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Die Erfindung betrifft einen Fahrzeugreifen.
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Es ist bekannt, bei Fahrzeugreifen eine Reifendrucküberwachung einzusetzen, um einen Druckverlust sicher zu detektieren.
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Außerdem gibt es unterschiedliche Ansätze, die Profiltiefe eines Fahrzeugreifens mit einem Reifensensor zu ermitteln. Die meisten bisherigen Konzepte wurden jedoch nicht umgesetzt, da sie unterschiedliche Nachteile besitzen. Einer der Nachteile besteht insbesondere darin, dass es schwierig ist entsprechende Sensoren im Laufstreifen anzuordnen.
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Der Erfindung lag die Aufgabe zugrunde, einen Fahrzeugreifen bereitzustellen, mit dem herkömmliche Fahrzeugreifen verbessert werden können.
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Gelöst wird die Aufgabe durch den Oberbegriff und die kennzeichnenden Merkmale von Anspruch 1 dadurch, dass
am Fahrzeugreifen mindestens ein Sensor zur Bestimmung des Schwingungsverhaltens des Fahrzeugreifens angeordnet ist,
wobei mit dem Sensor das Schwingungsverhalten des Fahrzeugreifens für ein charakteristisches Frequenzspektrum analysiert wird,
wobei bei einer Änderung der Profilgeometrie von einem Profilband eine Änderung des Schwingungsverhaltens des Fahrzeugreifens im Bereich der Profilbänder detektiert wird, wobei bei der Schwingungsanalyse jedem Profilband eine spezifische Frequenz zugeordnet wird die von der Pitchfolge und der Reifendrehgeschwindigkeit abhängt,
wobei über eine Veränderung der Amplitude der spezifischen Frequenz die Profiltiefe des jeweiligen Profilbandes ermittelt wird.
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Ein Vorteil der Erfindung ist insbesondere darin zu sehen, dass mit dem neuen Sensor der Profilabrieb im Fahrzeugreifen auf einfache Weise, automatisiert und mit einer hohen Genauigkeit ermittelt werden kann.
Dadurch lässt sich die Profiltiefe des Fahrzeugreifens auf einfache Art bestimmen. Erreicht die Profiltiefe einen bestimmten Mindestwert, kann automatisiert eine Warnung an den Fahrzeughalter ausgegeben werden. Die Anordnung eines Sensors, mit dem dass Schwingungsverhalten des Fahrzeugreifens ausgewertet werden kann, ist relativ einfach umzusetzen.
Ein entsprechender Sensor kann sowohl auf der Reifeninnenseite, als auch in verschiedenen Reifenbauteilen integriert sein.
Mit dem Sensor wird das Schwingungsverhalten von einzelnen umlaufenden Profilbändern des Fahrzeugreifens untersucht. Dadurch kann gleichzeitig eine Aussage getroffen werden, in welchem der jeweiligen Profilbändern die Mindestprofiltiefe unterschritten wurde. Die zulässige Mindestprofiltiefe könnte beispielsweise in einem Profilband in der Laufstreifenmitte erreicht worden sein.
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In einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass mit dem mindestens einen Sensor das Schwingungsverhalten der Profilblöcke des Fahrzeugreifens für ein charakteristisches Frequenzspektrum von über 400 Hz analysiert wird,
wobei die Profilblöcke beim Einlaufen und Auslaufen aus der Bodenaufstandsfläche kurzfristig zu charakteristischen Schwingungen angeregt werden.
Messungen und Computersimulationen an Fahrzeugreifen haben ergeben, dass die Profilbänder bei einem charakteristischem Frequenzspektrum ein besonderes Schwingungsverhalten aufweisen, wenn die Profilblöcke in die Bodenaufstandsfläche einlaufen und wieder auslaufen.
Dieses charakteristische Schwingungsverhalten lässt sich mit dem Sensor erfassen und auswerten. Wenn sich unter konstanten Randbedingungen das Schwingungsverhalten verändert, lässt sich dadurch abnehmende Profiltiefe detektieren.
