DE102017218902A1

DE102017218902A1 - Reifenüberwachungsvorrichtung, Kraftfahrzeug und Verfahren zum Überwachen eines Zustands eines Reifens

Info

Publication number: DE102017218902A1
Application number: DE102017218902.9A
Authority: DE
Inventors: Marc-Michael Meinecke; Michael Heuer; Mikael Johansson; Frederik Meysel
Original assignee: Volkswagen AG
Current assignee: Volkswagen AG
Priority date: 2017-10-23
Filing date: 2017-10-23
Publication date: 2019-04-25

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Reifenüberwachungsvorrichtung (12) zum Überwachen eines Zustands eines Reifens (13), wobei die Reifenüberwachungsvorrichtung (12) zumindest eine Sensoreinrichtung (14) aufweist, die dazu ausgelegt ist, in einer bestimmungsgemäßen Einbaulage, in welcher sich die Sensoreinrichtung (14) in einer vom Reifen (13) beabstandeten Position (P0) befindet, mindestens einen Reifenzustandsparameter (18) zu erfassen, und eine Auswerteeinrichtung (17), die dazu ausgelegt ist, in Abhängigkeit vom erfassten Reifenzustandsparameter (18) nach zumindest einem vorbestimmten Kriterium zu überprüfen, ob ein mangelhafter Zustand (Z1, Z2, Z3, Z4) des Reifens (13) vorliegt. Die Erfindung sieht vor, dass die Reifenüberwachungsvorrichtung (12) dazu ausgelegt ist, als den Reifenzustandsparameter (18) einen von einer Profiltiefe des Reifens (13) verschiedenen Reifenzustandsparameter (18) zu erfassen.

Description

Die Erfindung betrifft eine Reifenüberwachungsvorrichtung zum Überwachen eines Zustands eines Reifens, wobei die Reifenüberwachungsvorrichtung zumindest eine Sensoreinrichtung aufweist, die dazu ausgelegt ist, in einer bestimmungsgemäßen Einbaulage, in welcher sich die Sensoreinrichtung einer vom Reifen beabstandeten Position befindet, mindestens einen Reifenzustandsparameter zu erfassen, und eine Auswerteeinrichtung, die dazu ausgelegt ist, in Abhängigkeit vom erfassten Reifenzustandsparameter nach zumindest einem vorbestimmten Kriterium zu überprüfen, ob ein mangelhafter Zustand des Reifens vorliegt.
Aus dem Stand der Technik sind beispielsweise Reifendruckkontrollsysteme in Serienfahrzeugen bekannt. Diese können den Luftdruckverlust in Reifen erfassen und dem Fahrer eine entsprechende Warnung übermitteln. Weiterhin ist in der DE 10 2006 055 059 A1 eine Vorrichtungen beschrieben, mittels welchen eine Profiltiefe eines Reifens erfassbar ist, wobei bei erkannter zu starker Profilabnutzung ein Warnhinweis ausgegeben werden kann. Zur Erfassung der Profiltiefe kann dabei beispielsweise ein Laserscanner verwendet werden.
Gerade bei Nutzfahrzeugen ist ein guter Zustand der Reifen ein sehr wichtiger Bestandteil eines sicheren Transports. Beispielsweise bergen sicherheitsrelevante Abnutzungen an den Reifen die Gefahr, dass dieser Reifen platzen könnte, was damit die Sicherheit extrem gefährdet. Kommt es zu einem Reifenplatzer während eines Transports mit einem schweren Nutzfahrzeug, so können mitunter verheerende Folgen auftreten. Es kann zum Beispiel zu einer reduzierten Fahrstabilität bis hin zur Unkontrollierbarkeit des Nutzfahrzeug kommen, zu einem Umkippen, oder auch zu einer Überlastung von verbleibenden Reifen durch den Ausfall eines Reifens, sowie zu einer reduzierten Bremsleistung, was insbesondere auf Strecken mit starkem Gefälle drastische Auswirkungen haben kann. Zusätzlich können Reifenplatzer auch zum Brand führen sowie zu einem Verlust der Ladung bis hin zu Umweltschäden. Auch ein zeitlichen Verzug in der Lieferung der Ladung an den Empfänger ist nachteilig. Zudem stellt auch der Reifen selbst, der durch den Platzer in Stücke gerissen wurde, eine erhebliche Gefährdung für den umgebenden und nachfolgenden Verkehr dar. Aufgrund der mitunter sehr drastischen Folgen, die ein Reifenplatzer haben kann, ist es wünschenswert, eine Überwachung eines Reifens so zuverlässig wie möglich zu gestalten.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, eine Reifenüberwachungsvorrichtung, ein Kraftfahrzeug und ein Verfahren zum Überwachen eines Reifens bereitzustellen, die eine möglichst umfassende Überwachung eines Reifens eines Kraftfahrzeugs ermöglichen. Diese Aufgabe wird gelöst durch eine Reifenüberwachung Vorrichtung, ein Kraftfahrzeug sowie ein Verfahren zum Überwachen eines Reifens mit den Merkmalen gemäß den jeweiligen unabhängigen Ansprüchen. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind Gegenstand der abhängigen Patentansprüche, der Beschreibung sowie der Figuren.
Eine erfindungsgemäße Reifenüberwachungsvorrichtung zum Überwachen eines Zustands eines Reifens weist zumindest eine Sensoreinrichtung auf, die dazu ausgelegt ist, in einer bestimmungsgemäßen Einbaulage, in welcher sich die Sensoreinrichtung in einer vom Reifen beabstandeten Position befindet, mindestens einen Reifenzustandsparameter zu erfassen, und eine Auswerteeinrichtung, die dazu ausgelegt ist, in Abhängigkeit vom erfassten Reifenzustandsparameter nach zumindest einem vorbestimmten Kriterium zu überprüfen, ob ein mangelhafter Zustand des Reifens vorliegt. Des Weiteren ist die Reifenüberwachungsvorrichtung dazu ausgelegt, als den Reifenzustandsparameter einen von einer Profiltiefe des Reifens verschiedenen Reifenzustandsparameter zu erfassen.
