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Gebiet der Erfindung
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Die Erfindung betrifft ein Verfahren und ein Steuergerät zum Betreiben einer Reifendruckregelanlage eines Fahrzeugs.
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Stand der Technik
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Ein Fahrzeug kann eine Reifendruckregelanlage aufweisen, um einen Reifendruck auf einen gewünschten Wert einzustellen. Dabei kann beispielsweise über einen Kompressor im Fahrzeug Druckluft erzeugt werden, die über Druckleitungen zu Reifen des Fahrzeugs geleitet wird. Die Druckleitungen weisen pro Rad eine Drehdurchführung auf, um die Druckluft von einem nicht drehbaren Teil der Druckluftleitung auf einen drehbaren, mit dem Rad gekoppelten Teil der Druckluftleitung zu übertragen.
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Die Druckluftleitungen stellen eine dauerhafte Verbindung zwischen den Reifen und dem Fahrzeug her. Zwischen einem Regelventil am Fahrzeug und dem Reifen herrscht in der Druckluftleitung der gleiche Druck, wie im Reifen. So kann der Reifendruck vom Fahrzeug aus erfasst werden und über das Regelventil durch Zuführen von Druckluft oder Ablassen von Luft aus dem Reifen eingestellt werden.
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Offenbarung der Erfindung
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Vor diesem Hintergrund werden mit dem hier vorgestellten Ansatz ein Verfahren zum Betreiben einer Reifendruckregelanlage eines Fahrzeugs, ein entsprechendes Steuergerät, sowie schließlich ein entsprechendes Computerprogrammprodukt und ein maschinenlesbares Speichermedium gemäß den unabhängigen Ansprüchen vorgestellt. Vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen des hier vorgestellten Ansatzes ergeben sich aus der Beschreibung und sind in den abhängigen Ansprüchen beschrieben.
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Vorteile der Erfindung
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Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung können in vorteilhafter Weise ermöglichen, einen Bremsvorgang eines Kraftfahrzeugs situationsgerecht zu optimieren. Dabei können Eigenschaften einer Reifendruckeinstellvorrichtung vorteilhaft genutzt werden, bei der auf die Druckluftleitung im Fahrzeug und die Drehdurchführung für die Druckluft verzichtet werden kann und dadurch pro Rad eine möglicherweise undichte Stelle entfallen kann, und bei der Bauraum im Fahrzeug eingespart werden kann, der herkömmlicherweise durch den Kompressor belegt wird, und weiterhin der Reifendruck aufgrund sehr kurzer Leitungen sehr schnell geändert werden kann. Durch die genannten Eigenschaften ermöglicht die Reifendruckeinstellvorrichtung ein sehr schnelles Ändern eines aktuellen Reifendrucks.
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Es wird ein Verfahren zum Betreiben einer Reifendruckregelanlage eines Fahrzeugs vorgeschlagen, dadurch gekennzeichnet, dass ein Sollwert für einen Reifendruck zumindest eines Reifens des Fahrzeugs automatisiert auf einen Bremsdruckwert gesetzt wird, wenn eine Wahrscheinlichkeit für einen bevorstehenden Bremsvorgang größer als ein Schwellenwert erkannt wird.
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Ideen zu Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung können unter anderem als auf den nachfolgend beschriebenen Gedanken und Erkenntnissen beruhend angesehen werden.
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Eine Reifendruckregelanlage kann einen Reifendruck an mehreren Rädern eines Fahrzeugs unter Verwendung je einer Reifendruckeinstellvorrichtung pro Rad regeln beziehungsweise einstellen. Die Reifendruckregelanlage kann Sollwerte für den Reifendruck vorgeben, die unter Verwendung der Reifendruckeinstellvorrichtungen eingestellt werden. Die einzelnen Räder sind dabei pneumatisch voneinander getrennt.
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Der Reifendruck kann unter Verwendung einer mit dem Reifen mitdrehenden Reifendruckeinstellvorrichtung der Reifendruckregelanlage eingestellt werden. Der Reifendruck kann unter Verwendung einer Pumpe der Reifendruckeinstellvorrichtung eingestellt werden. Der Reifendruck kann unter Verwendung eines in einem Druckspeicher gespeicherten Druckpotenzials gegenüber dem Reifendruck eingestellt werden. Zum Verringern des Reifendrucks kann Luft aus dem Reifen in einen Unterdruckbehälter der Reifendruckeinstellvorrichtung gesaugt werden. Zum Vergrößern des Reifendrucks kann Luft aus einem Überdruckbehälter der Reifendruckeinstellvorrichtung in den Reifen abgelassen werden. Eine Reifendruckeinstellvorrichtung kann an ein Rad eines Fahrzeugs angebaut sein. Die Reifendruckeinstellvorrichtung ist dazu ausgebildet, Druckluft zu erzeugen und/oder zu bevorraten und bei Bedarf unter Verwendung der Druckluft einen Reifen des Rads aufzupumpen beziehungsweise auf einem gewünschten Druck zu halten. Die Druckluft kann unter Verwendung einer Pumpe erzeugt werden. Die Pumpe kann als Luftpumpe oder Kompressor bezeichnet werden. An einem Lufteinlass der Pumpe kann ein Luftfilter angeordnet sein, um die Pumpe vor Verunreinigungen zu schützen. Die Druckluft kann in einem Druckspeicher bevorratet werden und durch ein Ventil in den Reifen abgelassen werden. Ebenso kann in dem Druckspeicher ein Unterdruck erzeugt werden, der durch das Ventil ausgeglichen werden kann.
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Die Reifendruckeinstellvorrichtung kann ein Ablassventil zum Reduzieren des Reifendrucks aufweisen. Das Ablassventil kann unter Verwendung von Steuersignalen ansteuerbar sein. Das Ablassventil kann ein druckgesteuertes Überdruckventil sein. Das Ablassventil kann sehr nahe am Reifen angeordnet sein. Dadurch kann der Reifendruck sehr schnell reduziert werden. Beispielsweise kann der Reifendruck von einem höheren Rolldruckwert schnell auf einen niedrigeren Bremsdruckwert abgesenkt werden, bevor das Fahrzeug mit einer hohen Wahrscheinlichkeit stark bremsen wird.
