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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Ermittlung einer Profiltiefe eines Fahrzeugreifens.
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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.
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Der Erfindung lag die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren bereitzustellen, mit dem bekannte Verfahren zur Bestimmung einer Profiltiefe verbessert werden können.
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Gelöst wird die Aufgabe durch ein Verfahren mit den folgenden Schritten:
- a) Bereitstellen eines Fahrzeugreifens mit einer bekannten Profiltiefe,
- b) Ermittlung einer Profiltiefe mit einer ersten Methode wobei die Profiltiefenbestimmung über eine Auswertung einer Vielzahl von messbaren Randbedingungen erfolgt, die einen Reifenabrieb am Fahrzeug beeinflussen,
- d) Bestimmung einer Referenz-Profiltiefe vom Fahrzeugreifen mit mindestens einer weiteren Methode,
- e)Vergleich der ermittelten Profiltiefe mit mindestens einer zusätzlich ermittelten Referenz-Profiltiefe,
wobei mit der ermittelten Referenz-Profiltiefe die zuvor ermittelte Profiltiefe überprüft und/oder angepasst wird.
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Ein Vorteil der Erfindung ist insbesondere darin zu sehen, dass mit dem neuen Verfahren die Profiltiefe am Fahrzeugreifen auf einfache Weise und mit einer hohen Genauigkeit abgeschätzt werden kann.
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Bei dem neuen Verfahren wird zunächst eine erste Methode zur Bestimmung der Profiltiefe eingesetzt.
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Mit dieser ersten Methode wird ein bestimmter Profiltiefenwert ermittelt.
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Anschließend wird dieser Wert mit mindestens einer weiteren Methode überprüft. Für den Fall, dass sich eine signifikante Abweichung zwischen den beiden Werten ergibt, kann eine Anpassung des ermittelten Profiltiefenwertes erfolgen.
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Diese Anpassung kann beispielsweise über eine Mittelung von verschiedenen Werten erfolgen.
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Ein wesentlicher Vorteil bei dieser Methode ist, dass unterschiedliche unabhängige Methoden zur Profiltiefenbestimmung miteinander kombiniert werden, um die Werte gegeneinander zu überprüfen.
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Dadurch erhält man einen Profiltiefenwert mit einer sehr hohen Genauigkeit.
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Erreicht die Profiltiefe einen bestimmten Mindestwert, kann automatisiert eine Warnung an den Fahrzeughalter ausgegeben werden.
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In einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass bei Schritt d) die Bestimmung der Referenz-Profiltiefe mit einer zweiten Methode erfolgt bei der mit einem Beschleunigungssensor die Radialbeschleunigung des Fahrzeugreifens aufgezeichnet und ausgewertet wird.
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Die Radialbeschleunigung an einem Fahrzeugreifen lässt sich auf einfache Weise mit einem Beschleunigungssensor messen.
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In einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass der Beschleunigungssensor die Radialbeschleunigungen (a) des Fahrzeugreifens (1) beim Ein- und Auslaufen in die Bodenaufstandsfläche aufzeichnet,
wobei die ermittelten Messkurven analysiert werden und anschließend mit einem Algorithmus eine Profiltiefe in Abhängigkeit des Messkurvenverlaufes ermittelt wird.
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Der Sensor zeichnet den Beschleunigungsverlauf beim Ein- und Auslaufen in die Bodenaufstandsfläche auf. Mit dem gemessenen Beschleunigungsverlauf lässt mit mathematischen Methoden ebenfalls eine Profiltiefe für den Fahrzeugreifen ermitteln.
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In einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Bestimmung der Referenz-Profiltiefe mit einer dritten Methode erfolgt, wobei bei dieser Methode die Referenz-Profiltiefe über eine Änderung des dynamischen Rollradius ermittelt wird.
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Dadurch lässt sich die Profiltiefe auf einfache Weise abschätzen.