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In einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass die für jedes Profilband ermittelten Profiltiefen miteinander verglichen werden und anschließend bei Überschreiten eines Grenzwertes vor einem unregelmäßigen Reifenprofil-Abrieb gewarnt wird.
Im Normalfall ist es wünschenswert, dass alle Profilbänder im Wesentlichen einen gleichmäßigen Profilabrieb aufweisen.
Ein ungleichmäßiger Profilabrieb könnte ein Indiz sein, dass der Reifen z.B. einen zu geringen Reifendruck aufweist. Ein anderer Grund könnte sein, dass der Radsturz an den Fahrzeugachsen nicht korrekt eingestellt ist.
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In einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass der Sensor die radialen Schwingungen in radialer Richtung des Fahrzeugreifens erfasst und analysiert. Mit den radialen Schwingungen in radiale Richtung des Fahrzeugreifens lässt sich mit einer hohen Genauigkeit bestimmen, ob ein Profilabrieb des Laufstreifens erfolgt ist.
Mit entsprechenden Computersimulationen lässt sich dieser Umstand insbesondere nachweisen.
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In einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass der Sensor das Schwingungsverhalten des Fahrzeugreifens in lateraler Richtung analysiert, wobei mit den analysierten Messdaten die ermittelte Profiltiefe verifiziert werden kann. Die entsprechenden Messergebnisse können dazu genutzt werden, die geschätzte Profiltiefe mit einer zweiten Messgröße genauer einzugrenzen.
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In einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass der Sensor einen Beschleunigungssensor umfasst mit dem das Schwingungsverhalten des Fahrzeugreifen gemessen wird.
Mit einem Beschleunigungssensor kann auf einfache Weise das Schwingungsverhalten des Fahrzeugreifens untersucht werden.
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In einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass der Sensor in einem Reifenmodul integriert ist,
wobei das Reifenmodul auf der Reifeninnenseite angeordnet ist und die Messdaten über eine Funkverbindung zu einer zentralen Empfangseinheit im Fahrzeug übertragen werden. Dadurch wird die automatisierte Auswertung der Messdaten vom Sensor vereinfacht.
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In einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass im Armaturenbrett des Fahrzeuges die Profiltiefe des Fahrzeugreifens automatisiert angezeigt wird.
Dadurch wird der Fahrzeughalter bzw. der Fahrer des Fahrzeuges auf einfache Weise gewarnt, wenn eine Mindestprofiltiefe unterschritten wird.
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Anhand eines Ausführungsbeispiels wird die Erfindung im Folgenden näher beschrieben.
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Es zeigt:
- 1: einen Reifenabschnitt in einer Radialschnittansicht
- 2: eine Aufsicht auf einen Laufstreifen eines Fahrzeugreifens mit einer Vielzahl von Profilbändern
- 3: Auswertung von Schwingungsanalysen
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Die 1 zeigt einen Reifenabschnitt in einer Radialschnittansicht. Der Fahrzeugreifen 1 weist auf seiner Reifeninnenseite ein Reifenmodul 5 auf. In diesem Reifenmodul sind eine Vielzahl von Sensoren integriert.
Mit einem der Sensoren wird das Schwingungsverhalten des Fahrzeugreifens 1 bei unterschiedlichen Frequenzen untersucht.
Der entsprechende Sensor kann das Schwingungsverhalten des Fahrzeugreifens sowohl in radialer Richtung 2 als auch in axialer bzw. lateraler Richtung 3 des Fahrzeugreifens untersuchen. Bei einem weiteren Ausführungsbeispiel sind weitere Sensoren zum Erfassen von Schwingungen in den Reifenschultern des Fahrzeugreifens integriert.
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Mit dem gemessenen und ausgewerteten Schwingungsverhalten des Fahrzeugreifens lässt sich eine Aussage treffen, über die noch verbleibende Profiltiefe 4 des Fahrzeugreifens. Die Änderung des Schwingungsverhaltens des Fahrzeugreifens wird insbesondere durch zwei Faktoren hervorgerufen.
Zum einen erfolgt die Änderung aufgrund der geometrischen Änderung des Reifens, wenn insbesondere Gummimaterial im Laufstreifenbereich abgerieben wird.
