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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Ermitteln eines Luftdrucks in einem Reifen, insbesondere eines Kraftfahrzeugs, das in folgenden Schritten durchgeführt wird: Zunächst wird die Drehzahl des Reifens mittels eines Drehzahlsensors erfasst. Anschließend wird ein Drehzahlausgangssignal des Drehzahlsensors, das insofern die Drehzahl des Reifens wiedergibt, durch eine Frequenzanalyse ausgewertet. Daraufhin wird der durch die Frequenzanalyse zur Verfügung gestellte Frequenzverlauf mit einem Soll-Frequenzverlauf verglichen, um eine Veränderung des Luftdrucks zu erfassen.
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Ferner betrifft die Erfindung eine Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens.
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Stand der Technik
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Verfahren der eingangs genannten Art zum Ermitteln des Luftdrucks eines Reifens sind grundsätzlich bereits bekannt. So sind Systeme und Verfahren bekannt, die in Kraftfahrzeugen laufend den Luftdruck eines Reifens überwachen, um bei Bedarf den Fahrer darauf hinzuweisen, dass der Luftdruck einen kritischen Wert unterschritten hat. Gleichzeitig kann die Kenntnis des aktuellen Luftdrucks auch dazu genutzt werden, ein Fahrdynamikregelungssystem oder ein Bremssystem an einen sich verändernden Luftdruck anzupassen.
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Aus dem Stand der Technik sind zwei wesentliche Verfahren bekannt, mittels derer der Luftdruck auf einfache Art und Weise indirekt ermittelt wird. Bei einem der Verfahren wird die Radgeschwindigkeit überwacht und mit der Radgeschwindigkeit anderer Räder des Kraftfahrzeugs verglichen. Verliert der Reifen Luft, wodurch der Luftdruck sinkt, so verringert sich auch der Außendurchmesser des Reifens, was dazu führt, dass sich dieser schneller dreht. Entsprechend kann eine erhöhte Raddrehgeschwindigkeit im Vergleich mit den anderen Rädern des Kraftfahrzeugs festgestellt und dadurch auf einen Druckluftabfall geschlossen werden.
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Bei dem anderen Verfahren wird ein Drehzahlausgangssignal eines Drehzahlsensors, der dem Reifen zugeordnet ist, durch eine Frequenzanalyse ausgewertet. Typischerweise erfolgt dabei ein Vergleich des ermittelten Frequenzverlaufs zwischen 40 und 45 Hz. Es hat sich herausgestellt, dass in diesem Frequenzbereich ein typisches Maximum des Frequenzverlaufs vorliegt, das sich bei Druckverlust beziehungsweise Luftdruckreduzierung verschiebt. Dadurch kann leicht eine Luftdruckreduzierung festgestellt werden.
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Offenbarung der Erfindung
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Das erfindungsgemäße Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 hat den Vorteil, dass auf einfache Art und Weise feststellbar ist, ob der Reifen geplatzt ist oder aus anderen Gründen kein Luftdruck oberhalb des Umgebungsdrucks in dem Reifen halten kann. Somit ist durch das erfindungsgemäße Verfahren gewährleistet, dass auf Basis der Frequenzanalyse ein vollständiger Luftdruckverlust sicher feststellbar ist. Hierzu ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass der Frequenzverlauf aus der Frequenzanalyse in einem Prüffrequenzbereich von 55 Hz bis 85 Hz, insbesondere von 60 Hz bis 80 Hz mit dem Soll-Frequenzverlauf verglichen wird. Bei den bisherigen Verfahren wurde dieser Frequenzbereich nicht berücksichtigt, weil das zuvor bereits beschriebene Maximum sich aufgrund eines Reifendruckverlusts bereits nachvollziehbar verschoben hat. Dabei konnte jedoch nicht festgestellt werden, ob die Verschiebung durch einen vollständigen oder durch einen nur teilweisen Druckverlust begründet ist. Durch den Vergleich des Frequenzverlaufs mit dem Soll-Frequenzverlauf in dem Prüffrequenzbereich ist es nunmehr möglich, den vollständigen Druckverlust des Reifens sicher und ohne großen Mehraufwand zu erfassen.
