DE102014214465A1

DE102014214465A1 - Verfahren zur Bestimmung der Profiltiefe eines Fahrzeugreifens

Info

Publication number: DE102014214465A1
Application number: DE102014214465.5A
Authority: DE
Inventors: Vigneshwar Kalyanasundaram
Original assignee: Continental Reifen Deutschland GmbH
Current assignee: Continental Reifen Deutschland GmbH
Priority date: 2014-07-24
Filing date: 2014-07-24
Publication date: 2016-01-28

Abstract

Um ein Verfahren bereitzustellen, mit dem herkömmliche Systeme verbessert werden können, wird folgendes Verfahren mit folgenden Schritten vorgeschlagen: a) Messen von Beschleunigungssignalen mit einem auf der Reifeninnenseite (4) angeordneten Reifensensor (5, 8), b) Bestimmung einer Tangentialgeschwindigkeit (v) in der Bodenaufstandsfläche (6) des Fahrzeugreifens (1) beim Rotieren des Fahrzeugreifens (1) und bei einer konstanten Fahrtgeschwindigkeit, wobei der Beschleunigungssensor sich im Zeitpunkt der Beschleunigungsmessung im Bereich der Bodenaufstandsfläche (6) des Fahrzeugreifens befindet, wobei die Tangentialgeschwindigkeit (v) aus der Messung der Beschleunigungssignale bestimmt wird, c) Bestimmung der Winkelgeschwindigkeit (ω) des Fahrzeugreifen über eine Auswertung der Beschleunigungssignale des Reifensensors (5, 8) und der daraus abgeleiteten Zeit für eine vollständige Fahrzeugreifen-Umdrehung, d) Ermittlung der halben Reifenhöhe (11) des Fahrzeugreifens (1), wobei die halbe Reifenhöhe (11) abhängig ist aus dem Verhältnis der ermittelten Tangentialgeschwindigkeit (v) und der Winkelgeschwindigkeit (ω), e) Ermittlung der Profiltiefe (12) des Fahrzeugreifens mit einer Signalverarbeitung, wobei sich die halbe Reifenhöhe (11) mit abnehmender Profiltiefe (12) signifikant verändert und die verbleibende Profiltiefe aus der Verkleinerung der halben Reifenhöhe (11) berechnet wird

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Bestimmung der Profiltiefe eines Fahrzeugreifens.
Es ist bekannt, bei Fahrzeugreifen eine Reifendrucküberwachung einzusetzen, um einen Druckverlust sicher zu detektieren.
Während für den Reifendruck unterschiedliche Systeme angeboten werden, die während der Fahrt eine Reifendrucküberwachung durchführen, muss die Profiltiefe der Fahrzeugreifen immer noch per Hand gemessen werden.
Der Erfindung lag die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren bereitzustellen, mit dem herkömmliche Systeme verbessert werden können.
Gelöst wird die Aufgabe durch ein Verfahren mit folgenden Schritten:

a) Messen von Beschleunigungssignalen mit einem auf der Reifeninnenseite angeordneten Reifensensor, wobei der Reifensensor im Wesentlichen gegenüberliegend zum Laufstreifen angeordnet ist und einen Beschleunigungssensor zur Messung von Beschleunigungswerten in radialer Richtung umfasst,
b) Bestimmung einer Tangentialgeschwindigkeit in der Bodenaufstandsfläche des Fahrzeugreifens beim Rotieren des Fahrzeugreifens und bei einer konstanten Fahrtgeschwindigkeit, wobei der Beschleunigungssensor sich im Zeitpunkt der Beschleunigungsmessung im Bereich der Bodenaufstandsfläche des Fahrzeugreifens befindet, wobei die Tangentialgeschwindigkeit aus der Messung der Beschleunigungssignale bestimmt wird,
c) Bestimmung der Winkelgeschwindigkeit des Fahrzeugreifen über eine Auswertung der Beschleunigungssignale des Reifensensors und der daraus abgeleiteten Zeit für eine vollständige Fahrzeugreifen-Umdrehung,
d) Ermittlung der halben Reifenhöhe des Fahrzeugreifens, wobei die halbe Reifenhöhe abhängig ist aus dem Verhältnis der ermittelten Tangentialgeschwindigkeit und der Winkelgeschwindigkeit,
e) Ermittlung der Profiltiefe des Fahrzeugreifens mit einer Signalverarbeitung, wobei sich die halbe Reifenhöhe mit abnehmender Profiltiefe signifikant verändert und die verbleibende Profiltiefe aus der Verkleinerung der halben Reifenhöhe berechnet wird,
f) Übermittlung der ermittelten Profiltiefe an eine Empfangseinheit im Fahrzeug und/ oder Anzeigen der Profiltiefe mit einer Anzeigevorrichtung.

