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Die Erfindung betrifft ein computerimplementiertes Verfahren zum Generieren eines virtuellen Reifenmodells eines Fahrzeugreifens, ein virtuelles Reifenmodell, ein Verfahren zur Simulierung eines Reifenzustands, ein System zur Datenverarbeitung sowie ein Computerprogramm.
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Bei einem Reifen handelt es sich um ein unverzichtbares Bauteil eines radbetriebenen Landfahrzeugs. Der einzige Kontakt des Fahrzeugs mit dem Fahrweg erfolgt über die Reifen, so dass die Reifen besonders relevant für die Sicherheit sind. Beschädigungen an den Reifen können zu schwerwiegenden Unfällen führen. Entsprechend stellen Reifenparameter, wie z. B. Profiltiefe, Abnutzung, Alter, etc., bedeutende Informationsquellen dar, um Aussagen über die Fahrzeugsicherheit und notwendige Wartungssowie Instandhaltungsmaßnahmen treffen zu können.
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Da mittels der Reifen Kräfte zwischen dem Fahrzeug und der Fahrbahn übertragen werden, handelt es sich bei den Reifen um stark beanspruchte Bauteile. Beispielsweise beträgt die bei Personenkraftfahrzeugen je Reifen einwirkende statische Kraft ungefähr 4 kN bis 8 kN. Zudem sollten auch dynamisch einwirkende Kräfte nicht unterschätzt werden. Diese vergrößern den Abnutzungseffekt und führen zu einer Reduzierung der Profiltiefe.
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Daneben spielt auch das Fahrverhalten eine Rolle. Beispielsweise wirken sich ein zu niedriger Reifendruck sowie das Passieren von Kanten, z. B. Bordsteinen, bei zu hoher Geschwindigkeit und/oder in einem ungünstigen Winkel negativ auf den Zustand eines Reifens aus. Schließlich beeinflussen weitere Effekte, wie z. B. das Wetter, den Zustand des Reifens. So können direkte Sonneneinstrahlung sowie häufige große Temperaturunterschiede eine Versprödung des Reifens und damit einhergehend eine hohe Abnutzung und vorzeitige Alterung des Reifens verursachen.
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Der Reifen weist eine Art Gedächtnis für die Belastungen und Einflüsse auf, denen er im Laufe seiner Lebensdauer ausgesetzt ist. Dies kann dazu führen, dass z. B. das ungünstige Befahren eines Bordsteins erst zu einem viel späteren Zeitpunkt einen sichtbaren Reifenschaden, z. B. ein Platzen des Reifens, bewirkt.
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Unglücklicherweise kann der Zustand des Reifens im Rahmen einer Sichtprüfung nicht zuverlässig abgeschätzt werden. Auch detailliertere Prüfungen mittels Kameras, Sensoren, etc. führen oft nicht zu befriedigenden Aussagen, da damit Schädigungen im Inneren des Reifens oder im Reifenmaterial selbst häufig unerkannt bleiben.
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Aus dem Stand der Technik sind Simulationsverfahren bekannt, um eine Reifenzustand vorhersagen zu können. Beispielsweise wird in der
US 2019 / 0 266 295 A1 ein Verfahren beschrieben, mit dem ein digitaler Zwilling eines Fahrzeugs basierend auf Sensordaten erzeugt wird, um anhand des digitalen Zwillings eine Wartung einer Fahrzeugkomponenten, z. B. eines Reifens, proaktiv planen zu können. Der alleinig auf Sensordaten basierende digitale Zwilling kann zwar zu einer verbesserten Vorhersage des Reifenzustands genutzt werden, behebt aber nicht das Problem, dass Sensordaten allein eine zu geringe Aussagekraft besitzen, da der Reifenzustand mittels Sensoren nur ungenügend erfasst werden kann.
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Aus der
EP 2 596 317 B1 ist ein Verfahren zum Schätzen einer dynamischen Last, die über eine bestimmte Zeitdauer auf einen Reifen einwirkt, bekannt. Hierfür wird der Druck des Reifens im Verlauf der Zeitdauer gemessen. Zudem wird an jedem Druckmesspunkt ein Referenzdruck ermittelt. Schließlich wird an jedem Druckmesspunkt die Veränderung der Last anhand der Differenz zwischen dem gemessenen Druck und dem Referenzdruck und anhand eines zuvor erstellten Modells des Reifens, das eine Laständerung mit einer Druckänderung in Beziehung setzt, berechnet. Die Beurteilung des Reifenzustands erfolgt also alleinig auf Grundlage des Reifendrucks. Dies ist für eine umfassende Beurteilung des Reifenzustands nicht ausreichend, da zahlreiche weitere Faktoren den Reifenzustand beeinflussen, wie eingangs erläutert.
