DE102015000998B4 - Erfassung eines losen Rades - Google Patents

Abstract

Verfahren zum Erfassen eines losen Rades eines Fahrzeugs, das die Schritte umfasst:
- Erhalten eines Raddrehzahlsignals t(n), das eine Raddrehzahl eines Rades eines Fahrzeugs angibt,
- Ermitteln eines ersten Erfassungssignals basierend auf dem Raddrehzahlsignal t(n) und einem ersten Referenzsignal, welches erste Referenzsignal basierend auf einem Raddrehzahlsignal ermittelt wird, das eine Raddrehzahl eines weiteren Rades des Fahrzeugs angibt,
- Ermitteln eines zweiten Erfassungssignals basierend auf dem Raddrehzahlsignal t(n) und einem zweiten Referenzsignal,
- Ermitteln, dass das Rad des Fahrzeugs ein loses Rad ist, wenn die folgenden Bedingungen erfüllt werden:
-- das erste Erfassungssignal übersteigt einen ersten Erfassungsschwellenwert, und
-- das zweite Erfassungssignal übersteigt einen zweiten Erfassungsschwellenwert, wobei der Schritt zum Ermitteln des ersten Erfassungssignals Folgendes umfasst:
- Schätzen eines Unvollkommenheitssignals δ̂_l anhand des Raddrehzahlsignals t(n), welches Unvollkommenheitssignal δ̂_l eine Unvollkommenheit des Raddrehzahlsignals t(n) im Vergleich zur tatsächlichen Raddrehzahl des Rades des Fahrzeugs angibt,
- Berechnen einer ersten Varianz in einem finite Zeitfenster,
- Berechnen einer Differenz zu dem ersten Referenzsignal, und
- - Berechnen einer ersten kumulativen Summe gemäß der folgenden Relation: CUSUMCounter(n + 1) = min(max(CUSUMCounter(n) + α(n) - Drift,0), CounterLimit) , wobei Drift und CounterLimit Abstimmparameter sind und α(n)die Differenz der ersten Varianz des Sensorunvollkommenheitssignals und des ersten Referenzsignals ist.