Die Erfindung beruht dabei auf der Erkenntnis, dass es deutlich mehr Einflussfaktoren als nur die Profiltiefe des Reifens gibt, die zu einem mangelhaften Zustand des Reifens und daraus resultierenden Gefahrensituationen führen können. Zudem gibt es mangelhaften Zustände eines Reifens, die nicht nur eine erhöhte Gefahr eines Platzes mit sich bringen, sondern auch anderweitig ein hohes Gefährdungspotenzial, insbesondere für andere Verkehrsteilnehmern, bergen, und auf die sich nicht durch die alleinige Betrachtung oder Erfassung der Profiltiefe schließen lässt. Solche mangelhaften Zustände und Einflussfaktoren sind zum Beispiel Beschädigungen des Reifens, wie zum Beispiel abgebrochene Profilstücke, im Reifen befindliche Fremdkörper, wie zum Beispiel eingefahrene Nägel oder Schrauben. Aber auch starke Verschmutzungen des Reifens, wie dies zum Beispiel bei landwirtschaftlichen Fahrzeugen häufig der Fall ist, können große Risiken bergen, zum einen durch die dadurch reduzierte Reibung und zum anderen auch dadurch, dass diese Verschmutzungen gleichermaßen zu einer Verschmutzung der Fahrbahn führen können, was Gefahren für den nachfolgenden Verkehr birgt. Auch eingeklemmte Steine, zum Beispiel zwischen Zwillingsreifen eines Lastfahrzeugs, die während der Fahrt weggeschleudert werden können, stellen ein enormes Sicherheitsrisiko für andere Verkehrsteilnehmer dar. All diese weiteren mangelhaften Zustände eines Reifens lassen sich vorteilhafterweise nun durch die Betrachtung über die Profiltiefe eines Reifens hinausgehende Reifenzustandsparameter erfassen. Dadurch lässt sich eine deutlich umfassendere und über die Betrachtung der Profiltiefe eines Reifens hinausgehende Überwachung für einen Reifen bereitstellen.
Im Prinzip lässt sich als Sensoreinrichtung jede beliebige Sensoreinrichtung nutzen, wie zum Beispiel ein Laserscanner, ein Radarsensor, eine Kamera, ein Ultraschallsensor, usw. Vorzugsweise ist die Sensoreinrichtung jedoch zur Erfassung eines Abstands ausgebildet, insbesondere des Reifens oder eines aktuell im Sichtfeld des Sensoreinrichtung befindlichen Reifenbereichs zur Sensoreinrichtung. Dies lässt sich beispielsweise durch einen Laserscanner, eine Stereokamera, andere 3-D Kameras, wie zum Beispiel eine Time-of-Flight-Kamera, Radarsensoren oder auch Kombinationen aus den genannten Sensoren bereitstellen. Besonders vorteilhaft ist es jedoch, wenn die Sensoreinrichtung als Laserscanner ausgebildet ist. Durch einen Laserscanner lassen sich vorteilhafterweise vielzählige verschiedene mangelhafte Zustände eines Reifens detektieren, und zudem voneinander unterscheiden, so dass für eine umfassende Reifenüberwachung keine zusätzlichen oder weiteren Sensoren erforderlich sind. Dabei ist es weiterhin vorteilhaft, wenn der Laserscanner dazu ausgelegt ist, in der bestimmungsgemäßen Einbaulage zumindest einem Bereich der in Umfangsrichtung des Reifens angeordneten Reifenoberfläche entlang mehrerer Scanlinien abzuscannen. Diese Scanlinien können beispielsweise, zumindest im Wesentlichen, parallel zur Radachse verlaufen und die Reifenoberfläche in Umfangsrichtung über die gesamte Reifenbreite erfassen. Prinzipiell ist hierbei auch schon bereits die Bereitstellung einer einzelnen solchen Scanlinie ausreichend, um vor allem die nachfolgend beschriebenen Reifenzustandsparameter zu erfassen und daraus entsprechende mangelhafte Zustände detektieren zu können. Das Vorsehen mehrerer solcher Scanlinien ist jedoch vorteilhaft, da sich, gerade wenn ein Scannen entlang dieser Scanlinien zeitlich sequenziell erfolgt, deutlich mehr Zusatzinformationen bereitstellen lassen, durch welche sich die Detektion mangelhafter Zustände noch sicherer und genauer gestaltet.
Bei einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist die Sensoreinrichtung dazu ausgelegt, als Reifenzustandsparameter eine Reflektanz verschiedener Oberflächenbereiche des Reifens zu erfassen, insbesondere während dessen Rotation gegenüber der Sensoreinrichtung bzw. deren Sichtfeld. Weiterhin ist die Auswerteeinrichtung insbesondere dazu ausgelegt, in Abhängigkeit von der erfassten Reflektanz zumindest einen der folgenden mangelhaften Zustände des Reifens zu bestimmen: Ein Vorhandensein eines Fremdkörpers im Reifen und/oder im Reifenprofil und/oder zwischen zwei Einzelreifen eines Zwillingsreifens, und/oder ein Vorhandensein von Schmutz innerhalb von Vertiefungen des Reifenprofils und/oder auf der Reifenoberfläche.