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In der
WO 2017 / 011 486 A1 wird ein Reifentestverfahren offenbart, bei dem ein virtueller Testkurs von einem simulierten Reifen eines simulierten Fahrzeugs absolviert wird. Dadurch kann ein Reifenlastverlauf ermittelt werden, der anschließend in einem Prüfstand einem Prüfreifen auferlegt wird, um diesen zu testen. Aussagen über den Reifenzustand eines tatsächlich in Benutzung befindlichen Reifens lassen sich daraus nicht ableiten.
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Vor diesem Hintergrund ist es Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren sowie ein System zur Datenverarbeitung anzugeben, die es ermöglichen, einen Reifenzustand möglichst präzise vorhersagen zu können.
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Gelöst wird diese Aufgabe durch die Gegenstände der unabhängigen Ansprüche. Die abhängigen Ansprüche betreffen Ausgestaltungen dieser erfindungsgemäßen Lösungen.
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Ein erster Aspekt der Erfindung betrifft ein computerimplementiertes Verfahren zum Generieren eines virtuellen Reifenmodells eines Fahrzeugreifens. Das Verfahren weist auf: Bereitstellen von Reifendaten, fahrzeugbezogenen Daten, Umweltdaten und Nutzungsdaten, jeweils bezogen auf den Fahrzeugreifen, Erstellen eines virtuellen Reifenmodells des Fahrzeugreifens basierend auf den bereitgestellten Daten und Speichern des erstellten virtuellen Reifenmodells.
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Mit anderen Worten wird ein Computermodell eines Fahrzeugreifens geschaffen, das ein möglichst genaues Abbild eines tatsächlichen Fahrzeugreifens bereitstellt. Das Computermodell ermöglicht beispielsweise die Simulation von auf den modellierten Fahrzeugreifen einwirkenden Einflüssen und deren Auswirkung auf den Zustand des Fahrzeugreifens.
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Bei dem Fahrzeugreifen handelt es sich um den Reifen eines Fahrzeugs, z. B. eines Personenkraftwagens, Lastkraftwagens, Omnibusses etc., der dazu ausgebildet ist, einen Kontakt zwischen dem Fahrzeug und dem vom Fahrzeug befahrenen Fahrweg herzustellen. Der Fahrzeugreifen ist verschiedensten Einflüssen ausgesetzt, die eine Änderung, zumeist eine Verschlechterung, seines Reifenzustands verursachen. Das vorgeschlagene Verfahren ist für sämtliche Fahrzeugreifen geeignet, unabhängig von deren konkreter Ausgestaltung, z. B. als Sommerreifen, Winterreifen, Geländereifen, Neureifen, runderneuerter Reifen, Luftreifen, Hartgummireifen etc. Verfügt ein Fahrzeug über mehrere Fahrzeugreifen, so kann das vorgeschlagene Verfahren für jeden einzelnen Fahrzeugreifen separat durchgeführt werden, d. h. es wird für jeden einzelnen Fahrzeugreifen ein eigenes virtuelles Reifenmodell erstellt.
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Das Verfahren sieht vor, dass das virtuelle Reifenmodell basierend auf Reifendaten, Fahrzeugdaten, Umweltdaten und Nutzungsdaten erstellt wird, wobei diese Daten jeweils auf den Fahrzeugreifen bezogen sind oder mit dem Fahrzeugreifen in Zusammenhang stehen, für den das virtuelle Reifenmodell erstellt werden soll.
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Das Besondere an dem Verfahren ist dabei, dass zusätzlich zu realen Messdaten auch virtuelle Sensordaten generiert und im virtuellen Reifenmodell verwendet werden können. Die Reifendaten, Fahrzeugdaten, Umweltdaten und Nutzungsdaten können also einerseits auf realen Messdaten, erhältlich mittels realer Sensoren, und andererseits auf Simulationen basieren. Beide Datengruppen, also reale Daten und simulierte Daten können direkt und/oder nach Datenfusion in das virtuelle Reifenmodell einfließen. Die Datenfusion kann hierbei ermöglichen, durch geeignete Algorithmen weitere, sogenannte virtuelle Sensoren zu erzeugen, die zusätzliche, nicht messbare oder nicht gemessene Daten in das virtuelle Reifenmodell liefern.
