DE102011000556A1 - Method for calculating length of ground contact surface of rotating vehicle tire, involves performing transformation of acceleration signal profiles based on mathematical algorithm, so as to filter high frequency oscillation portions - Google Patents

Method for calculating length of ground contact surface of rotating vehicle tire, involves performing transformation of acceleration signal profiles based on mathematical algorithm, so as to filter high frequency oscillation portions Download PDF

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Joachim Busche
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Abstract

The method involves obtaining acceleration signals indicating deformations in ground contact surface of rotating vehicle tire. The characteristics signal profiles for continuous measurement recording of acceleration signals are generated over preset time. The transformation of profiles is performed based on mathematical algorithm to filter high frequency oscillation portions. The transformed signal curves are evaluated to determine length of contact surface. The determined length of contact surface is forwarded to central receiving unit.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Berechnung der Länge der Bodenaufstandsfläche eines rotierenden Fahrzeugreifens.The invention relates to a method for calculating the length of the ground contact patch of a rotating vehicle tire.

Mit Transpondern versehene Reifenmodule werden im Reifen, insb. bei Reifensensoren für LKW-Reifen, für verschiedene Aufgaben eingesetzt. Hierzu zählt insbesondere eine Reifenidentifikation, mit der ein Automobilhersteller u. a. schnell sowie automatisiert feststellen kann, aus welchem Reifenwerk ein bestimmter Reifen geliefert wurde und an welches Fahrzeug der Reifen montiert wurde. Andere Aufgaben sind in der Regel eine Luftdrucküberwachung, eine Temperaturmessung oder die Messung von mechanischen Spannungszuständen im Reifen. Moderne Transponder bestehen aus einem Elektronikbauteil bzw. -Chip, in dem Sensorelemente angeordnet sein können sowie aus einer an dieses Elektronikbauteil angeschlossenen Antenne. Ein Beispiel für einen solchen Transponder offenbart die DE 102 43 441 A1 .Tire modules provided with transponders are used in tires, in particular in tire sensors for truck tires, for various tasks. This includes, in particular, a tire identification with which an automobile manufacturer can quickly and automatically determine, among other things, from which tire plant a particular tire was delivered and to which vehicle the tire was mounted. Other tasks are usually an air pressure monitoring, a temperature measurement or the measurement of mechanical stress conditions in the tire. Modern transponders consist of an electronic component or chip in which sensor elements can be arranged as well as of an antenna connected to this electronic component. An example of such a transponder reveals the DE 102 43 441 A1 ,

Bei einigen Reifenmodulen werden Piezosensoren eingesetzt, um mit diesen Sensoren die Bodenaufstandsfläche zu bestimmen. Die Bodenaufstandsfläche wird ebenfalls mit dem Fachbegriff „Footprint” bezeichnet. Der Piezosensor ist in der Regel als Piezofolie im Reifenmodul ausgebildet. Ein Nachteil einer solchen Piezofolie besteht darin, dass diese einen relativ großen Bauraum im Reifenmodul beansprucht und beim Herstellprozess für das Reifenmodul berücksichtigt werden muss. Bei der Bestimmung der Bodenaufstandsfläche ist ebenfalls problematisch, dass hochfrequente Schwingungsanteile, z. B. aufgrund von Fahrbahnrauigkeiten, die Signalauswertung erschweren oder unmöglich machen.Piezo sensors are used in some tire modules to determine ground contact area with these sensors. The ground contact area is also referred to by the technical term "footprint". The piezoelectric sensor is usually designed as a piezo film in the tire module. A disadvantage of such a piezo film is that it requires a relatively large space in the tire module and must be taken into account in the production process for the tire module. When determining the ground contact patch is also problematic that high-frequency vibration components, z. B. due to road surface roughness, make the signal evaluation difficult or impossible.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Berechnung der Länge der Bodenaufstandsfläche eines rotierenden Fahrzeugreifens bereit zu stellen, mit dem eine einfache und sichere Signalauswertung erfolgt.The invention has for its object to provide a method for calculating the length of the ground contact patch of a rotating vehicle tire, with which a simple and reliable signal evaluation takes place.