Diese Ausführungsform der Erfindung beruht dabei auf der Erkenntnis, dass unterschiedliche Materialien auch unterschiedliche Reflexionseigenschaften besitzen. Hierdurch lassen sich vorteilhafterweise jegliche Art von Fremdkörper oder Verschmutzung am Reifen detektieren. Ist ein Reifen beispielsweise sauber, das heißt er weist keinerlei Verschmutzungen noch irgendwelche Fremdkörper auf, so ergibt sich aufgrund des homogenen Reifenmaterials auch eine gleichbleibende Reflektanz bei der Betrachtung verschiedener Oberflächenbereiche des Reifens in Umfangsrichtung. Eine solche Reflektanz äußert sich insbesondere in einer aus dem entsprechenden Reifenbereich durch die Sensoreinrichtung erfassten Intensität. Handelt es sich bei der Sensoreinrichtung beispielsweise um einen Laserscanner, so wird umso mehr Laserlicht von der Erfassungseinrichtung des Laserscanners erfasst, welches in einem bestimmten Bereich des Reifens eingestrahlt und reflektiert wurde, je höher die Reflektanz in diesem Bereich ist. Unterschiedliche Reflektanzen in unterschiedlichen Bereichen äußern sich entsprechend durch unterschiedliche den jeweiligen Bereichen zugeordnete erfasste Intensitätswerte. Dies gilt analog auch für andere Ausbildungen der Sensoreinrichtung, beispielsweise als Radarsensor oder als Kamera. Werden also, beispielsweise während sich der Reifen dreht, unterschiedliche Reflektanzen in unterschiedlichen Bereichen des Reifens erfasst, so lässt sich darauf schließen, dass der Reifen einen der oben genannten mangelhaften Zustände aufweist. Die Auswerteeinrichtung kann also dazu ausgelegt sein, zu überprüfen, ob Bereiche der Reifenoberfläche in Umfangsrichtung des Reifens während der Rotation des Reifens unterschiedliche Reflektanzen aufweisen und falls ja, so stellt gemäß diesem Kriterium die Auswerteeinrichtung einen mangelhaften Zustand des Reifens fest.
Darüber hinaus lassen sich diese mangelhaften Zustände auch durch eine genauere Analyse der erfassten Reflektanz in den unterschiedlichen Bereichen unterscheiden. Beispielsweise zeichnen sich gerade metallische Objekte durch eine besonders hohe Reflektanz aus. Metallische Objekte im Reifen lassen sich so vorteilhafterweise, beispielsweise durch einen Laserscanner oder Radarsensor als die Sensoreinrichtung, besonders gut und zuverlässig erfassen, da der Intensitätsunterschied zu umgebenden, nicht metallische Bereichen des Reifens besonders hoch ist. Die Auswerteeinrichtung kann also dazu ausgelegt sein, zu überprüfen, ob sich in Umfangsrichtung des Reifens während der Rotation des Reifens ein Bereich befindet, dessen Reflektanzwert sich um mehr als einen vorbestimmten Wert von dem eines anderen Reifenbereichs unterscheidet und/oder dessen Reflektanzwert einen vorbestimmten Grenzwert überschreitet. Ist dies der Fall, so stellt gemäß diesem Kriterium die Auswerteeinrichtung einen metallischen Fremdkörper am oder im Reifen fest. Wenn sich zum Beispiel Schmutz, zum Beispiel Erde, Schlamm, Sand und/oder Steine, in den Vertiefungen des Reifenprofils befindet, ergibt sich hieraus ein Reflektanzmuster aus den verschmutzten Vertiefungen des Profils und den nicht verschmutzten Erhebungen des Profils. Hierzu kann das Profilmuster auch als Referenz gespeichert sein. Durch Abgleich des Referenzprofilmusters mit dem erfassten Reflektanzmuster kann entsprechend die Auswerteeinrichtung die Verschmutzung der Profilvertiefungen detektieren. Dies kann zusätzlich bei einer optionalen zusätzlichen Bestimmung der Profiltiefe berücksichtigt werden, indem die Profiltiefe nur dann bestimmt wird oder nur in solchen Bereichen des Reifens bestimmt wird, die von der Auswerteeinrichtung als nicht verschmutzt klassifiziert wurden. Dadurch kann ein durch Verschmutzung verfälschtes Ergebnis bei der Bestimmung der Profiltiefe vormieden werden. Alternativ oder zusätzlich kann auch der Reflektanzwert des sauberen Reifenmaterials durch eine Kalibrierung bestimmt und gespeichert werden. Auf Basis einer solchen Reflektanzreferenz des sauberen Reifenmaterials kann die Auswerteeinrichtung auf einfache Weise alle Bereiche des Reifens bestimmen, die verschmutzt sind und/oder Fremdkörper aufweisen. Hierdurch lassen sich auch großflächige Verschmutzungen der Reifenoberfläche erfassen, zum Beispiel wenn bei der Reflektanzanalyse großflächige Bereiche festgestellt werden, deren Reflektanzwerte von dem des sauberen Reifens abweichen. Auch lokale Reflektanzabweichungen in vorbestimmt kleinen Bereichen lassen auf Fremdkörper im Reifen schließen, wie zum Beispiel Steine, die in Vertiefungen des Reifenprofils eingeklemmt sein können, sowie auch größere Fremdkörper, wie zum Beispiel Steine zwischen Zwillingsreifen. Damit lassen sich durch die Betrachtung der Reflektanz vielzählige bestimmte mangelhafte Zustände des Reifens detektieren und darüber hinaus auch vorteilhafterweise, zum Beispiel entsprechend oben beschriebener Kriterien, noch unterscheiden.
