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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Regeln eines Reifendruckes von einem Fahrzeugreifen.
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Fahrzeugräder weisen eine Felge und ein darauf aufgezogenen Fahrzeugreifen auf, zwischen denen ein Reifenvolumen eingeschlossen wird. In dem Reifenvolumen herrscht im Betrieb des Fahrzeugreifens ein vorab festgelegter Reifendruck. Über den Reifendruck wird ein Fahrverhalten des Fahrzeugreifens bestimmt, wobei der Reifendruck sich während der Fahrt aufgrund von beispielsweise thermischen Effekten verändern kann. Weiterhin kann der Reifendruck durch Diffusion über einen längeren Zeitraum abfallen. Durch derartige Veränderungen können sich im laufenden Betrieb des Fahrzeugrades Beeinträchtigungen des Fahrverhaltens, insbesondere eines Rollwiderstandes, ergeben. Ein zu geringer Reifendruck wird meist erst nach einem längeren Zeitraum beispielsweise bei einer routinemäßigen Kontrolle festgestellt.
In bestimmten Situationen ist es wünschenswert den Reifendruck anzupassen, um das Fahrverhalten des Fahrzeuges zu verbessern.
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Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren bereitzustellen, bei dem während einer Fahrt des Fahrzeuges der Rollwiderstand der Fahrzeugreifen optimiert wird.
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Gelöst wird die Aufgabe mit einem Verfahren mit den folgenden Schritten:
- a) Bereitstellen eines Fahrzeugreifens mit einer Vorrichtung zum Anpassen des Reifendruckes und einer Regelungseinheit zur Auswertung von Steuerungssignalen,
- b) Erfassen einer Fahrsituation mit Sensoren und/oder einem Navigationsgerät bei der nachfolgend der Reifendruck von einzelnen Fahrzeugreifen angepasst werden soll,
wobei mit den Sensoren und/oder dem Navigationsgerät eine Fahrzeuggeschwindigkeit von mindestens 90 Km/h und das Fahren des Fahrzeuges auf einer Autobahn detektiert wird,
wobei mindestens ein Steuerungssignal an die Regelungseinheit weitergeleitet wird,
- c) Auswerten der Steuerungssignale durch die Regelungseinheit,
wobei nachfolgend der Reifendruck der Fahrzeugreifen auf der durch einen Fahrzeugmotor angetriebenen Fahrzeugachse um mindestens 10 % gegenüber dem Ausgangswert reduziert wird,
wobei durch die Absenkung des Reifendruckes der Rollwiderstand der Fahrzeugreifen bei langen Fahrten auf der Autobahn reduziert wird.
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Ein Vorteil der Erfindung besteht darin, dass mit dem Verfahren der Rollwiderstand der Fahrzeugreifen bei langen Fernstreckenfahrten wesentlich reduziert wird.
Es konnte überraschenderweise bei Versuchen festgestellt werden, dass der Rollwiderstand signifikant reduziert wird, wenn der Reifendruck der Fahrzeugreifen, auf die ein hohes konstantes Antriebsmoment wirkt, deutlich reduziert wird.
Ein derartiges hohes konstantes Antriebsmoment wirkt insb. bei einer Langstreckenfahrt mit einer hohen Geschwindigkeit auf der Autobahn.
Bislang ist man davon ausgegangen, dass zur Reduzierung des Luftwiderstandes, der Reifendruck der Fahrzeugreifen auf der angetriebenen und der nicht angetriebenen Fahrzeugachse erhöht werden sollte.
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In einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass bei Schritt c) der Reifendruck der Fahrzeugreifen der anderen Fahrzeugachse um mindestens 20 % gegenüber dem Ausgangswert erhöht wird, wobei durch die Erhöhung des Reifendruckes auf der anderen Fahrzeugachse der Rollwiderstand der Fahrzeugreifen bei langen Fahrten auf der Autobahn reduziert wird.
Durch die Erhöhung des Reifendruckes auf der nicht angetriebenen Fahrzeugachse und die Reduzierung des Reifendruckes auf der angetriebenen Fahrzeugachse ergeben sich Synergieeffekte, die zu einer deutlichen Reduzierung des Rollwiderstandes des Fahrzeuges führen.
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In einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass bei Schritt c) der Reifendruck der Fahrzeugreifen auf der angetriebenen Fahrzeugachse um maximal 20 % gegenüber dem Ausgangswert reduziert wird.
Dadurch wird eine optimale Reduzierung des Rollwiderstandes der Fahrzeugreifen auf der angetriebenen Fahrzeugachse gewährleistet.
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In einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass bei Schritt c) der Reifendruck der Fahrzeugreifen der anderen Fahrzeugachse um mindestens 50 % gegenüber dem Ausgangswert erhöht wird. Dadurch wird der Rollwiderstand der Fahrzeugreifen auf der nicht angetriebenen Fahrzeugachse wesentlich reduziert.
