DE102019216531A1 - Vorrichtung und verfahren zum schätzen einer resonanzfrequenz von reifen - Google Patents

Abstract

Eine Vorrichtung zum Schätzen einer Reiferesonanzfrequenz kann umfassen einen Sensor zum Erfassen eine Drehung eines Tonrads; und einen Signalprozessor zum Berechnen der erfassten Drehung, um eine korrigierte Raddrehzahl zu erzeugen, Filtern der korrigierten Raddrehzahl in einer vorgegebenen Weise, um eine gefilterte Raddrehzahl zu erzeugen, von der Motorgeräusche entfernt werden, und Schätzen einer Resonanzfrequenz eines Reifens unter Verwendung der gefilterten Raddrehzahl.

Description

• GEBIET
• Die vorliegende Offenbarung betrifft eine Technik zum Schätzen einer Resonanzfrequenz von Reifen; und insbesondere eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Schätzen einer Resonanzfrequenz von Reifen, die in der Lage sind, einen Niederdruckzustand eines Reifens unabhängig von Motorgeräuschen zu erfassen.
• HINTERGRUND
• Die Aussagen in diesem Abschnitt liefern lediglich Hintergrundinformationen in Bezug auf die vorliegende Offenbarung und stellen möglicherweise keinen Stand der Technik dar.
• Im Allgemeinen wird durch Erfassen einer Änderung eines Drehradius und der Steifigkeit des Reifens bestimmt, ob sich ein Reifen in einem unzureichenden pneumatischen Zustand befindet. Insbesondere wird unter Verwendung eines Raddrehzahlsensors durch Berechnen einer Änderung des Drehradius und der Steifigkeit des Reifens relativ zu seinem Normaldruck bestimmt, ob der Reifen unter einem niedrigen Druck steht.
• Bei einem solchen Verfahren fehlt jedoch eine Technik zum Entfernen von Geräuschen während einer Explosion im Motor. Das heißt, Geräusche greifen in eine Frequenz des Motors ein. Daher kann die Resonanzfrequenz des Reifens innerhalb einer bestimmten Anzahl von Umdrehungen (U/min) proportional zu einer Motordrehzahl unabhängig von dem Luftdruck des Reifens geschätzt werden.
• Bei gleichem Luftdruck und einer bestimmten Drehzahl (ungefähr 1700 Umdrehungen/min) nimmt auch der geschätzte Frequenzwert proportional zu der Drehzahl zu. Daher ist es unmöglich, durch eine Schätzung der Resonanzfrequenz innerhalb einer bestimmten Drehzahl zu bestimmen, ob der Reifen unter niedrigem Druck steht.
• ZUSAMMENFASSUNG
• Eine Form der vorliegenden Offenbarung ist auf eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Schätzen einer Resonanzfrequenz von Reifen gerichtet, die in der Lage sind, einen Niederdruckzustand eines Reifens unabhängig von Motorgeräuschen zu erfassen.
• Eine andere Form der vorliegenden Offenbarung ist auf eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Schätzen einer Resonanzfrequenz von Reifen gerichtet, die in der Lage sind, eine Resonanzfrequenz selbst in einem Niedriggeschwindigkeitsbereich zu schätzen.
• Andere Aufgaben und Vorteile der vorliegenden Offenbarung können durch die folgende Beschreibung verstanden werden und werden unter Bezugnahme auf die Formen der vorliegenden Offenbarung offensichtlich. Für den Fachmann auf dem Gebiet, zu dem die vorliegende Offenbarung gehört, ist es auch offensichtlich, dass die Aufgaben und Vorteile der vorliegenden Offenbarung durch die beanspruchten Mittel und Kombinationen davon realisiert werden können.
• In einigen Formen der vorliegenden Offenbarung wird eine Vorrichtung zum Schätzen einer Resonanzfrequenz von Reifen bereitgestellt, die in der Lage ist, einen Niederdruckzustand eines Reifens unabhängig von Motorgeräuschen zu erfassen.
• Die Vorrichtung umfasst einen Sensor zum Erfassen eines Tonrads und einen Signalprozessor zum Berechnen der erfassten Drehung, um eine korrigierte Raddrehzahl zu erzeugen, Filtern der korrigierten Raddrehzahl in einer vorgegebenen Weise, um eine gefilterte Raddrehzahl zu erzeugen, von der Motorgeräusche entfernt werden, und Schätzen einer Resonanzfrequenz eines Reifens unter Verwendung der gefilterten Raddrehzahl.
• Das Filtern der korrigierten Raddrehzahl kann unter Verwendung eines Kerbfilters (Notch-Filter) durchgeführt werden, der unter Verwendung einer aus einer Motordrehzahl (Umdrehungen/min) berechneten Motorfrequenz konzipiert ist.
• Das Filtern der korrigierten Raddrehzahl kann durchgeführt werden, indem jeweils unterschiedliche vorgegebene gewichtete Werte an einen Bandpassfilter, der im Voraus eingestellt wird, und dem Kerbfilter angewendet werden.
• Der Bandpassfilter kann einen vorgegebenen radialen Schwingungsbereich des Reifens aufweisen.
• Die Vorrichtung kann ferner einen Kreiselsensor (Gyro-Sensor) zum Messen einer Längsbeschleunigung, eine Querbeschleunigung und einer Gierrate eines Fahrzeugs zusätzlich zu dem Sensor umfassen.
• Wenn die Längsbeschleunigung oder die Querbeschleunigung, die durch den Kreiselsensor gemessen wird, größer als ein vorgegebener erster Sollwert bzw. Einstellwert ist, oder die von dem Kreiselsensor gemessene Gierrate größer als ein vorgegebener zweiter Sollwert ist, kann ein Betrieb zum Schätzen der Resonanzfrequenz des Reifens nicht ausgeführt werden.
• Wenn der Signalprozessor Positionssteuerungsinformationen in Bezug auf ein Betreiben einer Karosseriepositionssteuerung eines Fahrzeugs empfängt, kann ein Betrieb zum Schätzen der Resonanzfrequenz des Reifens nicht ausgeführt werden.