In Abhängigkeit von einem detektierten mangelhaften Zustand des Reifens können entsprechend ein Warnsignal oder ein Hinweis an den Fahrer ausgegeben werden. Ein solcher Hinweis kann dann vorteilhafterweise nicht nur beinhalten, dass ein mangelhafter Zustand des Reifens vorliegt, sondern auch eine Information darüber beinhalten, als welcher von den mehreren verschiedenen möglichen mangelhaften Zuständen der detektierte mangelhafte Zustand klassifiziert wurde. Auch besteht die Möglichkeit, automatisch Sicherheitsmaßnahmen in Abhängigkeit von einem detektierten mangelhaften Zustand einzuleiten. Beispielsweise kann im Falle einer Detektion einer Verschmutzung des Reifens eine Aktivierung einer Reinigungsvorrichtung initiiert werden. Eine solche Reinigungsvorrichtung kann zum Beispiel mit Hochdrucksprühwasser oder mit Lufthochdruck, insbesondere während der Fahrt oder im Stillstand des Kraftfahrzeugs, eine entsprechende Reinigung des Reifenprofils durchführen.
Aber nicht nur die Reflektanz stellt einen besonders vorteilhaften Reifenzustandsparameter dar, sondern es können auch noch andere Reifenzustandsparameter zur Detektion weiterer mangelhafter Zustände oder auch zur Detektion der bereits genannten mangelhaften Zustände genutzt werden, wie dies nun nachfolgend näher beschrieben wird.
Dabei ist es gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen, dass die Sensoreinrichtung dazu ausgelegt ist, bei Rotation des Reifens gegenüber der Sensoreinrichtung fortwährend einen Abstandsverlauf des Abstands zwischen der Sensoreinrichtung und zumindest einem Bereich der Oberfläche des Reifens in Reifenumfangsrichtung als den mindestens einen Reifenzustandsparameter zu erfassen. Mittels einer Analyse dieses Anstandsverlaufs können ebenfalls mangelhafte Zustände eines Reifens detektiert werden. Beispielsweise ist es besonders vorteilhaft, wenn die Auswerteeinrichtung dazu ausgelegt ist, basierend auf dem Abstandsverlauf zu überprüfen, ob der Reifen eine Verformung in Reifenumfangsrichtung aufweist, insbesondere ob die Reifenform in Umfangsrichtung mehr als ein vorbestimmtes Ausmaß von einer Kreisform abweicht. Beispielsweise lässt sich aus dem genannten Abstandsverlauf ermitteln, ob zum Beispiel der durchschnittliche Abstand des Profils, d.h. der Reifenoberfläche in Umfangsrichtung, von der Sensoreinrichtung aus gesehen periodisch mit der Umlaufzeit des Reifens schwankt. Ist dies der Fall, können eine Unwucht oder Verformung des Reifens erkannt werden. Eine derartige Verformung lässt beispielsweise wiederum Rückschlüsse auf einen zu geringen Reifendruck zu. Darüber hinaus werden so auch einseitige Beschädigungen oder Abnutzungen des Reifens erkannt.
Bei einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist die Auswerteeinrichtung dazu ausgelegt, den Abstandsverlauf mit einem Referenzverlauf zu vergleichen und in Abhängigkeit von einem Ergebnis des Vergleichs zumindest einen der folgenden mangelhaften Zustände des Reifens zu bestimmen: Eine lokale Beschädigung des Reifens und oder ein Vorhandensein eines Fremdkörpers im Reifen und/oder in Vertiefungen des Reifenprofils und/oder zwischen zwei Einzelreifen eines Zwillingsreifens, und/oder ein Vorhandensein von Schmutz innerhalb von Vertiefungen des Reifenprofils und/oder auf der Reifenoberfläche. Es können also wiederum zum Teil die oben bereits genannten mangelhaften Zustände eines Reifens, wie das Vorhandensein von Fremdkörpern im Reifen, das Vorhandensein von Verschmutzungen und dergleichen auf Basis der Betrachtung des Abstandsverlauf und des Vergleichs dieses Abstandsverlauf mit einer Referenz detektiert werden. Insbesondere kann diese Maßnahme auch zusätzlich zu der oben beschriebenen Reflektanzmessung erfolgen, was die Detektion solcher mangelhafter Zustände noch zuverlässiger und sicherer macht.
Mit anderen Worten kann so eine Vermessung des Reifenprofils in Umfangsrichtung des Reifens erfolgen, während sich der Reifen gegenüber der Sensoreinrichtung dreht. Das periodische Muster des Reifenprofils kann dann entsprechend beim Fahren über den Umfang des Reifens ständig beobachtet werden. Über den Abgleich mit einem Referenzverlauf, zum Beispiel über Korrelationsverfahren des in der Vergangenheit beobachteten Profilmusters mit dem aktuell vermessenen Profil, das heißt auf Basis von Abweichungen zwischen dem aktuell vermessenen Abstandsverlauf und der Referenz, können somit vielzählige mangelhafte Fehlzustände des Reifens detektiert werden, wie eingefahrene Schrauben, sonstige Fremdkörper am oder zwischen Reifen, usw. Besonders vorteilhaft ist es dabei auch, dass sich hierdurch auch Beschädigungen am Reifen, wie abgebrochene Profilstücke, Einschnitte, Risse, usw. detektieren lassen.
