich durchfahren wird, sowie Informationen über Eigenschaften dieser Fahrwege. Das Navigationssystem 300 kann die Fahrweg-Vorausschaudaten 320 beispielsweise anhand eines durch einen Fahrzeugführer des Fahrzeugs angegebenen Fahrziels ermitteln. Unter Berücksichtigung der aktuellen Positionsdaten 330 und der Kartendaten 310 errechnet das Navigationssystem 300 daraus eine Fahrtroutenempfehlung, aus der sich die Fahrweg-Vorausschaudaten 320 ergeben.
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Das Reifendruckregelsystem 100 der 1 umfasst ferner eine Auswert- und Steuereinheit 400. Die Auswert- und Steuereinheit 400 ist mit der Reifendruckregelungsanlage 200 verbunden und kann diese anweisen, den Reifendruck eines oder mehrerer Reifen 210 des Fahrzeugs zu ermitteln oder zu variieren. Die Auswert- und Steuereinheit 400 ist außerdem mit dem Navigationssystem 300 verbunden und kann über dieses Zugriff auf die Kartendaten 310, die Positionsdaten 330 und insbesondere die Fahrweg-Vorausschaudaten 320 nehmen.
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Die Auswert- und Steuereinheit 400 wertet die vom Navigationssystem 300 empfangenen Fahrweg-Vorausschaudaten 320 nach einem nachfolgend beschriebenen Verfahren aus und weist die Reifendruckregelungsanlage 200 gemäß nachfolgend erläuterter Regeln in Abhängigkeit von den Fahrweg-Vorausschaudaten 320 an, einen Reifendruck eines oder mehrerer Reifen 210 zu variieren.
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2 zeigt eine schematische Darstellung exemplarischer Fahrweg-Vorausschaudaten 320. Die Fahrweg-Vorausschaudaten 320 geben einen voraussichtlich durch das Fahrzeug befahrenen Fahrweg an. Die exemplarischen Fahrweg-Vorausschaudaten 320 der 2 umfassen eines ersten Fahrwegsabschnitt 321, einen zweiten Fahrwegsabschnitt 322 und einen dritten Fahrwegsabschnitt 323. Der erste Fahrwegsabschnitt 321 ist ein Abschnitt, in dem das Fahrzeug eine Autobahn befahren wird. Der Fahrwegsabschnitt 322 ist ein Abschnitt, in dem das Fahrzeug einen Fahrweg mit schlechtem Fahrbahnzustand befahren wird, beispielsweise eine Nebenstraße mit verschlissenem Fahrbahnbelag. Der dritte Fahrwegsabschnitt 323 ist ein gebirgiger Abschnitt, in dem das Fahrzeug zunächst eine Steigung und dann ein Gefälle befahren wird.
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3 bis 5 zeigen in Schnittdarstellungen einen Ausschnitt eines Reifens 210. Der Reifen 210 ist auf einer Felge 211 angeordnet und weist eine Lauffläche 212 auf, die in Kontakt mit einer Straßenoberfläche 213 steht. Im Inneren des Reifens 210 ist ein Füllgas, beispielsweise Luft oder reiner Stickstoff, vorgesehen, das unter einem Reifendruck 220 steht.
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In der Darstellung der 3 ist der Reifen 210 mit einem mittleren Reifendruck 221 bzw. einem Reifennenndruck befüllt. Bei diesem mittleren Reifendruck 221 liegt die Lauffläche 212 des Reifens 210 eben auf der Straßenoberfläche 213 auf. Der Reifennenndruck eines beliebigen Kraftfahrzeugs wird vom Fahrzeughersteller in der Regel in der Betriebsanleitung und/oder im Tankdeckel (Innenseite) und/oder in der Nähe der Fahrertür angegeben. Dabei gibt der Hersteller für unterschiedliche Beladungsbedingungen zwei bis drei spezifische Solldrücke vor. Der Reifennenndruck kann sich für die vorderen und hinteren Reifen des Kraftfahrzeugs unterscheiden. Der Reifennenndruck bzw. der mittlere Reifendruck 221 kann beispielsweise zwischen 1,8 bar und 2,8 bar liegen.