Description

• Technisches Gebiet
• Die Offenbarung der vorliegenden Erfindung betrifft allgemein das Gebiet der Erfassung von Radanomalien eines Fahrzeugs und beispielsweise Verfahren, Systeme und Computerprogrammprodukte zum Erfassen eines losen Rades oder eines drucklosen Rades.
• Hintergrund der Erfindung
• Moderne Fahrzeuge umfassen eine Vielzahl Sensoren und Systeme, um für den Fahrer und andere Verkehrsteilnehmer Sicherheit, Komfort und Informationen bereitzustellen.
• Diese Systeme umfassen ein Antriebsschlupfregelsystem (TCS/Traction Control System), eine Fahrdynamikregelung (ESP/Electronic Stability Program), ein aktives Aufhängungssystem oder ein Antiblockier-Bremssystem (ABS). Neben diesen aktiven Steuersystemen gibt es auch Kraftfahrersicherheitsinformationssysteme, wie etwa Straßenreibungsindikatoren und sensorfreie Reifendruckkontrollsysteme, z.B. indirekte Reifendruckkontrollsysteme (iT-PMS/indirect Tire Pressure Monitoring System), die dem Fahrer Informationen über den Fahrzustand unterbreiten.
• All die vorstehend genannten Systeme profitieren von der Kenntnis eines großen Satzes geschätzter oder gemessener Fahrzeugeigenschaftsparameter, wie etwa Reifenlängssteifigkeit, Umgebungstemperatur, Radresonanzfrequenz, mitgeführte Fahrzeuglast, Reifenradiusänderung während Kurvenfahrten und drehzahlabhängige Radvibration, sind jedoch nicht darauf beschränkt.
• Die Kenntnis des Radzustands ist von Interesse. Radzustandsinformationen, z.B. über niedrigen Druck, können zum Erfassen von Radanomalien nützlich sein, die, wenn sie nicht gemeldet werden, einen Verschleiß des Fahrzeugs, geringere(n) Fahrkomfort und Fahrzeugsteuerbarkeit oder sogar einen Unfall verursachen können.
• Insbesondere ist ein Rad, das nicht ordnungsgemäß an einer Achse eines Fahrzeugs befestigt ist, d.h. ein loses Rad, ein Radzustand, der im Hinblick auf Sicherheit höchst relevant ist. Bekannte Vorgehensweisen zum Erfassen eines losen Rades erfordern eine persönliche Überprüfung und/oder die Verwendung zusätzlicher Bauteile. Es ist beispielsweise bekannt, zur Erfassung eines losen Rades optische Indikatoren zu verwenden, die in einer vordefinierten Ausrichtung an Radmuttern platziert werden, welche dazu verwendet werden, ein Rad an den Gewinden einer Fahrzeugachse zu befestigen. Wenn sich das Rad lockert, befinden sich einer oder mehrere der optischen Indikatoren nicht mehr in der vordefinierten Ausrichtung, wodurch optisch angezeigt wird, dass das Rad lose ist. Zur Erfassung eines losen Rades ist es auch bekannt, eine Sensoranordnung an einer Befestigungsnabe einer Achse eines Fahrzeugs zu befestigen. Der Sensor erfasst die Relativbewegung zwischen der Nabe und dem Rad und gibt, wenn sich das Rad lockert, ein Signal ab, das angibt, dass das Rad lose ist.
• Die DE 10 2013 211 697 A1 offenbart eine Sensoranordnung zur Bestimmung einer Radgeschwindigkeit und Erkennung eines losen Rads, wobei zur Erkennung eines losen Rads Amplituden von Spektrallinien mit Schwellwerten verglichen werden.
• Die DE 60 2004 013 044 T2 offenbart die Erfassung des Zustands einer Fahrbahn. Fahrbahnunebenheiten werden mittels eines erfassten Drehzahlsignals und einer Analyseeinheit detektiert.
• Die DE 101 53 072 A1 offenbart ein Verfahren zu Ermittlung sich anbahnender Laufstreifenablösungen eines Luftreifens durch Detektion von sich überlagernden Schwingungen basierend auf einem Drehzahl-Ausgangssignal.
• Ziel der Erfindung
• Zur Überwindung der Unzulänglichkeiten bekannter Vorgehensweisen, insbesondere der vorstehend genannten Art, besteht ein Ziel der vorliegenden Erfindung darin, eine Lösung zur Erfassung eines losen Rades eines Fahrzeugs bereitzustellen, die eine persönliche Überprüfung und zusätzliche Bauteile unnötig macht.
• Zusammenfassung der Erfindung
• Im Allgemeinen nutzt die Erfindung ein Raddrehzahlsignal zur Erfassung eines losen Rades. Das Raddrehzahlsignal wird als Basis zum Ermitteln eines ersten Erfassungssignals und eines zweiten Erfassungssignals verwendet. Eine weitere Basis zum Ermitteln des ersten und zweiten Erfassungssignals besteht aus einem dem ersten Erfassungssignal zugeordneten ersten Referenzsignal und einem dem zweiten Erfassungssignal zugeordneten zweiten Referenzsignal. Die Anomalie eines losen Rades wird gemäß der Lehre der Erfindung erfasst, wenn jedes der Erfassungssignale seinen zugeordneten Schwellenwert übersteigt. Insbesondere betrifft die Offenbarung Verfahren, Systeme und Computerprogrammprodukte zum Erreichen des genannten Ziels.