Bei einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist die Reifenüberwachungsvorrichtung weiterhin dazu ausgelegt, eine Umlaufgeschwindigkeit des Reifens zu bestimmen. Mit anderen Worten lässt sich die erfindungsgemäße Reifenüberwachungsvorrichtung und ihre Ausgestaltungen nicht nur vorteilhafterweise zur Reifenüberwachung an sich nutzen, sondern bringt damit auch besonders vorteilhafte Zusatznutzen mit sich, da die für die Bestimmung einer Umlaufgeschwindigkeit des Reifens erforderlichen Größen auf einfache Weise ebenso mittels der Sensoreinrichtung erfasst werden können oder teilweise ohnehin erfasst werden. Zur Bestimmung der Umlaufgeschwindigkeit kann zum Beispiel die Analyse des erfassten Abstandsverlaufs in Reifenumfangsrichtung genutzt werden. Beispielsweise lässt sich wiederum auf Basis einer Korrelationsanalyse feststellen, wann ein bestimmter Bereich eines Reifens wiederholt das Sichtfeld der Sensoreinrichtung durchläuft, da auch augenscheinlich gleichmäßig gestaltete Profile immer Unregelmäßigkeiten aufweisen, die zur Erkennung herangezogen werden können, wann eine vollständige Radumdrehung erfolgt ist. Ist die Sensoreinrichtung beispielsweise als Laserscanner wie oben beschrieben ausgestaltet, so lässt sich auf Basis von mehreren räumlich versetzten Scanlinien auch die Reifenkrümmung und daraus der Reifendurchmesser und die pro Reifenumdrehung gefahrene Strecke sowie die dafür benötigte Zeit ermitteln. Die Ermittlung der Umlaufgeschwindigkeit ist vor allem bei Lastkraftwagen vorteilhaft, da diese typischerweise keine Radtick-Sensoren haben. Insofern ist die Feininformation der Radbewegung bzw. Fahrzeugbewegung, wie beispielsweise Bahngeschwindigkeit und Kurvenradius, nicht bekannt. Moderne Fahrerassistenzsysteme, Rangierfunktionen und das automatische Fahren benötigen jedoch sehr präzise Angaben hinsichtlich der Odometrie. Das hier vorgestellte Verfahren kann diese Informationen vorteilhafterweise zusätzlich zur Verfügung stellen und ist daher eine sehr wertvolle Informationsquelle.
Darüber hinaus betrifft die Erfindung auch ein Kraftfahrzeug mit einer erfindungsgemäßen Reifenüberwachungsvorrichtung oder eines ihrer Ausgestaltungsvarianten.
Dabei ist es weiterhin vorteilhaft, wenn die Sensoreinrichtung zum Überwachen eines Zustands eines Reifens des Kraftfahrzeugs in einer vom Reifen beabstandeten Position angeordnet ist, die sich bei einer Vorwärtsfahrt des Kraftfahrzeugs in Fahrtrichtung vor dem Reifen befindet. Dabei kann die Sensoreinrichtung in Richtung der Fahrtrichtung hin am Fahrzeugrahmen befestigt sein. Das hat den Vorteil, dass bei Vorwärtsfahrt vom Reifen abgeworfener Dreck und Gischt nur in geringem Ausmaß die Messeinrichtung trifft. In besonders vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung wird also die Sensorik bezüglich des Reifens in Richtung der Fahrzeugfront montiert. Das Kraftfahrzeug kann für einen jeweiligen Reifen eine entsprechende Sensoreinrichtung und optional auch eine jeweilige Auswerteeinrichtung oder auch eine gemeinsame Auswerteeinrichtung für mehrere Sensoreinrichtungen aufweisen.
Des Weiteren betrifft die Erfindung auch ein Verfahren zum Überwachen eines Zustands eines Reifens, wobei mindestens ein Reifenzustandsparameter mittels einer vom Reifen beabstandeten Sensoreinrichtung erfasst wird, und in Abhängigkeit vom erfassten Reifenzustandsparameter nach zumindest einem vorbestimmten Kriterium überprüft wird, ob ein mangelhafter Zustand des Reifens vorliegt. Dabei wird als der mindestens eine Reifenzustandsparameter ein von einer Profiltiefe des Reifens verschiedener Reifenzustandsparameter erfasst. Die mit Bezug auf die erfindungsgemäße Reifenüberwachungsvorrichtung und ihre Ausgestaltungen genannten Vorteile gelten in gleicher Weise für das erfindungsgemäße Verfahren.
Zu der Erfindung gehören auch Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Verfahrens, die Merkmale aufweisen, wie sie bereits im Zusammenhang mit den Weiterbildungen der erfindungsgemäßen Reifenüberwachungsvorrichtung beschrieben worden sind. Aus diesem Grund sind die entsprechenden Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Verfahrens hier nicht noch einmal beschrieben.
Im Folgenden ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung beschrieben. Hierzu zeigt:

1 eine schematische Darstellung eines Teils eines Kraftfahrzeugs mit einer Reifenüberwachungsvorrichtung zum Überwachen eines Zustands eines Reifens gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung;
2 eine graphische Darstellung eines von der Reifenüberwachungsvorrichtung während einer Radumdrehung des Rads bei einem Reifen mit verschiedenen mangelhaften Zuständen;
3 eine graphische Darstellung eines von der Reifenüberwachungsvorrichtung zur Kalibrierung gemessenen Referenzverlaufs; und
4 eine schematische Darstellung des mittleren Abstandsverlaufs des Abstands der Reifenoberfläche 15 zum Laserscanner 14 im Falle einer Reifenverformung.

Bei dem im Folgenden erläuterten Ausführungsbeispiel handelt es sich um eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung. Bei dem Ausführungsbeispiel stellen die beschriebenen Komponenten der Ausführungsform jeweils einzelne, unabhängig voneinander zu betrachtende Merkmale der Erfindung dar, welche die Erfindung jeweils auch unabhängig voneinander weiterbilden und damit auch einzeln oder in einer anderen als der gezeigten Kombination als Bestandteil der Erfindung anzusehen sind. Des Weiteren ist die beschriebene Ausführungsform auch durch weitere der bereits beschriebenen Merkmale der Erfindung ergänzbar.
In den Figuren sind funktionsgleiche Elemente jeweils mit denselben Bezugszeichen versehen.