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In der Darstellung der 4 ist der Reifen 210 mit einem hohen Reifendruck 222 befüllt. Der hohe Reifendruck 222 ist gegenüber dem mittleren Reifendruck 221 der 3 erhöht. In 4 ist erkennbar, dass beim mit dem hohen Reifendruck 222 befüllten Reifen 210 die Lauffläche 212 nach außen gewölbt ist und daher nicht eben auf der Straßenoberfläche 213 aufliegt. Stattdessen steht lediglich ein mittlerer Bereich der Lauffläche 212 in Kontakt mit der Straßenoberfläche 213. Dadurch ergibt sich ein gegenüber dem mit mittlerem Reifendruck 221 befüllten Reifen 210 der 3 eine reduzierte Rollreibung. Außerdem weist der mit hohem Reifendruck 222 befüllte Reifen 210 geringere Feder- und Dämpfungseigenschaften auf als der mit mittlerem Reifendruck 221 befüllte Reifen 210 der 3.
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In der Darstellung der 5 ist der Reifen 210 mit einem niedrigen Reifendruck 223 befüllt, der geringer als der mittlere Reifendruck 221 der 3 ist. Aus 5 ist erkennbar, dass die Lauffläche 212 des mit niedrigem Reifendruck 223 befüllten Reifens 210 nicht eben auf der Straßenoberfläche 213 aufliegt. Stattdessen ist die Lauffläche 212 des Reifens 210 nach innen gewölbt, so dass im Wesentlichen nur äußere Bereiche der Lauffläche 210 in Kontakt mit der Straßenoberfläche 213 stehen. Beim mit niedrigem Reifendruck 223 befüllten Reifen 210 ist der Rollwiderstand bzw. die Rollreibung des Reifens 210 gegenüber dem mit mittlerem Reifendruck 221 befüllten Reifen 210 der 3 erhöht. Außerdem weist der mit niedrigem Reifendruck 223 befüllte Reifen 210 der 5 erhöhte Dämpfungs- oder Federungseigenschaften auf.
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Auf Autobahnen besteht in aller Regel ein guter Fahrbahnzustand, weshalb es möglicht ist, eine durch die Reifen 210 des Fahrzeugs gewährleistete Dämpfung zu reduzieren, ohne dass sich der Fahrkomfort für den Fahrzeugführer des Fahrzeugs merklich verschlechtert. Dagegen wird auf Autobahnen in der Regel mit hoher Geschwindigkeit gefahren, so dass es günstig ist, einen Rollwiderstand der Reifen 210 des Fahrzeugs zu reduzieren, um auch einen Kraftstoffverbrauch zu reduzieren. Die Auswert- und Steuereinheit 400 kann die Reifendruckregelungsanlage 200 vor dem Befahren des ersten Fahrwegsabschnitts 321 daher anweisen, die Reifen 210 des Fahrzeugs mit dem hohen Reifendruck 222 der 4 zu befüllen. Der hohe Reifendruck 222 kann zu diesem Zwecke beispielsweise ein 1,1- bis 3-faches des mittleren Reifendrucks 221 betragen. Dadurch lässt sich der Rollwiderstand der Reifen 210 während des Befahrens des ersten Fahrwegsabschnitts 321 um ca. 15% bis 30% reduzieren. Dies führt zu einem reduzierten Kraftstoffverbrauch.
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Im zweiten Fahrwegsabschnitt 322 besteht ein schlechter Fahrbahnzustand, so dass eine holprige Fahrt zu befürchten ist. Daher ist eine verbesserte Dämpfung wünschenswert, um einen ausreichenden Fahrkomfort für den Fahrzeugführer zu gewährleisten. Zu diesem Zwecke kann die Auswert- und Steuereinheit 400 die Reifendruckregelungsanlage 200 vor dem Befahren des zweiten Fahrwegsabschnitt 322 anweisen, den Druck in einem oder mehreren Reifen 210 auf den niedrigen Reifendruck 223 der 5 abzusenken. Dadurch wird die durch die Reifen 210 erzielte Dämpfung verbessert, wodurch sich der Fahrkomfort für den Fahrzeugführer erhöht. Der niedrige Reifendruck 223 kann gegenüber dem mittleren Reifendruck 221 der 3 beispielsweise auf das 0,5- bis 0,9-fache abgesenkt werden.
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Beim Befahren einer Steigung oder eines Gefälles ist es aus Sicherheitsgründen wünschenswert, eine möglichst gute Haftung zwischen den Reifen 210 des Fahrzeugs und der Straßenoberfläche 213 des befahrenen Fahrwegs zu gewährleisten. Daher kann die Auswert- und Steuereinheit 400 die Reifendruckregelungsanlage 200 vor dem Befahren des gebirgigen dritten Fahrwegabschnitts 323 anweisen, den Reifendruck 220 in einem oder mehreren Reifen 210 so einzuregeln, dass sich eine optimale Rollreibung bzw. Bodendruckverteilung zwischen dem oder den Reifen 210 und der Straßenoberfläche 213 ergibt. Je nach Beschaffenheit des Reifens 210 kann dieser bevorzugte Reifendruck höher oder niedriger als der mittlere Reifendruck 221 sein.