Gelöst wird die Aufgabe durch ein Verfahren mit folgenden Schritten:

  • a) Messen eines Beschleunigungssignales mit einem Beschleunigungssensor, wobei der Beschleunigungssensor am Fahrzeugreifen angeordnet ist und die Verformungen in der Bodenaufstandsfläche des rotierenden Fahrzeugreifens in Form von sich ändernden Beschleunigungssignalen detektiert,
  • b) Kontinuierliche Messung des Beschleunigungssignales und Aufzeichnen eines charakteristischen Signalverlaufes über die Zeit,
  • c) Transformation des charakteristischen Signalverlaufes mit einem mathematischen Algorithmus, wobei mit dem Algorithmus hochfrequente Schwingungsanteile aufgrund von Fahrbahnrauigkeiten weitestgehend gefiltert werden, damit die Länge der Bodenaufstandsfläche eindeutig bestimmt werden kann,
  • d) Auswertung des transformierten Signalverlaufes, wobei über eine mathematische Zuordnung die Länge der Bodenaufstandsfläche des rotierenden Fahrzeugreifens mit einer hohen Genauigkeit bestimmt wird,
  • e) Weiterleitung der Länge der Bodenaufstandsfläche an eine zentrale Empfangseinheit.
The task is solved by a procedure with the following steps:
  • a) measuring an acceleration signal with an acceleration sensor, wherein the acceleration sensor is arranged on the vehicle tire and detects the deformations in the ground contact surface of the rotating vehicle tire in the form of changing acceleration signals,
  • b) continuously measuring the acceleration signal and recording a characteristic waveform over time;
  • c) transformation of the characteristic signal course with a mathematical algorithm, wherein the algorithm largely filters high-frequency oscillation components due to road surface roughness so that the length of the ground contact area can be determined unambiguously,
  • d) evaluation of the transformed signal course, wherein the length of the ground contact area of the rotating vehicle tire is determined with a high degree of accuracy via a mathematical assignment,
  • e) forwarding the length of the ground contact patch to a central receiving unit.

Ein Vorteil der Erfindung ist insbesondere darin zu sehen, dass durch das Verfahren auf einfache Weise hochfrequente und störende Schwingungsanteile gefiltert werden, so dass eine eindeutige Signalauswertung vorgenommen werden kann. Durch die entsprechende Transformation des charakteristischen Signalverlaufes lässt sich die Länge der Bodenaufstandsfläche sicher und mit hoher Genauigkeit bestimmen. Die Signalauswertung ist ebenfalls bei hohen Fahrbahnrauigkeiten möglich, die insbesondere die hochfrequenten Schwingungsanteile erzeugen. Die hochfrequenten Schwingungsanteile können ebenfalls durch Ungleichförmigkeiten im Reifenbau, ungleichförmigen Reifenabrieb oder Witterungseinflüsse verursacht werden. Durch das erfindungsgemäße Verfahren lässt sich die Länge der Bodenaufstandsfläche auch unter solchen schwierigen Randbedingungen mit einer hohen Genauigkeit bestimmen. Ein weiterer Vorteil besteht darin, dass die Länge der Bodenaufstandsfläche auch bei geringen Geschwindigkeiten des Fahrzeuges bestimmt werden kann.An advantage of the invention is to be seen in particular in that high-frequency and disturbing oscillation components are filtered by the method in a simple manner, so that a clear signal evaluation can be carried out. By appropriate transformation of the characteristic signal curve, the length of the ground contact patch can be determined safely and with high accuracy. The signal evaluation is also possible at high road surface roughness, which generate in particular the high-frequency vibration components. The high-frequency vibration components can also be caused by nonuniformities in tire construction, uneven tire abrasion or weathering. By means of the method according to the invention, the length of the ground contacting surface can be determined with high accuracy even under such difficult boundary conditions. Another advantage is that the length of the ground contact patch can be determined even at low speeds of the vehicle.

In einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass der charakteristische Signalverlauf des Beschleunigungssignales bei Schritt c) durch eine Fast-Fourier-Transformation transformiert wird. Mit der Fast-Fourier-Transformation lässt der charakteristische Signalverlauf auf einfache Weise und mit hoher Geschwindigkeit auswerten.In an advantageous development of the invention, it is provided that the characteristic signal curve of the acceleration signal is transformed in step c) by a fast Fourier transformation. The Fast Fourier Transform allows the characteristic waveform to be evaluated easily and at high speed.

In einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass der transformierte Signalverlauf in Form eines Frequenzspektrums in zwei Frequenzbereiche unterteilt wird, wobei mit dem ersten unteren Frequenzbereich die Länge der Bodenaufstandsfläche eindeutig bestimmt wird. Die beiden Frequenzbereiche lassen sich nach der Signaltransformation einfach unterscheiden. Die hochfrequenten Schwingungsanteile werden durch die Signaltransformation entsprechend gefiltert.In a further advantageous embodiment of the invention, it is provided that the transformed signal waveform is subdivided into two frequency ranges in the form of a frequency spectrum, wherein the length of the ground contact patch is uniquely determined with the first lower frequency range. The two frequency ranges can be easily distinguished after the signal transformation. The high-frequency oscillation components are filtered accordingly by the signal transformation.

In einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass der transformierte Signalverlauf in Form eines Frequenzspektrums in zwei Frequenzbereiche unterteilt wird, wobei über eine Auswertung des zweiten oberen Frequenzbereiches die Fahrbahnoberflächen-Beschaffenheit und/oder der Reifenzustand ermittelt werden kann. Über die Auswertung des zweiten oberen Frequenzbereiches lassen sich wichtige Zusatzinformationen ermitteln, die insbesondere für das Fahrverhalten des Fahrzeuges relevant sein können.In a further advantageous embodiment of the invention, it is provided that the transformed waveform is divided in the form of a frequency spectrum in two frequency ranges, wherein an evaluation of the second upper Frequency range, the road surface condition and / or the tire condition can be determined. By evaluating the second upper frequency range, it is possible to determine important additional information that may be relevant in particular for the driving behavior of the vehicle.

In einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass die für die Bestimmung der Länge der Bodenaufstandsfläche relevante Grenzfrequenz Fg sich aus dem Schnittpunkt des Frequenz-Spektrums mit der x-Achse ergibt. Auf diese Weise erfolgt eine einheitliche Signalauswertung des charakteristischen Signalverlaufes.In a further advantageous embodiment of the invention, it is provided that the relevant for the determination of the length of the ground contact patch limit frequency Fg results from the intersection of the frequency spectrum with the x-axis. In this way, a uniform signal evaluation of the characteristic signal waveform.

In einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass für die Bestimmung der Länge der Bodenaufstandsfläche die Werte für die Rad-Umlaufzeit und den Reifenumfang herangezogen werden. In Verbindung mit einer einfachen mathematischen Gleichung lässt sich anschließend auf einfache Weise die Länge der Bodenaufstandsfläche bestimmen.In a further advantageous development of the invention, it is provided that the values for the wheel revolution time and the tire circumference are used to determine the length of the ground contact surface. In conjunction with a simple mathematical equation can then easily determine the length of the ground contact patch.

In einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass der charakteristische Signalverlauf des Beschleunigungssignales bei Schritt c) durch eine mathematische Ordnungsanalyse transformiert und analysiert wird, wobei die Signalanalyse sich auf den Umfang des Reifens bezieht. Mit der mathematischen Ordnungsanalyse lässt sich auf einfache Weise der charakteristische Signalverlauf transformieren.In a further advantageous development of the invention, it is provided that the characteristic signal curve of the acceleration signal is transformed and analyzed by a mathematical order analysis in step c), wherein the signal analysis relates to the circumference of the tire. With the mathematical order analysis, the characteristic signal curve can be transformed in a simple way.

In einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass der charakteristische Signalverlauf des Beschleunigungssignales bei Schritt c) durch eine mathematische Integration transformiert wird, wodurch hochfrequente Schwingungsanteile aufgrund von Fahrbahnrauigkeiten weitestgehend im Signalverlauf geglättet werden. Die mathematische Integration des charakteristischen Signalverlaufes lässt sich einfach und mit hoher Sicherheit durchführen. Die entsprechenden passiven elektronischen Bauteile sind relativ klein und lassen sich einfach auf dem Chip des Reifenmoduls anordnen.In a further advantageous embodiment of the invention, it is provided that the characteristic signal curve of the acceleration signal is transformed in step c) by a mathematical integration, whereby high-frequency vibration components due to road surface roughness are smoothed as far as possible in the waveform. The mathematical integration of the characteristic signal curve can be carried out easily and with high reliability. The corresponding passive electronic components are relatively small and can be easily arranged on the chip of the tire module.

In einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass die für die Bestimmung der Länge der Bodenaufstandsfläche relevante Bodenaufstandsflächen-Zeit sich aus der Zeit-Differenz des Maximums und Minimums im Signalverlauf ergibt. Dadurch lässt sich auf einfache Weise die Länge der Bodenaufstandsfläche bestimmen.In a further advantageous embodiment of the invention, it is provided that the relevant for the determination of the length of the ground contact patch ground contact patch time results from the time difference of the maximum and minimum in the signal waveform. This makes it easy to determine the length of the ground contact patch.

In einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass die mathematische Integration des Signalverlaufes mit einem passiven elektronischen Hardware-Bauteil erfolgt. Dadurch erfolgt die Signalauswertung nicht mehr in der zentralen Empfangseinheit, die eine entsprechende Rechnerleistung des Prozessors erforderlich macht.In a further advantageous embodiment of the invention, it is provided that the mathematical integration of the signal waveform is done with a passive electronic hardware component. As a result, the signal evaluation is no longer in the central receiving unit, which requires a corresponding computer power of the processor.

In einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass der Beschleunigungssensor in einem Reifenmodul angeordnet ist, wobei das Reifenmodul auf der Reifeninnenseite des Fahrzeugreifens angeordnet ist und einen Drucksensor umfasst. Ein entsprechender Beschleunigungssensor lässt sich relativ einfach im Reifenmodul integrieren.In a further advantageous development of the invention, it is provided that the acceleration sensor is arranged in a tire module, wherein the tire module is arranged on the tire inner side of the vehicle tire and comprises a pressure sensor. A corresponding acceleration sensor can be relatively easily integrated in the tire module.