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Die Reifendaten können sich auf einen oder mehrere Parameter ausgewählt aus einer Liste umfassend Reifenbezeichnung, Reifentyp, Reifenproduktionsdatum, Reifenproduktionsort, Reifenmaterial, Reifenprofiltyp, Felgentyp und Felgenmaterial beziehen.
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Bei Reifendaten handelt es sich also um Daten, die Werte eines oder mehrerer der aufgeführten Parameter, beispielsweise einer beliebigen Kombination der aufgeführten Parameter oder aller aufgeführten Parameter, repräsentieren. Die aufgeführten Parameter können den Reifenzustand beeinflussen und ihre Einbeziehung in das virtuelle Reifenmodell kann folglich zu einer verbesserten Übereinstimmung zwischen dem Fahrzeugreifen und seinem virtuellen Modell führen. Die Reifendaten können beispielsweise durch eine entsprechende Datenabfrage beim Hersteller des Fahrzeugreifens erhalten werden.
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Die Fahrzeugdaten können sich auf einen oder mehrere Parameter ausgewählt aus einer Liste umfassend Fahrdistanz des Fahrzeugreifens, longitudinal auf den Fahrzeugreifen einwirkende Kräfte, lateral auf den Fahrzeugreifen einwirkende Kräfte, Reifenrückstellmomente, Radschlupf, Radsturz und Änderungen des Radsturzes beziehen. Hinsichtlich der einwirkenden Kräfte können Absolutkräfte und/oder Kraftverläufe berücksichtigt werden.
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Bei Fahrzeugdaten handelt es sich also um Daten, die Werte eines oder mehrerer der aufgeführten Parameter, beispielsweise einer beliebigen Kombination der aufgeführten Parameter oder aller aufgeführten Parameter, repräsentieren. Die aufgeführten Parameter können den Reifenzustand beeinflussen und ihre Einbeziehung in das virtuelle Reifenmodell kann folglich zu einer verbesserten Übereinstimmung zwischen dem Fahrzeugreifen und seinem virtuellen Modell führen.
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Die Fahrzeugdaten können durch direkte Messungen, z. B. mittels entsprechender Sensoren, oder indirekt im Rahmen einer sogenannten virtuellen Sensorik erhalten werden. Beispielsweise können zunächst die (laterale) Beschleunigung des Fahrzeugs, dessen Gierrate und/oder dessen Lenkradwinkel gemessen werden und daraus einige der genannten Fahrzeugdaten, beispielsweise der Fahrzeugschwimmwinkel (Winkel zwischen der Bewegungsrichtung des Fahrzeugs im Schwerpunkt und der Fahrzeuglängsachse), berechnet oder simuliert werden.
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Die Umweltdaten können sich auf einen oder mehrere Parameter ausgewählt aus einer Liste umfassend Reifentemperatur, Reifentemperaturunterschiede, UV-Einstrahlung und Fahrwegbedingungen beziehen. Bei Umweltdaten handelt es sich also um Daten, die Werte eines oder mehrerer der aufgeführten Parameter, beispielsweise einer beliebigen Kombination der aufgeführten Parameter oder aller aufgeführten Parameter, repräsentieren. Die aufgeführten Parameter können den Reifenzustand beeinflussen und ihre Einbeziehung in das virtuelle Reifenmodell kann folglich zu einer verbesserten Übereinstimmung zwischen dem Fahrzeugreifen und seinem virtuellen Modell führen.
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Die Umweltdaten können durch direkte Messungen oder indirekt im Rahmen einer sogenannten virtuellen Sensorik erhalten werden. Beispielsweise kann die Reifentemperatur mittels Temperatursensoren ermittelt werden. Die Einstrahlung von UV-Licht kann anhand von UV-Lichtsensoren, Kamerasensoren und/oder Solarpaneelsensoren ermittelt werden. Mittels Kamerasensoren und Solarpaneelsensoren lassen sich Sonneneinstrahlung und Sonnenstand ermitteln und daraus Rückschlüsse auf die Einstrahlung von UV-Licht und Erwärmung des Reifens ziehen. Aus dem Kamerabild kann können zudem allgemeine Wetterdaten abgeleitet werden.