• Wenn eine Geschwindigkeit eines Fahrzeugs kleiner als ein vorgegebener dritter Sollwert oder größer als ein vorgegebener vierter Sollwert ist, kann der Signalprozessor einen Betrieb zum Schätzen der Resonanzfrequenz des Reifens nicht durchführen.
• Die korrigierte Raddrehzahl kann erzeugt werden durch Korrigieren eines Tonradwinkels und eines Tonradfehlerwinkels und Anwenden eines gemittelten Tonradfehlers, der durch Verwenden eines Mittelwertfilters für jeden Impulszähler jedes Tonrads verursacht wird.
• Die Resonanzfrequenz des Reifens kann berechnet werden, indem eine Diskretisierung und Vereinfachung unter Verwendung eines autoregressiven Modells durchgeführt werden.
• In einer anderen Form der vorliegenden Offenbarung wird ein Verfahren zum Schätzen einer Resonanzfrequenz von Reifen bereitgestellt, das ein Erfassen einer Drehung eines Tonrads durch einen Sensor, Berechnen der erfassten Drehung, um eine korrigierte Raddrehzahl zu erzeugen, und Filtern der korrigierten Raddrehzahl in einer vorgegebenen Weise, um eine gefilterte Raddrehzahl zu erzeugen, von der Motorgeräusche entfernt werden, durch einen Signalprozessor, und Schätzen einer Resonanzfrequenz eines Reifens unter Verwendung der gefilterten Raddrehzahl durch den Signalprozessor umfasst.
• Weitere Anwendungsbereiche ergeben sich aus der hier gegebenen Beschreibung. Es versteht sich, dass die Beschreibung und die spezifischen Beispiele nur zum Zwecke der Veranschaulichung gedacht sind und den Umfang der vorliegenden Offenbarung nicht einschränken sollen.
• Figurenliste
• Damit die Offenbarung gut verstanden werden kann, werden nun als Beispiel verschiedene Formen davon beschrieben, wobei auf die beigefügten Zeichnungen Bezug genommen wird.
• 1 zeigt ein Blockdiagramm einer Vorrichtung zum Schätzen einer Resonanzfrequenz von Reifen in einer Form der vorliegenden Offenbarung.
• 2 zeigt eine konzeptionelle Ansicht der Anbringung des in 1 dargestellten Sensors.
• 3 zeigt ein Impulsdiagramm eines Ausgangssignals des in 1 dargestellten Sensors.
• 4 zeigt ein Flussdiagramm, das ein Verfahren zum Schätzen einer Resonanzfrequenz von Reifen in einer Form der vorliegenden Offenbarung darstellt.
• 5 zeigt eine konzeptionelle Ansicht, die das allgemeine Prinzip einer Erzeugung eines Tonradfehlers darstellt.
• 6A bis 6C zeigen detaillierte Graphen des in 4 dargestellten Korrekturbetriebsverfahrens.
• 7 zeigt ein konzeptionelles Diagramm zum Erläutern einer linearen Interpolation zum Erzeugen einer interponierten Raddrehzahl in dem Fall der in 6C korrigierten Raddrehzahl.
• 8 zeigt einen detaillierten Graphen des in 4 dargestellten Bandpassfilterverfahrens.
• 9 zeigt ein konzeptionelles Diagramm eines Kerbfilters zum Entfernen der Motorgeräusche, dargestellt in 4.
• 10 zeigt eine konzeptionelle Ansicht zum Erläutern einer Berechnung der Reifenresonanzfrequenz, dargestellt in 4.
• 11A bis 11C stellen eine geschätzte Frequenz gemäß dem Reifendruck in einer Form der vorliegenden Offenbarung dar.
• 12 zeigt einen Graphen, der einen Zustand darstellt, in dem typischerweise keine Motorgeräusche entfernt werden.
• 13 zeigt einen Graphen, der einen Zustand darstellt, in dem Motorgeräusche in einer Form der vorliegenden Offenbarung entfernt werden.
• Die hierin beschriebenen Zeichnungen dienen lediglich Veranschaulichungszwecken und sollen den Umfang der vorliegenden Offenbarung in keiner Weise einschränken.
• AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
• Die folgende Beschreibung ist lediglich beispielhafter Natur und soll die vorliegende Offenbarung, Anwendung oder Verwendungen nicht einschränken. Es versteht sich, dass in allen Zeichnungen entsprechende Bezugszeichen gleiche oder entsprechende Teile und Merkmale bezeichnen.
• Ohne vom Umfang und der Lehre der vorliegenden Offenbarung abzuweichen, kann beispielsweise ein erstes Element als ein zweites Element bezeichnet werden, und in ähnlicher Weise kann ein zweites Element auch als ein erstes Element bezeichnet werden. Wie hierin verwendet, umfasst der Begriff „und/oder“ jegliche und alle Kombinationen von einem oder mehreren der zugeordneten aufgeführten Gegenstände bzw. Elemente.
• Sofern nicht anders definiert, weisen alle hier verwendeten Begriffe, einschließlich technischer und wissenschaftlicher Begriffe, die gleiche Bedeutung auf, wie sie von einem Fachmann üblicherweise verstanden werden.
• Es versteht sich ferner, dass Begriffe, wie sie in allgemein verwendeten Wörterbüchern definiert sind, so interpretiert bzw. ausgelegt werden sollten, dass sie eine Bedeutung aufweisen, die mit ihrer Bedeutung im Kontext des relevanten Standes der Technik und der vorliegenden Offenbarung übereinstimmt, und nicht in einem idealisierten oder übermäßig formalen Sinne interpretiert werden, es sei denn, dies wird hierin ausdrücklich so definiert.
• Nachfolgend werden eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Schätzen einer Resonanzfrequenz von Reifen in einigen Formen der vorliegenden Offenbarung unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen im Detail beschrieben.
• 1 zeigt ein Blockdiagramm einer Vorrichtung zum Schätzen einer Resonanzfrequenz von Reifen in einigen Formen der vorliegenden Offenbarung. Unter Bezugnahme auf 1 kann die Vorrichtung zum Schätzen einer Reifenresonanzfrequenz einen Sensor 110 zum Erfassen der Drehung eines Rades, einen Signalprozessor 120 zum Erzeugen einer Raddrehzahl gemäß der Drehungserfassung des Rades und Schätzen einer Reifenresonanzfrequenz durch beispielsweise Korrigieren und Filtern der Raddrehzahl, um Motorgeräusche zu entfernen, eine Fahrzeugsteuerungen 130 zum Übertragung von Motorinformationen, eines Fahrzeugsignals oder dergleichen an den Signalprozessor 120 usw. umfassen.