• Figurenliste
• 1a zeigt schematisch einen Raddrehzahlsensor, der aus einem in Segmente aufgeteilten Drehelement und einem Sensorelement besteht.
• 1b zeigt ein Diagramm, das ein Raddrehzahlsignal als Funktion der Abtastzahl darstellt.
• 2 ist ein Flussdiagramm eines Verfahrens gemäß den Ausführungsformen.
• 3 ist ein Flussdiagramm eines beispielhaften Teilschritts zum Ermitteln des ersten Erfassungssignals.
• 4 ist ein Flussdiagramm eines beispielhaften Teilschritts zum Ermitteln des zweiten Erfassungssignals.
• Genaue Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen
• Die vorliegende Erfindung nutzt ein Raddrehzahlsignal, das die Raddrehzahl eines Rades eines Fahrzeugs angibt. Dies ist in dem Sinne vorteilhaft, dass in den meisten Fahrzeugen keine zusätzlichen Sensoren benötigt werden.
• Das Raddrehzahlsignal wird dazu verwendet, zu ermitteln, ob ein Rad lose ist. Gemäß der Lehre der vorliegenden Erfindung können basierend auf dem Raddrehzahlsignal Erfassungssignale ermittelt werden, die eine Ermittlung, ob das Rad lose ist, ermöglichen.
• Die im Folgenden beschriebenen bevorzugten Ausführungsformen können zur Veranschaulichung der Lehre der vorliegenden Erfindung dienen.
• Ein Raddrehzahlsignal wird als Eingang erhalten. Dieses Raddrehzahlsignal kann in Form einer Reihe von Zeitpunkten t(n) von einem in Segmente aufgeteilten Raddrehzahlsensor erhalten werden. Eine Ausführungsform eines Raddrehzahlsensors ist in 1a gezeigt. Der gezeigte Raddrehzahlsensor ist ein in Segmente aufgeteilter Drehtyp-Sensor. Der beispielhafte Raddrehzahlsensor 4 umfasst ein Zahnrad 5. Bei der dargestellten Ausführungsform ist das Rad mit sieben identischen Zähnen dargestellt. In der Praxis können solche Räder eine unterschiedliche Anzahl Zähne haben, z.B. 48 Zähne. Das Zahnrad kann als in Segmente aufgeteiltes Drehelement mit sieben identischen Segmenten bezeichnet werden. Eine Sensorkomponente 7 ist so gelegen und angeordnet, dass immer dann ein Sensorsignal erzeugt wird, wenn ein Zahn (Radzahn) des Zahnrades die Sensorkomponente 7 passiert. Die Sensorkomponente 7 kann ein optischer Sensor, ein magnetischer Sensor (z.B. ein HALL-Sensor) oder ein beliebiger anderer denkbarer Sensortyp sein. Die Sensorkomponente 7 erzeugt elektrische Signale, die durch Drähte oder Funkübertragung zur weiteren Verarbeitung zu einem/einer nachfolgenden Prozessor oder Auswerteeinrichtung transportiert werden. Bei dem Beispiel gemäß 1b gibt es insgesamt sieben Sensorsignale, die während einer kompletten Umdrehung des Zahnrades generiert werden.
• Variationen des Raddrehzahlsignals können aus verschiedenen Gründen auftreten. Diese Gründe umfassen Beschleunigung oder Abbremsung durch den Fahrer. Schwankungen oder Schwingungen des Raddrehzahlsignals können jedoch auch auf andere Gründe zurückzuführen sein. Einer dieser Gründe kann ein loses Rad oder ein druckloses Rad sein. Diese Tatsache wird gemäß der Lehre der Erfindung genutzt.
• Der Raddrehzahlsensor eines Fahrzeugs ist typischerweise kein idealer Sensor. Ein idealer Sensor würde Zähne mit identische Abmessungen umfassen. In 1a sind diese Abmessungen durch den Winkelabstand α dargestellt. Beispielsweise ist, in dem dargestellten Fall von sieben Zähnen, α =360°/7. Herstellungs- oder verschleißbedingt kann jeder Zahn jedoch von dem idealen Winkelabstand α abweichen. Im Folgenden werden die Abweichungen δ vom idealen Winkelabstand als Unvollkommenheitsfehler bezeichnet und es wird davon ausgegangen, dass jeder der Zähne des Drehelements seinen eigenen charakteristischen Unvollkommenheitsfehler δ_l (l = 1,K, L) hat.
• Daher gibt das Auftreten eines Sensorsignals an, dass sich das Drehelement 5 im idealen Fall ohne Unvollkommenheitsfehler um einen Winkel von α = 2π/L und im realistischen Fall mit Unvollkommenheitsfehlern um einen Winkel von α + δ_l gedreht hat. Von diesen Zeitpunkte t(n) darstellenden Sensorsignalen kann ein entsprechender Raddrehzahlwert ω(n) über die Relation $$\omega \left(n\right)=\frac{\alpha +{\delta }_l}{t\left(n\right)-t\left(t-1\right)}$$