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Fahrwegbedingungen können beispielsweise die Fahrbahnbeschaffenheit, also z. B. Fahrbahnbelag, Unebenheiten etc. umfassen. Die Fahrwegbedingungen können durch eine standortbasierte Abfrage einer entsprechenden Datenbank erhalten werden. Beispielsweise kann der vom Reifen absolvierte Fahrweg mittels eines globalen Navigationssatellitensystems, z. B. GPS, ermittelt und die diesbezüglichen Fahrwegbedingungen abgefragt werden. Ein als Fahrzeugbeobachter aufgesetzter Algorithmus, der bereits als virtueller Sensor zusätzliche Fahrzeugdaten (virtuelle Sensorik) liefert, ist hier auch in der Lage, Fahrbahnbeschaffenheiten zu ermitteln, beispielsweise als Fahrbahnreibwertschätzer.
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Die Nutzungsdaten können sich auf Parameter bezüglich des Befahrens von Bordsteinkanten und/oder bezüglich des Durchfahrens von Schlaglöchern beziehen. Die aufgeführten Parameter können den Reifenzustand beeinflussen und ihre Einbeziehung in das virtuelle Reifenmodell kann folglich zu einer verbesserten Übereinstimmung zwischen dem Fahrzeugreifen und seinem virtuellen Modell führen.
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Beispielsweise kann das Befahren von Bordsteinkanten anhand von Roll- und Beschleunigungssensoren und Kameradaten erfasst werden. Beispielsweise führt das Befahren von Bordsteinkanten zu Querbeschleunigungen am Radträger. Das Durchfahren von Schlaglöchern kann mittels eines Systems zur Schlaglocherkennung erfasst werden, wie es beispielsweise bei verstellbaren Stoßdämpfern heutzutage bereits genutzt wird.
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Die Erstellung des virtuellen Reifenmodells kann entweder mittels einer Recheneinheit im Fahrzeug selbst erfolgen oder mittels einer externen Recheneinheit, an die die entsprechenden Daten übertragen werden und die folglich in einer signaltechnischen Wirkverbindung mit dem Fahrzeug steht. Eine externe Recheneinheit hat den Vorteil, dass üblicherweise mehr Rechenkapazität zur Verfügung gestellt werden kann und eine Nutzung des virtuellen Reifenmodells, z. B. zur Vorhersage eines Reifenzustands, vereinfacht möglich ist.
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Als virtuelle Reifenmodelle steht eine Auswahl verschiedener Modellansätze zur Verfügung. Diese reichen von einfachen empirischen Modellen über physikalische Modelle mit Temperatur- und Abnutzungsmodell bis zu Finite-Elemente-Modellen. Diese können je nach Anwendungsfall beliebig erweitert werden. Mit anderen Worten kann das virtuelle Reifenmodell beispielsweise als empirisches Modell, physikalisches Modell mit Temperatur- und Abnutzungsmodell oder Finite-Elemente-Modell ausgebildet sein.
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Das auf Basis der vorstehend angegebenen Daten erstellte virtuelle Reifenmodell wird in einem weiteren Verfahrensschritt gespeichert, beispielsweise mittels eines computerlesbaren Datenträgers im Fahrzeug selbst oder außerhalb des Fahrzeugs, z. B. in einer Computercloud oder einer Speichereinheit eines Computerservers.
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Das erstellte und gespeicherte virtuelle Reifenmodell stellt einen digitalen Zwilling des Fahrzeugreifens dar. Hierbei berücksichtigt das virtuelle Reifenmodell vorteilhaft möglichst alle auf den Fahrzeugreifen einwirkenden Kräfte und dynamischen Belastungen, so dass ein möglichst vollständiges Bild der Reifenbelastung inklusive der diesbezüglichen Historie in die Modellerstellung einfließen kann.