• Zusätzlich zu dem Sensor 110 kann die Vorrichtung einen Raddrehzahlsensor, einen Kreiselsensor usw. umfassen. Der Raddrehzahlsensor kann ein Radimpulszähler sein. Der Kreiselsensor misst die Links-/Querbeschleunigung und Gierrate eines Fahrzeugs. Demzufolge wird die Berechnung der Reifenresonanzfrequenz als eine Ausnahme während eines Abbiegens oder einer schnellen Beschleunigung/Verzögerung verarbeitet.
• Der Signalprozessor 120 kann ein Raddrehzahl-Berechnungsmodul 121 zum Berechnen der erfassten Drehung des Rades, um eine berechnete Raddrehzahl zu erzeugen, ein Korrekturmodul 122 zum Korrigieren der berechneten Raddrehzahl, um eine korrigierte Raddrehzahl zu erzeugen, ein Interpolationsmodul 123 zum Interpolieren der korrigierten Raddrehzahl, um eine interpolierte Raddrehzahl zu erzeugen, die der Raddrehzahl zu einer bestimmten Abtastzeit Ts entspricht, ein Filtermodul 124 zum Filtern der interpolierten Raddrehzahl in einer vorgegebenen Weise, um eine gefilterte Raddrehzahl mit entfernten Motorgeräuschen zu erzeugen, ein Frequenzberechnungsmodul 125 zum Schätzen einer Reifenresonanzfrequenz unter Verwendung der gefilterten Raddrehzahl usw. umfassen.
• Die Fahrzeugsteuerung 130 dient dazu, Komponenten für eine Steuerung des Fahrzeugs zu steuern. Insbesondere kann die Fahrzeugsteuerung 130 mit einer Motorsteuereinheit (engine control unit - ECU)(nicht gezeigt) verbunden sein, die einen Motor (nichtgezeigt) steuert, um Motorinformationen zu erlangen. Beispiele der Motorinformationen können eine Motordrehzahl (Umdrehungen pro Minute), einen Motorstart und einen Leerlauf umfassen.
• Darüber hinaus kann die Fahrzeugsteuerung 130 mit einer elektronischen Stabilitätskontrolle 140 verbunden sein. Die elektronische Stabilitätskontrolle 140 dient dazu, um die Karosserieposition des Fahrzeugs zu steuern. Zu diesem Zweck ist die elektronische Stabilitätskontrolle 140 mit einem Antiblockiersystem (ABS), einem Traktionssteuersystem (traction control system - TCS), einem Fahrzeugdynamik-Steuersystem (vehicle dynamic control system - VDC) und dergleichen verbunden, um die Position des Fahrzeugs zu steuern. Demzufolge kann die Fahrzeugsteuerung 130 ein ESC-Betriebs-Flag-Signal, das eine Positionssteuerungsinformation zum Betreiben der Karosseriepositionssteuerung des Fahrzeugs ist, von der elektronische Stabilitätskontrolle 140 empfangen.
• Die Fahrzeugsteuerung 130 und die elektronische Stabilitätskontrolle 140 können beispielsweise einen Mikroprozessor, einen Speicher und eine elektronische Schaltung umfassen, um die Steuerung durchzuführen.
• Der in 1 beschriebene Begriff „Modul“ bedeutet eine Einheit zum Verarbeiten mindestens einer Funktion oder Operation, die durch eine Kombination von Hardware und/oder Software realisiert bzw. implementiert werden kann. Zur Hardware-Implementierung kann die Verarbeitungseinheit mit anwendungsspezifischen integrierten Schaltkreisen (application specific integrated circuits - ASICs), digitalen Signalprozessoren (DSPs), programmierbaren Logikbausteinen (programmable logic devices - PLDs), feldprogrammierbaren Gate-Arrays (field programmable gate arrays - FPGAs), Prozessoren, Controllern/Steuerungen, Mikroprozessoren und anderen elektronischen Einheiten oder einer Kombination davon ausgeführt sein, die dazu ausgelegt sind, um die oben beschriebenen Funktionen durchzuführen. Zur Softwareimplementierung kann die Verarbeitungseinheit mit Modulen ausgeführt werden, die die oben beschriebenen Funktionen durchführen. Die Software kann in Speichereinheiten gespeichert und von Prozessoren ausgeführt werden. Die Speichereinheiten oder die Prozessoren können verschiedene dem Fachmann bekannte Mittel anwenden.
• 2 zeigt eine konzeptionelle Ansicht der Anbringung des in 1 dargestellten Sensors. Unter Bezugnahme auf 2 ist der Sensor 110 angebracht, um die Drehung eines innerhalb eines Fahrzeugrades 200 angebrachten Tonrads 210 zu erfassen. Wenn sich das Fahrzeugrad 200 dreht, dreht sich das Tonrad 210 entsprechend, so dass der Sensor 110 eine solche Drehung bzw. Rotation in Echtzeit erfasst. Der Sensor 110 kann ein Raddrehzahlsensor, insbesondere ein magnetoresistiver (MR) Sensor sein. Typischerweise weist das Tonrad 210 eine Scheibenform auf und hat die Form eines Zahnrads, an dessen Rand Zähne gebildet sind. Dies ist in 5 dargestellt und wird später beschrieben.
• 3 zeigt ein Impulsdiagramm eines Ausgangssignals des in 1 dargestellten Sensors 110. Unter Bezugnahme auf 3 ist eine Radimpuls-Zähloperation dieselbe wie eine Operation der erzeugten Zeit zwischen ansteigenden Flanken 320. Das heißt, die Anzahl von ansteigenden Flanken, die innerhalb einer logischen Abtastperiode (ungefähr 5 ms) erzeugt werden, wird gemessen, um Radimpulse zu zählen. Demzufolge wird die Raddrehzahl unter Verwendung des Radimpulszählers durch die folgende Gleichung ausgedrückt: $$\text{Raddrehzahl}=\frac{2\mathrm{\pi }}{\text{Anzahl von Tonr}\ddot{\text{a}}\text{dern}}\times \frac{\text{MCU}-\text{Taktzyklus}}{\text{Radimpulsz}\ddot{\text{a}}\text{hler}}$$