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Ein Bremsdruckwert kann durch Bremsversuche ermittelt werden. Bei dem Bremsdruckwert können die Räder des Fahrzeugs eine hohe Bremskraft auf den Untergrund übertragen. Der Bremsdruckwert kann einem reduzierten Reifendruck entsprechen.
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Eine Wahrscheinlichkeit für einen bevorstehenden Bremsvorgang kann aus einer aktuellen Verkehrssituation abgeleitet werden. Die aktuelle Verkehrssituation kann unter Verwendung von Sensorinformationen über das Fahrzeug und das Umfeld des Fahrzeugs erkannt werden. Ebenso können Situationsinformationen von entfernten Informationsquellen verwendet werden, um die Verkehrssituation zu erkennen.
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Ein Istwert des Reifendrucks kann mit dem Sollwert verglichen werden. Der Reifendruck kann verringert werden, wenn der Istwert größer als eine Toleranz um den Sollwert ist. Der Reifendruck kann vergrößert werden, wenn der Istwert kleiner als die Toleranz um den Sollwert ist. Der Reifendruck kann unter Verwendung der Pumpe und/oder des Druckspeichers erhöht werden. Der Reifendruck kann unter Verwendung des Ablassventils und/oder des Druckspeichers verringert werden.
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Der Sollwert kann auf einen Rolldruckwert eingestellt werden, wenn die Wahrscheinlichkeit für den bevorstehenden Bremsvorgang kleiner als der Schwellenwert erkannt wird. Der Reifendruck kann wieder auf einen verbrauchsoptimierten Rolldruckwert eingestellt werden, wenn wahrscheinlich nicht gebremst wird. Der Rolldruckwert kann größer als der Bremsdruckwert sein.
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Steuersignale für die Reifendruckeinstellvorrichtung können über eine Übertragungseinrichtung übertragen werden. Die Übertragungseinrichtung kann dazu ausgebildet sein, elektrische Signale zwischen einem drehbaren Teil einer Radnabe des Rads und einem nicht-drehbaren Teil der Radnabe zu übertragen. Ein elektrisches Signal kann elektrische Energie zum Antreiben der Pumpe sein. Ebenso kann das elektrische Signal ein Steuersignal für die Pumpe und/oder das Ventil sein. Die Übertragungseinrichtung kann das elektrische Signal unabhängig von einer Drehzahl des Rads übertragen.
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Der Bremsdruckwert kann unter Verwendung einer während eines zurückliegenden beziehungsweise vorhergehenden Bremsvorgangs aufgezeichneten Verzögerung des Fahrzeugs, einer während des zurückliegenden Bremsvorgangs aufgezeichneten Raddrehzahl eines Rads des Fahrzeugs und/oder einer während des zurückliegenden Bremsvorgangs aufgezeichneten Temperatur des Reifens optimiert werden. Das Fahrzeug kann während jedes Bremsvorgangs seinen Verzögerungswert, seine Raddrehzahl, die Temperatur und andere relevante Variablen-Werte erfassen. Dabei können zeitliche Verläufe der Werte erfasst werden. Ebenso können die Werte in vorbestimmten Zeitschritten erfasst werden. Die Werte können auch während einer Kalibrierungsfahrt erfasst werden. Das Erfassen kann iterativ erfolgen. Mit diesen Werten kann der bestmögliche Reifendruck-Sollwert für einen zukünftigen Bremsvorgang berechnet bzw. optimiert werden. Der optimierte Bremsdruckwert kann auch während des aktuellen Bremsvorgangs berechnet und sofort anwendet werden.
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Der Rolldruckwert kann unter Verwendung eines während einer zurückliegenden beziehungsweise vorhergehenden ungebremsten Fahrt aufgezeichneten Rollwiderstands des Reifens optimiert werden. Der Rollwiderstand kann unter Verwendung einer während der ungebremsten Fahrt erfassten Leistung des Fahrzeugs und/oder eines während der ungebremsten Fahrt erfassten Verbrauchs des Fahrzeugs bestimmt werden. Das Fahrzeug kann während der Fahrt den Rollwiderstand mittels Leistungsaufnahme bzw. Verbrauch, Temperatur und anderer relevanter Variablen-Werte erfassen. Das Erfassen kann auch während einer Kalibrierungsfahrt erfolgen. Das Erfassen kann iterativ erfolgen. Mit diesem Wert kann der bestmögliche Reifendruck-Sollwert mit kleinstem Rollwiderstand berechnet werden. Der Rolldruckwert kann sofort angewendet werden bzw. für zukünftige Fahrten angewendet werden.
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Der Bremsdruckwert und/oder der Rolldruckwert können ferner unter Verwendung eines Fahrbahnzustands im Bereich des Reifens optimiert werden. Eine Untergrundbeschaffenheit eines Untergrunds, über den der Reifen abrollt, beeinflusst den jeweils optimalen Reifendruck. Ein Fahrbahnzustand kann beispielsweise einen Reibwert des Untergrunds repräsentieren. Für unterschiedliche Straßenzustände können unterschiedliche Sollwerte optimiert werden. Der zu verwendende Sollwert kann unter Berücksichtigung des Fahrbahnzustands ausgewählt werden.
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Für die Berechnung des bestmöglichsten Reifendruck-Sollwerts können Algorithmen der künstlichen Intelligenz (KI) eingesetzt werden. Bei starken dynamischen Variablen-Änderungen, die eine sehr hohe Rechenleistung benötigen können, können kognitive Lernprozesse eingesetzt werden, welche den Rechenleistungsbedarf wesentlich reduzieren können und die Reifendruck-Sollwerte schneller und mit einer höheren Güte zur Verfügung stellen können.
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Der optimierte Bremsdruckwert und/oder der optimierte Rolldruckwert können an ein übergeordnetes Datenverarbeitungssystem gesendet werden. Die Informationsübertragung kann dabei ortsbezogen erfolgen, d.h. für jeden optimierten Brems- bzw. Rolldruckwert kann der Ort angegeben werden, bezüglich dessen dieser erfasst wurde. Die erzeugten Reifendruck-Sollwert-Daten und andere während des Bremsens erfasste Variablen beziehungsweise die rollwiderstandbezogenen Reifendruck-Sollwert-Daten und andere Variablen können in eine Daten-Cloud geschickt werden und dort abgespeichert werden. Für unterschiedliche Streckenabschnitte können individuelle Bremsdruckwerte und/oder Rolldruckwerte gespeichert werden. Die Bremsdruckwerte und/oder Rolldruckwerte können zur Verwendung bei der nächsten Fahrt über diese Streckenabschnitte wieder verwendet werden. Die Bremsdruckwerte und/oder Rolldruckwerte können auch von anderen Fahrzeugen verwendet werden.