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In einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass bei Schritt c) ab Fahrzeuggeschwindigkeiten von mindestens 150 km/h der Reifendruck der Fahrzeugreifen auf der angetriebenen Fahrzeugachse um maximal 10 % gegenüber dem Ausgangswert reduziert wird.
Dadurch wird bei PKW-Reifen der Rollwiderstand und Reifenabrieb der Fahrzeugreifen auf der nicht angetriebenen Fahrzeugachse wesentlich reduziert.
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In einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass bei Schritt c) ab Fahrzeuggeschwindigkeiten von mindestens 250 km/h der Reifendruck der Fahrzeugreifen auf der angetriebenen Fahrzeugachse um ca. 20 % bis 40 % gegenüber dem Ausgangswert reduziert wird.
Dadurch wird bei PKW-Reifen der Rollwiderstand und Reifenabrieb der Fahrzeugreifen auf der nicht angetriebenen Fahrzeugachse wesentlich reduziert.
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In einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass mit dem Navigationsgerät erfasst wird, dass sich das Fahrzeug mindestens noch die nächsten 50 km lang auf der Autobahn bewegen wird. Dadurch wird sichergestellt, dass der Regelalgorithmus zur Reduzierung und Erhöhung des Reifendrucks nur dann eingesetzt wird, wenn sich das Fahrzeug für eine längere Strecke auf der Autobahn bewegen wird.
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In einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Vorrichtung zum Anpassen des Reifendruckes eine in einer Felge integrierte elektrisch betriebene Miniaturpumpe umfasst.
Das Fahrzeugrad kann dadurch auf einfache Weise und präzise an eine aktuelle Fahrsituation angepasst werden kann. Die elektrisch betriebene Miniaturpumpe lässt sich einfach an einer Fahrzeugfelge integrieren. Aufgrund der geringen Abmessungen der Miniaturpumpe ist nur ein geringer Bauraum erforderlich. Außerdem lässt sich die elektrisch betriebene Miniaturpumpe auf einfache Weise mit einer elektrischen Schaltung ein- und ausschalten.
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In einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Miniaturpumpe in einem Hohlraum einer Felgenspeiche der Felge integriert ist. Dadurch ist die Miniaturpumpe von außen praktisch nicht sichtbar. Außerdem wird dadurch auch kein Bauraum an der Felge beansprucht, der die Abmessungen der Fahrzeugbremse beeinträchtigen könnte.
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In einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Miniaturpumpe im Felgentiefbett der Felge integriert ist. Dadurch würde die Miniaturpumpe direkt im Reifenhohlraum liegen, so dass keine zusätzlichen Verbindungsleitungen erforderlich sind, die durch den Felgenring geführt werden müssten. Die Position im Felgentiefbett hat ebenfalls den Vorteil, dass sich der Reifen einfacher auf die Felge montieren lässt.
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In einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Miniaturpumpe im zentralen Basiskörper der Felge integriert ist. Dadurch ist die Miniaturpumpe von außen nicht sichtbar.
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In einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass in der Felge elektrisch ansteuerbare Ventile integriert sind, wobei mit den Ventilen und der Miniaturpumpe der Reifendruck des Luftreifens reguliert wird. Dadurch lässt sich der Reifendruck im Reifen präzise und stufenlos an unterschiedliche Fahrsituationen anpassen.
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In einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Miniaturpumpe eine Membranpumpe, eine Zahnradpumpe oder Kolbenpumpe ist. Mit diesen Pumpentypen lässt sich mit hoher Geschwindigkeit ein erforderlicher Reiendruck einstellen.
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In einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Miniaturpumpe Abmessungen mit einer maximalen Höhe von ca. 10 cm, einer maximalen Breite von ca. 10 cm und einer maximalen Tiefe von 5 cm aufweist.
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Anhand von Ausführungsbeispielen soll die Erfindung im Folgenden näher erläutert werden. Es zeigen:
- 1 ein Fahrzeugrad mit einer Miniaturpumpe in der Felgenspeiche
- 2 ein Fahrzeugrad mit einer Miniaturpumpe im Basiskörper
- 3 ein Fahrzeugrad mit einer Miniaturpumpe im Felgentiefbett
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1 zeigt ein Fahrzeugrad 1 mit einer Felge 2 und einem darauf aufgezogenen Reifen 3, einer Nabe 4 sowie drei zwischen der Nabe 4 und der Felge 2 angeordnete Speichen 5. Über die Nabe 4 wird das Fahrzeugrad 1 in allseits bekannter Weise gelagert, sodass sich das Fahrzeugrad 1 während des Betriebs drehen kann. Zwischen dem Reifen 3 und der Felge 2 wird ein gegenüber einem Außenbereich abgedichtetes Volumen ausgebildet, in dem ein bestimmter Reifendruck vorherrscht.