  

  wobei bei der Taktzyklus der Mikrosteuereinheit (MCU) = 1,0 MHz beträgt.
• 4 zeigt ein Flussdiagramm, das ein Verfahren zum Schätzen einer Resonanzfrequenz von Reifen in einer Form der vorliegenden Offenbarung darstellt. Unter Bezugnahme auf 4, wenn ein Sensor 110 die Drehung eines Fahrzeugrads 200 erfasst (siehe 2), wird ein Signal erzeugt und an einen Signalprozessor 120 übertragen. Wenn das Signal an den Signalprozessor 120 übertragen ist, berechnet der Signalprozessor 120 dieses Signal, um eine berechnete Raddrehzahl zu erzeugen (S410).
• Dann, da der Tonradwinkel einen Fehler aufgrund einer Streuung bei der Herstellung aufweist, berechnet und korrigiert der Signalprozessor 120 den Fehler, um eine korrigierte Raddrehzahl zu erzeugen (S420). Das heißt, durch Korrigieren des Fehlers in dem Tonradwinkel wird die Raddrehzahl durch den Impulszähler jedes Tonrads berechnet. Genauer gesagt wird die Raddrehzahl immer dann berechnet und korrigiert, wenn ein Impulszähler eingegeben wird. Dies kann als in einem Ereignisbereich (Event-Domain) auftretend definiert werden.
• Dann interpoliert der Signalprozessor 120 linear die korrigierte Raddrehzahl, um eine interpolierte Raddrehzahl zu erzeugen (S430). Das heißt, die Raddrehzahl wird zu einer bestimmten Abtastzeit Ts berechnet. Dies bedeutet eine Änderung von dem Ereignisbereich zu einem Zeitbereich (Time Domain).
• Dann wendet der Signalprozessor 120 einen Bandpassfilter von etwa 30 bis 60 Hz an die interpolierte Raddrehzahl an, um eine gefilterte Raddrehzahl zu erzeugen (S440). Die Frequenz von 30 bis 60 Hz bezieht sich typischerweise auf einen radialen Schwingungsbereich des Reifens.
• Dann wendet der Signalprozessor 120 einen Kerbfilter, der unter Verwendung der aus der Motordrehzahl berechneten Motorfrequenz ausgelegt wird, an die gefilterte Raddrehzahl an, um davon Motorgeräusche zu entfernen (S450).
• Dann berechnet der Signalprozessor 120 eine Reifenresonanzfrequenz durch modellbasierte Parameterschätzung (S460).
• 5 zeigt eine konzeptionelle Ansicht, die das allgemeine Prinzip einer Erzeugung eines Tonradfehlers darstellt. Unter Bezugnahme auf 5 weist das Tonrad 510 Zähne 510, die an seiner Umfangsfläche gebildet sind, und zwischen den Zähnen 510 gebildete Rillen bzw. Vertiefungen 520 auf. Demzufolge beträgt der zwischen zwei benachbarten Zähnen 510 gebildete Tonradwinkel 2π/Anzahl von Tonrädern. Obwohl angenommen wird, dass diese Tonradwinkel idealerweise gleich sind, ist ein Fehlerwinkel auf eine Streuung bei der Fertigung zurückzuführen. Demzufolge ist es erforderlich, einen Tonradfehler aufgrund des Fehlerwinkels zu korrigieren. Dies wird durch die folgende Gleichung ausgedrückt: $$\begin{array}{l}\text{Tonradfehler}\left[\text{i}\right]=\text{Tonradwinkel}\left[\text{i}\right]-\frac{2\mathrm{\pi }}{\text{Anzahl von Tonr}\ddot{\text{a}}\text{dern}}=\frac{2\mathrm{\pi }}{\text{Anzahl von Tonr}\ddot{\text{a}}\text{dern}}\times \\ \left(\frac{\text{Radimpulsz}\ddot{\text{a}}\text{hler}}{\text{Radimpulsz}\ddot{\text{a}}\text{hlerdurchschnitt bei einer Umdrehung}}\right)-1\end{array}$$

  

  wobei i eine natürliche Zahl ist.
• Natürlich wird angenommen, dass die Radgeschwindigkeit bei einer Umdrehung konstant ist. Außerdem wird eine durchschnittliche Raddrehzahl von einer Umdrehung angenommen.
• 6A bis 6C zeigen detaillierte Graphen des in 4 dargestellten Korrekturbetriebsverfahrens. 6A zeigt einen Graphen, der eine Radimpuls-Zähloperation darstellt. Das heißt, die Raddrehzahl wird immer dann berechnet, wenn ein Impulszähler eingegeben wird. Das heißt, dies stellt einen Ereignisbereich (Event Domain) dar.
• 6B zeigt einen Graphen, der eine Tonradfehleroperation darstellt. Die Operation des durchschnittlichen Tonradfehlers unter Verwendung des Mittelwertfilters ist wie folgt: $$\begin{array}{l}\text{Tonradfehlerdurchschnitt}\left[\text{i}\right]\left(\text{k}\right)=\\ \text{Tonradfehlerdurchschnitt}\left[\text{i}\right]\left(\text{k}-1\right)+\frac{\text{Tonradfehler}\left[\text{i}\right]-\text{Tonradfehlerdurchschnitt}\left[\text{i}\right]\left(\text{k}-1\right)}{\text{k}}\end{array}$$