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Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass auf den Abfall des Luftdrucks erkannt wird, wenn der Frequenzverlauf in dem Prüffrequenzbereich ein Maximum aufweist, das von der Soll-Frequenz über einen vorgebbaren Grenzwert hinaus abweicht. Es ist also vorgesehen, dass der Frequenzverlauf in dem genannten Prüffrequenzbereich auf ein Maximum untersucht oder überwacht wird, und dass der Wert des Maximums mit dem Wert der Soll-Frequenz in diesem Bereich verglichen wird. Stellt sich dabei heraus, dass das erfasste Maximum oberhalb des vorgebbaren Grenzwerts liegt, so wird darauf erkannt, dass der Luftdruck auf Umgebungsdruck abgefallen ist. Der Grenzwert wird bevorzugt derart gewählt, dass er oberhalb eines Soll-Maximums des Soll-Frequenzverlaufs in dem Prüffrequenzbereich liegt. Dadurch werden Maxima herausgefiltert, die im Bereich des Soll-Frequenzverlaufs liegen.
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Weiterhin ist bevorzugt vorgesehen, dass der Soll-Frequenzverlauf in einem oder mehreren Versuchen ermittelt und abgespeichert wird. So kann vor Inbetriebnahme des Kraftfahrzeugs oder vor Durchführung des Verfahrens in Versuchen mit dem oder anderen gleichen Reifen der Soll-Frequenzverlauf bestimmt werden. Insbesondere ist vorgesehen, dass in mehreren Versuchen mehrere Frequenzverläufe ermittelt und zu einem gemittelten Soll-Frequenzverlauf zusammengeführt werden. Dieser Soll-Frequenzverlauf wird gespeichert, insbesondere in einem nicht flüchtigen Speicher, und zur Durchführung des Verfahrens zur Verfügung gestellt. Insbesondere wird der Soll-Frequenzverlauf in einem Steuergerät des Kraftfahrzeugs hinterlegt.
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Gemäß einer alternativen Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass der Soll-Frequenzverlauf aus einem Vergleichsverlauf von einem Drehzahlsensor eines anderen Reifens des Kraftfahrzeugs bestimmt wird. Es ist also vorgesehen, dass die Frequenzverläufe von zumindest zwei Drehzahlsensoren, die jeweils einem Reifen des Kraftfahrzeugs zugeordnet sind, miteinander verglichen werden. Wird dabei eine Abweichung im Sinne des erfindungsgemäßen Verfahrens erfasst, wird vorteilhafterweise auf den Luftdruckabfall bis auf Umgebungsdruck erkannt. Sollte bei beiden Reifen gleichzeitig ein Reifenplatzer auftreten, würde das Verfahren in dieser Form selbstverständlich nicht mehr zu dem gewünschten Ergebnis führen. Besonders bevorzugt ist daher vorgesehen, dass der Vergleich von Frequenzverläufen von Reifen desselben Fahrzeugs zusätzlich zum Vergleich mit einem in Versuchen ermittelten Soll-Frequenzverlauf durchgeführt wird. Alternativ oder zusätzlich ist es vorgesehen, dass der Frequenzverlauf eines Reifens mit den Frequenzverläufen mehrerer anderer Reifen des Kraftfahrzeugs verglichen wird, um das Risiko einer Falschauswertung zu verringern.
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Werden die Frequenzverläufe von mehr als zwei Reifen eines Kraftfahrzeugs überwacht und untersucht, so wird jeweils einer der Frequenzverläufe als der zu prüfende Frequenzverlauf und die beiden anderen Frequenzverläufe als Vergleichsfrequenzverläufe verwendet. Die Vergleichsfrequenzverläufe werden dabei bevorzugt zu einem gemittelten Frequenzverlauf für den Vergleich mit dem zu prüfenden Frequenzverlauf zusammengeführt, um die Robustheit des Verfahrens zu verbessern.
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Die erfindungsgemäße Vorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 6 zeichnet sich durch ein speziell hergerichtetes Steuergerät aus, das das erfindungsgemäße Verfahren durchführt. Es ergeben sich hierdurch die bereits genannten Vorteile. Weitere Vorteile und bevorzugte Merkmale ergeben sich aus dem zuvor Beschriebenen sowie aus den Ansprüchen.
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Im Folgenden soll die Erfindung anhand der Zeichnung näher erläutert werden. Dazu zeigen
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1 ein Kraftfahrzeug in einer vereinfachten Darstellung,
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2 ein Verfahren zum Betreiben des Kraftfahrzeugs und
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3 ein Verfahren zum Ermitteln eines Luftdrucks eines Reifens des Kraftfahrzeugs.