  

  abgeleitet werden, wobei ein hoher Wert von ω(n) ein sich schnell drehendes Rad und ein niedriger Wert von ω(n) ein sich langsam drehendes Rad angibt. Außerdem kann ein Schätzwert der Fahrzeuggeschwindigkeit erhalten werden, indem die Raddrehzahl ω(n) mit dem entsprechenden Reifenradius in Relation gesetzt wird. Bei den folgenden Ausführungsformen werden die Werte t(n), Δt(n) und ω(n) aus Gründen der Einfachheit sämtlich als Raddrehzahlsignale bezeichnet und als vom Raddrehzahlsensor 4 stammend betrachtet.
• Die Signalwerte der Signale t(n), Δt(n) oder ω(n) sind im Allgemeinen zeitlich nicht äquidistant verteilt. Diese Signale können durch Interpolation von der Ereignisdomäne in die Zeitdomäne umgesetzt werden. Ausführungsformen zur Signalverarbeitung diskretisierter Eingangssignale dieses oder eines ähnlichen Typs sind beispielsweise in WO 2004/ 042 553 A1 desselben Anmelders offenbart. Der Inhalt dieses Dokuments wird durch Bezugnahme in der vorliegenden Beschreibung gewürdigt.
• 1b zeigt eine Zeitfolge von Raddrehzahlen, die von einem Raddrehzahlsensor mit Unvollkommenheiten im Falle einer tatsächlich konstanten Geschwindigkeit und ohne Unvollkommenheitskorrektur abgeleitet werden. In idealisierter und den Einfluss externer Faktoren, wie etwa eines losen Rades, vernachlässigender Weise, wird die Auswirkung der Sensorunvollkommenheiten eines Raddrehzahlsensors auf das erhaltene Raddrehzahlsignal ω(n) veranschaulicht. Das Diagramm aus 1b zeigt die Raddrehzahlwerte ω(n) als Funktion der Abtastzahl n. In dem Diagramm sind 15 Abtastungen n = 1,K ,15 dargestellt, die drei kompletten Umdrehungen eines Drehelements 5 entsprechen, das insgesamt L = 5 Zähne 6 umfasst. 1b stellt den Fall eines mit exakt konstanter Geschwindigkeit v fahrenden Kraftwagens dar, wobei die gestrichelte Kurve dem von einem Raddrehzahlsensor 4 mit einem ideal segmentierten Drehelement 5 erhaltenen Raddrehzahlsignal ω(n) und die durchgezogene Kurve dem Fall eines nicht ideal segmentierten Drehelements 5 entspricht, das eine periodische Schwankung der Raddrehzahl um den Mittelwert von 56 rad/s erzeugt. Der Wert von 55 rad/s der ersten Abtastung entspricht einem Zahn, der etwas größer ist als ein nominaler Zahn und somit einen Raddrehzahlwert erzeugt, der kleiner ist als der erwartete Wert von 56 rad/s. Die dritte Abtastung entspricht einem Zahn, der exakt einem nominalen Zahn entspricht und somit den erwarteten Wert von 56 rad/s erzeugt. Die vierte Abtastung entspricht einem Zahn, der kleiner ist als ein nominaler Zahn und somit eine Raddrehzahl erzeugt, die größer ist als der nominale Wert von 56 rad/s. Die fünfte Abtastung entspricht dem letzten Zahn des Drehelements und die sechste Abtastung entspricht wieder seinem ersten Zahn. Infolgedessen zeigt die durchgezogene Kurve von 1b eine Periodizität von fünf Abtastpunkten, die einer kompletten Umdrehung des Drehelements 5 des Raddrehzahlsensors 4 entspricht.
• Bezug nehmend auf 2 soll ein Verfahren gemäß den Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung die Lehre der Erfindung aufzeigen.
• Ein eine Raddrehzahl eines Rades eines Fahrzeugs angebendes Raddrehzahlsignal wird erhalten. Es kann von einem Raddrehzahlsensor erhalten werden. Basierend auf dem Raddrehzahlsignal werden zwei Erfassungssignale ermittelt. Typischerweise berücksichtigt die Ermittlung jedes der Erfassungssignale ferner ein jeweiliges Referenzsignal.
• Ein erstes Erfassungssignal wird in Schritt 21 basierend auf dem Raddrehzahlsignal und einem ersten Referenzsignal ermittelt. Der Schritt des Ermittelns des ersten Erfassungssignals kann einen oder mehrere der Rechenschritte umfassen, die nachfolgend unter Bezugnahme auf 3 beschrieben sind.
• Ein zweites Erfassungssignal wird in Schritt 22 basierend auf dem Raddrehzahlsignal und einem zweiten Referenzsignal ermittelt. Der Schritt des Ermittelns des zweiten Erfassungssignals kann einen oder mehrere der Rechenschritte umfassen, die nachfolgend unter Bezugnahme auf 4 beschrieben sind.
• Bei der Ausführungsform gemäß 2 kann das Ermitteln des Vorhandenseins oder Nichtvorhandenseins z.B. eines losen Rades in Schritt 23 durchgeführt werden, indem das erste und zweite Erfassungssignal mit einem ersten bzw. zweiten Erfassungsschwellenwert verglichen werden. Wenn (a) das erste Erfassungssignal übersteigt den ersten Erfassungsschwellenwert, und (b) das zweite Erfassungssignal übersteigt den zweiten Erfassungsschwellenwert, wird ermittelt, dass das Rad des Fahrzeugs lose ist. Mit anderen Worten, wenn die Erfassungssignale ihren jeweiligen Erfassungsschwellenwert übersteigen, wird das Vorhandensein eines losen Rades erfasst.
• Die Informationen betreffend das Vorhandensein eines losen Rades können anschließend übertragen werden (nicht gezeigt). Diese Übertragung kann über ein optisches oder akustisches Signal an den Fahrer erfolgen. Es kann zusätzlich oder alternativ elektronisch an das Betriebssystem des Kraftwagens übertragen werden. Des Weiteren ist es denkbar, dass die Informationen an eine nahegelegene Werkstatt gesendet werden, so dass ein Mechaniker darauf vorbereitet sein kann, das Rad zu befestigen. Dies ist in Zusammenhang mit autonom fahrenden Fahrzeugen besonders vorteilhaft.
• 3 zeigt ein beispielhaftes Flussdiagramm des Schritts zum Ermitteln eines ersten Erfassungssignals, etwa Schritt 21 aus 2.
• Das erste Erfassungssignal kann durch Schätzen eines Unvollkommenheitssignals in Schritt 31 ermittelt werden, das eine Unvollkommenheit des Raddrehzahlsignals im Vergleich zur tatsächlichen Raddrehzahl des Rades des Fahrzeugs angibt. Eine mögliche Quelle der Unvollkommenheit ist der Sensor. Sensorunvollkommenheiten können basierend auf einem Raddrehzahlsignal geschätzt werden. Die Schätzung von Sensorunvollkommenheiten ist in US 2007 / 0 124 053 A1 offenbart.
• Die Sensorunvollkommenheitswerte δ_l des Zahnrades 5 können anhand des Raddrehzahlsignals t(n) geschätzt werden.
• Die geschätzten Sensorunvollkommenheitswerte δ̂_l können als gewichtete Mittelwerte von Sensorunvollkommenheitswerten y(n) vorheriger n-1 und aktueller Umdrehungen n des Zahnrades 5 berechnet werden.
• Ein gewichteter Mittelwert kann beispielsweise durch ein Tiefpassfilter (LP) erhalten werden, das gemäß der folgenden Filterrelation ausgeführt ist: $$LP:{\widehat{\delta }}_{\left(n\text{ mod }L\right)+1}=\left(1-\mu \right){\widehat{\delta }}_{\left(n\text{ mod }L\right)+1}+\mu y\left(n\right),$$

  

  mit $$y_n=\frac{2\pi }{T_{LAP}\left(n\right)}\left(t\left(n\right)-t\left(n-1\right)\right)-\frac{2\pi }{L},$$