An einem Ausführungsbeispiel soll die Erfindung nachfolgend erläutert werden.In one embodiment, the invention will be explained below.

Bei den bisherigen Sensoren wird zur Längenmessung der Boden-Aufstands-Fläche eines Reifens („Footprint”) eine Piezofolie verwendet. Diese Folie ist z. B. in einem Reifenmodul zusammen mit einer Platine sowie einer Batterie durch eine Kunststoff-Verguss-Masse fest verbunden. Wird mit dem an die Reifen-Innenschicht applizierten Modul der Footprint durchlaufen, so induziert die Piezofolie durch die auftretende Radien-Änderung bzw. Verformung eine Spannung. Es entsteht über die Zeit bzw. den Reifenumfang ein Spannungs-Signal, aus dem die Zeit, bzw. die entsprechende Länge, für den Footprint-Durchlauf ermittelt werden kann. Hierfür ist es erforderlich den Anfang und das Ende des Footprints bzw. die Länge der Bodenaufstandsfläche sicher aus dem Signal-Verlauf zu detektieren. Hierzu wird überprüft, ob die Spannung einen definierten Schwellwert über- bzw. unterschreitet. Dieses wird durch eine Kombination aus Hardware- und Software-Komponenten, also elektronischer Bauteile und mathematischer Algorithmen, realisiert.In the previous sensors, a piezo film is used to measure the length of the ground contact surface of a tire ("footprint"). This film is z. B. in a tire module together with a board and a battery by a plastic potting compound firmly connected. If the footprint is passed through with the module applied to the tire inner layer, the piezo film induces a tension due to the occurring change in radius or deformation. Over the time or the tire circumference, a voltage signal is produced, from which the time or the corresponding length for the footprint pass can be determined. For this it is necessary to reliably detect the beginning and the end of the footprint or the length of the ground contact patch from the signal course. For this purpose, it is checked whether the voltage exceeds or falls below a defined threshold value. This is realized by a combination of hardware and software components, ie electronic components and mathematical algorithms.

Als großer Nachteil bei der Detektion dieser Schwellwerte haben sich die auftretenden Überlagerungen des eigentlichen Footprint-Effektes im Signal-Verlauf durch hochfrequente Schwingungs-Anteile herausgestellt. Diese können durch Fahrbahn-Rauigkeiten, Ungleichförmigkeiten im Reifenaufbau, ungleichförmigen Reifen-Abrieb oder Witterungs-Einflüsse – z. B. Regen – auftreten. Diese Überlagerungen können derartig ausgeprägt sein, dass eine Detektion der Footprint-Länge nicht mehr möglich ist. Das Spannungs-Signal überschreitet extrem häufig die gewählten Schwellwerte zur Footprint-Erkennung, obwohl weder der Anfang noch das Ende eines Footprints erreicht sind. In diesen Fällen können also keinerlei brauchbare Daten zum Footprint gewonnen werden. Die oben beschriebenen Nachteile führen demnach zu folgenden Einschränkungen:

  • – Footprint-Längenerkennung ist erst ab einer Mindest-Geschwindigkeit möglich
  • – Mittelwertbildung ist zwingend notwendig, um eine ausreichende Ergebnis-Qualität zu erzielen; damit wird entsprechend eine größere Wegstrecke erforderlich
  • – ständige Beeinflussung der Ergebnisse durch Störsignale
As a major disadvantage in the detection of these thresholds, the superpositions of the actual footprint effect in the signal course due to high-frequency vibration components have emerged. These can be due to road surface roughness, irregularities in the tire structure, non-uniform tire abrasion or weather influences -. B. rain - occur. These overlays can be so pronounced that detection of the footprint length is no longer possible. The voltage signal extremely often exceeds the selected thresholds for footprint recognition, although neither the beginning nor the end of a footprint is reached. In these cases, no usable data can be obtained about the footprint. The disadvantages described above therefore lead to the following restrictions:
  • - Footprint length detection is only possible from a minimum speed
  • - Averaging is essential to achieve sufficient quality results; thus a longer distance is required accordingly
  • - Constant influence on the results due to interference signals

Die 1 zeigt den Vergleich eines charakteristischen Signal-Verlaufs auf glatter und rauer Fahrbahn.The 1 shows the comparison of a characteristic signal course on a smooth and rough road surface.