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Der Bremsdruckwert und/oder der Rolldruckwert können insbesondere für eine erwartete zukünftige Fahrzeugposition von einem übergeordneten Datenverarbeitungssystem abgerufen werden. Die erzeugten Reifendruck-Sollwert-Daten und andere Variablen beziehungsweise die rollwiderstandbezogenen Reifendruck-Sollwert-Daten und andere Variablen können aus der Daten-Cloud durch andere Fahrzeuge abgerufen werden und für die Berechnung der eigenen Reifendruck-Sollwerte verwendet werden. Unter Verwendung eines Navigationssystems können Bremsdruckwerte und/oder Rolldruckwerte für Positionen entlang einer geplanten Route von dem Datenverarbeitungssystem heruntergeladen werden. Dadurch kann der Luftdruck in den Reifen vorausschauend vorgesteuert werden.
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Das Verfahren kann beispielsweise in Software oder Hardware oder in einer Mischform aus Software und Hardware beispielsweise in einem Steuergerät implementiert sein.
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Der hier vorgestellte Ansatz schafft ferner ein Steuergerät, das dazu ausgebildet ist, um die Schritte einer Variante des hier vorgestellten Verfahrens in entsprechenden Einrichtungen durchzuführen, anzusteuern bzw. umzusetzen.
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Das Steuergerät kann ein elektrisches Gerät mit zumindest einer Recheneinheit zum Verarbeiten von Signalen oder Daten, zumindest einer Speichereinheit zum Speichern von Signalen oder Daten, und zumindest einer Schnittstelle und/oder einer Kommunikationsschnittstelle zum Einlesen oder Ausgeben von Daten, die in ein Kommunikationsprotokoll eingebettet sind, sein. Die Recheneinheit kann beispielsweise ein Signalprozessor, ein sogenannter System-ASIC oder ein Mikrocontroller zum Verarbeiten von Sensorsignalen und Ausgeben von Datensignalen in Abhängigkeit von den Sensorsignalen sein. Die Speichereinheit kann beispielsweise ein Flash-Speicher, ein EPROM oder eine magnetische Speichereinheit sein. Die Schnittstelle kann als Sensorschnittstelle zum Einlesen der Sensorsignale von einem Sensor und/oder als Aktorschnittstelle zum Ausgeben der Datensignale und/oder Steuersignale an einen Aktor ausgebildet sein. Die Kommunikationsschnittstelle kann dazu ausgebildet sein, die Daten drahtlos und/oder leitungsgebunden einzulesen oder auszugeben. Die Schnittstellen können auch Softwaremodule sein, die beispielsweise auf einem Mikrocontroller neben anderen Softwaremodulen vorhanden sind.
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Von Vorteil ist auch ein Computerprogrammprodukt oder Computerprogramm mit Programmcode, der auf einem maschinenlesbaren Träger oder Speichermedium wie einem Halbleiterspeicher, einem Festplattenspeicher oder einem optischen Speicher gespeichert sein kann und zur Durchführung, Umsetzung und/oder Ansteuerung der Schritte des Verfahrens nach einer der vorstehend beschriebenen Ausführungsformen verwendet wird, insbesondere wenn das Programmprodukt oder Programm auf einem Computer oder einer Vorrichtung ausgeführt wird.
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Es wird darauf hingewiesen, dass einige der möglichen Merkmale und Vorteile der Erfindung hierin mit Bezug auf unterschiedliche Ausführungsformen beschrieben sind. Ein Fachmann erkennt, dass die Merkmale des Steuergeräts und des Verfahrens in geeigneter Weise kombiniert, angepasst oder ausgetauscht werden können, um zu weiteren Ausführungsformen der Erfindung zu gelangen.
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Figurenliste
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Nachfolgend werden Ausführungsformen der Erfindung unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben, wobei weder die Zeichnungen noch die Beschreibung als die Erfindung einschränkend auszulegen sind.
- 1 zeigt eine Schnittdarstellung eines Rads eines Fahrzeugs mit einer Reifendruckeinstellvorrichtung;
- 2 zeigt eine Schnittdarstellung eines Rads eines Fahrzeugs mit einer Reifendruckeinstellvorrichtung mit einer Speichereinrichtung;
- 3 zeigt eine Darstellung einer Übertragungseinrichtung für eine Reifend ru ckei nstellvorrichtu ng;
- 4 zeigt eine Schnittdarstellung eines Rads eines Fahrzeugs mit einer Reifendruckeinstellvorrichtung; und
- 5 zeigt ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens zum Betreiben einer Reifendruckregelanlage gemäß einem Ausführungsbeispiel.
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Die Figuren sind lediglich schematisch und nicht maßstabsgetreu. Gleiche Bezugszeichen bezeichnen in den Figuren gleiche oder gleichwirkende Merkmale.
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Eine Reifendruckregelanlage dient zur Kontrolle und Steuerung des Reifeninnendrucks bei luftbereiften Kraftfahrzeugen. Besonders häufig sind derartige Systeme in Geländefahrzeugen verbaut. Durch die Druckregelung kann die Traktion des Fahrzeuges im schwergängigen Gelände verbessert werden. So können unter anderem einige moderne LKW den Reifendruck aus dem Fahrzeuginneren steuern, um den Reifendruck des Fahrzeuges auch während der Fahrt dem Untergrund anzupassen und ihm somit eine bessere Geländegängigkeit und Bodenhaftung zu geben. Bekannte Beispiele sind die Tatra-LKW T 813, T 815 und Nachfolger. Beim Mercedes-Benz Unimog z.B. nennt sich das System „tirecontrol“, beim US-amerikanischen Geländewagen Hummer H1 „Central Tire Inflation System“ (CTIS). Auch für herkömmliche Traktoren sind solche Systeme als Nachrüstsatz erhältlich.
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Vom richtigen Druck hängt sowohl die Fahrtsicherheit & Effizienz, als auch die Lebensdauer von Reifen ab.