1 zeigt eine schematische Darstellung eines Teils eines Kraftfahrzeugs 10 mit einer Reifenüberwachungsvorrichtung 12 zum Überwachen eines Zustands eines Reifens 13 des Kraftfahrzeugs 10 gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung. Zu diesem Zweck weist die Reifenüberwachungsvorrichtung 12 eine Sensoreinrichtung auf, die in diesem Beispiel als Laserscanner 14 ausgebildet ist. Der Laserscanner 14 ist dabei in einer vom Reifen 13 beabstandeten Position PO angeordnet, und insbesondere vor dem Reifen 13 in Bezug auf eine Vorwärtsfahrtrichtung R, in welche das Kraftfahrzeug 10 bei einer Vorwärtsfahrt fährt. Dies hat den Vorteil, dass bei Vorwärtsfahrt vom Reifen 13 abgeworfener Dreck und Gischt nur in geringem Ausmaß oder überhaupt nicht die Messeinrichtung, in diesem Beispiel den Laserscanner 14, trifft. Der Laserscanner 14 ist insbesondere dazu ausgelegt, die Oberfläche 15 des Reifens 13 in Umfangsrichtung U entlang von mehreren parallel zur Radachse verlaufenden Scanlinien 16 abzuscannen, insbesondere während der Reifen 13 bei der Fahrt des Kraftfahrzeugs 10 rotiert. Dadurch lässt sich durch den Laserscanner 14 während der Fahrt die Kontur und das Profil des Reifens 13 in Umfangsrichtung U vermessen. Werden, zum Beispiel mithilfe eines Algorithmus, Abweichungen von einem bekannten Profil des intakten Reifens 13 festgestellt, dann kann der Fahrer über die Reifenbeschädigung informiert werden und ein Reifenaustausch empfohlen werden. Die Ausführung des Algorithmus und die entsprechende Auswertung des durch den Laserscanner 14 erfassten Messsignals erfolgt durch eine Auswerteeinrichtung 17, die separat vom Laserscanner 14 oder auch in diesen integriert ausgebildet sein kann. Das oben genannte bekannte Profil beispielsweise als Referenz in einem Speicher der Auswerteeinrichtung 17 abgelegt sein. Diese Referenz kann als Ersteinmessung ebenfalls durch den Laserscanner 14, zum Beispiel bei Montage eines neuen Reifens oder bei Initialisierung der Reifenüberwachungsvorrichtung 12 bzw. bei ihrer Erstverwendung bereitgestellt worden sein.
Der Laserscanner 14 vermisst also während der Fahrt fortwährend den Abstandsverlauf des Abstands zwischen dem Laserscanner 14 und der Oberfläche 15 des Reifens 13 in Umfangsrichtung U. Hierdurch kann das periodische Muster des Reifenprofils beim Fahren über den Umfang des Reifens 13 beobachtet werden. Über Korrelationsverfahren des in der Vergangenheit beobachteten Profilmusters, d.h. also der Referenz, mit dem aktuell gemessenen Profil können so auf einfache Weise Abweichungen und dadurch eine Vielzahl verschiedener mangelhafter Zustände des Reifens 13 detektiert werden. Solche mangelhaften Zustände können zum Beispiel Beschädigungen des Profils, eingefahrene Schrauben, in den Vertiefungen des Profils steckende Fremdkörper, wie Steine, Steine zwischen Zwillingsreifen, usw. sein. Die Detektion dieser mangelhaften Zustände des Reifens 13 soll nun exemplarisch anhand von 2 bis 4 veranschaulicht werden.
2 zeigt eine schematische grafische Darstellung des Abstandsverlaufs 18 des vom Laserscanner 13 während einer Radumdrehung des Reifens 13 gemessenen Abstands A in Umfangsrichtung U. Dieser in Umfangsrichtung U gemessene Abstandsverlauf 18 kann mit einem entsprechenden Referenzverlauf 19, welcher in 3 dargestellt ist, verglichen werden. 3 zeigt dabei ebenfalls eine grafische Darstellung des Referenzverlaufs 19 des Abstands A in Umfangsrichtung U für den Reifen 13 in intaktem bzw. sauberem Zustand, d.h. ohne Mängel. Dieser Referenzverlauf 19 kann wie oben beschrieben, durch eine Ersteinmessung bzw. Kalibrierung durch den Laserscanner 14 erfasst und in einem Speicher abgelegt sein. Wie in 3 zu sehen ist, weist der Referenzverlauf 19 ein periodisches Muster bedingt durch das periodische Reifenprofil auf. Abweichungen von dem Referenzverlauf 19 können somit auf einfache Weise durch Vergleich erfasst werden. Überschreitet eine solche Abweichung zum Beispiel einen vorbestimmten Grenzwert, so kann ein mangelhafter Zustand des Reifens als detektiert gestellt. Zusätzlich kann optional noch zwischen verschiedenen mangelhaften Zuständen des Reifens 13 unterschieden werden. Exemplarisch sind 2 drei verschiedene mangelhafte Zustände Z1, Z2, Z3 dargestellt. Bei einem ersten mangelhaften Zustand Z1 handelt es sich um einen Fremdkörper, wie beispielsweise eine Schraube oder ein Nagel, der in einer Vertiefung des Profils steckt und über die Erhebungen des Profils hinausragt. Entsprechend wird an der Stelle, an welcher eigentlich im Vergleich zum Referenzverlauf 19 eine Vertiefung des Profils detektiert werden sollte, stattdessen eine lokale Erhöhung erfasst. Ein zweiter mangelhafter Zustand Z2 stellt dabei eine Beschädigung des Reifenprofils, bei welcher ein Teil des Profils, insbesondere eine Erhöhung des Profils, abgebrochen ist, dar. Entsprechend wird also im Vergleich zum Referenzverlauf 19 an der Stelle, an welcher sich diese Erhöhung des Profils befinden sollte, eine unregelmäßige Vertiefung erfasst. Weiterhin stellt ein dritter mangelhafter Zustand Z3 eine Verschmutzung der Reifenoberfläche 15 dar. Im Vergleich zum Referenzverlauf 19 sind also in diesem Bereich keine Vertiefungen des Profils mehr erkennbar. Dass es sich hierbei beispielsweise nicht um ein abgefahrenes Profil handelt, kann beispielsweise dadurch erkannt werden, dass der Abstand A im Vergleich zu einem abgefahrenen Profil relativ zur Position PO der Sensoreinrichtung 14 nicht verringert ist. Somit können Verschmutzungen des Profils, zum Beispiel mit Schnee, Eis oder Schlamm, vorteilhafterweise erkannt werden. Der Laserscanner 14 kann somit auch ausgebildet sein zu erkennen, dass Profilteile mit Material ausgefüllt sind, indem eine Konturanalyse, wie oben beschreiben, durchgeführt wird. Eine entsprechende Information kann dann dem Fahrer angezeigt werden.