  

  wobei k eine natürliche Zahl ist und k > i gilt.
• In 6B bezieht sich der Ausdruck „deg“ auf einen Grad.
• 6C zeigt einen Graphen, der eine korrigierte Raddrehzahloperation darstellt. Das heißt, wenn die Raddrehzahl durch den Impulszähler jedes Tonrads durch die Korrektur des in 6A und 6B dargestellten Tonradfehlerwinkels berechnet wird, wird die Operation der Tonrad-fehlerkorrigierten Raddrehzahl für jedes Tonrad durchgeführt. Dies wird durch die folgende Gleichung ausgedrückt: $$\begin{array}{l}\text{Korrigierte Raddrehzahl}\left[\text{i}\right]=\left(\frac{2\mathrm{\pi }}{\text{Anzahl von Tonr}\ddot{\text{a}}\text{dern}}+\text{Tonradfehlerdurchschnitt}\left[\text{i}\right]\right)\times \\ \frac{\text{MCU}-\text{Taktzyklus}}{\text{Radimpulsz}\ddot{\text{a}}\text{hler}\left[\text{i}\right]}\end{array}$$

  

  wobei sich 2n/Anzahl von Tonrädern auf einen Tonradwinkel bezieht.
• Die Operation der korrigierten Raddrehzahl stellt jedoch eine Ausnahme dar, wenn eine der folgenden Bedingungen erfüllt ist:
• -Fahrzeugkarosserie-Positionssteuerungsoperation; und
• -Bremsoperation und Schaltvorgang bzw. Gangwechsel
• In 6C bezieht sich „rad“ auf eine Radian.
• 7 zeigt ein konzeptionelles Diagramm zum Erläutern einer linearen Interpolation zum Erzeugen einer interponierten Raddrehzahl in dem Fall der in 6C korrigierten Raddrehzahl. Im Allgemeinen wird in dem Fall einer korrigierten Raddrehzahloperation die Raddrehzahl immer dann berechnet, wenn die ansteigende Flanke des Tonrads auftritt. In diesem Fall entspricht sie einem Ereignisbereich (Event Domain). Demzufolge ist für die Verwendung von Signalfilterungs- und modellbasierten Parameterschätztechniken die Raddrehzahl zu einer bestimmten Abtastzeit Ts erforderlich.
• Das heißt, eine interpolierte Raddrehzahl wird unter Verwendung einer linearen Interpolation erzeugt, wie in 7 dargestellt. Unter Bezugnahme auf 7 beträgt Ts ungefähr 2 ms. Das heißt, die Tonrad-fehlerkorrigierte Raddrehzahl tritt in Zyklen von T0, T1 und T2 auf, und die interpolierte Raddrehzahl tritt in Zyklen von t0, t1, t2, t3 und t4 mit einer kleineren bestimmten Abtastzeit Ts auf.
• Demzufolge wird die Operation der Raddrehzahl zu einer bestimmten Abtastzeit unter Verwendung der folgenden Gleichung durchgeführt: $$\text{y}\left({\text{t}}_{\text{i}}\right)=\frac{\text{Y}\left(\text{k}\right)-\text{Y}\left(\text{k}-1\right)}{\text{T}\left(\text{k}\right)-\text{T}\left(\text{k}-1\right)}\times \left\{{\text{t}}_{\text{i}}-\text{T}\left(\text{k}-1\right)\right\}+\text{Y}\left(\text{k}-1\right)$$

  

  wobei gilt: Anfangswert: y (t0) = Y (T0), y = linear interpolierte Raddrehzahl und Y = Tonrad-fehlerkorrigierte Raddrehzahl.
• Das Einsetzen einer Impulszeit in die obige Gleichung wird durch die folgende Gleichung ausgedrückt: $$\text{Pulszeit}=\text{T}\left(\text{k}\right)-\text{T}\left(\text{k}-1\right)=\frac{\text{Radimpulsz}\ddot{\text{a}}\text{hler}\left[\text{i}\right]}{\text{MCU}-\text{Taktzyklus}}$$

  
• Demzufolge kann die Operation der interpolierten Raddrehzahl y(t_i) zu einer bestimmten Abtastzeit als die folgende Gleichung zusammengefasst werden: $$\text{y}\left({\text{t}}_{\text{i}}\right)=\frac{{\text{t}}_{\text{i}}-\text{T}\left(\text{k}-1\right)}{\text{Pulszeit}}\times \Delta \text{Y}+\text{Y}\left(\text{k}-1\right)=\mathrm{\alpha }\times \Delta \text{Y}+\text{Y}\left(\text{k}-1\right)$$

  

  wobei t_i-T(k) eine verbleibende Zeit ist, ΔY = interpolierte Raddrehzahl[i]-Y(k-1) und $\mathrm{\alpha }=1+\frac{{\text{t}}_{\text{i}}-\text{T}\left(\text{k}\right)}{\text{Pulszeit}}$

  
• Der Parameter „a“ ist wieder wie die folgende Gleichung definiert: $$\propto =1+\text{verbleibende Zeit}\times \frac{\text{MCU}-\text{Taktzyklus}}{\text{Radimpulsz}\ddot{\text{a}}\text{hler}\left[\text{i}\right]}$$