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Anhand des virtuellen Reifenmodells können auf den Fahrzeugreifen einwirkende Einflüsse beobachtet und analysiert werden. Auch ein Vergleich verschiedener virtueller Reifenmodelle, beispielsweise unterschiedlicher Reifentypen oder auch gleicher Reifentypen unterschiedlicher Fahrzeuge oder Fahrzeugnutzer, ist möglich. Das Ergebnis eines solchen Vergleichs kann in eine Weiterentwicklung von Fahrzeugreifen einfließen und vorteilhaft zu Fahrzeugreifen mit verbesserten Eigenschaften führen.
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Das Verfahren kann grundsätzlich zu jedem beliebigen Zeitpunkt innerhalb der Lebensdauer durchgeführt werden, d. h. es kann sowohl zur Erstellung eines virtuellen Reifenmodells eines Neureifens genutzt werden als auch zur Erstellung eines virtuellen Reifenmodells eines bereits (länger) in Betrieb befindlichen Fahrzeugreifens. Mit fortschreitender Lebensdauer des Reifens nimmt dabei die zu verarbeitende Menge an Daten zur Erstellung des virtuellen Reifenmodells zu. Daher kann es vorteilhaft sein, das virtuelle Reifenmodell bereits von Beginn der Lebensdauer des Fahrzeugreifens an zu erstellen.
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Gemäß verschiedenen Ausführungsvarianten kann das virtuelle Reifenmodell unter Nutzung von Datenfusionsmethoden erstellt werden.
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Datenfusion bedeutet, dass bruchstückhafte und ggf. teilweise widersprüchliche Sensordaten zusammengeführt und derart aufbereitet werden, dass ein verständliches Gesamtbild des Fahrzeugreifens erhalten wird. Neben realen Sensordaten können auch weitere Daten einfließen, die beispielsweise basierend auf Sensordaten durch entsprechende Algorithmen wie beispielsweise Kalman-Filter generiert wurden, also im Rahmen einer virtuellen Sensorik erhalten wurden. Beispielsweise kann die Datenfusion einen Algorithmus, z. B. einem Kalman-Filter, aufweisen oder aus einem solchen Algorithmus bestehen, der aus vorhandenen Messdaten mit Hilfe eines Fahrzeugmodells zusätzliche virtuelle Messdaten generiert (virtuelle Sensorik),
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Im Rahmen der Datenfusion können Techniken genutzt werden, die eine Kombination hinsichtlich ihrer Datenstruktur und/oder ihres Dateninhalts verschiedener Daten ermöglichen. Hierfür können die Daten aufbereitet und/oder mit weiteren Daten kombiniert werden. Weiterhin können Daten unterschiedlichen Alters derart aufbereitet werden, z. B. durch Extrapolation in die Gegenwart, dass eine gemeinsame Verarbeitung möglich wird. Zudem können Daten verschieden gewichtet werden. Schließlich kann versucht werden, innerhalb der Daten bestimmte Muster zu erkennen und diese Muster in die weitere Datenverarbeitung mit einzubeziehen.
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Beispielsweise besteht die Möglichkeit, einen virtuellen Fahrzeugbeobachter zu definieren, der alle verschiedenen Belastungszustände, dynamischen Anforderungen etc. des Fahrzeugreifens einzeln ermittelt und dann zum Erstellen des virtuellen Reifenmodells zur Verfügung stellt. Ziel dabei ist es, möglichst alle auf den Reifen einwirkenden Einflussfaktoren zu erfassen, also z. B. auch von Kräften, die in unterschiedlichen Richtungen und auch mit unterschiedlicher Dynamik am Fahrzeugreifen angreifen. Folglich können alle dynamischen Zustände des Reifens erfasst und im Rahmen einer nachstehend erläuterten Aktualisierung des virtuellen Reifenmodells mitverfolgt werden.
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Die Verwendung von Datenfusionsmethoden kann vorteilhaft die Genauigkeit des erstellten virtuellen Reifenmodells verbessern, so dass dieses besser mit dem Fahrzeugreifen übereinstimmt.
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Gemäß weiteren Ausführungsvarianten kann das Verfahren ein Aktualisieren des erstellten virtuellen Reifenmodells mittels Reifendaten, Fahrzeugdaten, Umweltdaten und/oder Nutzungsdaten, jeweils bezogen auf den Fahrzeugreifen, aufweisen.
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Dadurch kann vorteilhaft ein aktualisiertes virtuelles Reifenmodell erhalten werden. Dies ermöglicht eine verbesserte Abschätzung eines aktuellen Reifenzustands.
