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Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Anordnung zum Bestimmen eines Zustands eines Reifens, der auf ein Rad eines Kraftfahrzeugs aufgezogen ist.
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Stand der Technik
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Ein Kraftfahrzeug ist über seine Räder fortzubewegen. Dabei ist auf jedes Rad ein Reifen aufgezogen, der bei einer Bewegung des Kraftfahrzeugs auf einem Untergrund mit diesem in Kontakt steht und dabei einem Verschleiß ausgesetzt ist. Da ein eventueller Schaden des Reifens für das Kraftfahrzeug gefährlich ist, sollte ein derartiger Schaden auch während der Fahrt des Kraftfahrzeugs erkannt werden.
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Allgemein bekannt ist, den Druck eines Reifens eines Rads während der Fahrt des Kraftfahrzeugs sensorisch zu erfassen.
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Ein Verfahren zum Betreiben eines Dämpfers für eine Bewegung eines Rads gegenüber einem Aufbau eines Kraftfahrzeugs ist aus der Druckschrift
DE 10 2009 014 749 B4 bekannt. Hierbei ist vorgesehen, dass eine Frequenz einer Bewegung des Rads gegenüber dem Aufbau mit einem vorgegebenen Grenzwert verglichen wird.
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Eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Erkennen eines Montagezustands eines Rads eines Fahrzeugs sind aus der Druckschrift
DE 10 2007 046 492 A1 bekannt. Hierbei wird mit zumindest einem Sensor, der dem Fahrzeugrad zugeordnet ist, eine Frequenz eines elekromagnetischen Parameters ermittelt.
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Offenbarung der Erfindung
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Vor diesem Hintergrund werden ein Verfahren und eine Anordnung mit den Merkmalen der unabhängigen Patentansprüche vorgestellt. Weitere Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den abhängigen Patentansprüchen und der Beschreibung.
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Das erfindungsgemäße Verfahren ist bspw. mit der erfindungsgemäßen Anordnung durchzuführen. Hierbei ist vorgesehen, dass ein Kraftfahrzeug bei einer Fahrt auf einem Untergrund durch seine Räder angetrieben wird. Hierbei ist auf jedem Rad ein Reifen aufgezogen.
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Die Anordnung weist mindestens einen Sensor auf, der dem Reifen und/oder Rad zugeordnet und dazu ausgebildet ist, eine Bewegung und somit eine Geschwindigkeit des Reifens bei der Fahrt des Kraftfahrzeugs zu erfassen. Dabei ist der mindestens eine Sensor üblicherweise an dem Rad angeordnet und bewegt sich bei der Fahrt des Kraftfahrzeugs synchron mit dem Rad und somit synchron mit dem auf dem Rad aufgezogenen Reifen.
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In alternativer Ausgestaltung ist der mindestens eine Sensor an einer Aufhängung des Rads angeordnet, wobei das Rad über die Aufhängung mit einem Aufbau des Kraftfahrzeugs verbunden ist. Somit befindet sich der mindestens eine Sensor in der Nähe des Rads und/oder neben dem Rad. Die Bewegung des Rads und somit auch des Reifens wird von dem mindestens einen Sensor aufgenommen. Dabei ist an dem Rad in der Regel ein Geberrad angeordnet, das sich synchron mit dem Rad dreht und somit bewegt. Der mindestens eine hierbei zu verwendende Sensor ist dazu ausgebildet, eine Bewegung des Geberrads nach dem Hall-Prinzip zu erfassen.
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Hierbei wird für die Geschwindigkeit als physikalische Größe des Reifens ein Signal bereitgestellt, das durch eine Kurve dargestellt und somit repräsentiert wird. Unter Durchführung einer Frequenzanalyse wird für die Kurve ein Frequenzspektrum bereitgestellt, das wiederum ausgewertet wird. Dabei weist ein frequenzabhängiger Verlauf des Frequenzspektrums in der Regel eine Amplitude auf, die frequenzabhängig unterschiedliche Werte aufweist.