Auf der X-Achse ist die Zeit in Sekunden aufgetragen, auf der Y-Achse ist das Beschleunigungssignal des Beschleunigungssensors aufgetragen, welches im Reifenmodul angeordnet ist. Die gestrichelte Linie 1 zeigt den Signalverlauf des Beschleunigungssensors bei einer Fahrzeuggeschwindigkeit von 80 km/h auf einer glatten Fahrbahnoberfläche. Der Signalverlauf ist auf glatter Oberfläche relativ kontinuierlich. Die durchgehende Linie 2 zeigt hingegen den Signalverlauf des Beschleunigungssensors bei einer Fahrzeuggeschwindigkeit von 80 km/h auf einer rauen Fahrbahnoberfläche. Durch die hochfrequenten Schwingungsanteile ist der Signalverlauf relativ diskontinuierlich. Bei diesem Signalverlauf lässt sich die Länge der Bodenaufstandsfläche nicht mehr eindeutig bestimmen.The time in seconds is plotted on the X axis, and the acceleration signal of the acceleration sensor, which is arranged in the tire module, is plotted on the Y axis. The dashed line 1 shows the waveform of the acceleration sensor at a vehicle speed of 80 km / h on a smooth road surface. The waveform is relatively smooth on a smooth surface. The solid line 2, however, shows the waveform of the acceleration sensor at a vehicle speed of 80 km / h on a rough road surface. Due to the high-frequency vibration components of the signal waveform is relatively discontinuous. With this signal curve, the length of the ground contact patch can no longer be determined unambiguously.

Durch das erfindungsgemäße Verfahren ist es möglich auf die Piezo-Folie zur Signal-Erzeugung zu verzichten. Der Wegfall der Piezo-Folie sorgt für eine deutliche Vereinfachung des Produktions-Prozesses.The inventive method, it is possible to dispense with the piezoelectric film for signal generation. The omission of the piezo foil ensures a significant simplification of the production process.

Die Ergebnis-Qualität wird derartig verbessert, dass praktisch Signale eines jeden Footprint-Durchlaufs korrekt ausgewertet werden können. Die korrekte Bestimmung der Footprint-Länge kann also sofort bei der ersten Radumdrehung nach dem Losfahren, auch unter widrigen Umständen, wie z. B. großen Fahrbahn-Rauigkeiten, korrekt bestimmt werden.The result quality is improved in such a way that practically signals of each footprint run can be correctly evaluated. The correct determination of the footprint length can therefore immediately at the first Radumdrehung after starting, even under adverse circumstances, such. B. large road surface roughness, can be determined correctly.

Insgesamt werden drei Methoden zur Berechnung der Footprint-Länge vorgeschlagen:

  • a) Fast Fourier Transformation
  • b) Ordnungsanalyse
  • c) Integration der Signale im Zeitbereich
In total, three methods for calculating the footprint length are proposed:
  • a) Fast Fourier Transformation
  • b) Order analysis
  • c) integration of the signals in the time domain

Das Grundprinzip der ersten beiden Methoden besteht darin, dass der entstehende Signal-Verlauf des Beschleunigungs-Sensors einer Analyse durch eine Fourier-Transformation (z. B. Fast-Fourier-Transformation „FFT”) unterzogen wird. Bei der Ordnungsanalyse wird die FFT auf die Drehzahl bezogen. Dabei wird der Original-Signal-Verlauf durch eine Superposition eines Gleichanteiles und ihrer Oberschwingungen, also der Überlagerung von multiplen Sinus-Schwingungen unterschiedlicher Amplituden und Frequenzen, in einer ein-eindeutigen Form beschrieben.The basic principle of the first two methods is that the resulting signal curve of the acceleration sensor is subjected to an analysis by means of a Fourier transformation (eg fast Fourier transformation "FFT"). In the order analysis, the FFT is related to the speed. In this case, the original signal profile is described by a superposition of a DC component and its harmonics, ie the superposition of multiple sine oscillations of different amplitudes and frequencies, in a one-unambiguous form.

Dadurch ist der ursprüngliche Signal-Verlauf in ein Frequenz-Spektrum zerlegt worden. Das Frequenzspektrum lässt sich in zwei charakteristische Frequenzbereiche unterteilen. Der untere „Frequenzbereich 1” beschreibt zuverlässig die Footprint-Länge, hervorgerufen durch die Footprint-Verformung. Der „Frequenzbereich 2” liefert Zusatzinformationen zu Parametern, wie z. B. Fahrbahn-Oberflächen-Beschaffenheit oder Reifenzustand.As a result, the original signal curve has been split into a frequency spectrum. The frequency spectrum can be subdivided into two characteristic frequency ranges. The lower "frequency range 1" reliably describes the footprint length, caused by the footprint deformation. The "frequency range 2" provides additional information on parameters such. Road surface texture or tire condition.

2 zeigt exemplarisch das Ergebnis der Fourier-Transformation der in 1 dargestellten Signal-Verläufe. Auf der X-Achse ist die Frequenz in Hz aufgetragen. Auf der Y-Achse ist das transformierte Beschleunigungssignal in m/sec2 aufgetragen. 2 shows by way of example the result of the Fourier transform of in 1 represented signal profiles. The frequency is plotted in Hz on the X axis. The transformed acceleration signal is plotted in m / sec 2 on the Y axis.