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In einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass bei der dritten Methode berücksichtigt wird, dass der Fahrzeugreifen bei einer vorgegebenen Streckendistanz aufgrund eines Reifenabriebes häufiger rotiert als bei einem Neureifen. Bei dieser Methode wird berücksichtigt, dass bei einer vorgegebenen Streckendistanz sich der Fahrzeugreifen mit einer geringeren Profiltiefe häufiger drehen wird, als ein Neureifen. Die Rotation des Reifens wird u.a. durch den Kilometerzähler am Fahrzeug erfasst.
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Bei dieser Methode lässt sich die Profiltiefe relativ einfach abschätzen.
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In einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass bei der dritten Methode die tatsächlich zurück gelegte Streckendistanz des Fahrzeugreifens durch eine Auswertung von GPS-Koordinaten des Fahrzeuges bestimmt wird.
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Mit einer Auswertung von GPS-Koordinaten des Fahrzeuges lässt sich die tatsächlich zurückgelegte Streckendistanz auf einfache Weise ermitteln.
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In einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass bei der dritten Methode die auf den Fahrzeugreifen wirkende Radlast und die Reifenlufttemperatur berücksichtigt wird.
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Dadurch lässt sich die Profiltiefe mit einer höheren Genauigkeit abschätzen.
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In einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass bei der ersten Methode die Randbedingungen eine Vielzahl von Fahrparametern umfassen, wobei bei den Fahrparametern zumindestens die Geschwindigkeiten, die Längsbeschleunigungen und/ oder die Querbeschleunigungen des Fahrzeuges aufgezeichnet und ausgewertet werden.
Diese Fahrparameter haben einen relativ hohen Einfluss auf den Abrieb des Fahrzeugreifens.
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In einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass bei der ersten Methode die Randbedingungen eine Vielzahl von Fahrzeugparametern umfassen, wobei bei den Fahrzeugparametern zumindestens der Radstand, die Spurbreite, das Gewicht, die Radlast, der Sturz und/oder der Schräglauf der Fahrzeugräder ausgewertet werden.
Diese Fahrzeugparameter lassen sich einfach erfassen und haben einen signifikanten Einfluss auf den Profilabrieb am Fahrzeugreifen.
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In einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass bei der ersten Methode die Randbedingungen eine Vielzahl von Umgebungsparametern umfassen, wobei bei den Umgebungsparametern zumindestens die Außentemperatur, die Feuchtigkeit und/oder Fahrbahnrauigkeit ausgewertet werden.
Diese Umgebungsparameter haben einen signifikanten Einfluss auf den Profilabrieb am Fahrzeugreifen.
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In einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass bei der ersten Methode weitere Umgebungsparameter über GPS-Informationen berücksichtigt werden,
wobei bei den GPS-Informationen zumindestens der befahrende Straßentyp und/ oder der befahrende Fahrbahntyp ausgewertet werden.
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Beim Straßentyp ist z.B. relevant, ob das Fahrzeug auf einer Landstraße oder auf der Autobahn gefahren worden ist.
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Beim Fahrbahntyp ist entscheidend, ob es sich bei der Fahrbahnoberfläche um Glattasphalt, Beton oder Kopfsteinpflaster gehandelt hat.
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In einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass bei der ersten Methode die Randbedingungen eine Vielzahl von Reifenparametern umfassen, wobei bei den Reifenparametern zumindestens die Reifengröße, der Reifendruck, die Profilgeometrie, die Anfangsprofiltiefe, das Lauftreifenmaterial und/oder die Reifensteifigkeiten ausgewertet werden.
Die Reifenparameter lassen sich einfach bereitstellen und haben einen signifikanten Einfluss auf den Profilabrieb.
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In einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Analyse des Messkurvenverlaufes mit einer Verarbeitungseinheit außerhalb des Fahrzeugreifens erfolgt.
Dadurch können die Messkurvenverläufe mit Messkurvenverläufen von anderen Fahrzeugreifen verglichen werden.