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In Abhängigkeit einer Höhe eines jeweiligen Werts, wobei der Wert in Ausgestaltung mit mindestens einem Grenzwert zu vergleichen ist, ist eine Aussage über einen Zustand des Reifens zu treffen. Hierbei ist u. a. zu ermitteln, ob der Reifen einen kritischen Zustand aufweist und eventuell beschädigt, bspw. abgenutzt, ist. Sofern für den Reifen ein kritischer Zustand diagnostiziert wird, ist ein Fahrer des Kraftfahrzeugs über ein optisches und/oder akustisches Signal darüber zu informieren und somit zu warnen.
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Sofern der Reifen einen kritischen Zustand aufweisen sollte, kann ein Reifenwechsel durchgeführt werden. Das Verfahren ist für alle Arten von Kraftfahrzeugen, bspw. für Lastkraftwagen oder Personenkraftwagen, durchzuführen. Durch das Verfahren ist es u. a. möglich, einen zumindest teilweise defekten Reifen frühzeitig zu erkennen und einen Unfall des Kraftfahrzeugs, der aufgrund eines defekten Reifens verursacht werden kann, zu vermeiden.
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In Ausgestaltung wird mit mindestens einem Sensor ein spezifisches Frequenzspektrum der Kurve der Geschwindigkeit des Reifens ermittelt, wodurch eine Laufruhe sowie die Beschaffenheit des Reifens zu bestimmen sind. Das Frequenzspektrum wird von dem Sensor aufgezeichnet und durch das Steuergerät analysiert. Falls sich bspw. eine Lauffläche eines runderneuerten Reifens ablösen sollte, resultiert hieraus eine Erhöhung der Werte der Amplitude bei spezifischen Frequenzen des Frequenzspektrums, wobei die erhöhten Werte auf eine Laufunruhe des Rads und/oder des Reifens hinweisen. Die Werte des Frequenzspektrums werden üblicherweise durch eine Auswertelogik in dem Steuergerät der Anordnung erkannt. Je nach aktuellem Zustand des Reifens wird auf einem Anzeigegerät der Anordnung einem Fahrer des Kraftfahrzeugs über eine grafische Anzeige eine Warnung ausgegeben.
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Bei einer Ausführungsform der Anordnung ist möglich, mindestens einen Sensor zu verwenden, der ohnehin dem Reifen und/oder dem Rad zugeordnet ist und üblicherweise für eine andere Funktion, bspw. ein elektronisches Stabilitätsprogramm (ESP) oder eine Druckmessung des Reifens, genutzt wird.
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Das Verfahren ist u. a. für Reifen für Lastkraftwagen geeignet, da diese häufig runderneuert werden und einem starken Verschleiß unterworfen sind. Allerdings ist eine Prüfung einer Lauffläche eines Reifens schwierig durchzuführen und wird oftmals vernachlässigt. Aufgrund der starken Abnutzung des Reifens, in der Regel der Lauffläche des Reifens, können aus der Lauffläche Teile ausbrechen und ggf. die komplette Lauffläche abgelöst werden.
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In Ausgestaltung ist es möglich, ein fahrtbegleitend ermitteltes Frequenzspektrum eines aktuell genutzten Reifens mit einem Frequenzspektrum eines neuen unbeschädigten Reifens zu vergleichen und anhand eines derartigen Vergleichs zu plausibilisieren.
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In Ausgestaltung des Verfahrens ist es weiterhin möglich, einen Fremdkörper im Reifen, bspw. eine Nadel oder eine Schraube, aufgrund des Frequenzspektrums zu erkennen.
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Weitere Vorteile und Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung und den beiliegenden Zeichnungen.
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Es versteht sich, dass die voranstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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1 zeigt in schematischer Darstellung ein Rad und eine erste Ausführungsform der erfindungsgemäßen Anordnung.
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2 zeigt ein Diagramm zu einer ersten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens.
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3 zeigt ein Diagramm zu einer zweiten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens.
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4 zeigt in schematischer Darstellung ein Detail einer zweiten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Anordnung.