Die für die Footprint-Längen-Kalkulation relevante Grenz-Frequenz „Fg” ergibt sich aus dem Schnittpunkt des Frequenz-Spektrums mit der x-Achse. Damit erhält man über die Beziehung der Zeit-Dauer „t” des Footprint-Durchlaufes als Kehrwert dieser Grenz-Frequenz „Fg”. t = 1/Fg (Gleichung: 1) The limit frequency "Fg" relevant for the footprint length calculation results from the intersection of the frequency spectrum with the x-axis. This yields the relationship between the time duration "t" of the footprint run as the reciprocal of this limit frequency "Fg". t = 1 / Fg (equation: 1)

Ist die Rad-Umlaufzeit bzw. die Raddrehzahl und der Reifen-Umfang bekannt, so kann die Länge des Footprints direkt kalkuliert werden: fpl = t/T·U (Gleichung: 2)

  • – fpl Footprint-Länge, Länge der Bodenaufstandsfläche
  • – T Rad-Umlaufzeit
  • – U Reifen-Umfang
  • – t Footprint-Zeit
  • – Fg Grenz-Frequenz
If the cycle orbital time or the wheel speed and the tire circumference are known, the length of the footprint can be calculated directly: fpl = t / T · U (equation: 2)
  • - fpl footprint length, length of ground contact patch
  • - T cycle time
  • - U tire circumference
  • - t footprint time
  • - Fg limit frequency

Damit ist dann die Footprint-Länge bekannt und kann zur weiteren Verarbeitung an die fahrzeugseitige Zentral-Einheit des Reifenmoduls per Funk übermittelt werden. Mit der Information der Länge des Footprints – und weiterer erforderlicher Parameter – kann z. B. eine Radlast-Kalkulation durchgeführt werden.This then the footprint length is known and can be transmitted by radio for further processing to the vehicle-mounted central unit of the tire module. With the information of the length of the footprint - and other required parameters - z. B. a Radlast calculation are performed.

Eine weitere Methode die Ergebnis-Güte und Zuverlässigkeit der Footprint-Längen-Bestimmung signifikant zu verbessern ist die Durchführung einer Ordnungs-Analyse. Hierbei bezieht man sich bei der Analyse nicht auf Frequenzen, sondern auf den Umfang des Reifens. Dadurch kann man einfacher Footprint-Signale, die bei unterschiedlichen Geschwindigkeiten bzw. Raddrehzahlen gemessen wurden, miteinander vergleichen.Another method to significantly improve the quality of results and reliability of the footprint length determination is the performance of an order analysis. In this case, the analysis does not refer to frequencies, but to the circumference of the tire. This makes it easier to compare footprint signals measured at different speeds or wheel speeds.

3 zeigt den Signalverlauf bei unterschiedlichen Geschwindigkeiten bezogen auf die Radumdrehung. Auf der X-Achse ist die Radumdrehung in Grad aufgetragen. Der Signalverlauf 7 zeigt das Signal bei Glattasphalt und einer Geschwindigkeit von 50 km/h. Der Kurvenverlauf 8 zeigt den Signalverlauf bei Glattasphalt und einer Geschwindigkeit von 100 km/h. 3 shows the waveform at different speeds relative to the Radumdrehung. The wheel revolution is plotted in degrees on the X axis. The waveform 7 shows the signal at smooth asphalt and a speed of 50 km / h. The curve 8th shows the signal course in smooth asphalt and a speed of 100 km / h.

4 zeigt eine Ordnungsanalyse bei verschiedenen Geschwindigkeiten auf Glattasphalt. 4 shows an order analysis at different speeds on smooth asphalt.

Als dritte Möglichkeit kommt die Integration der Footprint-Signale in Betracht. Hier ist es möglich diese Integration durch passive elektronische Hardware Bauteile darzustellen. Somit ist hierfür keinerlei Rechnerleistung eines Prozessors erforderlich.The third possibility is the integration of footprint signals. Here it is possible to represent this integration by passive electronic hardware components. Thus, no computer power of a processor is required for this.

5 zeigt Footprint-Signale auf Glattasphalt und Rauasphalt bei 40 km/h. 5 shows footprint signals on smooth asphalt and rough asphalt at 40 km / h.

6 zeigt den Signalverlauf nach der Integration der Signalverläufe in der 5. 6 shows the waveform after the integration of the waveforms in the 5 ,

Die Zeit-Differenz zwischen Minimum und Maximum ergibt die Footprint-Zeit: t = t1 – t2 (Gleichung: 3) The time difference between minimum and maximum gives the footprint time: t = t1 - t2 (equation: 3)

Damit kann dann mit Hilfe der Gleichungen 1 und 2 die entsprechende Fooprint-Länge bestimmt werden.Thus, with the help of equations 1 and 2, the corresponding Fooprint length can be determined.