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1 zeigt in einer vereinfachten Draufsicht ein Kraftfahrzeug 1, das eine hier nicht näher dargestellte Antriebsvorrichtung sowie ein ebenfalls nicht dargestelltes Bremssystem aufweist. Das Kraftfahrzeug 1 weist gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel vier Räder 2, 3, 4 und 5 auf, die die Wirkverbindung zwischen Kraftfahrzeug 1 und der zu befahrenden Fahrbahn gewährleisten. Die Räder 2 bis 5 weisen jeweils eine Felge 6 und einen auf der Felge angeordneten und elastisch verformbaren Reifen 7 auf, wie am Beispiel von dem Rad 4 in einem Teilschnitt gezeigt. Der elastisch verformbare Reifen 7 bildet zusammen mit der Felge eine Luftkammer 8, die mit Druckluft befüllbar ist, sodass der Reifen 7 optimal auf der Fahrbahn abrollt und vorteilhafte Dämpfungseigenschaften und Federeigenschaften für das Kraftfahrzeug 1 bietet. Die Felge 6 ist an dem Kraftfahrzeug 1 beispielsweise durch ein herkömmliches Feder-Dämpfer-System drehbar gelagert.
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Das Kraftfahrzeug 1 weist weiterhin eine Vorrichtung 9 zum Erfassen des Luftdrucks in der Druckkammer 8 der Reifen 7 auf. Die Vorrichtung 9 weist dazu ein speziell hergerichtetes Steuergerät 10 auf, das das im Folgenden beschriebene Verfahren durchführt.
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Das Steuergerät 10 ist mit Drehzahlsensoren 11, 12, 13, 14 verbunden, die jeweils einem der Räder 2, 3, 4 und 5 zugeordnet sind. Die Drehzahlsensoren 11 bis 14 erfassen die jeweils aktuelle Drehzahl der Räder 2 bis 5 und stellen diese in Form eines Ausgangsdrehzahlsignals dem Steuergerät 10 zur Verfügung.
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2 zeigt hierzu in einer schematischen Darstellung das Verfahren, das in Abhängigkeit der Ausgangsdrehzahlsignale der Drehzahlsensoren 11 bis 14 eine Luftdruckveränderung in den Reifen 2 bis 5 ermittelt. Das Steuergerät 10 unterzieht die Ausgangsdrehzahlsignale in einem Abschnitt oder Modul 15 einer Frequenzanalyse, insbesondere einer Fourier-Transformation, und erzeugt somit für jeden der Drehzahlsensoren 11 bis 14 einen Frequenzverlauf, wie in 3 gezeigt, auf die später eingegangen werden soll. Durch optionale Module 16 und 17, in 2 gestrichelt gezeigt, werden weitere Verfahren zum Bestimmen des Luftdrucks durchgeführt, um das Ergebnis aus dem Modul 15 beispielsweise zu verifizieren.
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In einem Modul 18 werden die Ergebnisse der Luftdruckauswertung einzeln oder zusammengeführt bewertet, um auf einen Druckluftverlust des jeweiligen Reifens zu erkennen. Wird dabei erkannt, dass einer oder mehrerer der Reifen 7 der Räder 2 bis 5 einen kritischen Luftdruck erreicht haben, wird beispielsweise eine Warneinrichtung 19 angesteuert, die den Fahrer darauf aufmerksam macht, dass einer oder mehrere der Reifen 7 seines Kraftfahrzeugs 1 einen kritischen Luftdruck aufweisen und/oder es wird eine Fahrdynamikregelung 20 an die aktuellen Luftdruckverhältnisse angepasst.
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Mit Bezug auf 3 soll nunmehr die Frequenzanalyse gemäß Modul 15 näher erörtert werden. 3A bis 3F zeigen dazu die ermittelten Frequenzverläufe F2–F5 der Reifen 7 der Räder 2 bis 5. Dabei zeigt jede der 3A bis 3F jeweils die vier Frequenzverläufe sowie oben rechts schematisch zur Erläuterung den Luftdruckzustand der Räder 2 bis 5 an dem Kraftfahrzeug 1. Wie der Folge der 3A bis 3F zu entnehmen ist, ist dabei gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel vorgesehen, dass der Luftdruck des Reifens 7 des Rades 3 schrittweise abnimmt, bis gemäß 3F der Luftdruck in der Druckkammer 8 des Rades 4 dem Umgebungsdruck entspricht. Der Einfachheit halber ist das Kraftfahrzeug 1 nicht in jeder der Figuren erneut mit allen Bezugszeichen versehen.