  

  wobei (n mod L) + 1 die Anzahl der Zähne 6 des Zahnrades 5 ist, die der Abtastzahl n entspricht, δ̂_{n mod L} der Schätzwert der entsprechenden Sensorunvollkommenheit ist, µ ein Vergessensfaktor des Filters ist, t(n) und t(n - 1) aufeinanderfolgende Werte des Raddrehzahlsignals sind, L die Gesamtzahl der Zähne 6 des Zahnrades 5 ist und T_LAP (n) die Dauer einer kompletten Umdrehung des Zahnrades 5 ist.
• Wenn ein Unvollkommenheitssignal geschätzt wurde, kann das Raddrehzahlsignal bei manchen Ausführungsformen im Hinblick auf Unvollkommenheiten korrigiert werden. Somit kann ein auf Unvollkommenheiten korrigiertes Raddrehzahlsignal ε(n) basierend auf dem Raddrehzahlsignal t(n) und dem Sensorunvollkommenheitssignal δ̂_l berechnet werden. Es ist wichtig darauf hinzuweisen, dass das auf Unvollkommenheiten korrigierte Sensorsignal ε(n) nicht notwendigerweise Werte enthält, die Zeitpunkte oder Drehzahlen oder ähnliche Größen darstellen. Es kann auch eine beliebige andere künstliche Größe sein, die einen auf Unvollkommenheiten korrigierten abgeleiteten Wert des Raddrehzahlsignals darstellt.
• Bei einer Ausführungsform wird das auf Unvollkommenheiten korrigierte Sensorsignal ε(n) anhand der Relation $$\epsilon \left(n\right)=y\left(n\right)-{\widehat{\delta }}_{\left(n\text{ mod }L\right)+1}$$

  

  erhalten, wobei, wie bei der vorstehenden Sensorunvollkommenheitsschätzung, $$y\left(n\right)=\frac{2\pi }{T_{LAP}\left(n\right)}\left(t\left(n\right)-t\left(n-1\right)\right)-\frac{2\pi }{L}$$

  
• (n mod L) + 1 die Anzahl der Zähne 6 des Drehelements 5 ist, die der Abtastzahl n entspricht, δ̂_{(n mod L)+1} der Schätzwert der entsprechenden Sensorunvollkommenheit ist, µ ein Vergessensfaktor des Filters ist, t(n) und t(n-1) aufeinanderfolgende Werte des Raddrehzahlsignals sind, L die Gesamtzahl der Zähne 6 des Drehelements 5 ist und T_LAP (n) die Dauer einer kompletten Umdrehung des Drehelements 5 ist.
• In Schritt 32 wird während der Ermittlung des ersten Erfassungssignals eine erste Varianz berechnet. Zusätzlich kann eine Varianz des auf Unvollkommenheiten korrigierten Raddrehzahlsignals in einem finiten Zeitfenster berechnet werden. Diese Varianz des auf Unvollkommenheiten korrigierten Raddrehzahlsignals gibt zeitliche Variationen des auf Unvollkommenheiten korrigierten Raddrehzahlsignals in dem finiten Zeitfenster an.
• Schritt 32 zum Berechnen einer Varianz kann basierend auf dem auf Unvollkommenheiten korrigierten Sensorsignal ε(n) unter Verwendung eines Tiefpassfilters eine Varianz α(n) ermitteln (es wird darauf hingewiesen, dass sich der Begriff „Varianz“, wie er in der gesamten Anmeldung verwendet wird, nicht auf die übliche mathematische Definition bezieht, sondern auf einen Schätzwert der Varianz). Das Tiefpassfilter kann beispielsweise die Varianz α(n) des auf Unvollkommenheiten korrigierten Sensorsignals ε(n) gemäß der folgenden Relation ermitteln: $$\alpha \left(n\right)=Var\left(\epsilon \right)=LP\left({\epsilon }^2\right)-LP\left({\epsilon }^2\right),$$

  

  wobei LP(ε) ein tiefpassgefilterter Wert des auf Unvollkommenheiten korrigierten Sensorsignals ε(n) und LP(ε²) ein tiefpassgefilterter Wert des Quadrats ε²(n) des auf Unvollkommenheiten korrigierten Sensorsignals ε(n) ist.
• Hier kann das Tiefpassfilter (LP) gemäß der folgenden Filterrelation ausgeführt sein: $$LP:\alpha \left(n+1\right)=\left(1-\lambda \right)\alpha \left(n\right)+\lambda \epsilon \left(n\right),$$

  