Außerdem erfolgt bei einem Laufstreifenabrieb eine Gewichtsänderung des Reifens, die ebenfalls zu einem geänderten Schwingungsverhalten des Fahrzeugreifens führen.
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Die 2 zeigt eine Aufsicht auf einen Laufstreifen 6 eines Fahrzeugreifens mit einer Vielzahl von Profilbändern 7, 8, 9, 10 und 11.
Das Profilband 7 weist beispielsweise in Umfangrichtung des Fahrzeugreifens insgesamt 82 Profilblöcke bzw. Profilklötze auf. Das Profilband 8 weist hingegen nur 56 einzelne Profilblöcke in Umfangsrichtung auf. Das mittlere Profilband 9 weist insgesamt 70 einzelne Profilblöcke in Umfangsrichtung auf.
Durch die unterschiedliche Anzahl von einzelnen Profilblöcken in den einzelnen Profilbändern ergibt sich ein bestimmtes Schwingungsverhalten des Fahrzeugreifens, welches mit Sensoren im Reifen erfasst und ausgewertet werden kann. Insbesondere beim Ein- und Auslaufen der einzelnen Profilklötze bzw. -blöcke in die Bodenaufstandsfläche lässt sich ein bestimmtes Schwingungsverhalten für die einzelnen Profilbänder erfassen und analysieren.
Für jedes der dargestellten Profilbänder lässt sich bei der Schwingungsanalyse eine bestimmte spezifische Frequenz ermitteln und zuordnen, die abhängig von der Pitchfolge und der Umdrehungsgeschwindigkeit ist.
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Die 3 zeigt das Schwingungsverhalten eines Fahrzeugreifens mit unterschiedlichen Profilbändern.
Auf der X-Achse 12 ist die Frequenz in Hz aufgetragen. Auf der Y-Achse 13 ist die Amplitude in µm aufgetragen.
Das Diagramm zeigt die Zuordnung von zwei spezifischen Frequenzen 14 und 15 zu bestimmten Profilbändern, wie sie in der 2 dargestellt sind.
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Die spezifische Frequenz 14 lässt sich beispielsweise dem Profilband 7 zuordnen.
Mit zunehmendem Profilabrieb im Profilband 7 reduziert sich die Amplitude um den Wert 16. Die Abnahme des Amplitudenwertes 16 ist ein Maß für die Profiltiefenabnahme im Profilband 7.
Die mit dem Sensor detektierte spezifische Frequenz 15 lässt sich beispielsweise dem Profilband 8 in der 2 zuordnen.
Bei dieser spezifischen Frequenz ist auch zu erkennen, dass sich die Amplitude aufgrund eines Profilabriebes reduziert. Die Amplitudenabnahme 17 der spezifischen Frequenz 15 ist ein Maß für die Reduzierung der Profiltiefe für das Profilband 8.
Die charakteristischen Frequenzen ergeben sich für Frequenzen von über 400 Hz.
Die in den einzelnen Profilbändern ermittelten Profiltiefen werden miteinander verglichen und unter Umständen eine Fehlwarnung ausgegeben, wenn ein unregelmäßiger Profiltiefenabrieb erfasst wurde.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Fahrzeugreifen
- 2
- Radiale Richtung des Fahrzeugreifens
- 3
- Axiale Richtung des Fahrzeugreifens
- 4
- Profiltiefe
- 5
- Reifenmodul mit Sensor
- 6
- Laufstreifen in der Aufsicht
- 7
- Profilband mit 82 Profilklötzen
- 8
- Profilband mit 56 Profilklötzen
- 9
- Profilband mit 70 Profilklötzen
- 10
- Profilband
- 11
- Profilband
- 12
- Frequenz in Hz
- 13
- Amplitude in Mikrometern
- 14
- Spezifische Frequenz von Profilband 7
- 15
- Spezifische Frequenz von Profilband 8
- 16
- Reduzierung der Amplitude der spezifischen Frequenz von Profilband 7 aufgrund von Profilabri eb
- 17
- Reduzierung der Amplitude der spezifischen Frequenz von Profilband 8 aufgrund von Profilabrieb