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In einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass alle Informationen von den Sensoren im Fahrzeugreifen und die weiteren Informationen zum Fahrzeugreifen an ein Backendsystem im Internet weitergeleitet werden, wobei bei der Bestimmung der Profiltiefe ein Algorithmus des maschinellen Lernens eingesetzt wird. Dadurch kann die Genauigkeit bei der Bestimmung der Profiltiefe wesentlich erhöht 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.
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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 Beschleunigungsverlauf.
- 2: Ein Ablaufdiagramm.
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Das neue Verfahren zur Profiltiefenbestimmung beruht darauf verschiedene indirekte MeßMethoden miteinander zu kombinieren, um die Genauigkeit der Profiltiefenbestimmung zu verbessern.
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Es werden dabei die folgenden Methoden eingesetzt und kombiniert:
- - Profiltiefenbestimmung anhand von Fahrparametern (erste Methode)
- - Profiltiefenbestimmung anhand der Änderung des dynamischen Radrollradius (zweite Methode)
- - Profiltiefenbestimmung anhand der Änderung der Deformation des Reifens, insbesondere am Innerliner, beim Durchlaufen der Bodenaufstandsfläche (dritte Methode)
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Die erste Methode beruht darauf anhand von zu bestimmenden Fahrparametern, Fahrzeugparametern, Umgebungsparametern und Reifenparametern für eine bestimmte Fahrstrecke bzw. Fahrabschnitt einen Abrieb und damit die Profitiefe für jede Radposition zu bestimmen.
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Die Fahrparameter umfassen u.a. die folgenden Größen:
- Geschwindigkeit, Längsbeschleunigung, Querbeschleunigung, Z-Beschleunigung des Fahrzeuges.
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Die Fahrzeugparameter umfassen u.a. die folgenden Größen:
- Radstand, Spurbreite, Gewicht, Radlast, Sturz, Schräglauf
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Die Umgebungsparameter umfassen u.a. die folgenden Größen:
- Außentemperatur, Feuchtigkeit (Regen), Fahrbahnrauigkeit
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Die Reifenparameter umfassen u.a. die folgenden Größen:
- Reifengröße, Reifendruck, Profilgeometrie, Profiltiefe, Lauftreifenmaterial, Reifensteifigkeiten des Fahrzeugreifen.
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Die zweite Methode beruht darauf, dass sich durch den kontinuierlichen Reifenabrieb der dynamische Radrollradius des Fahrzeugreifen ändert. Das bedeutet, dass für eine bekannte Streckendistanz sich ein Reifen mit geringerer Profiltiefe öfter drehen wird als der gleiche Reifen mit noch größerer Profiltiefe.
Die tatsächliche Streckendistanz wird gleichzeitig durch eine Auswertung der GPS Koordinaten des Fahrzeugs bestimmt. Vorteilhaft ist es, wenn die Radlast und die Reifenlufttemperatur bekannt sind, da diese einen Einfluss auf den dynamischen Radrollradius haben. Die Bestimmung der Radlast kann z.B. durch Reifensensoren erfolgen. Dabei wird die Länge der Bodenaufstandsfläche bestimmt, welche ein Maß für die Radlast ist. Der gleiche Reifensensor kann dann ggf. auch für die dritte Methode benutzt werden.
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Die dritte Methode beruht darauf, dass sich die Deformation des Reifens beim Eintreten bzw. Verlassen der Bodenaufstandsfläche mit sich verringernder Profiltiefe ändert. Insbesondere wird der lokale Radius am Innerliner beim Durchlaufen durch die Bodenaufstandsfläche betrachtet. Es ist bekannt, dass sich die Änderung des lokalen Radius, das heißt der Bereich der stärksten Änderung der Deformation (Biegung) des Reifens, mit abnehmender Profiltiefe ebenfalls verkleinert. Diese Abnahme der Änderung minimalen lokalen Radius kann über die Radialbeschleunigung am Innerliner bestimmt werden. Daher wird für diesen Ansatz ein Beschleunigungssensor im Reifen eingebracht, der idealerweise ebenfalls Druck und Temperatur messen kann.