Zusätzlich zur Betrachtung dieses Abstandsverlaufs 18 kann auch noch über die Reifenoberfläche 15 hinweg während der Rotation des Reifens 13 die Reflektanz der Reifenoberfläche 15 durch den Laserscanner 14 vermessen werden. Der Gummi des Reifens 13 weist dabei eine andere Reflektivität bzw. Reflektanz auf als andere Materialien, wie beispielsweise Fremdkörper, Verschmutzungen, oder ähnliches. Hierdurch kann also ebenso unterschieden werden, ob zum Beispiel ein Profil abgefahren ist, oder die Vertiefungen des Profils lediglich mit Schmutz oder anderen Fremdkörpern befüllt sind. Auch lassen sich hierdurch gerade metallische Fremdkörper, die eine sehr hohe Reflektivität aufweisen besonders gut erfassen. Durch Kontrastmessung der Reflexivität und der Abstandsvarianz, d.h. es Abstandsverlaufs 18, über die Profilbreite kann zusätzlich kontinuierlich die Profiltiefe ermittelt werden.
Weiterhin kann auch erkannt werden, wenn eine Unwucht oder Verformung des gesamten Reifens 13 vorliegt, was in 4 veranschaulicht ist. In dieser schematischen Grafik ist der mittlere Abstandsverlauf 20 des Abstands A der Oberfläche 15 zum Laserscanner 14 bzw. dessen Position P0 in Umfangsrichtung U dargestellt. Wie zu sehen ist, variiert der mittlere Abstand der Reifenoberfläche 15 zum Laserscanner 14 periodisch mit der Umlaufzeit des Reifens 13, was der Fall ist, wenn der Reifen 13 eine Unwucht oder Verformung aufweist. Dies kann beispielsweise auf einen zu geringen Luftdruck im Reifen 13 zurückzuführen sein. Dies stellt also entsprechend einen vierten mangelhaften Zustand Z4 dar, der durch die Reifenüberwachungsvorrichtung 12 detektierbar ist.
Des Weiteren können auch Anomalien zwischen den beiden Reifen eines Zwillingsreifen Paketes, wie zum Beispiel eingeklemmte Gegenstände erkannt werden. Wird ein solcher Fall erkannt, dann kann eine Warnung an den Fahrer ausgegeben werden und damit eine Aufforderung zur sofortigen Verlangsamung der Fahrt und Beseitigung der Gefahr, zum Beispiel Entfernen des Gegenstandes, formuliert werden.
Alternativ zu dem oben beschriebenen Laserscanner 14 kann die Sensoreinrichtung auch als Radarsensor ausgebildet sein und entsprechende Fehlerdetektionsmaßnahmen entsprechend umgesetzt werden. Der Radarsensor eignet sich besonders gut, um metallische Teile im Reifen, zum Beispiel eingefahrene Nägel und Schrauben, festzustellen.
Insgesamt zeigt das Beispiel, wie durch die Erfindung mithilfe der sensorischen Reifenprofilerfassung Beschädigungen am Reifen bereits in einem sehr frühen Stadium wahrgenommen werden können. Der Fahrer kann mithilfe von HMI(Human Machine Interface)-Elementen, wie zum Beispiel im Kombiinstrument oder auf einem mobilen Kommunikationsgerät bzw. einem Handheld Device, zum Beispiel ein Smartphone, auf den Sachverhalt hingewiesen werden. Dazu kann die Reifenüberwachungsvorrichtung 12 zu Kommunikation mit dem entsprechenden HMI-Element ausgebildet sein. Eine automatische Reifenprofilerfassung kann bei automatischen Fahrzeugen als Analogon zur gesetzlich vorgeschriebenen Abfahrtkontrolle durch einen menschlichen Fahrer bei der manuellen Fahrt dienen. Vorteilhafterweise können eingeklemmte Gegenstände zwischen den Zwillingsreifen eines Lastkraftwagen ebenfalls erkannt und dem Fahrer gemeldet werden. Zusätzlich zur Wahrnehmung von Beschädigungen am Reifen kann die Umlaufgeschwindigkeit des Reifens bestimmt werden und damit ein Signal erzeugt werden, das vergleichbar mit Radticks im Personenkraftwagen ist. Über die reine Wahrnehmung des Reifenprofils kann eine Verschmutzungserkennung mit einem Reinigungssystem verknüpft werden. Das Reinigungssystem kann mit Hochdrucksprühwasser oder mit Luft Hochdruck sogar während der Fahrt erfolgen. So lässt sich durch die erfindungsgemäße Reifenüberwachungsvorrichtung und ihre Ausgestaltungen eine weit über die reine Profiltiefenerfassung hinausgehende Überwachung des Reifenzustands bereitstellen.