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Weiterhin kann das virtuelle Reifenmodell basierend auf einer Kommunikation mit einem Wartungssystem des Fahrzeugs und/oder einer Kommunikation mit einem Fahrzeugnutzer aktualisiert werden. Dies kann zu einer weiteren Verbesserung des virtuellen Reifenmodells im Sinne einer verbesserten Übereinstimmung mit dem Fahrzeugreifen führen.
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Gemäß weiteren Ausführungsvarianten kann das Verfahren ein Vergleichen des erstellten oder aktualisierten virtuellen Reifenmodells mit dem Fahrzeugreifen und ein Anpassen des erstellten oder aktualisierten virtuellen Reifenmodells an den Fahrzeugreifen aufweisen.
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Mit anderen Worten kann ein Abgleich zwischen dem ursprünglich erstellten oder einem zu einem späteren Zeitpunkt aktualisierten virtuellen Reifenmodell und dem Fahrzeugreifen erfolgen. Durch die entsprechende Anpassung des virtuellen Reifenmodells kann die Genauigkeit des virtuellen Reifenmodells verbessert werden, so dass dieses besser mit dem Fahrzeugreifen übereinstimmt.
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Ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft ein virtuelles Reifenmodell, das mittels eines der vorstehend erläuterten Verfahren erhältlich ist.
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Folglich lassen sich sämtliche Ausführungen bezüglich des Verfahrens analog auf das virtuelle Reifenmodell übertragen. Mit dem virtuellen Reifenmodell sind die oben mit Bezug auf das Verfahren genannten Vorteile entsprechend verbunden.
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Bei dem virtuellen Reifenmodell kann es sich um ein ursprünglich erstelltes oder ein aktualisiertes Reifenmodell handeln. Das virtuelle Reifenmodell bildet einen Fahrzeugreifen basierend auf auf diesen Fahrzeugreifen bezogenen Reifeninformationen, Fahrzeugdaten, Umweltdaten und Nutzungsdaten nach. Das virtuelle Reifenmodell kann auf einem Speichermedium, z. B. einem computerlesbaren Datenträger, im mit dem Fahrzeugreifen ausgestatten Fahrzeug oder außerhalb des Fahrzeugs gespeichert sein.
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Mittels des virtuellen Reifenmodells kann ein Zusammenhang zwischen Reifeninformationen, Fahrzeugdaten, Umweltdaten und Nutzungsdaten, jeweils bezogen auf den Fahrzeugreifen, einerseits und dem Reifenzustand des Fahrzeugreifens andererseits abgebildet werden.
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Das virtuelle Reifenmodell kann über eine Schnittstelle verfügen, mittels derer eine Kommunikation mit einem Wartungssystem des Fahrzeugs und/oder eine Kommunikation mit einem Fahrzeugnutzer erfolgen kann. Über die Schnittstelle können weitere Daten in das virtuelle Reifenmodell eingepflegt werden. Dies kann zu einer weiteren Verbesserung des virtuellen Reifenmodells im Sinne einer verbesserten Übereinstimmung mit dem Fahrzeugreifen führen.
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Vorteilhaft kann das virtuelle Reifenmodell zur Reifenentwicklung genutzt werden, da Schwachstellen bisheriger Reifen erkannt und diesen entgegenwirkende Neuerungen eingeführt werden können. Zudem können mehrere virtuelle Reifenmodelle miteinander verglichen werden, so dass eine breite Datenbasis, die eine tatsächliche Reifennutzung und mögliche Einflussgrößen widerspiegelt, geschaffen werden kann.
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Ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft ein Verfahren zur Simulierung eines Reifenzustands, bei dem ein zukünftiger Zustand eines Fahrzeugreifens mittels eines virtuellen Reifenmodells dieses Fahrzeugreifens gemäß vorstehender Beschreibung simuliert wird.
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Mit anderen Worten kann anhand des virtuellen Reifenmodells ein zukünftiger Reifenzustand abgeschätzt werden. Hierfür können die Auswirkungen verschiedener Einflüsse, z. B. eine Änderung der vorstehend erläuterten Parameter wie das Absolvieren einer bestimmten Fahrstrecke, die Einwirkung verschiedener Kräfte, Temperaturen, etc., simuliert werden. Dadurch kann beispielsweise die Lebensdauer des zu dem virtuellen Reifenmodell gehörigen Fahrzeugreifens abgeschätzt werden, so dass ein rechtzeitiger Reifenwechsel geplant und durchgeführt werden kann. Beispielsweise kann ein Ersatzreifen rechtzeitig bestellt und geliefert werden und ggf. ein Werkstatttermin vereinbart werden. Ein überraschender und ggf. gefährlicher Ausfall eines Reifens kann vermieden werden.