  wobei α ein Schätzwert der Varianz Var(ε), λ ein Vergessensfaktor des Filters und ε(n) das auf Unvollkommenheiten korrigierte Sensorsignal ist.
• Sogar ein festgezogenes Rad kann jedoch zeitliche Variationen des auf Unvollkommenheiten korrigierten Raddrehzahlsignals hervorbringen. Daher wird das Signal mit einem ersten Referenzsignal verglichen. Dieser Vergleich kann unter anderem durch Berechnen der Differenz zwischen dem Signal und dem ersten Referenzsignal in Schritt 33 ausgeführt werden. Im Allgemeinen kann das Subtrahieren eines ersten Referenzsignals vorteilhaft sein und findet nicht notwendigerweise in diesem Schritt statt. Alternativ kann es in einem beliebigen anderen Schritt des Verfahrens stattfinden. Beispielsweise kann durch Subtrahieren eines Referenzraddrehzahlsignals von dem erhaltenen Raddrehzahlsignal ein ähnliches Ergebnis erzielt werden. In manchen Fällen, insbesondere bei niedrigen Referenzsignalen, kann die Subtraktion nicht erforderlich sein und weggelassen werden.
• Ein Verfahren zur Erfassung eines losen Rades kann unabhängig vom Grad des Loseseins empfindlich auf lose Räder reagieren. Zum Erreichen einer Empfindlichkeit zum Erfassen auch geringfügig loser Räder kann das erste Erfassungssignal über die Zeit integriert werden.
• Das Ermitteln des ersten Erfassungssignals umfasst das Berechnen einer ersten kumulativen Summe. Die erste kumulative Summe (CUSUM) wird in Schritt 34 gemäß der folgenden Relation berechnet $$CUSUMCounter\left(n+1\right)=\text{min}\left(\text{max}\left(CUSUMCounter\left(n\right)+\alpha \left(n\right)-Drift\mathrm{,0}\right),CounterLimit\right),$$

  

  wobei α(n) ein kumulativ zu addierendes Eingangssignal ist, nämlich die Differenz der Varianz des Sensorunvollkommenheitssignals und des ersten Referenzsignals ist, und Drift und CounterLimit Abstimmparameter sind.
• Das Ermitteln des ersten Erfassungssignals umfasst bei einer bevorzugten Ausführungsform alle der vorstehenden Schritte.
• Des Weiteren umfassen die Verfahrensausführungsformen der vorliegenden Erfindung das Ermitteln eines zweiten Erfassungssignals. 4 zeigt ein beispielhaftes Flussdiagramm des Schritts zum Ermitteln eines zweiten Erfassungssignals, etwa Schritt 22 aus 2.
• Ein Raddrehzahlsignal dient als Eingang für den Schritt zum Ermitteln des zweiten Erfassungssignals.
• Basierend auf dem Raddrehzahlsignal kann ein bandpassgefiltertes Raddrehzahlsignal durch Bandpassfiltern des Raddrehzahlsignals in Schritt 41 berechnet werden..
• Des Weiteren kann der Schritt zum Ermitteln des zweiten Erfassungssignals das Berechnen einer Varianz in einem finiten Zeitfenster in Schritt 42 umfassen. Insbesondere kann bei manchen Ausführungsformen die Varianz des bandpassgefilterten Raddrehzahlsignals berechnet werden. Diese Varianz des bandpassgefilterten Raddrehzahlsignals gibt zeitliche Variationen des bandpassgefilterten Raddrehzahlsignals an.
• Sogar ein festgezogenes Rad kann jedoch zeitliche Variationen des bandpassgefilterten Raddrehzahlsignals hervorbringen. Typischerweise sind diese zeitlichen Variationen eines festgezogenen Rades kleiner als die eines losen Rades. Daher wird das Signal mit einem zweiten Referenzsignal verglichen. Dieser Vergleich kann unter anderem durch Berechnen der Differenz zwischen dem Signal und dem zweiten Referenzsignal in Schritt 43 ausgeführt werden. Im Allgemeinen kann das Subtrahieren eines zweiten Referenzsignals vorteilhaft sein und findet nicht notwendigerweise in diesem Schritt statt. Alternativ kann es in einem beliebigen anderen Schritt des Verfahrens stattfinden. Beispielsweise kann durch Subtrahieren eines Referenzraddrehzahlsignals von dem erhaltenen Raddrehzahlsignal ein ähnliches Ergebnis erzielt werden. In manchen Fällen, insbesondere bei niedrigen Referenzsignalen, kann die Subtraktion nicht erforderlich sein und weggelassen werden.
• Ein Verfahren zur Erfassung eines losen Rades kann unabhängig vom Grad des Loseseins empfindlich auf lose Räder reagieren. Zum Erreichen einer Empfindlichkeit zum Erfassen auch geringfügig loser Räder kann das zweite Erfassungssignal über die Zeit integriert werden. Das Ermitteln des zweiten Erfassungssignals kann das Berechnen einer kumulativen Summe umfassen. Die kumulative Summe (CUSUM) kann in Schritt 44 gemäß der folgenden Relation berechnet werden: $$CUSUMCounter\left(n+1\right)=\text{min}\left(\text{max}\left(CUSUMCounter\left(n\right)+\alpha \left(n\right)-Drift\mathrm{,0}\right),CounterLimit\right),$$

  