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Die 1 zeigt ein Beispiel für einen Beschleunigungsverlauf, den der Beschleunigungssensor im Fahrzeugreifen misst. Auf der x-Achse ist die Zeit t in Sekunden aufgetragen. Auf der y-Achse ist die Radialbeschleunigung a aufgetragen. Beim Ein- und Auslaufen des Sensors in die Bodenaufstandsfläche wird ein typisches Beschleunigungssignal gemessen, wie es für den Zeitraum 2 dargestellt ist.
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Mit dem Beschleunigungsverlauf 1 wird eine Profiltiefe abgeschätzt, die von dem dargestellten Messkurvenverlauf im Zeitraum 2 abhängig ist.
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Bei der Bestimmung der Profiltiefe in Abhängigkeit vom Messkurvenverlauf 1 wird auf ein bekanntes Verfahren zugegriffen.
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Bei diesem Verfahren werden insbesondere die Steigungen des Messkurvenverlaufes untersucht.
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Das entsprechende Verfahren ist u.a. in der Offenlegungsschrift
DE102015216212 beschrieben.
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Die 2 zeigt ein Ausführungsbeispiel für ein Ablaufdiagramm zur Bestimmung einer Profiltiefe. Zunächst wird mit einer ersten Methode eine Profiltiefe bestimmt. Mit einer zweiten Methode wird eine Referenzmethode ermittelt, die mit der ermittelten Profiltiefe der ersten Methode verglichen wird. Am Ende erfolgt eine Anpassung der ermittelten Profiltiefe der ersten Methode, wenn der Vergleich zwischen beiden Profiltiefen eine Abweichung ergeben sollte.
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Jeder der drei Methoden für sich genommen hat bestimmte Stärken und Schwächen. In der Kombination dieser drei Methoden können die Schwächen eines Ansatzes durch die Stärken eines anderen verringert und somit die Genauigkeit der Profiltiefenbestimmung deutlich verbessert werden.
Hier kann in einem ersten Schritt beispielsweise die erste Meßmethode durch die beiden anderen Meßmethoden überprüft werden, oder die Ergebnisse der Meßmethoden können beispielsweise gemittelt werden. In einer verbesserten Version der Kombination können auch Machine-Learning-Modelle zum Einsatz kommen, wie zum Beispiel neuronale Netze, oder Entscheidungsbäume, mit den die drei Methoden trainiert werden.
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Bei einer weiteren Version der Kombination werden nicht die Ergebnisse der drei Methoden in einem solchen Modell genutzt, sondern auch die Eingangsgrößen der drei Methoden. Auch eine Kombination von zwei der drei Methoden ist denkbar, gegebenenfalls auch in der Ausführungsform, dass dann die dritte Methode als Kontrolle dient.
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Um ein möglichst gutes Ergebnis für die Profiltiefe zu erzielen können auch GPS Informationen herangezogen werden, um mit diesen Informationen dann z.B. auf den aktuellen Straßentyp (Stadt, Landstraße, Autobahn usw.) bzw. Fahrbahntyp (Glattasphalt; Beton, Kopfsteinpflaster, usw) zu schließen.
Diese Daten können anhand von digitalen, detaillierten Straßenkarten ermittelt werden. Diese Information können dann z.B. zusätzlich helfen die Genauigkeit zu verbessern, da der Fahrbahntyp jeweils einen bestimmten Einflussparameter (Störgröße) für die drei Methoden darstellt.
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Mit dem neuen Verfahren werden die drei oben genannten Methoden zur Profilbestimmung optimal miteinander kombiniert, um eine möglichst genaue Profiltiefe ermitteln zu können.
Die entsprechenden Daten können sowohl dem Fahrer des Fahrzeuges, als auch dem Flottenmanager von vielen Fahrzeugen zur Verfügung gestellt werden.
Dadurch kann z.B. einfach abgeschätzt werden, wann der nächste Reifenwechsel für ein bestimmtes Fahrzeug erforderlich ist.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Gleichbleibende Radialbeschleunigung
- 2
- Beschleunigungsverlauf beim Ein- und Auslaufen in die Bodenaufstandsfläche
- a
- Radialbeschleunigung
- t
- Zeit
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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