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Außerdem können weitere Maßnahmen basierend auf dem simulierten zukünftigen Zustand des Fahrzeugreifens geplant und durchgeführt werden, z. B. eine Änderung des Reifendrucks, die Einhaltung einer Geschwindigkeitsbegrenzung, ein Wechsel von Sommer- zu Winterreifen und umgekehrt, ein Wechsel der Reifenposition am Fahrzeug, z. B. bei einem vierrädrigen Fahrzeug von vorn rechts nach hinten links etc..
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Hierfür können Informationen bezüglich des simulierten zukünftigen Zustands des Fahrzeugreifens ausgegeben werden, z. B. an den Fahrer des Fahrzeugs mittels einer entsprechenden Anzeige auf einem Infotainmentsystem des Fahrzeugs oder an eine Wartungsinstitution, z. B. an eine mit der Wartung des Fahrzeugs beauftragte Werkstatt.
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Gemäß verschiedenen Ausführungsvarianten kann der simulierte Reifenzustand mit einem tatsächlichen Reifenzustand des Fahrzeugreifens verglichen werden und die Simulation basierend auf Abweichungen zwischen dem simulierten Reifenzustand und dem tatsächlichen Reifenzustand angepasst werden.
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Beispielsweise kann der zukünftige Reifenzustand bei gleichbleibenden Belastungen in einem Monat simuliert und nach Ablauf dieser Zeitdauer mit dem dann vorhandenen tatsächlichen Reifenzustand verglichen und die Simulation entsprechend angepasst werden.
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Dadurch kann vorteilhaft die Genauigkeit der Simulation verbessert werden, so dass zukünftige Vorhersagen mit höherer Präzision möglich sind und die mit der Simulation verbundenen Vorteile in größerem Ausmaß realisiert werden können.
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Ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft ein System zur Datenverarbeitung, das Mittel zur Ausführung eines der vorstehend beschriebenen Verfahren umfasst.
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Mithin können auch mit dem System zur Datenverarbeitung die Vorteile der Verfahren erreicht werden. Sämtliche Ausführungen bezüglich der Verfahren lassen sich analog auf das System zur Datenverarbeitung übertragen.
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Das System zur Datenverarbeitung kann eine Recheneinheit aufweisen, die im Fahrzeug des betreffenden Fahrzeugreifens oder auch außerhalb des Fahrzeugs angeordnet sein kann. Die Recheneinheit kann in einer signaltechnischen Wirkverbindung mit dem Fahrzeug stehen, so dass beispielsweise Daten von Sensoren des Fahrzeugs an die Recheneinheit übertragen werden können.
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Ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft ein Computerprogramm, das Befehle umfasst, die bei der Ausführung des Programms durch einen Computer diesen veranlassen, eines der vorstehend beschriebenen Verfahren auszuführen.
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Mithin können auch mit dem Computerprogramm die Vorteile der Verfahren erreicht werden. Sämtliche Ausführungen bezüglich der Verfahren lassen sich analog auf das Computerprogramm übertragen.
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Unter einem Computerprogramm kann ein auf einem geeigneten Medium speicherbarer und/oder über ein geeignetes Medium abrufbarer Programmcode verstanden werden. Zum Speichern des Programmcodes kann jedes zum Speichern von Software geeignete Medium, beispielsweise ein in einem Steuergerät verbauter nichtflüchtiger Speicher, eine DVD, ein USB-Stick, eine Flashcard oder dergleichen, Verwendung finden. Das Abrufen des Programmcodes kann beispielsweise über das Internet oder ein Intranet erfolgen oder über ein anderes geeignetes drahtloses oder kabelgebundenes Netzwerk.
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Ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft einen computerlesbaren Datenträger, auf dem das Computerprogramm gespeichert ist.