  wobei α(n) ein kumulativ zu addierendes Eingangssignal ist und Drift und CounterLimit Abstimmparameter sind.
• Das Ermitteln des zweiten Erfassungssignals kann bei einer bevorzugten Ausführungsform einen beliebigen oder alle der vorstehenden Schritte umfassen.
• Das Ermitteln eines Erfassungssignals kann, wie vorstehend unter Bezugnahme auf 3 und 4 beschrieben, die Subtraktion eines oder mehrerer Referenzsignale umfassen. Das Referenzsignal kann bei manchen Ausführungsformen eine zeitliche Konstante sein. Diese Konstante kann beispielsweise empirisch bestimmt werden oder ein durch den Fachmann zu wählender Konstruktionsparameter oder eine beliebige andere geeignete Konstante sein.
• Alternativ kann das Referenzsignal ein Signal sein, das basierend auf einem Raddrehzahlsignal ermittelt wird, das eine Raddrehzahl eines weiteren Rades des Fahrzeugs angibt. Bei dieser Ausführungsform ist es möglich, ein loses Rad zu erfassen, wenn nicht alle Räder gleich lose sind, d.h. solange ein Rad mehr oder weniger lose als wenigstens ein anderes Rad ist (sogar bei einem sehr kleinen Unterschied). Theoretisch scheint es möglich, dass alle Räder gleich lose sind. Dies wäre jedoch nur für eine ziemlich kurze Zeitspanne der Fall. Ausgehend von einem Moment bzw. einer Situation, in dem/der alle Räder gleich lose sind, drehen sich die Schrauben der Räder auf der linken Seite eines sich in Vorwärtsrichtung bewegenden Fahrzeugs aufgrund der Drehrichtung dieser Räder heraus, während die Schrauben der Räder auf der rechten Fahrzeugseite dies nicht tun. Infolgedessen werden zumindest das oder die losen Räder auf der linken Fahrzeugseite erfasst.
• Die Wahl zwischen einem konstanten Referenzsignal und einem variablen Referenzsignal ist dem Fachmann überlassen. Darüber hinaus kann der Fachmann ein Verfahren ausführen, um abhängig von externen Variablen, wie etwa der Anzahl der Räder, der Drehzahl, den Straßenbedingungen, etc., zwischen einem konstanten und einem variablen Referenzsignal zu wählen.
• Des Weiteren kann die Art des ersten Referenzsignals (konstant oder variabel) von der Art des zweiten Referenzsignals unabhängig sein. Beispielsweise kann eine Ausführungsform derart sein, dass das erste Referenzsignal ein variables Referenzsignal ist, das auf einem Raddrehzahlsignal von einem Raddrehzahlsensor an einem weiteren Rad basiert, während das zweite Referenzsignal eine Konstante ist, oder umgekehrt.
• Als mögliche Ausführung wird ein Computerprogrammprodukt bereitgestellt, das dafür ausgelegt ist, wenn es in einer Recheneinrichtung ausgeführt wird, einen Prozessor zu steuern, um eine(n) beliebige(n) oder alle der hierin beschriebenen Verfahrensschritte oder Funktionen durchzuführen.
• Ausführungsformen von Computerprogrammprodukten mit einem Programmcode zum Durchführen der beschriebenen Verfahren umfassen ein beliebiges maschinenlesbares Medium, das dazu in der Lage ist, den Programmcode zu speichern oder zu codieren. Der Begriff „maschinenlesbares Medium“ ist demgemäß so zu verstehen, dass er Festspeicher, optische und magnetische Speichermedien und Trägerwellensignale umfasst, jedoch nicht darauf beschränkt ist. Der Programmcode kann ein Maschinencode oder ein anderer Code, der durch Kompilation und/oder Interpretation in einen Maschinencode umgesetzt werden kann, wie etwa ein Quellencode in einer höheren Programmiersprache, wie etwa C++, oder in einer beliebigen anderen geeigneten imperativen oder funktionalen Programmiersprache, oder ein virtueller Maschinencode sein. Das Computerprogrammprodukt kann einen Datenträger umfassen, der mit dem Programmcode oder anderen Mitteln versehen ist, die dafür konzipiert sind, eine Datenverarbeitungsvorrichtung zu steuern oder anzuweisen, das Verfahren gemäß der Beschreibung durchzuführen. Eine das Verfahren betreibende Datenverarbeitungsvorrichtung umfasst typischerweise eine Zentraleinheit, Datenspeichereinrichtungen und eine I/O-Schnittstelle für Signale oder Parameterwerte.
• Zusätzlich zu den vorstehend in Bezug auf die 2 bis 4 beschriebenen Verfahrensausführungsformen werden Systemausführungsformen offenbart. Eine Systemausführungsform gemäß der Lehre der Erfindung ist typischerweise dazu in der Lage, eine oder mehrere der Verfahrensausführungsformen durchzuführen. Eine Systemausführungsform ist dafür ausgelegt, ein Raddrehzahlsignal t(n) zu erhalten, das eine Raddrehzahl eines Rades eines Fahrzeugs angibt, dafür ausgelegt, ein erstes Erfassungssignal basierend auf dem Raddrehzahlsignal t(n) und einem ersten Referenzsignal zu ermitteln, dafür ausgelegt, ein zweites Erfassungssignal basierend auf dem Raddrehzahlsignal t(n) und einem zweiten Referenzsignal zu ermitteln, und dafür ausgelegt, zu ermitteln, dass das Rad des Fahrzeugs ein loses Rad ist, wenn wenigstens eine der folgenden Bedingungen erfüllt wird: (a) das erste Erfassungssignal übersteigt einen ersten Erfassungsschwellenwert, oder (b) das zweite Erfassungssignal übersteigt einen zweiten Erfassungsschwellenwert.