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Die Frequenzverläufe der 3A bis 3E entsprechen herkömmlichen und bekannten Frequenzverläufen, wie sie aus bekannten Verfahren zum Ermitteln einer Luftdruckänderung in Reifen von Kraftfahrzeugen bereits bekannt sind. Dabei entsteht ein Maximum im Bereich von 40 bis 45 Hz, das sich mit abnehmendem Luftdruck in der Druckkammer 8 des Rades 3 verschiebt. Wie jedoch insbesondere 3E und 3F entnehmbar ist, verändert sich das Maximum im Bereich der 40 Hz bis 45 Hz kaum, wenn der Luftdruck von einem geringen Luftdruck bis Umgebungsdruck abfällt. Insofern eignen sich die bekannten Verfahren nicht dazu, einen vollständigen Druckverlust des Reifens zu erfassen.
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Es ist daher vorliegend vorgesehen, dass ein Prüffrequenzbereich B zwischen 60 und 80 Hz auf ein Maximum untersucht wird. Dabei wird das in diesem Prüffrequenzbereich erfasste Maximum des Frequenzverlaufs F3, wie es in 3F für das Rad 3 gezeigt ist, mit einem Frequenzsollverlauf des Rades 3 verglichen.
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Der Soll-Frequenzverlauf wird dabei aus einem nicht flüchtigen Speicher des Steuergeräts 10 herausgelesen. Dieser kann beispielsweise durch vorherige Versuche ermittelt und dort gespeichert worden sein. Alternativ ist vorgesehen, dass als Soll-Frequenzverlauf der Frequenzverlauf F2–F5 eines anderen der Räder 2 bis 4 verwendet wird. Insbesondere kann vorgesehen sein, dass Frequenzverläufe F2, F4 und F5 der anderen Räder 2, 4 und 5 zu dem Soll-Frequenzverlauf gemittelt werden.
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Überschreitet das in dem Prüffrequenzbereich erfasste Maximum einen vorgebbaren Grenzwert, der insbesondere oberhalb eines Maximalwertes des Soll-Frequenzverlaufs in dem Prüffrequenzbereich B liegt, so wird darauf erkannt, dass der nunmehr in der Druckkammer 8 vorliegende Luftdruck des Reifens 3 dem Umgebungsluftdruck entspricht und der Reifen 7 entweder geplatzt sein muss oder auf sonstige Art und Weise derart beschädigt wurde, sodass er keine Druckluft mehr halten kann.
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In mehreren Versuchen wurde erkannt, dass bei einem vollständigen Druckluftverlust das beschriebene Maximum in dem Prüffrequenzbereich auftritt, unabhängig von der Fahrgeschwindigkeit oder einem Fahrzeugtyp. Insofern eignet sich das Verfahren zu einer verlässlichen und nachvollziehbaren Druckluftverlusterkennung beziehungsweise eines Druckluftabfalls bis auf Umgebungsdruck. Mit anderen Worten kann durch das beschriebene Verfahren auf einfache Art und Weise ein Reifenplatzer erkannt und beispielsweise an den Fahrer mittels der Warneinrichtung 19 gemeldet werden.
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Das beschriebene Verfahren zur Bestimmung des Luftdrucks in dem Reifen 3 kann beispielsweise auch mit bekannten Verfahren durch die Module 16 und 17 kombiniert werden. So ist beispielsweise vorgesehen, dass bei jedem Modul 16 eine Reifengeschwindigkeit und/oder ein Reifendurchmesser überwacht werden, um auf einen Druckluftverlust zu schließen. Durch das Modul 17 kann beispielsweise eine Frequenzanalyse des Ausgangsdrehzahlsignals im Frequenzbereich 40 bis 45 Hz erfolgen, um einen schleichenden Luftdruckverlust zu erfassen. Auch Verfahren, welche einen Druckluftverlust in Abhängigkeit von einer Laufgeräuschveränderung oder einer gemessenen Größenänderung des Reifens, beispielsweise durch Lasermessung, erfassen, können durch das Steuergerät 10 durchgeführt und zusätzlich berücksichtigt werden.