  
• Darüber hinaus ist die Zeitaktualisierung t_i+1 = t_i + Ts (2 ms).
• Demzufolge ist der lineare Interpolationsprozess wie folgt.
• Wenn die Interpolation der Raddrehzahl aktiviert ist (= wahr), wird die interpolierte Raddrehzahl y (t_i ) berechnet, während die verbleibende Zeit kleiner als 0 (null) ist. Natürlich erhöht sich die Anzahl der Interpolationen um +1 und die verbleibende Zeit erhöht sich um +2 ms.
• Im Gegensatz dazu, wenn die Raddrehzahlinterpolation nicht aktiviert ist, wird die Interpolation der Raddrehzahl derart geändert, um aktiviert zu werden, und wird eingestellt als „interpolierte Raddrehzahl [0] = korrigierte Raddrehzahl [i]“, „Anzahl von Interpolationen = 1“ und „verbleibende Zeit = 2 ms“. In diesem Fall ist Y(k-1) = korrigierte Raddrehzahl [i].
• Darüber hinaus wird die Operation der interpolierten Raddrehzahl als eine Ausnahme während der Berechnung der Reifenresonanzfrequenz verarbeitet, wenn eine der folgenden Bedingungen erfüllt ist (das heißt, die zugehörigen Variablen initialisiert werden):
• - | | Längsbeschleunigung | | > ungefähr 0,1 g;
• - | |Querbeschleunigung| | > ungefähr 0,1 g;
• - | | Gierrate | | > ungefähr 3 deg/s;
• - Fahrzeuggeschwindigkeit < ungefähr 40 km/h oder Fahrzeuggeschwindigkeit > ungefähr 110 km/h;
• - Fahrzeugkarosserie-Positionssteuerungsoperation; und
• - Bremsoperation und Gangwechselerkennung
• 8 zeigt einen detaillierten Graphen des in 4 dargestellten Bandpassfilterverfahrens. Unter Bezugnahme auf 8 wird der Bandpassfilter von ungefähr 30-60 Hz auf die interpolierte Raddrehzahl angewendet, um sie zu filtern. Wenn der Bandpassfilter 820 auf die interpolierte Raddrehzahl 810 angewendet wird, um sie zu filtern, wird eine Bandpass-gefilterte Raddrehzahl 830 erzeugt.
• 9 zeigt ein konzeptionelles Diagramm eines Kerbfilters zum Entfernen der Motorgeräusche, dargestellt in 4. Unter Bezugnahme auf 9 verursacht die 4-Takt-Explosion eines Motorkolbens eine Vibration bzw. Schwingung der Fahrzeugkarosserie, die eine Motorfrequenz wird. Das heißt, in dem Fall eines 4-Zylinder- und 4-Takt-Motors treten vier Explosionen bei zwei Umdrehungen auf. Demzufolge kann die Motorfrequenz als die folgende Gleichung definiert werden: $$\text{Motorfrequenz}=\text{Motordrehzahl}\times \frac{4\text{ Mal}}{\text{zwei Umdrehungen}}\times \frac{1}{60\text{ Sekunden}}$$

  
• Demzufolge kann die Übertragungsfunktion des Kerbfilters zum Entfernen des Motorgeräusches als die folgende Gleichung definiert werden: $$\frac{\text{Y}\left(\text{z}\right)}{\text{U}\left(\text{z}\right)}=\frac{1-2\times \text{cos}\left({\text{w}}_0\right)\times {\text{z}}^{-1}+{\text{z}}^{-2}}{1-2\times \text{p}\times \text{cos}\left({\text{w}}_0\right)\times {\text{z}}^{-1}+{\text{p}}^2\times {\text{z}}^{-2}}$$

  

  wobei U(z) eine Eingabefunktion darstellt, Y(z) eine Ausgabefunktion darstellt, p = Unterdrückungsbreite (910), w₀=2π × Tsx Motorfrequenz, und z eine Kerbfrequenz ist.
• In 9 gilt Kerbfrequenz = Motorfrequenz (920) und „mag“ bezieht sich auf eine Größe.
• Die endgültig gebildete Raddrehzahl, die durch Anwenden des Kerbfilters auf die gefilterte Raddrehzahl erzeugt wird, wird als die folgende Gleichung definiert: $$\begin{array}{l}\text{Gefilterte Raddrehzahl}=\text{gewichteter Wert}\times \text{bandpassgefilterte Raddrehzahl}+(1-\\ \text{gewichteter Wert})\times \text{kerbgefilterte Raddrehzahl}\end{array}$$

  

  wobei der gewichtete Wert durch ein Experiment erhalten werden kann oder ein vom Benutzer im Voraus festgelegter beliebiger Wert sein kann.
• Natürlich können die Analyse der schnellen Fouriertransformation (FFT) und die Ordnungsanalyse auf die gefilterte Raddrehzahl angewendet werden, die durch Anwendung des Bandpassfilters und des Kerbfilters erzeugt wird. Durch die FFT-Analyse ist ersichtlich, dass das Geräusch im Motorfrequenzbereich in die Bandpass-gefilterte Raddrehzahl eingreifen kann. Wenn der Kerbfilter, der basierend auf der Motorfrequenz ausgelegt wird, auf die Raddrehzahl angewendet wird, ist außerdem zu sehen, dass das Motorgeräusch davon entfernt wird.
• 10 zeigt eine konzeptionelle Ansicht zum Erläutern einer Berechnung der Reifenresonanzfrequenz, dargestellt in 4. Unter Bezugnahme auf 10 bewegt sich das Fahrzeugrad 200 durch seine Drehbewegung auf dem Boden 1010. Die Drehbewegung kann durch die folgende Gleichung ausgedrückt werden: $${\text{J}}_{\text{w}}\times \ddot{\text{y}}=\text{T}-\text{r}\times {\text{F}}_{\text{tx}}-\text{b}\times \dot{\text{y}}-\text{k}\times \text{y}$$