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Gemäß diesem Ausführungsbeispiel sind die Speichen 5 in etwa hohlzylindrisch ausgeführt, wobei in einem Speichen-Innenraum eine Miniaturpumpe 6 angeordnet ist. Die Miniaturpumpe 6 ist in etwa im oberen Drittel der Speiche 5 angeordnet. Sie ist über einen Verbindungskanal 7 mit dem Reifenhohlraum des Reifens 3 verbunden. Der Verbindungskanal 7 ist durch den Felgenring 8 hindurchgeführt und mit einem nicht dargestellten Ventil mit dem Reifenhohlraum verbunden. Bei einer Betätigung der elektrisch betriebenen Miniaturpumpe 6 wird der Reifendruck im Reifen 3 an unterschiedliche Fahrsituationen angepasst.
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Der elektrische Speicher 11 ist ebenfalls in der Felge 2 integriert. Der elektrische Speicher 11 dient dazu, die Miniaturpumpe 6 mit Energie zu versorgen. Im Normalfall wird der elektrische Speicher 11 in Form eines Akkus nur bei einem Stillstand des Fahrzeugs wieder aufgeladen. Daher kann der elektrische Speicher 11 während der Fahrt des Fahrzeuges immer nur eine begrenzte Energieversorgung bereitstellen. Der elektrische Speicher 11, die elektrische Pumpe 6 und die Ventile 12, die in der 2 dargestellt sind, stehen mit dem zentralen Rechner im Fahrzeug in direkter Verbindung. Über den zentralen Rechner wird die Regelstrategie umgesetzt, bei der unter bestimmten Bedingungen eine Anpassung des Reifendruckes von einzelnen Fahrzeugreifen erfolgt, um insb. den Rollwiderstand der Fahrzeugreifen zu optimieren.
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Über besondere Sensoren im Fahrzeug oder im Fahrzeugreifen werden spezielle Fahrzustände des Fahrzeuges erfasst. Zu diesem Fahrzustand gehört insbesondere die Fahrsituation, dass sich das Fahrzeug mit einer Geschwindigkeit von größer als 90 km/h bewegt und sich gleichzeitig auf einer Autobahn befindet. Außerdem werden die Daten eines angeschlossenen Navigationsgerätes ausgewertet, um festzustellen, ob sich das Fahrzeug über eine längere Fahrtstrecke auf der Autobahn bewegen wird. Über eine Regelungseinheit werden alle eingehenden Daten erfasst und ausgewertet. Anschließend wird mit Hilfe der Regelungseinheit die Entscheidung getroffen, ob und an welchen Fahrzeugreifen eine Druckanpassung erfolgen soll. Zur Reduzierung des Rollwiderstandes wird der Reifendruck der Fahrzeugreifen auf der angetriebenen Achse deutlich um bis zu 20 % gegenüber dem Standardwert reduziert. Optional wird der Reifendruck auf der nicht angetriebenen Fahrzeugachse um bis zu 50 % gegenüber dem Standardwert erhöht. Aufgrund von Synergie-Effekten lässt sich durch diese Maßnahme der Rollwiderstand des Fahrzeuges bei einer Langstreckenfahrt auf der Autobahn deutlich reduzieren. Durch die dynamische und achsweise Reifendruckanpassung von Fahrzeugreifen in Abhängigkeit von der Fahrzeuggeschwindigkeit wird eine maximale Effizienz in Bezug auf den Rollwiderstand des Fahrzeuges erreicht.
Die überraschende Wirkung, dass der Wirkungsgrad des Reifens bei einem hohen Antriebs- bzw. Bremsmoment erhöht wird, wenn der Reifendruck abgesenkt wird, konnte mit Versuchen nachgewiesen werden.
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Bei einer anderen Regelungsstrategie könnte über Sensoren beispielsweise festgestellt werden, dass sich die Radlast signifikant erhöht hat, weil das Fahrzeug voll beladen wurde. Nachfolgend würde dann der Reifendruck aller Fahrzeugreifen um eine entsprechende Druckdifferenz erhöht werden.
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Die 2 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel, bei dem die elektrisch betriebene Miniaturpumpe im Basiskörper 9 der Felge 2 integriert ist, wobei die Felge 2 in einer Radialschnittansicht dargestellt ist. Der Basiskörper 9 der Felge 2 stellt sozusagen das Verbindungsbauteil zur Nabe dar. Die Miniaturpumpe 6 ist über nicht dargestellte Verbindungsleitungen mit dem Felgenring 8 verbunden, um den Reifendruck anzupassen. Zur vereinfachten Darstellung ist der Reifen nicht dargestellt.
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Die 3 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel, bei dem die Miniaturpumpe 6 im Felgentiefbett 10 integriert ist. Die Miniaturpumpe befindet sich somit direkt im Reifenhohlraum.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Fahrzeugrad
- 2
- Felge
- 3
- Reifen
- 4
- Nabe
- 5
- Speichen bzw. Felgenspeiche
- 6
- Miniaturpumpe
- 7
- Verbindungskanal zum Reifen
- 8
- Felgenring
- 9
- Basiskörper der Felge
- 10
- Felgentiefbett
- 11
- Elektrischer Speicher
- 12
- Be- und Entlüftungsventil