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Bei ca. 40 % aller Verkehrsunfälle wird ein zu geringer Reifendruck festgestellt. Ist der Reifendruck zu niedrig erhitzt sich der Reifen und kann vorzeitig verschleißen, weil das Gummi brüchig und spröde wird. Schon 0,4 Bar weniger Reifendruck verringern die Lebensdauer um rund 30%, bei 0,6 Bar sind es sogar schon 45%. Der Reifen kann bei zu niedrigem Druck von außen nicht sichtbar innen geschädigt werden, was zu Unfällen (zum Beispiel verursacht durch Reifenplatzen) führen kann.
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Weiterhin steigt der Rollwiderstand bei zu geringem Reifendruck an und damit der Kraftstoffverbrauch. Bei nur 0,2 Bar Minderdruck macht das einen Mehrverbrauch von 1% aus, bei 0,6 Bar bereits 4%.
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Ferner beeinflusst der Reifendruck den Bremsweg. Beispielsweise beträgt der Bremsweg bei einer Geschwindigkeit von 100 km/h und richtigem Reifendruck 52 Meter. Bei zu geringem Druck können es bis zu 57 Meter werden. Das erhöht die Gefahr von Unfällen.
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Zusätzlich erhöht ein richtig eingestellter Reifendruck den Fahrkomfort.
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Der Reifendruck kann bei Fahrten durchs Gelände für eine bessere Geländegängigkeit angepasst werden. Wenn das Auto beladen ist, sollte der Reifendruck angepasst werden. Auch Temperaturschwankungen ändern den Reifendruck dramatisch, hierbei treten Druckänderungen von ca. 0.1bar pro 10°c auf.
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Bisherige Reifendruckregelanlagen sind sehr teuer, komplex und schwer. Außerdem ist es bei höheren Geschwindigkeiten fast unmöglich die Dichtigkeit an der Radnabe zu halten, weil die Übertragung des Drucks zwischen Kompressor und Rad durch eine drehende Dichtung geführt wird und Druckverluste an dieser Stelle unvermeidbar sind.
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Ausführungsformen der Erfindung
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1 zeigt eine Schnittdarstellung eines Rads 100 eines Fahrzeugs mit einer Reifendruckeinstellvorrichtung 102. Die Reifendruckeinstellvorrichtung 102 ist eine Komponente einer Reifendruckregelanlage 104 des Fahrzeugs, die dazu ausgebildet ist zumindest an zwei Rädern 100 des Fahrzeugs den Reifendruck einzustellen. Insbesondere weist die Reifendruckregelanlage 104 für jedes Rad 100 des Fahrzeugs eine eigene Reifendruckeinstellvorrichtung 102 auf.
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Die Reifendruckeinstellvorrichtung 102 am einzelnen Rad 100 weist eine drehfest mit dem Rad 100 verbundene Pumpe 106 auf. Die Pumpe 106 ist dazu ausgebildet, Umgebungsluft durch eine Ansaugleitung und einen Filter 108 anzusaugen und zu komprimieren, um einen Reifendruck eines Reifens 110 des Rads 100 zu erhöhen. Die Ansaugleitung ist hier zu einem Ventilloch einer Felge 112 des Rads 100 geführt. Der Filter 108 ist an einem offenen Ende der Ansaugleitung angeordnet.
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Die Pumpe 106 ist in dem hier dargestellten Beispiel im Bereich eines Felgenbetts der Felge 112 angeordnet. Die durch die beabstandet zu einer Rotationsachse 114 des Rads 100 angeordnete Masse der Pumpe 106 verursachte Unwucht ist durch ein diametral gegenüberliegend angeordnetes Gegengewicht 116 ausgewuchtet. Das Gegengewicht ist hier ebenfalls im Bereich des Felgenbetts angeordnet.
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In einem Beispiel weist die Reifendruckeinstellvorrichtung 102 im Gehäuse der Pumpe 106 einen Drucksensor 118 auf. Der Drucksensor 118 stellt einen aktuellen Istwert 120 des Reifendrucks für ein Steuergerät 122 der Reifendruckregelanlage 104 bereit. Das Steuergerät 122 ist hier zentral im Fahrzeug angeordnet. Teilkomponenten des Steuergeräts 122 können auch an die Reifendruckeinstellvorrichtung 102 angegliedert sein. Unter Verwendung des Istwerts 120 und eines Sollwerts für den Reifendruck werden von dem Steuergerät 122 Steuersignale 124 für die Reifendruckeinstellvorrichtung 102 bereitgestellt. Die Pumpe 106 wird durch die Steuersignale 124 angesteuert.
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In einem Beispiel weist die Reifendruckeinstellvorrichtung 102 ein in das Gehäuse integriertes Ablassventil 126 auf. Unter Verwendung des Ablassventils 126 kann Luft aus dem Reifen 110 in die Umgebung abgelassen werden, um den Reifendruck zu verringern. Die Luft kann über die Ansaugleitung der Pumpe 106 abgelassen werden. Der Filter 108 kann beim Ablassen von Luft als Schalldämpfer wirken. Das Ablassventil 126 wird ebenfalls über die Steuersignale 124 des Steuergeräts 122 angesteuert.
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Die Reifendruckeinstellvorrichtung 102 ist hier elektrisch betrieben. Um elektrische Energie zum Betreiben der Pumpe 106, des Ablassventils 126 und des Drucksensors 118 von einem feststehenden Teil 128 einer Radnabe 130 des Rads 100 zu einem drehbaren Teil 132 der Radnabe 130 zu übertragen, weist die Reifendruckeinstellvorrichtung 102 eine Übertragungseinrichtung 134 auf. Die Reifendruckeinstellvorrichtung 102 ist über zumindest eine drehfest mit dem Rad 100 verbundene elektrische Leitung 136 mit der Übertragungseinrichtung 134 verbunden. Hier überbrückt die Leitung 136 eine zwischen der Radnabe 130 und der Felge 112 angeordnete Bremsscheibe des Rads 100.
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Alternativ kann die Reifendruckeinstellvorrichtung 102 eine Energieernteeinrichtung aufweisen. Die Energieernteeinrichtung kann beispielsweise während der Fahrt des Fahrzeugs mechanische Energie in elektrische Energie umwandeln, diese optional speichern und bei Bedarf bereitstellen.