Ein Vorteil der Erfindung ist insbesondere darin zu sehen, dass durch das erfindungsgemäße Verfahren auf einfache Weise die Profiltiefe bei Fahrzeugreifen mit einem auf der Reifeninnenseite angeordneten Reifensensor ermittelt werden kann. Für die Reifendruckkontrolle werden bei bestimmten Fahrzeugreifen sogenannte Reifenmodule auf der Reifeninnenseite angeordnet, die unter anderem einen Drucksensor und im Allgemeinen einen Beschleunigungssensor umfassen. Das erfindungsgemäße Verfahren zur Ermittlung der Profiltiefe zeichnet sich ebenfalls durch eine einfache Signalauswertung aus. Sowohl die Tangentialgeschwindigkeit als auch die Winkelgeschwindigkeit in der Bodenaufstandsfläche lässt sich mit dem Beschleunigungssensor relativ einfach messen. Überraschender Weise lassen sich die Messsignale des Beschleunigungssensors ebenfalls zur Messung und Überwachung der Profiltiefe einsetzen. Es ist kein weiterer spezieller Sensor erforderlich, der zusätzlich im Reifenmodul integriert werden müsste. Durch eine Signalauswertung der Beschleunigungswerte lässt sich die Profiltiefe indirekt bestimmen. Das aufwendige Überprüfen der Profiltiefe mit einem mechanischen Profiltiefenmesser kann dadurch entfallen. Insbesondere bei einem Lkw mit einem Anhänger wird durch eine automatische Profiltiefenüberwachung ein hoher Arbeitsaufwand eingespart.
In einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass auf der Reifeninnenseite ein einzelner Reifensensor angeordnet ist und bei Schritt b) die Tangentialgeschwindigkeit in der Bodenaufstandsfläche des Fahrzeugreifens über eine Auswertung der charakteristischen Beschleunigungssignale beim Eintreten und beim Austreten in die Bodenaufstandsfläche ermittelt wird. Dadurch lässt sich die Tangentialgeschwindigkeit in der Bodenaufstandsfläche einfach und mit einer hohen Messgenauigkeit messen.
In einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass auf der Reifeninnenseite zwei hintereinander angeordnete Reifensensoren angeordnet sind und bei Schritt b) die Tangentialgeschwindigkeit in der Bodenaufstandsfläche des Fahrzeugreifens über den Abstand zwischen den beiden Reifensensoren und die Zeitdifferenz der charakteristischen Beschleunigungssignale der beiden Reifensensoren ermittelt wird. Auf diese Weise lässt sich eine hohe Messgenauigkeit für die Bestimmung der Tangentialgeschwindigkeit erreichen.
In einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass auf der Reifeninnenseite drei Reifensensoren in Form eines Dreieckes angeordnet sind, wobei der Abstand der Reifensensoren zueinander vorgegeben und bekannt ist, wobei über eine geometrische Auswertung der Winkelanordnung der Abstand der einzelnen Reifensensoren zueinander in Umfangsrichtung bestimmt wird. Dadurch lässt sich eine hohe Messgenauigkeit für die Bestimmung der Tangentialgeschwindigkeit in der Bodenaufstandsfläche erreichen.
In einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Messung der Beschleunigungswerte bei einer weitestgehend konstanten Fahrweise des Fahrzeuges erfolgt. Auf diese Weise lässt sich die noch verbleibende Profiltiefe mit einer hohen Genauigkeit abschätzen.
In einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass mindestens ein Referenz-Beschleunigungswert bei einem neuen Fahrzeugreifen ohne Profilabrieb gemessen wird, wobei dieser Referenz-Beschleunigungswert als Vergleichswert zur Bestimmung der Profiltiefe bei der Signalverarbeitung verwendet wird. Der Referenzbeschleunigungswert lässt sich einfach direkt im Speichersystem des Reifenmoduls oder des Empfängers abspeichern und wird für die nachfolgenden Messsignale als Vergleichswert herangezogen.
In einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Fahrtgeschwindigkeit vom Fahrzeugtacho für die Signalverarbeitung genutzt wird. Die Fahrtgeschwindigkeit vom Fahrzeugtacho des Fahrzeuges lässt sich auf einfache Weise in die Signalverarbeitung integrieren.
In einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Messung der Beschleunigungswerte bei einer weitestgehend konstanten Fahrweise des Fahrzeuges erfolgt. Dadurch wird die Messgenauigkeit zur Messung des minimalen Beschleunigungswertes erhöhen.
An einem Ausführungsbeispiel soll die Erfindung nachfolgend erläutert werden.
Die 1 zeigt schematisch einen Querschnitt durch einen Fahrzeugreifen 1, der auf einer Fahrbahn 2 abrollt. Der Fahrzeugreifen 1 ist in einer Querschnittsansicht dargestellt, wobei der Fahrzeugreifen um die Mittelachse 9 rotiert. Der Fahrzeugreifen 1 rollt in Fahrtrichtung 10 auf der Fahrbahn 2 ab. Auf der Reifeninnenseite 4, die durch einen Reifeninnenliner gebildet wird, ist ein Reifensensor 5 mit einem integrierten Beschleunigungssensor angeordnet. Der Beschleunigungssensor misst Beschleunigungswerte a in radiale Richtung zu unterschiedlichen Zeitpunkten. Die abgeflachte Bodenaufstandsfläche 6 des Fahrzeugreifens liegt an der Fahrbahnoberfläche 2 an. Gegenüberliegend zur Bodenaufstandsfläche 6 ist die ebenfalls abgeflachte Reifeninnenseite 7 dargestellt, die gegenüberliegend zur Bodenaufstandsfläche angeordnet ist.
Beim ersten Ausführungsbeispiel ist nur der Reifensensor 5 mit einem integrierten Beschleunigungssensor auf der Reifeninnenseite 4 vorgesehen. Die Tangentialgeschwindigkeit v in der Bodenaufstandsfläche des Fahrzeugreifens wird über eine Auswertung der charakteristischen Beschleunigungssignale beim Eintreten und beim Austreten in die Bodenaufstandsfläche ermittelt. Die Winkelgeschwindigkeit ω wird aus der Zeit berechnet, die der Fahrzeugreifen für eine vollständige Umdrehung benötigt. Diese Zeit für eine vollständige Umdrehung lässt sich ebenfalls über eine Auswertung der Beschleunigungssignale des Reifensensors 5 ermitteln. Die in der Figur dargestellte halbe Reifenhöhe 11 (Höhe zwischen dem Mittelpunkt 9 des Fahrzeugreifens und der Fahrbahnoberfläche 2) ist gleich dem Verhältnis aus der Tangentialgeschwindigkeit v und der ermittelten Winkelgeschwindigkeit ω. Bei einer abnehmenden Profiltiefe 12 verändert sich der Wert für die halbe Reifenhöhe 11. Aus dem veränderten Wert für die halbe Reifenhöhe 11 lässt die noch verbleibende Profiltiefe 12 ermitteln. Bei einem weiteren Ausführungsbeispiel ist ein zweiter Reifensensor 8 auf der Reifeninnenseite 4 vorgesehen. Beide Reifensensoren 5 und 8 werden in einem vorgegebenen Abstand d auf der Reifeninnenseite 4 angeordnet. Über eine Auswertung der Beschleunigungssignale der beiden Reifensensoren 5 und 8 lässt sich die Zeitdifferenz dt der charakteristischen Beschleunigungssignale ermitteln. Die Tangentialgeschwindigkeit berechnet sich aus dem Abstand d und der ermittelten Zeitdifferenz dt. Die Winkelgeschwindigkeit ω lässt sich wie beim ersten Ausführungsbeispiel ermitteln. Wie beim ersten Ausführungsbeispiel berechnet sich die halbe Reifenhöhe 11 aus dem Quotienten von Tangentialgeschwindigkeit und Winkelgeschwindigkeit. Über die Veränderung der halben Reifenhöhe 11 lässt sich die noch verbleibende Profiltiefe ermitteln.
Die 2 zeigt den Signalverlauf der Beschleunigungswerte von Reifensensor 1 und 2. Das Messsignal 13 des Reifensensors 1 ist mit einer durchgezogenen Linie dargestellt. Der Tiefpunkt 15 des Messsignales 13 zeigt das charakteristische Beschleunigungssignal, bei dem der Beschleunigungssensor beim Eintreten in die Bodenaufstandsfläche eine Beschleunigung von nahezu Null erfasst. Beim Messsignal 14 wird ein ähnlicher Kurvenverlauf gemessen, wobei ein früherer Zeitpunkt für das charakteristische Beschleunigungssignal ermittelt wird. Die dargestellte Zeitdifferenz dt ist die Zeitdifferenz zwischen den charakteristischen Beschleunigungssignalen. Mit dieser Zeitdifferenz lässt sich die Tangentialgeschwindigkeit in der Bodenaufstandsfläche bestimmen.
Funktionen zur Ermittlung der Profiltiefe:

Tangentialgeschwindigkeit v = d/dt (Gl1) Winkelgeschwindigkeit omega = 2·pi/T (Gl2) halbe Reifenhöhe h = v/omega (GL3)

Bezugszeichenliste

1: Fahrzeugreifen
2: Fahrbahn
3: Laufstreifen-Außenseite
4: Reifeninnenseite bzw. Reifeninnerliner
5: Reifensensor 1 mit Beschleunigungssensor
6: abgeflachte Bodenaufstandsfläche des Fahrzeugreifens
7: abgeflachte Reifeninnenseite gegenüberliegend zur Bodenaufstandsfläche des Fahrzeugreifens
8: Reifensensor 2 mit Beschleunigungssensor
9: Mittelachse
10: Fahrtrichtung
11: halbe Reifenhöhe
12: Profiltiefe bei einem Neureifen
13: Messsignal bzw. Beschleunigungswerte von Reifensensor 1
14: Messsignal bzw. Beschleunigungswerte von Reifensensor 2
15: charakteristisches Beschleunigungssignal
a: Beschleunigung in radialer Richtung
d: Abstand zwischen beiden Reifensensoren in der Bodenaufstandsfläche
dt: Zeitdifferenz zwischen den charakteristischen Beschleunigungssignalen
h: halbe Reifenhöhe
V: Tangentialgeschwindigkeit in der Bodenaufstandsfläche
T: Zeit für eine vollständige Fahrzeugreifen-Rotation
ω: Omega: Winkelgeschwindigkeit

Claims

Verfahren zur Bestimmung der Profiltiefe (12) eines Fahrzeugreifens (1) mit mindestens einem auf der Reifeninnenseite (4) angeordneten Reifensensor (5, 8) mit folgenden Schritten: a) Messen von Beschleunigungssignalen mit einem auf der Reifeninnenseite (4) angeordneten Reifensensor (5, 8), wobei der Reifensensor (5, 8) im Wesentlichen gegenüberliegend zum Laufstreifen (3) angeordnet ist und einen Beschleunigungssensor zur Messung von Beschleunigungswerten in radialer Richtung umfasst, b) Bestimmung einer Tangentialgeschwindigkeit (v) in der Bodenaufstandsfläche (6) des Fahrzeugreifens (1) beim Rotieren des Fahrzeugreifens (1) und bei einer konstanten Fahrtgeschwindigkeit, wobei der Beschleunigungssensor sich im Zeitpunkt der Beschleunigungsmessung im Bereich der Bodenaufstandsfläche (6) des Fahrzeugreifens befindet, wobei die Tangentialgeschwindigkeit (v) aus der Messung der Beschleunigungssignale bestimmt wird, c) Bestimmung der Winkelgeschwindigkeit (ω) des Fahrzeugreifen über eine Auswertung der Beschleunigungssignale des Reifensensors (5, 8) und der daraus abgeleiteten Zeit für eine vollständige Fahrzeugreifen-Umdrehung, d) Ermittlung der halben Reifenhöhe (11) des Fahrzeugreifens (1), wobei die halbe Reifenhöhe (11) abhängig ist aus dem Verhältnis der ermittelten Tangentialgeschwindigkeit (v) und der Winkelgeschwindigkeit (ω), e) Ermittlung der Profiltiefe (12) des Fahrzeugreifens mit einer Signalverarbeitung, wobei sich die halbe Reifenhöhe (11) mit abnehmender Profiltiefe (12) signifikant verändert und die verbleibende Profiltiefe aus der Verkleinerung der halben Reifenhöhe (11) berechnet wird, f) Übermittlung der ermittelten Profiltiefe (12) an eine Empfangseinheit im Fahrzeug und/ oder Anzeigen der Profiltiefe mit einer Anzeigevorrichtung.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass auf der Reifeninnenseite ein einzelner Reifensensor (5) angeordnet ist und bei Schritt b) die Tangentialgeschwindigkeit (v) in der Bodenaufstandsfläche (6) des Fahrzeugreifens (1) über eine Auswertung der charakteristischen Beschleunigungssignale beim Eintreten und beim Austreten in die Bodenaufstandsfläche (6) ermittelt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass auf der Reifeninnenseite (4) zwei hintereinander angeordnete Reifensensoren (5, 8) angeordnet sind und bei Schritt b) die Tangentialgeschwindigkeit (v) in der Bodenaufstandsfläche (6) des Fahrzeugreifens über den Abstand zwischen den beiden Reifensensoren (5, 8) und die Zeitdifferenz (dt) der charakteristischen Beschleunigungssignale (15) der beiden Reifensensoren (5, 8) ermittelt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass auf der Reifeninnenseite (4) drei Reifensensoren in Form eines Dreieckes angeordnet sind, wobei der Abstand der Reifensensoren zueinander vorgegeben und bekannt ist, wobei über eine geometrische Auswertung der Winkelanordnung der Abstand der einzelnen Reifensensoren zueinander in Umfangsrichtung bestimmt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Messung der Beschleunigungswerte bei einer weitestgehend konstanten Fahrweise des Fahrzeuges erfolgt.