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Die Auswert- und Steuereinheit 400 kann die Reifendruckregelungsanlage 200 zu einer Variation des Reifendrucks 220 in einem oder mehreren Reifen 210 anweisen, sobald eine Steigung oder ein Gefälle in einem demnächst durchfahrenen Fahrwegsabschnitt einen gewissen Schwellwert überschreitet. Alternativ kann die Auswert- und Steuereinheit 400 die Reifendruckregelungsanlage 200 kontinuierlich in Abhängigkeit eines gegenwärtigen Gefälles oder einer gegenwärtigen Steigung anweisen, einen oder mehrere Reifen 210 auf einen bestimmten Reifendruck 220 einzuregeln.
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Ferner kann die Auswert- und Steuereinheit 400 bei einer längeren Fahrt des Kraftfahrzeugs eine zu befürchtende Überhitzung eines Reifens 210 erkennen und die Reifendruckregelungsanlage 200 in diesem Falle anweisen, den Reifendruck 220 derart anzupassen, dass eine Überhitzung des Reifens 210 vermieden wird. Hierbei ist der Reifendruck 220 so einzuregeln, dass der Reifendruck 220 mindestens dem mittleren Reifendruck 221 entspricht oder darüber liegt, da eine Überhitzung des Reifens 210 vor allem bei zu niedrigem Reifendruck 220 auftreten kann. Dabei wird die Temperatur des Reifens 210 beispielsweise über eine separate Temperatursensorik am oder im Reifen 210 ermittelt. Übersteigt die Temperatur des Reifens 210 einen festgelegten Grenzwert, da zum Beispiel aus Komfortgründen der Reifendruck 220 niedriger als der mittlere Reifendruck 221 gewählt wurde, so wird der Reifendruck 220 durch die Reifendruckregelanlage 200 wieder erhöht. Dadurch wird verhindert, dass der Reifen 210 überhitzt und eventuell platzt.
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Ferner kann die Auswert- und Steuereinheit 400 den Reifendruck 220 eines oder mehrerer Reifen 210 so einregeln, dass sich ein besonders geringes Rollgeräusch und ein besonders geringer Reifenverschleiß ergibt. Hierzu ist der Reifendruck 220 so einzuregeln, dass der Reifendruck 220 mindestens dem mittleren Reifendruck 221 entspricht oder darüber liegt, da ein erhöhter Reifenverschleiß und erhöhte Rollgeräusche vor allem bei zu niedrigem Reifendruck 220 auftreten.
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In einer Weiterbildung der Erfindung kann die Auswert- und Steuereinheit 400 die Reifendruckregelungsanlage 200 anweisen, den Reifendruck 220 eines oder mehrerer Reifen 210 so einzuregeln, dass sich ein Optimum hinsichtlich eines oder mehrerer der Parameter Kraftstoffverbrauch, Fahrkomfort, Fahrsicherheit, Rollgeräusch und Reifenverschleiß ergibt. Eine Reduzierung von Kraftstoffverbrauch, Rollgeräusch und Reifenverschleiß kann, wie oben ausgeführt, durch ein Erhöhen des Reifendrucks 220 erreicht werden. Eine Erhöhung des Fahrkomforts kann, wie oben ausgeführt, durch ein Absenken des Reifendrucks 220 erreicht werden. Eine Verbesserung der Fahrsicherheit kann, wie oben ausgeführt, je nach Beschaffenheit des Reifens 210 und der Straßenoberfläche 213 durch ein Erhöhen oder ein Absenken des Reifendrucks 220 erreicht werden. Somit stehen die genannten Regelungsziele in einem Spannungsverhältnis zueinander. Die Auswert- und Steuereinheit 400 kann in Abhängigkeit von den Fahrweg-Vorausschaudaten 320 einen oder mehrere der Parameter Kraftstoffverbrauch, Fahrkomfort, Fahrsicherheit, Rollgeräusch und Reifenverschleiß priorisieren. Alternativ können ein oder mehrere zu priorisierende Parameter durch den Fahrzeugführer vorgegeben werden.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 3108247 C2 [0003, 0023]
- DE 3124481 C2 [0003, 0023]