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Im dargestellten Beispiel sind die Felge 112, die Bremsscheibe und die Radnabe 130 über ein erstes elektrisch leitend gestaltetes Radlager 138 der Übertragungseinrichtung 134 mit der auf Masse 140 liegenden Achse des Rads 100 beziehungsweise dem Minuspol verbunden. Der Pluspol wird über ein zweites elektrisch leitend gestaltetes Radlager 138 der Übertragungseinrichtung 134 übertragen. Das zweite elektrisch leitend gestaltete Radlager 138 ist durch Isolatoren 142 sowohl von dem feststehenden Teil 132 der Radnabe 130 als auch von dem drehbaren Teil 128 der Radnabe 130 elektrisch isoliert. Die Radlager 138 können beispielsweise mit einem elektrisch leitenden Schmierstoff geschmiert sein, um die elektrische Leitfähigkeit zu verbessern. Ebenso können die Radlager 138 berührende beziehungsweise schleifende Dichtungen aufweisen, über die der elektrisch leitende Kontakt hergestellt ist. Der drehbare Außenring des zweiten Radlagers 138 ist über die elektrisch von der Radnabe 130 und der Felge 112 isoliert verlaufende Leitung 136 mit der Reifendruckeinstellvorrichtung 102 verbunden. Der feststehende Innenring des zweiten Radlagers 138 ist über eine elektrische Leitung 136 mit dem Steuergerät 122 der Reifendruckregelanlage 104 des Fahrzeugs beziehungsweise mit einer Energiequelle verbunden.
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Im dargestellten Beispiel werden über die Übertragungseinrichtung 134 ferner die Steuersignale 124 für die Pumpe 106 und das Ablassventil 126 und der Istwert 120 des Drucksensors 118 übertragen. Die Übertragung über elektrische Leitungen ist wenig störanfällig und somit sicher verfügbar.
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Alternativ oder ergänzend können die Steuersignale 124 und der Istwert 120 auch drahtlos übertragen werden.
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Unter Verwendung der Reifendruckeinstellvorrichtung 102 kann der Reifendruck des Rads schnell eingestellt werden. Dazu wird ein Sollwert für den Reifendruck vorgegeben und an eine aktuelle Fahrsituation des Fahrzeugs angepasst. Die Reifendruckeinstellvorrichtung 102 wird unter Verwendung der Steuersignale 124 angesteuert und der Reifendruck unter Verwendung der Pumpe 106 und/oder des Ablassventils 126 dem Sollwert nachgeführt, bis der Istwert 120 innerhalb einer Drucktoleranz um den Sollwert liegt.
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Wenn aufgrund der Fahrsituation eine Wahrscheinlichkeit für einen Bremsvorgang größer als ein Schwellenwert geschätzt wird, wird der Sollwert auf einen Bremsdruckwert gesetzt und der Reifendruck wird insbesondere unter Verwendung des Ablassventils 126 schnell auf den Bremsdruckwert eingestellt. Wenn der Reifendruck auf den Bremsdruckwert eingestellt ist, weist das Rad 100 eine große Bodenhaftung auf und der Bremsvorgang kann mit einem geringen Bremsweg ausgeführt werden. Sinkt die Wahrscheinlichkeit für den Bremsvorgang wieder unter den Schwellenwert, wird der Sollwert wieder auf einen Rolldruckwert gesetzt und der Reifendruck insbesondere unter Verwendung der Pumpe 106 entsprechend eingestellt. Wenn der Reifendruck auf den Rolldruckwert eingestellt ist, weist das Fahrzeug einen geringen Verbrauch auf.
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Ebenso kann der Sollwert auf einen Komfortdruckwert gesetzt werden, um beispielsweise auf unebenem Untergrund durch einen verringerten Reifendruck eine erhöhte Dämpfungswirkung zu erzielen und einen Fahrkomfort zu erhöhen. Wenn der Untergrund als eben erkannt wird, kann der Sollwert wieder auf den Rolldruckwert gesetzt werden und der Reifendruck entsprechend nachgeführt werden.
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Durch die Pumpe 106 kann auch ein Luftverlust des Reifens 110 bis zu einer gewissen Verlustrate ausgeglichen werden. So kann eine Verfügbarkeit des Fahrzeugs erhöht werden. Das Fahrzeug kann dann ohne Einschränkung bis zu einer Werkstatt fahren.
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Bei weichem Untergrund, wie beispielsweise Sand, kann der Reifendruck abgesenkt werden, sodass eine Kontaktfläche des Reifens 110 zum Untergrund vergrößert wird. Dadurch kann eine Einsinktiefe der Räder 100 verringert werden.
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Mit anderen Worten zeigt 1 einen Teil einer vollautomatischen Reifendruckregelanlage 104 mit schneller Druckregelung.
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Bei elektrisch angetriebenen Fahrzeugen kann der variable Reifendruck den Fahrtkomfort erhöhen. Eine Reifendruckerhöhung auf der Autobahn kann die Reichweite erhöhen. Bei hochautomatisierten Fahrzeugen kann das Auto durch das selbstregelnde Reifendrucksystem wartungsunabhängiger sein und eine erhöhte Sicherheit gewährleisten.
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Durch die hier vorgestellte Reifendruckeinstellvorrichtung 102 kann der Reifendruck in den einzelnen Rädern 100 so eingestellt werden, dass maximaler Fahrkomfort mit minimalem Verbrauch erreicht wird. Bei elektrisch angetriebenen Fahrzeugen ergibt sich eine höhere Reichweite.
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Die vorgestellte Reifendruckregelanlage 104 schließt den Druckverlust aus, weil die drehende Dichtung in der Konstruktion fehlt. Die vorgeschlagene Reifendruckregelanlage 104 erlaubt eine sehr schnelle Druckregelung in den Reifen 110.