  
• Dabei ist Y = Raddrehwinkel, ÿ = Raddrehbeschleunigung, T = Radantriebsmoment, F_tx = Reifenlängskraft, r = Reifenradius, b = Reifendämpfung, k = Reifensteifigkeit und J_w = Reifenträgheit
• Die Raddrehbewegungsgleichung kann als sekundäre Übertragungsfunktion ausgedrückt werden, die durch die folgende Gleichung angegeben wird: $$\frac{\text{Y}\left(\text{s}\right)}{\text{U}\left(\text{s}\right)}=\frac{1}{{\text{J}}_{\text{w}}\times {\text{s}}^2+\text{b}\times \text{s}+\text{k}}$$

  

  wobei Y(s) eine Ausgabefunktion ist, U(s) eine Eingabefunktion ist und s eine Resonanzfrequenz ist.
• Da nur die Reifenresonanzfrequenz geschätzt werden soll, werden die Diskretisierung und Vereinfachung der obigen Gleichung unter Verwendung eines autoregressiven Modells durchgeführt. Dies wird durch die folgende Gleichung ausgedrückt: $$\frac{\text{Y}\left(\text{z}\right)}{\text{E}\left(\text{z}\right)}=\frac{1}{1+{\mathrm{\theta }}_1\times {\text{z}}^{-1}+{\mathrm{\theta }}_2\times {\text{z}}^{-2}}=\text{H}\left(\text{z},\mathrm{\theta }\right)$$

  

  wobei θ ein geschätzter Parameter ist, θ = [θ₁ θ₂]^T, T eine transponierte Matrix ist und H eine Übertragungsfunktion ist.
• Das Anwenden der obigen Gleichung auf eine RLS-Technik (Recursive Least Square) ist wie folgt: $$\begin{array}{r}\text{y}\left(\text{t}\right)=-\text{y}\left(\text{t}-1\right)\times {\mathrm{\theta }}_1-\text{y}\left(\text{t}-2\right)\times {\mathrm{\theta }}_2+\text{e}\left(\text{t}\right)\\ =\left[-\text{y}{\left(\text{t}-1\right)}_1-\text{y}\left(\text{t}-2\right)\right]\times {\left[{\mathrm{\theta }}_1{\mathrm{\theta }}_2\right]}^{\text{T}}+\text{e}\left(\text{t}\right)=\mathrm{\varphi }{\left(\text{t}\right)}^{\text{T}}\times \mathrm{\theta }+\text{e}\left(\text{t}\right)\end{array}$$

  

  wobei sich e(t) auf einen geschätzten Fehler bezieht.
• Unterdessen wird die Verlustfunktion V(θ) als die folgende Gleichung definiert: $$\text{V}\left(\mathrm{\theta }\right)={\displaystyle \sum _{\text{k}=1}^{\text{t}}{\mathrm{\lambda }}^{\text{t}-\text{k}}}\times {\left\{\text{y}\left(\text{k}\right)-\mathrm{\varphi }{\left(\text{k}\right)}^{\text{T}}\times \mathrm{\theta }\right\}}^2$$

  

  Dabei ist λ = Vernachlässigungsfaktor
• Darüber hinaus kann die LRS-basierte Parameterschätzung wie folgt definiert werden: $$\widehat{\theta }\left(\text{t}\right)=\widehat{\theta }\left(\text{t}-1\right)+\text{K}\left(\text{t}\right)\times \left\{\text{y}\left(\text{t}\right)-\mathrm{\varphi }{\left(\text{t}\right)}^{\text{T}}\times \widehat{\theta }\left(\text{t}-1\right)\right\}$$

  

  Dabei ist K(t) = RLS-Verstärkung.
• Demzufolge kann die Schätzung der Reifenresonanzfrequenz durch die folgende Gleichung ausgedrückt werden: $$\text{Reifenresonanzfrequenz}=\text{arccos}\left(\frac{{\widehat{\theta }}_1}{\sqrt[2]{{\widehat{\theta }}_2}}\right)\times \frac{1}{2\mathrm{\pi }\times {\text{T}}_{\text{s}}}$$

  

  Dabei ist Ts = Abtastzeit.
• 11A bis 11C stellen eine geschätzte Frequenz gemäß dem Reifendruck in einer Form der vorliegenden Offenbarung dar. 11A bis 11C veranschaulichen eine Fahrgeschwindigkeit und eine geschätzte Reifenresonanzfrequenz gemäß den Reifendrücken von 45 psi,35 psi und 25 psi. Hier bezieht sich „psi“ auf ein Pound pro Quadratzoll.
• Insbesondere, wie in 11A bis 11C dargestellt, ist ersichtlich, dass die Variation der geschätzten Resonanzfrequenz groß ist, wenn der Kerbfilter in einigen Formen der vorliegenden Offenbarung nicht verwendet wird und wenn er verwendet wird.
• 12 zeigt einen Graphen, der einen Zustand darstellt, in dem typischerweise keine Motorgeräusche entfernt werden. 12 stellt eine geschätzte Resonanzfrequenz dar, wenn die Motorgeräusch-Entfernungstechnik nicht verwendet wird.
• 13 zeigt einen Graphen, der einen Zustand darstellt, in dem Motorgeräusche in einer Form der vorliegenden Offenbarung entfernt werden. 13 stellt eine geschätzte Resonanzfrequenz dar, wenn die Motorgeräusch-Entfernungstechnik verwendet wird. Unter Bezugnahme auf 13 ist es möglich, die Reifenresonanzfrequenz, die gegenüber der Änderung der Fahrgeschwindigkeit stabil ist, durch die Motorgeräusch-Entfernungstechnik in einigen Formen der vorliegenden Offenbarung zu schätzen. Darüber hinaus ist es möglich, die Niederdruckerfassungsleistung des Reifens sicherzustellen, die gegenüber der Änderung der Fahrgeschwindigkeit stabil ist.
• In einigen Formen der vorliegenden Offenbarung ist es möglich, diese Resonanzfrequenz des Reifens, die gegenüber der Fahrzeuggeschwindigkeit und/oder der Motordrehzahl stabil ist, zu schätzen.
• Darüber hinaus ist es möglich, die Niederdruckerfassungsleistung des Reifens durch Schätzen der Reifenresonanzfrequenz des Reifens selbst in dem Niedriggeschwindigkeitsbereich sicherzustellen.
• Die Schritte des in einigen Formen der Offenbarung beschriebenen Verfahrens oder Algorithmus können in Form von Programmbefehlen realisiert bzw. implementiert werden, die von verschiedenen Computermitteln ausführbar sind und auf einem computerlesbaren Medium aufgezeichnet sind. Das computerlesbare Medium kann ein Programm- (Befehls-) Cord, eine Datendatei, eine Datenstruktur oder dergleichen alleine oder in Kombination umfassen.
• Das auf dem Medium aufgezeichnete Programm- (Befehls-) Cord kann speziell für einige Formen der vorliegenden Offenbarung ausgelegt und eingerichtet sein oder dem Fachmann auf dem Gebiet der Computersoftware zur Verwendung bekannt sein. Beispiele des computerlesbaren Mediums können magnetische Medien wie Festplatten, Disketten oder Magnetbänder, optische Medien wie CD-ROMs, DVDs, Blu-ray und Halbleiterspeichervorrichtungen wie ROMs, RAMs oder Flash-Speicher umfassen, die speziell zum Speichern und Ausführen eines Programm- (Befehls-) Cords eingerichtet sind.
• Beispiele des Programm- (Befehls-) Cords umfassen einen von einem Compiler erstellten Maschinensprachencode und einen hochklassigen Sprachcode, der von einem Computer unter Verwendung eines Interpreters oder dergleichen ausgeführt werden kann. Die oben beschriebenen Hardwarevorrichtungen können eingerichtet sein, um als ein oder mehrere Softwaremodule zu arbeiten, um den Betrieb bzw. die Operation einiger Formen der vorliegenden Offenbarung durchzuführen, und umgekehrt.
• Die Beschreibung der Offenbarung ist lediglich beispielhafter Natur und daher sollen Variationen, die nicht vom Inhalt der Offenbarung abweichen, im Umfang der Offenbarung liegen. Solche Variationen sind nicht als Abweichung von der Lehre und dem Umfang der Offenbarung anzusehen.