Zusammenfassend kann man folgende Vorteile erzielen. Es können ab der ersten Radumdrehung sichere Kalkulationen der Footprint-Länge erfolgen. Einflüsse aus Fahrbahn-Rauigkeiten, Reifen-Ungleichförmigkeiten werden auf einfache Weise eliminiert. Somit kann praktisch jeder Footprint-Durchlauf für die Kalkulation herangezogen werden. Es ergibt sich insgesamt ein verringerter Kalkulations-Aufwand, wodurch die Batterie des Moduls geschont wird. Außerdem ergibt sich dadurch eine längere Nutzungs-Dauer, bzw. die Batterie kann kleiner dimensioniert werden. Dies führt zu einer Massen-Reduktion des Reifenmoduls.In summary, one can achieve the following advantages. Safe calculations of the footprint length can be made from the first wheel revolution. Influences of road surface roughness, tire nonuniformities are easily eliminated. Thus, virtually every footprint run can be used for the calculation. Overall, this results in a reduced calculation effort, whereby the battery of the module is spared. In addition, this results in a longer period of use, or the battery can be made smaller. This leads to a mass reduction of the tire module.

Ein weiterer Vorteil besteht darin, dass man den Reifen langfristig – also auf Lebenszeit – einer prinzipiellen Beobachtung seiner Schwingungs-Charakteristik unterziehen kann. Dadurch wäre es möglich, durch den Anstieg von Amplituden bestimmter Frequenzen bzw. Ordnungen einen potenziell bevorstehenden Reifen-Ausfall vorherzusagen.Another advantage is that you can subject the tire in the long term - so for life - a principle observation of its vibration characteristics. This would make it possible to predict a potentially imminent tire failure by increasing amplitudes of certain frequencies or orders.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

11
Signalverlauf bei GlattasphaltSignal course in smooth asphalt
22
Signalverlauf bei RauasphaltSignal course in rough asphalt
33
transformierter Signalverlauf bei Glattasphalttransformed signal course in smooth asphalt
44
transformierter Signalverlauf bei Rauasphalttransformed signal course in rough asphalt
55
Frequenzbereich 1Frequency range 1
66
Frequenzbereich 2Frequency range 2
77
Signalverlauf bei Glattasphalt und 50 km/hSignal course in smooth asphalt and 50 km / h
88th
Signalverlauf bei Glattasphalt und 100 km/hSignal course in smooth asphalt and 100 km / h
99
Signalverlauf bei Glattasphalt und 50 km/hSignal course in smooth asphalt and 50 km / h
1010
Signalverlauf bei Glattasphalt und 100 km/hSignal course in smooth asphalt and 100 km / h
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Signalverlauf bei GlattasphaltSignal course in smooth asphalt
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Signalverlauf bei RauasphaltSignal course in rough asphalt
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Signalverlauf bei GlattasphaltSignal course in smooth asphalt
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Signalverlauf bei RauasphaltSignal course in rough asphalt
Fg F g
Grenzfrequenzcut-off frequency

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

  • DE 10243441 A1 [0002] DE 10243441 A1 [0002]

Claims (11)