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Der für den Pumpenantrieb benötigte elektrische Strom wird in 1 durch die Kugellager durchgeleitet. Insbesondere wird der Strom durch elektrisch leitendes Kugellagerschmierfett übertragen. Dabei ist eines der Kugellager mittels zumindest eines zwischen der Achse und Innen- und/oder Außenring des Kugellagers eingesetzten elektrischen Isolators von der Achse elektrisch isoliert. Durch diesen Pfad wird die Versorgungsspannung (+) durchgeleitet. Das zweite Kugellager leitet die elektrische Masse (-) für die Versorgung der Luftpumpe über die Radnabe 130, die Bremsscheibe und anschließend die Felge 112 durch. Die Luftpumpe beinhaltet einen Drucksensor 118 und Ventile und ist in der Lage, den Druck im Reifen 110 aufzubauen und bei Bedarf abzulassen. Der Auslass nach Außen beinhaltet einen Filter, 108 der die Luftpumpe gegen Verunreinigungen schützt. Die Luftpumpe kann beispielsweise über zusätzlich in das Drehzahlsensorkabel 144 eingebaute Leitungen durch das ESP-Steuergerät versorgt werden. Das Drucksensorsignal kann ebenso über diese Leitungen an das ESP-Steuergerät geschickt werden. Auf der Gegenüberseite der Felge 112 ist als Auswuchtgewicht für die Luftpumpe ein Gegengewicht 116 platziert.
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2 zeigt eine Schnittdarstellung eines Rads 100 eines Fahrzeugs mit einer Reifendruckeinstellvorrichtung 102 mit einem Druckspeicher 200 gemäß einem Beispiel. Das Rad 100 entspricht dabei im Wesentlichen dem Rad in 1. Im Gegensatz dazu weist die Reifendruckeinstellvorrichtung 102 hier den Druckspeicher 200 zum Speichern eines Druckpotenzials auf. Der Speicher 200 weist ein Ventil 202 zum schnellen Einstellen des Reifendrucks auf.
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Hier ist der Druckspeicher 200 im Bereich des Felgenbetts angeordnet. Der Druckspeicher 200 weist zumindest einen Behälter auf. Hier ist der Behälter ringförmig um das Felgenbett umlaufend ausgeführt. So verursacht der Behälter keine Unwucht am Rad 100.
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Der Druckspeicher 200 kann auch einen Notvorrat an komprimiertem Gas beinhalten, der bei einer Reifenpanne verwendet werden kann, um den Reifen wieder aufzublasen, nachdem Reifendichtmittel eingefüllt worden ist. Das Reifendichtmittel kann alternativ auch in den Notvorrat integriert sein.
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In einem Beispiel weist die Reifendruckeinstellvorrichtung 102 einen Überdruckbehälter 204 mit einem Auslassventil 206 zum Erhöhen des Reifendrucks auf. Der Überdruckbehälter 204 ist dazu ausgebildet, ein Überdruckpotenzial bezogen auf den Reifendruck zu speichern. Über das Auslassventil 206 kann Druck aus dem Überdruckbehälter 204 schnell in den Reifen 110 abgelassen werden.
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In einem Beispiel weist die Reifendruckeinstellvorrichtung 102 einen Unterdruckbehälter 208 mit einem Einlassventil 210 zum Verringern des Reifendrucks auf. Der Unterdruckbehälter 208 ist dazu ausgebildet, ein Unterdruckpotenzial bezogen auf den Reifendruck zu speichern. Über das Einlassventil 210 kann Druck schnell aus dem Reifen 110 in den Unterdruckbehälter 208 abgelassen werden.
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In einem Beispiel weist die Reifendruckeinstellvorrichtung 102 wie in 1 eine Pumpe 106 auf. Unter Verwendung der Pumpe 106 kann das Druckpotenzial im Druckspeicher 200 langsam erzeugt werden.
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In einem Beispiel ist die Pumpe 106 zwischen dem Überdruckbehälter 204 und dem Unterdruckbehälter 208 angeordnet und mit beiden verbunden. So kann die Pumpe 106 Luft aus dem Unterdruckbehälter 208 absaugen und in den Überdruckbehälter 204 pumpen. Dabei entsteht das Druckpotenzial zwischen dem Überdruckbehälter 204 und dem Unterdruckbehälter 208. Der Reifendruck liegt zwischen dem Überdruck im Überdruckbehälter 204 und dem Unterdruck im Unterdruckbehälter 208.
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Wie in 1 können im Gehäuse der Pumpe 106 auch der Drucksensor 118 und das Ablassventil 126 angeordnet sein.
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Mit anderen Worten wird in 2 der gerade benötigte Druck im Reifen 110 über zusätzliche Druckbehälter geregelt. Die Luftpumpe baut permanent in dem Niederdruckbehälter einen maximal möglichen Unterdruck auf. In dem Hochdruckbehälter baut sie den maximalmöglichen Hochdruck auf. Wenn der benötigte Druck in beiden Behältern erreicht ist, geht die Luftpumpe in den Ruhezustand. Das Einlassventil ist mit einem Filter gegen Umweltverschmutzungen versehen. Für den schnellen Druckabbau öffnet sich das Ventil in dem Niederdruckbehälter zusammen mit dem Einlassventil und der Druck im Reifen 110 wird sehr schnell verringert. Für den schnellen Druckaufbau öffnet sich das Ventil im Hochdruckbehälter und der Druck im Reifen 110 wird erhöht.
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Je nach Verwendung kann eine unterschiedliche Anzahl von Druckbehältern verwendet werden. Die Ventile zwischen den Druckbehältern und dem Reifeninneren können direkt an Druckbehältern platziert sein. Dann werden sie durch eine an der Pumpe 106 vorhandene Steuereinheit elektrisch oder mechanisch betätigt. Wenn die Ventile in der Pumpe 106 angeordnet sind, dann werden sie ebenso über die Steuereinheit angesteuert.
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3 zeigt eine Darstellung einer Übertragungseinrichtung 134 für eine Reifendruckeinstellvorrichtung 102 gemäß einem Beispiel. Die hier dargestellte Übertragungseinrichtung 134 kann alternativ oder ergänzend zu der in 1 dargestellten Übertragungseinrichtung verwendet werden. Auch diese Übertragungseinrichtung 134 ist dazu ausgebildet, elektrische Signale beziehungsweise elektrische Energie zwischen dem feststehenden Teil 128 der Radnabe 130 und dem drehbaren Teil 132 der Radnabe 130 zu übertragen.