Claims (10)

1. Vorrichtung zum Schätzen einer Resonanzfrequenz von Reifen, die Vorrichtung aufweisend: einen Sensor, der eingerichtet ist, um eine Drehung eines Tonrads zu erfassen; und einen Signalprozessor, der eingerichtet ist, um: eine korrigierte Raddrehzahl durch Berechnen der erfassten Drehung zu erzeugen; eine gefilterte Raddrehzahl, von der ein Motorgeräusch entfernt wird, durch Filtern der korrigierten Raddrehzahl in einer vorgegebenen Weise zu erzeugen; und die Reifenresonanzfrequenz unter Verwendung der gefilterten Raddrehzahl zu schätzen.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei der Signalprozessor eingerichtet ist, um: die korrigierte Raddrehzahl unter Verwendung eines Kerbfilters zu filtern, wobei der Kerbfilter auf der Grundlage einer aus einer Motordrehzahl (Umdrehungen pro Minute) berechneten Motorfrequenz ausgelegt ist.
3. Vorrichtung nach Anspruch 2, wobei der Signalprozessor eingerichtet ist, um: die korrigierte Raddrehzahl durch Anwenden verschiedener vorgegebener gewichteter Werte auf einen Bandpassfilter und den Kerbfilter zu filtern.
4. Vorrichtung nach Anspruch 3, wobei der Bandpassfilter einen vorgegebenen radialen Schwingungsbereich des Reifens aufweist.
5. Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Vorrichtung ferner aufweist: einen Kreiselsensor, der eingerichtet ist, um eine Längsbeschleunigung, eine Querbeschleunigung und eine Gierrate des Fahrzeugs zu messen.
6. Vorrichtung nach Anspruch 4, wobei der Signalprozessor eingerichtet ist, die Reifenresonanzfrequenz nicht zu schätzen, wenn: die gemessene Längsbeschleunigung oder die gemessene Querbeschleunigung größer als ein vorgegebener erster Sollwert ist, oder die gemessene Gierrate größer als ein vorgegebener zweiter Sollwert ist.
7. Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei der Signalprozessor eingerichtet ist, um: die Reifenresonanzfrequenz nicht zu schätzen, wenn Positionssteuerungsinformationen in Bezug auf ein Betreiben einer Karosseriepositionssteuerung des Fahrzeugs empfangen werden.
8. Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei der Signalprozessor eingerichtet ist, um: die Reiferesonanzfrequenz nicht zu schätzen, wenn eine Fahrzeuggeschwindigkeit kleiner als ein vorgegebener dritter Sollwert oder größer als ein vorgegebener vierter Sollwert ist.
9. Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei der Signalprozessor eingerichtet ist, um: die korrigierte Raddrehzahl durch Korrigieren eines Tonradwinkels und eines Tonradfehlerwinkels und Anwenden eines gemittelten Tonradfehlers, der durch Verwenden eines Mittelwertfilters für jeden Impulszähler jedes Tonrads verursacht wird, zu erzeugen, und wobei der Signalprozessor eingerichtet ist, um: die Reifenresonanzfrequenz zu berechnen, indem eine Diskretisierung und Vereinfachung unter Verwendung eines autoregressiven Modells durchgeführt werden.
10. Verfahren zum Schätzen einer Resonanzfrequenz von Reifen, das Verfahren aufweisend: Erfassen einer Drehung eines Tonrads durch einen Sensor; Erzeugen einer korrigierten Raddrehzahl durch Berechnen der erfassten Drehung durch einen Signalprozessor; Erzeugen einer gefilterten Raddrehzahl, von der ein Motorgeräusch entfernt wird, durch Filtern der korrigierten Raddrehzahl in einer vorgegebenen Weise durch den Prozessor; und Schätzen der Reiferesonanzfrequenz unter Verwendung der gefilterten Raddrehzahl durch den Signalprozessor.

Images