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Ausführungsformen der Erfindung
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Die Erfindung ist anhand von Ausführungsformen in den Figuren schematisch dargestellt und wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die Figuren ausführlich beschrieben.
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1 zeigt in schematischer Darstellung ein Rad 2, das hier an einer Achse eines nicht weiter dargestellten Kraftfahrzeugs drehbar befestigt ist. Auf dem Rad 2 ist weiterhin ein Reifen 4 aufgezogen. Bei dem hier vorgestellten Beispiel besteht das Rad 2 aus Metall, wohingegen der Reifen 4 aus einem elastisch verformbaren Kunststoff gebildet ist und einen luftgefüllten Schlauch umschließt.
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Die erste Ausführungsform der erfindungsgemäßen Anordnung 6 umfasst mindestens einen Sensor 8, ein Steuergerät 10 und ein Anzeigegerät 12.
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Dabei ist vorgesehen, dass der mindestens eine Sensor 8 dem Reifen 4 zugeordnet ist. Dies bedeutet bei dieser Ausführung, dass der mindestens eine Sensor 8 dem Reifen 4 zugeordnet, hier an dem Reifen 4 angeordnet ist. Alternativ oder ergänzend ist auch möglich, dass der mindestens eine Sensor 8 dem Rad 2 zugeordnet, bspw. an dem Rad 2 angeordnet ist. Üblicherweise ist mit dem mindestens einen Sensor 8 eine Bewegung des Reifens 4 bei der Fahrt des Kraftfahrzeugs auf einem Untergrund 14 zu erfassen. In der Regel bewegt sich der Reifen 4 synchron zu dem Rad 2.
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Bei der Fahrt des Kraftfahrzeugs wird mit dem mindestens einen Sensor 8 ein zeitlicher Verlauf einer Geschwindigkeit des Reifens 4 überwacht und erfasst. Dabei ist vorgesehen, dass der Verlauf der Geschwindigkeit des Reifens 4 durch eine Kurve repräsentiert wird. Dabei wird diese Kurve mit dem Steuergerät 10 einer Frequenzanalyse unterzogen.
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Diesbezüglich wird auf die zwei Diagramme aus den 2 und 3 verwiesen. Dabei umfasst jedes Diagramm eine Abszisse 20, entlang der Werte einer Frequenz in Hertz aufgetragen sind. Außerdem umfasst jedes Diagramm eine Ordinate 22, entlang der Werte eines bei der Frequenzanalyse durch das Steuergerät 10 jeweils zu ermittelten Frequenzspektrums 24, 26 aufgetragen sind.
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Hierbei wird ein jeweils dargestelltes Frequenzspektrum 24, 26 unter Durchführung einer Fourier-Transformation, bspw. einer schnellen Fourier-Transformation, bereitgestellt. Weiterhin ist vorgesehen, dass sich das erste Frequenzspektrum 24 im ersten Diagramm aus 2 ergibt, wenn der Reifen 4 in Ordnung ist und sich auf einem normalen geraden Untergrund 14 bewegt. Dagegen ergibt sich das zweite Frequenzspektrum 26 im zweiten Diagramm aus 3 für den Fall, dass der Reifen 4 teilweise beschädigt ist.
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In dem Diagramm aus 2 ist zusätzlich eine zu der Abszisse 20 parallele, gepunktet dargestellte Gerade 28 eingezeichnet, die hier einen Grenzwert für einen Verschleiß des Reifens 4 darstellt. Falls eine Amplitude des Frequenzspektrums 24 für eine bestimmte Frequenz den Grenzwert für den Verschleiß überschreiten sollte, wird über das Anzeigegerät 12 an den Fahrer des Kraftfahrzeugs ein Signal mit einer Meldung erzeugt, das darauf hinweist, dass ein Wechselintervall für das Rad 2 mit dem aufgezogenen Reifen 4 erreicht und das Rad 2 auszuwechseln ist. Allerdings sind Werte der Amplitude des Frequenzspektrums 24 hier geringer als der Grenzwert für den Verschleiß. Auch ein Rauschen des Frequenzspektrums 24 ist geringer als dieser Grenzwert.