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Die Übertragungseinrichtung 134 weist eine Schleifringeinrichtung 300 auf. Die Schleifringeinrichtung 300 besteht aus zumindest einem Schleifring 302 und zumindest einem auf dem Schleifring schleifenden Schleifer 304. Schleifring 302 und Schleifer 304 führen bei drehendem Rad eine relative Drehbewegung zueinander um die Rotationsachse 114 des Rads aus. Dabei kann jeweils der Schleifring 302 oder der Schleifer 304 mit dem drehbaren Teil 132 oder dem feststehenden Teil 128 verbunden sein.
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In einem Beispiel weist die Schleifringeinrichtung 300 zumindest zwei Schleifringe 302 und zumindest zwei Schleifer 304 auf. Die Schleifringe sind koaxial zueinander angeordnet.
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In einem Beispiel sind Schleifring 302 und Schleifer 304 jeweils elektrisch von der Radnabe 130 isoliert. So ist die Energie- und/oder Signalübertragung elektrisch von der Radnabe 130 getrennt.
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In einem Beispiel ist in den drehbaren Teil 132 zumindest eine elektrisch isolierte Leitung 136 integriert. Die Leitung 136 durchdringt die Radnabe 130 sowie die Bremsscheibe und endet an einer Anlagefläche für die Felge in einer Kontaktfeder 306. Die Kontaktfeder 306 ist elastisch verformbar und stellt einen guten elektrischen Kontakt zu einer Kontaktfläche der Felge zur Verfügung. Von der Kontaktfläche verläuft dann eine weitere elektrische Leitung in beziehungsweise auf der Felge bis zu der Reifenluftdruckregelvorrichtung, wie sie beispielsweise in den 1 und 2 dargestellt ist.
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In einem Beispiel sind die Schleifer 304 als wechselbare Kohlebürsten ausgeführt.
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Mit anderen Worten zeigt 3 ein Energieübertragungsprinzip bei einer vollautomatischen Reifendruckregelanlage. Dabei wird die elektrische Energie über Kohlenbürsten und Kontaktringe und/oder durch Kontaktfedern 306 durch die Radnabe 130 und Bremsscheibe zur Felge übertragen. Zwei vom Steuergerät (ECU) kommende Leitungen sind hier mit zwei Kohlenbürsten verbunden. Über diese Leitungen versorgt die ECU die Reifendruckeinstellvorrichtung. Gleichzeitig bekommt die ECU die Druckmesswerte im Reifen, die mittels eingebautem Drucksensor in der Reifendruckeinstellvorrichtung gemessen werden. Die beiden Kohlenbürsten weisen einen mechanischen Kontakt mit zwei Kontaktringen auf. Die Kontaktringe sind durch eine dielektrische Schicht von der Nabe und/oder Bremsscheibe elektrisch isoliert. Von diesen Kontaktringen verlaufen zwei elektrische Leitungen 136 durch die Bremsscheibe in Richtung Felge. Diese Leitungen 136 weisen ebenfalls eine elektrische Isolation auf. Die Felge besitzt zwei Kontaktflächen, mit welchen die beiden Kontaktfedern 306 kontaktiert werden. Dadurch erhält die in der Felge eingebaute Reifendruckeinstellvorrichtung die benötigte elektrische Verbindung zur ECU.
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4 zeigt eine Schnittdarstellung eines Rads 100 eines Fahrzeugs mit einer Reifendruckeinstellvorrichtung 102 gemäß einem Beispiel. Das Rad 100 entspricht dabei im Wesentlichen dem Rad in 1. Im Gegensatz dazu ist die Pumpe 106 hier im Bereich der Rotationsachse 114 angeordnet. An dieser Position erzeugt die Pumpe 106 keine Unwucht und ein Gegengewicht ist nicht erforderlich. Der Filter 108 kann beispielsweise koaxial zur Rotationsachse angeordnet sein.
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In einem Beispiel ist die Pumpe 106 mit der Radnabe 130 verbunden. Dadurch ist keine wesentliche Änderung an der Felge erforderlich und bei einem Reifenwechsel ist zusätzlich nur ein Luftschlauch 400 anzuschließen.
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In einem Beispiel wird die Pumpe 106 mechanisch angetrieben, wenn das Rad 100 gedreht wird. Dazu ist ein Antrieb der Pumpe 106 mit dem feststehenden Teil 128 der Radnabe 130 verbunden, während die Pumpe 106 selbst mit dem drehbaren Teil 132 gekoppelt ist. Die Pumpe 106 kann so beispielsweise ein Druckpotenzial in einem Druckbehälter wie in 2 aufbauen. Über das Ventil des Druckbehälters kann dann der Reifendruck eingestellt werden. Das Rad 100 kann auch ein Überdruckventil aufweisen, über das Luft abgeblasen wird, wenn der Reifendruck zu groß ist.
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In einem Beispiel ist die Luftpumpe mit Steuereinheit im Nabenbereich in der Mitte der Felge 112 angeordnet. Die Luftpumpe zusammen mit der Steuereinheit ist im Zentrum des Nabenbereichs montiert. Damit sich keine Unwucht während Raddrehens entwickelt, ist die Luftpumpe maximal symmetrisch positioniert. Die elektrische Versorgung und der Datenverkehr finden über zumindest zwei in der Bremsscheibe eingelassene Kontaktfedern wie in 3 statt. Die Luftpumpe verfügt über ein Ein-/Auslassventil mit einem Filter 108 gegen Umweltverunreinigungen. Die Druckregelung findet über mindestens eine Druckluftleitung zwischen der Luftpumpe und einer Einlassöffnung der Felge 112 statt. Diese Druckluftleitung kann als eine in der Felge vorgesehene Hohlraumleitung ausgeführt sein.
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5 zeigt ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens 500 zum Betreiben einer Reifendruckregelanlage gemäß einem Ausführungsbeispiel. Unter Verwendung dieses Verfahrens kann eine Reifendruckregelanlage eines Fahrzeugs betrieben werden, wie sie beispielsweise in den 1 bis 4 dargestellt ist. Das Verfahren 500 weist einen Schritt 502 des Ermittelns, einen Schritt 504 des Überprüfens und einen Schritt 506 des Setzens auf. Im Schritt 502 des Ermittelns wird eine Wahrscheinlichkeit für einen bevorstehenden Bremsvorgang des Fahrzeugs ermittelt. Im Schritt 504 des Überprüfens wird überprüft, ob die Wahrscheinlichkeit größer als ein vorgegebener Schwellenwert ist. Wenn die Wahrscheinlichkeit größer als der Schwellenwert ist, wird im Schritt 506 des Setzens ein Sollwert für einen Reifendruck zumindest eines Reifens des Fahrzeugs automatisiert auf einen Bremsdruckwert gesetzt.