Bezugszeichenliste

10: Kraftfahrzeug
12: Reifenüberwachungsvorrichtung
13: Reifen
14: Laserscanner
15: Reifenoberfläche
16: Scanlinien
17: Auswerteeinrichtung
18: Abstandsverlauf
19: Referenzverlauf
20: mittlerer Abstandsverlauf
A: Abstand
P0: Position des Laserscanners
R: Vorwärtsfahrtrichtung
U: Umfangsrichtung
Z1, Z2, Z3, Z4: mangelhafter Zustand

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102006055059 A1 [0002]

Claims

Reifenüberwachungsvorrichtung (12) zum Überwachen eines Zustands eines Reifens (13), wobei die Reifenüberwachungsvorrichtung (12) zumindest eine Sensoreinrichtung (14) aufweist, die dazu ausgelegt ist, in einer bestimmungsgemäßen Einbaulage, in welcher sich die Sensoreinrichtung (14) in einer vom Reifen (13) beabstandeten Position (P0) befindet, mindestens einen Reifenzustandsparameter (18) zu erfassen, und eine Auswerteeinrichtung (17), die dazu ausgelegt ist, in Abhängigkeit vom erfassten Reifenzustandsparameter (18) nach zumindest einem vorbestimmten Kriterium zu überprüfen, ob ein mangelhafter Zustand (Z1, Z2, Z3, Z4) des Reifens (13) vorliegt, dadurch gekennzeichnet, dass die Reifenüberwachungsvorrichtung (12) dazu ausgelegt ist, als den Reifenzustandsparameter (18) einen von einer Profiltiefe des Reifens (13) verschiedenen Reifenzustandsparameter (18) zu erfassen.
Reifenüberwachungsvorrichtung (12) nach Anspruch 1, wobei die Sensoreinrichtung (14) als Laserscanner ausgebildet ist, der dazu ausgelegt ist, in der bestimmungsgemäßen Einbaulage zumindest einen Bereich der in Umfangsrichtung (U) des Reifens (13) angeordneten Reifenoberfläche (15) entlang mehrerer Scanlinien (16) abzuscannen.
Reifenüberwachungsvorrichtung (12) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Sensoreinrichtung (14) dazu ausgelegt ist, als Reifenzustandsparameter eine Reflektanz verschiedener Oberflächenbereiche des Reifens (13) zu erfassen und insbesondere wobei die Auswerteeinrichtung (17) dazu ausgelegt ist, in Abhängigkeit von der erfassten Reflektanz zumindest einen der folgenden mangelhaften Zustände (Z1, Z2, Z3, Z4) des Reifens (13) zu bestimmen: - ein Vorhandensein eines Fremdkörpers im Reifen (13) und/oder im Reifenprofil und/oder zwischen zwei Einzelreifen eines Zwillingsreifens, - ein Vorhandensein von Schmutz innerhalb von Vertiefungen des Reifenprofils und/oder auf der Reifenoberfläche (15).
Reifenüberwachungsvorrichtung (12) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Sensoreinrichtung (14) dazu ausgelegt ist, bei Rotation des Reifens (13) gegenüber der Sensoreinrichtung (14) fortwährend einen Abstandsverlauf (18) des Abstands (A) zwischen der Sensoreinrichtung (14) und zumindest einem Bereich der Oberfläche (15) des Reifens (13) in Reifenumfangsrichtung (U) als den mindestens einen Reifenzustandsparameter (18) zu erfassen.
Reifenüberwachungsvorrichtung (12) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Auswerteeinrichtung (17) dazu ausgelegt ist, basierend auf dem Abstandsverlauf (18) zu überprüfen, ob der Reifen (13) eine Verformung in Umfangsrichtung (U) aufweist, insbesondere ob die Reifenform in Umfangsrichtung (U) mehr als ein vorbestimmtes Ausmaß von einer Kreisform abweicht.
Reifenüberwachungsvorrichtung (12) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, die Auswerteeinrichtung (17) dazu ausgelegt ist, den Abstandsverlauf (18) mit einem Referenzverlauf (19) zu vergleichen und in Abhängigkeit von einem Ergebnis des Vergleichs zumindest einen der folgenden mangelhaften Zustände des Reifens (13) zu bestimmen: - eine lokale Beschädigung des Reifens (13); - ein Vorhandensein eines Fremdkörpers im Reifen (13) und/oder im Reifenprofil und/oder zwischen zwei Einzelreifen (13) eines Zwillingsreifens; - ein Vorhandensein von Schmutz innerhalb des Reifenprofils und/oder auf der Reifenoberfläche (15).
Reifenüberwachungsvorrichtung (12) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Reifenüberwachungsvorrichtung (12) dazu ausgelegt ist, eine Umlaufgeschwindigkeit des Reifens (13) zu bestimmen.
Kraftfahrzeug (10) mit einer Reifenüberwachungsvorrichtung (12) nach einem der vorhergehenden Ansprüche.
Kraftfahrzeug (10) nach Anspruch 8, wobei die Sensoreinrichtung (14) zum Überwachen eines Zustands (Z1, Z2, Z3, Z4) eines Reifens (13) des Kraftfahrzeugs (10) in einer vom Reifen (13) beabstandeten Position (P0) angeordnet ist, die sich bei einer Vorwärtsfahrt des Kraftfahrzeugs in Fahrtrichtung (R) vor dem Reifen (13) befindet.
Verfahren zum Überwachen eines Zustands (Z1, Z2, Z3, Z4) eines Reifens (13), wobei mindestens ein Reifenzustandsparameter (18) mittels einer vom Reifen (13) beabstandeten Sensoreinrichtung (14) erfasst wird, und in Abhängigkeit vom erfassten Reifenzustandsparameter (18) nach zumindest einem vorbestimmten Kriterium überprüft wird, ob ein mangelhafter Zustand (Z1, Z2, Z3, Z4) des Reifens (13) vorliegt, dadurch gekennzeichnet, dass als der mindestens eine Reifenzustandsparameter (18) ein von einer Profiltiefe des Reifens (13) verschiedener Reifenzustandsparameter (18) erfasst wird.