Claims (11)

1. Verfahren zum Erfassen eines losen Rades eines Fahrzeugs, das die Schritte umfasst: - Erhalten eines Raddrehzahlsignals t(n), das eine Raddrehzahl eines Rades eines Fahrzeugs angibt, - Ermitteln eines ersten Erfassungssignals basierend auf dem Raddrehzahlsignal t(n) und einem ersten Referenzsignal, welches erste Referenzsignal basierend auf einem Raddrehzahlsignal ermittelt wird, das eine Raddrehzahl eines weiteren Rades des Fahrzeugs angibt, - Ermitteln eines zweiten Erfassungssignals basierend auf dem Raddrehzahlsignal t(n) und einem zweiten Referenzsignal, - Ermitteln, dass das Rad des Fahrzeugs ein loses Rad ist, wenn die folgenden Bedingungen erfüllt werden: -- das erste Erfassungssignal übersteigt einen ersten Erfassungsschwellenwert, und -- das zweite Erfassungssignal übersteigt einen zweiten Erfassungsschwellenwert, wobei der Schritt zum Ermitteln des ersten Erfassungssignals Folgendes umfasst: - Schätzen eines Unvollkommenheitssignals δ̂_l anhand des Raddrehzahlsignals t(n), welches Unvollkommenheitssignal δ̂_l eine Unvollkommenheit des Raddrehzahlsignals t(n) im Vergleich zur tatsächlichen Raddrehzahl des Rades des Fahrzeugs angibt, - Berechnen einer ersten Varianz in einem finite Zeitfenster, - Berechnen einer Differenz zu dem ersten Referenzsignal, und - - Berechnen einer ersten kumulativen Summe gemäß der folgenden Relation: CUSUMCounter(n + 1) = min(max(CUSUMCounter(n) + α(n) - Drift,0), CounterLimit) , wobei Drift und CounterLimit Abstimmparameter sind und α(n)die Differenz der ersten Varianz des Sensorunvollkommenheitssignals und des ersten Referenzsignals ist.
2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei - das Raddrehzahlsignal t(n) von einem Raddrehzahlsensor erhalten wird, der die Raddrehzahl des Rades des Fahrzeugs erfasst, und - der Schritt zum Schätzen des Unvollkommenheitssignals δ̂_l das Schätzen eines Sensorunvollkommenheitswerts δ̂_l umfasst, der die Sensorunvollkommenheit des Raddrehzahlsensors angibt.
3. Verfahren nach Anspruch 2, wobei der Sensorunvollkommenheitswert δ̂_l ein gewichtetes Mittel von Sensorunvollkommenheitswerten y(n) vorheriger und aktueller Umdrehungen n eines Drehelements des Raddrehzahlsensors ist.
4. Verfahren nach Anspruch 3, wobei der Schritt zum Schätzen des Unvollkommenheitssignals δ̂_l einen Schritt zum Tiefpassfiltern gemäß der folgenden Filterrelation umfasst: $$LP:{\widehat{\delta }}_{l}0\left(1-\mu \right){\widehat{\delta }}_l+\mu y\left(n\right),\text{ wobei }y\left(n\right)=\frac{2\pi }{T_{LAP}\left(n\right)}\left(t\left(n\right)-t\left(n-1\right)\right)-\frac{2\pi }{L},$$

   

   wobei δ̂_l ein Schätzwert der Sensorunvollkommenheit, µ ein Vergessensfaktor des Filters, t(n) und t(n - 1) das Raddrehzahlsignal, L die Gesamtzahl der Zähne des Drehelements und T_LAP (n) die Dauer einer kompletten Umdrehung des Drehelements (5) ist.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei der Schritt zum Ermitteln des ersten Erfassungssignals das Ermitteln eines auf Unvollkommenheiten korrigierten Raddrehzahlsignals ε(n) anhand des Raddrehzahlsignals t(n) und des Unvollkommenheitssignals δ̂_l umfasst.
6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Schritt zum Berechnen des zweiten Erfassungssignals Folgendes umfasst: - Bandpassfiltern des Raddrehzahlsignals, - Berechnen einer zweiten Varianz in einem finite Zeitfenster, - Berechnen einer Differenz zu dem zweiten Referenzsignal, und/oder - Berechnen einer zweiten kumulativen Summe gemäß der folgenden Relation: CUSUMCounter(n + 1) = min(max(CUSUMCounter(n) + α(n) - Drift,0), CounterLimit) , wobei Drift und CounterLimit Abstimmparameter sind.
7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das zweite Referenzsignal eine Konstante ist.
8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das zweite Referenzsignal basierend auf einem Raddrehzahlsignal ermittelt wird, das eine Raddrehzahl eines weiteren Rades eines Fahrzeugs angibt.
9. Computerprogrammprodukt, das einen Programmcode umfasst, der dafür ausgelegt ist, wenn er in einer Recheneinrichtung ausgeführt wird, die Schritte nach einem der Ansprüche der Ansprüche 1 bis 8 durchzuführen.
10. System zum Erfassen eines losen Rades, das eine Verarbeitungseinrichtung umfasst, wobei die Verarbeitungseinrichtung dafür ausgelegt ist, die Schritte nach einem der Ansprüche der Ansprüche 1 bis 8 durchzuführen.
11. System nach Anspruch 10, wobei das System ferner einen Raddrehzahlsensor zum Erfassen der Raddrehzahl des Rades des Fahrzeugs umfasst.

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