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In dem Diagramm aus 3 ist eine gepunktete Gerade 30 eingezeichnet, die einen Grenzwert für ein Auftreten einer Schadstelle an dem Reifen 4 darstellt. Dabei weist das Frequenzspektrum 26 an unterschiedlichen Frequenzen Ausschläge 32, 34, 36 auf, wobei Werte des Frequenzspektrums 24 bei zwei dieser Ausschläge 32, 34 größer als der Grenzwert für die Schadstelle sind. Aufgrund dessen wird dem Fahrer über das Anzeigegerät 12 ein Signal bereitgestellt, das ihn darüber informiert, dass der Reifen 4 eine Schadstelle aufweist.
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Die zweite Ausführungsform der erfindungsgemäßen Anordnung 50 ist in 4 schematisch dargestellt. Diese Anordnung 50 umfasst einen Sensor 52 mit einem Gehäuse 54, wobei in dem Gehäuse 54 ein Dauermagnet 56 mit einem Nordpol und einem Südpol, ein Weicheisenkern 58 und eine Spule 60 angeordnet sind. Außerdem umfasst diese Anordnung 50 ein Geberrad 62, das hier eine Zahnscheibe mit Bezugsmarken 64 und somit Markierungen aufweist. Dieses Geberrad 62 ist an einem nicht weiter dargestellten Rad eines Kraftfahrzeugs zu befestigen, auf dem wiederum ein Reifen aufgezogen ist, dessen Zustand bei Durchführung einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens zu erfassen ist.
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Hierbei ist das Geberrad 62 koaxial zu einer Welle und/oder Achse angeordnet, um die sich das Rad bei einer Fahrt des Kraftfahrzeugs dreht. Somit drehen sich die Bezugsmarken 64 des Geberrads 62 synchron zu dem Rad und dem darauf aufgezogenen Reifen. Der Sensor 52 ist hier an einer Aufhängung 66 des Rads, über die das Rad mit einem Aufbau des Kraftfahrzeugs verbunden ist, angeordnet. Zwischen dem Geberrad 62 und dem Sensor 52 befindet sich ein Luftspalt 68. Außerdem ist der Sensor 52 über ein Kabel 70 mit einem Steuergerät 72 zum Steuern des Verfahrens verbunden, das wiederum mit einem Anzeigegerät 74 verbunden ist, mit dem der Fahrer des Kraftfahrzeugs über den aktuellen Zustand des Reifens auf dem Rad visuell und/oder akustisch zu informieren ist.
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Bei der Fahrt des Kraftfahrzeugs bewegt sich das Geberrad 62 mit dem Rad und somit mit dem Reifen. Dabei werden die Bezugsmarken 62 an einem äußeren Rand des Geberrads 62 von dem Sensor 52 hier nach dem Hall-Prinzip magnetisch erfasst. Dabei wird die Drehzahl und/oder Drehgeschwindigkeit des Geberrads 62 erfasst, die der Drehzahl und/oder Drehgeschwindigkeit des Rads und somit des Reifens entspricht. Daraus wird wiederum die Geschwindigkeit des Reifens ermittelt. Wie bereits voranstehend beschrieben, wird der zeitliche Verlauf der Geschwindigkeit des Reifens durch eine Kurve repräsentiert, die durch eine Frequenzanalyse analysiert wird, wobei ein Frequenzspektrum bereitgestellt wird. Dieses Frequenzspektrum wird von dem Steuergerät 72 ausgewertet, woraus wiederum der Zustand des Reifens bestimmt wird. Hierbei wird untersucht, ob das Frequenzspektrum für bestimmte Werte der Frequenz Ausschläge aufweist oder nicht. Falls derartige Ausschläge vorliegen sollten, wird dem Fahrer mit dem Anzeigegerät 74 angezeigt, dass der Reifen abgenutzt ist und ggf. eine Schadstelle aufweist.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102009014749 B4 [0004]
- DE 102007046492 A1 [0005]