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Die Reifendruckregelanlage stellt den Reifendruck entsprechend dem Sollwert ein. Wenn der Reifendruck größer als der Sollwert ist, wird Luft aus dem Reifen abgelassen, bis der Reifendruck dem Sollwert innerhalb einer Toleranz entspricht. Wenn der Reifendruck kleiner als der Sollwert ist, füllt die Reifendruckregelanlage Luft in den Reifen, bis der Reifendruck dem Sollwert innerhalb der Toleranz entspricht.
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In einem Ausführungsbeispiel wird im Schritt 506 des Setzens der Sollwert auf einen Rolldruckwert gesetzt, wenn im Schritt 504 des Überprüfens erkannt wird, dass die Wahrscheinlichkeit kleiner als der Schwellenwert ist.
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In einem Ausführungsbeispiel weist das Verfahren 500 einen Schritt 508 des Aufzeichnens auf. Im Schritt 508 des Aufzeichnens werden eine Verzögerung des Fahrzeugs während eines Bremsvorgangs des Fahrzeugs, eine Drehzahl des Reifens während des Bremsvorgangs und/oder eine Temperatur des Reifens während des Bremsvorgangs aufgezeichnet. In einem Schritt 510 des Optimierens wird der Bremsdruckwert für einen zukünftigen Bremsvorgang unter Verwendung der Verzögerung, der Drehzahl und der Temperatur optimiert. Im Schritt 508 des Aufzeichnens können dabei mehrere Werte über eine Dauer des Bremsvorgangs aufgezeichnet werden, um Verläufe der Verzögerung, der Drehzahl und/oder der Temperatur zu erhalten.
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In einem Ausführungsbeispiel werden im Schritt 508 des Aufzeichnens während einer ungebremsten Fahrt die Drehzahl, eine aktuell geleistete Antriebsleistung des Fahrzeugs und/oder ein Treibstoffverbrauch des Fahrzeugs aufgezeichnet.
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Im Schritt 510 des Optimierens wird der Rolldruckwert für die ungebremste Fahrt unter Verwendung der Drehzahl, der Leistung und/oder des Verbrauchs optimiert. Die Schritte 508, 510 des Aufzeichnens und des Optimierens können auch mehrfach durchlaufen werden.
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In einem Ausführungsbeispiel wird im Schritt 508 des Aufzeichnens während des Bremsvorgangs und/oder der ungebremsten Fahrt ein im Bereich des Reifens erfasster Fahrbahnzustand aufgezeichnet und im Schritt 510 des Optimierens der Bremsdruckwert und/oder der Rolldruckwert unter Verwendung des Fahrbahnzustands optimiert.
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In einem Ausführungsbeispiel weist das Verfahren 500 einen Schritt 512 des Sendens auf. Im Schritt 512 des Sendens werden der Bremsdruckwert und/oder der Rolldruckwert an ein übergeordnetes Datenverarbeitungssystem gesendet und dort mit Bezug zu einer Position des Fahrzeugs hinterlegt. Das Datenverarbeitungssystem kann dabei als Datenwolke oder Cloud bezeichnet werden.
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In einem Ausführungsbeispiel werden der Bremsdruckwert und/oder der Rolldruckwert in einem Schritt 514 des Empfangens von dem übergeordneten Datenverarbeitungssystem für eine zukünftige Position des Fahrzeugs empfangen. Damit können der Bremsdruckwert und/oder der Rolldruckwert vorausschauend für den nächsten Bremsvorgang beziehungsweise die nächste ungebremste Fahrt voreingestellt werden.
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Mit anderen Worten zeigt die 5 das Verfahren 500, das durch die Software und den Hardwareblock im Fahrzeug ausgeführt wird. Während der Fahrt erfolgt eine Rollwiderstandsmessung beziehungsweise Rollwiderstandsberechnung auf iterative oder mathematische Weise. Dabei erfolgen bei iterativer Berechnung Fahrten mit verschiedenen Reifendrücken. Der optimale Rolldruckwert kann dann beispielsweise mit einer KI-Vorhersage berechnet werden. Für die Berechnung werden beispielsweise die Leistung, der Verbrauch, die Temperatur und der Fahrbelagszustand verwendet. Der Fahrbelagszustand kann beispielsweise durch eine Vibrationsmessung mittels Beschleunigungssensoren bestimmt werden.
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Während dem Bremsen wird der optimale Reifendruck iterativ und/oder über eine Kl-Vorhersage ermittelt. Bei der iterativen Ermittlung erfolgen mehrere Bremsungen mit verschiedenen Reifendrücken. Für die Ermittlung werden die Verzögerung während des Bremsens, die Raddrehzahl, die Temperatur und der Fahrbelagszustand verwendet. Der Fahrbelagszustand kann beispielsweise durch seine Rauigkeit oder Feuchtigkeit charakterisiert sein.
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Die Daten für das optimale Bremsen und den optimierten Rollwiderstand auf dieser Fahrstrecke werden anschließend in der Cloud gespeichert. Die Daten für das optimale Bremsen und den optimierten Rollwiderstand auf dieser Fahrstrecke können von anderen Fahrzeugen aus der Cloud abgerufen werden.
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Für die Berechnung des bestmöglichen Reifendruck-Sollwerts können die Algorithmen der künstlichen Intelligenz eingesetzt werden. Insbesondere können bei starken dynamischen Variablenänderungen, die eine sehr hohe Rechenleistung benötigen, kognitive Lernprozesse eingesetzt werden, welche die benötigte Rechenleistung reduzieren können und die Reifendruck-Sollwerte schneller und mit einer höheren Güte zu Verfügung stellen können.
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Abschließend ist darauf hinzuweisen, dass Begriffe wie „aufweisend“, „umfassend“, etc. keine anderen Elemente oder Schritte ausschließen und Begriffe wie „eine“ oder „ein“ keine Vielzahl ausschließen. Bezugszeichen in den Ansprüchen sind nicht als Einschränkung anzusehen.