Verfahren zur Berechnung der Länge der Bodenaufstandsfläche eines rotierenden Fahrzeugreifens mit folgenden Schritten: a) Messen eines Beschleunigungssignales (1, 2) mit einem Beschleunigungssensor, wobei der Beschleunigungssensor am Fahrzeugreifen angeordnet ist und die Verformungen in der Bodenaufstandsfläche des rotierenden Fahrzeugreifens in Form von sich ändernden Beschleunigungssignalen detektiert, b) Kontinuierliche Messung des Beschleunigungssignales und Aufzeichnen eines charakteristischen Signalverlaufes (1, 2) über die Zeit, c) Transformation des charakteristischen Signalverlaufes (1, 2) mit einem mathematischen Algorithmus, wobei mit dem Algorithmus hochfrequente Schwingungsanteile aufgrund von Fahrbahnrauhigkeiten weitestgehend gefiltert werden, damit die Länge der Bodenaufstandsfläche eindeutig bestimmt werden kann, d) Auswertung des transformierten Signalverlaufes (1, 2), wobei über eine mathematische Zuordnung die Länge der Bodenaufstandsfläche des rotierenden Fahrzeugreifens mit einer hohen Genauigkeit bestimmt wird, e) Weiterleitung der Länge der Bodenaufstandsfläche an eine zentrale Empfangseinheit.Method for calculating the length of the ground contact patch of a rotating vehicle tire, comprising the following steps: a) measuring an acceleration signal ( 1 . 2 ) with an acceleration sensor, wherein the acceleration sensor is arranged on the vehicle tire and detects the deformations in the ground contact surface of the rotating vehicle tire in the form of changing acceleration signals, b) continuous measurement of the acceleration signal and recording of a characteristic signal curve ( 1 . 2 ) over time, c) transformation of the characteristic signal course ( 1 . 2 ) with a mathematical algorithm, the algorithm being used to filter radiofrequency oscillation components as far as possible on the basis of road surface roughness so that the length of the ground contact area can be unambiguously determined. d) Evaluation of the transformed signal course (FIG. 1 . 2 ), wherein the length of the ground contact patch of the rotating vehicle tire is determined with a high degree of accuracy via a mathematical assignment, e) transmission of the length of the ground contact patch to a central receiving unit. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der charakteristische Signalverlauf (1, 2) des Beschleunigungssignales bei Schritt c) durch eine Fast-Fourier-Transformation transformiert wird.Method according to claim 1, characterized in that the characteristic signal course ( 1 . 2 ) of the acceleration signal at step c) is transformed by a fast Fourier transform. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der transformierte Signalverlauf (3, 4) in Form eines Frequenzspektrums Fg in zwei Frequenzbereiche (5, 6) unterteilt wird, wobei mit dem ersten unteren Frequenzbereich (5) die Länge der Bodenaufstandsfläche eindeutig bestimmt wird.Method according to one of the preceding claims, characterized in that the transformed signal course ( 3 . 4 ) in the form of a frequency spectrum F g in two frequency ranges ( 5 . 6 ), with the first lower frequency range ( 5 ) the length of the ground contact patch is uniquely determined. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der transformierte Signalverlauf (3, 4) in Form eines Frequenzspektrums in zwei Frequenzbereiche (5, 6) unterteilt wird, wobei über eine Auswertung des zweiten oberen Frequenzbereiches (6) die Fahrbahnoberflächen-Beschaffenheit und/oder der Reifenzustand ermittelt werden kann.Method according to one of the preceding claims, characterized in that the transformed signal course ( 3 . 4 ) in the form of a frequency spectrum in two frequency bands ( 5 . 6 ), wherein an evaluation of the second upper frequency range ( 6 ) the road surface condition and / or the tire condition can be determined. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die für die Bestimmung der Länge der Bodenaufstandsfläche relevante Grenzfrequenz (Fg) sich aus dem Schnittpunkt des Frequenz-Spektrums mit der x-Achse ergibt.Method according to one of the preceding claims, characterized in that the relevant for the determination of the length of the ground contact patch limit frequency (F g ) results from the intersection of the frequency spectrum with the x-axis. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass für die Bestimmung der Länge der Bodenaufstandsfläche die Werte für die Rad-Umlaufzeit und den Reifenumfang herangezogen werden.Method according to one of the preceding claims, characterized in that the values for the wheel revolution time and the tire circumference are used to determine the length of the ground contact patch. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der charakteristische Signalverlauf (1, 2) des Beschleunigungssignales bei Schritt c) durch eine mathematische Ordnungsanalyse transformiert und analysiert wird, wobei die Signalanalyse sich auf den Umfang des Reifens bezieht.Method according to one of the preceding claims, characterized in that the characteristic signal course ( 1 . 2 ) of the acceleration signal at step c) is transformed and analyzed by a mathematical order analysis, the signal analysis relating to the circumference of the tire. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der charakteristische Signalverlauf (1,2) des Beschleunigungssignales bei Schritt c) durch eine mathematische Integration transformiert wird, wodurch hochfrequente Schwingungsanteile aufgrund von Fahrbahnrauigkeiten weitestgehend im Signalverlauf (13, 14) geglättet werden.Method according to one of the preceding claims, characterized in that the characteristic signal course ( 1 . 2 ) of the acceleration signal in step c) is transformed by a mathematical integration, whereby high-frequency oscillation components due to road surface roughness are largely in the signal course ( 13 . 14 ) are smoothed. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die für die Bestimmung der Länge der Bodenaufstandsfläche relevante Bodenaufstandsflächen-Zeit sich aus der Zeit-Differenz des Maximums und Minimums im Signalverlauf ergibt.Method according to one of the preceding claims, characterized in that the relevant for the determination of the length of the ground contact patch ground contact patch time results from the time difference of the maximum and minimum in the signal waveform. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die mathematische Integration des Signalverlaufes (13, 14) mit einem passiven elektronischen Hardware-Bauteil erfolgt.Method according to one of the preceding claims, characterized in that the mathematical integration of the signal curve ( 13 . 14 ) takes place with a passive electronic hardware component. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Beschleunigungssensor in einem Reifenmodul angeordnet ist, wobei das Reifenmodul auf der Reifeninnenseite des Fahrzeugreifens angeordnet ist und einen Drucksensor umfasst.Method according to one of the preceding claims, characterized in that the acceleration sensor is arranged in a tire module, wherein the tire module is arranged on the tire inner side of the vehicle tire and comprises a pressure sensor.
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