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Weitere Vorteile der vorliegenden Erfindung sind aus der nachfolgenden Beschreibung und den Abbildungen ersichtlich. Es zeigen:
- 1 eine Übersichtsdarstellung zur Veranschaulichung der Erstellung eines beispielhaften virtuellen Reifenmodells;
- 2 eine weitere Übersichtsdarstellung zur Veranschaulichung der Erstellung und Nutzung eines beispielhaften virtuellen Reifenmodells; und
- 3 ein Ablaufschema eines beispielhaften Verfahrens.
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In den 1 und 2 sind die für die Erstellung eines virtuellen Reifenmodells RM eines Fahrzeugreifen FR notwendigen Daten, ihre Herkunft sowie ihre Verarbeitung schematisch dargestellt. 1 zeigt, dass Reifendaten RD, Fahrzeugdaten FD, Umweltdaten UD und Nutzungsdaten ND einerseits als reale Messdaten, also z. B. mittels Sensoren tatsächlich ermittelten Daten, und andererseits als Simulationen bereitgestellt werden.
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Diese Daten fließen zum einen direkt in das virtuelle Reifenmodell ein und werden zum anderen unter Nutzung von Datenfusionsmethoden miteinander in einen Zusammenhang gebracht, d. h. aus realen Messdaten und einer dynamischen Modellierung werden virtuelle Sensordaten erzeugt. Anschließend werden diese Daten zur Erstellung des virtuellen Reifenmodells RM genutzt. Das virtuelle Reifenmodell RM stellt ein Abbild des Fahrzeugreifen FR dar, bei dem es sich beispielsweise um den Reifen eines Personenkraftwagens handeln kann.
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Weist der Personenkraftwagen wie üblich mehrere Fahrzeugreifen FR auf, so wird für jeden dieser Fahrzeugreifen FR ein separates virtuelles Reifenmodell RM erstellt. Die erstellten Reifenmodelle RM werden außerhalb des Fahrzeugs in einer Computercloud gespeichert. Alternativ ist auch ein Speichern innerhalb des Fahrzeugs möglich.
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2 veranschaulicht den Prozess der Erstellung des virtuellen Reifenmodells RM nochmals. Auf den Fahrzeugreifen FR, für den ein virtuelles Reifenmodell RM erstellt werden soll, wirken vielfältige Kräfte, Belastung, Einflüsse ein, die anhand von Reifendaten, Fahrzeugdaten, Umweltdaten und Nutzungsdaten qualifiziert und quantifiziert werden können (siehe 1).
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Mittels Sensorsignalen, Simulationen und Methoden der Datenfusion kann ein digitaler Zwilling des Fahrzeugreifens FR in Form eines virtuellen Reifenmodells RM erstellt werden, indem die Kräfte, Belastungen und Einflüsse virtuell nachgebildet werden.
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Das erhaltene virtuelle Reifenmodell RM kann dann genutzt werden, um einen zukünftigen Reifenzustand SRZ zu simulieren. Durch einen Abgleich des simulierten Reifenzustands SRZ mit dem tatsächlichen Reifenzustand TRZ kann die Simulation angepasst und dadurch verbessert werden.
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3 zeigt ein Ablaufschema eines beispielhaften Verfahrens zum Generieren eines virtuellen Reifenmodells RM eines Fahrzeugreifens FR. Nach dem Start des Verfahrens werden im Schritt S1 Reifendaten RD, Fahrzeugdaten FD, Umweltdaten UD und Nutzungsdaten ND, die jeweils auf den Fahrzeugreifen FR bezogen sind, für den das virtuelles Reifenmodell RM erstellt werden soll, bereitgestellt. Hierfür können Messdaten und Simulationen genutzt werden.
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Im nächsten Verfahrensschritt S2 wird das virtuelle Reifenmodell TM basierend auf den bereitgestellten Daten erstellt. Hierbei können Datenfusionsmethoden zum Einsatz kommen. Im Schritt S3 wird das erstellte virtuelle Reifenmodell RM gespeichert.
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Im Schritt S4 erfolgt eine Aktualisierung des erstellten virtuellen Reifenmodells RM mittels Reifendaten RD, Fahrzeugdaten FD, Umweltdaten UD und Nutzungsdaten ND. Die Aktualisierung bewirkt, dass das aktualisierte virtuelle Reifenmodell RM jederzeit so gut wie möglich mit dem Fahrzeugreifen FR übereinstimmt.
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Optional können die Schritte S5 und S6 durchgeführt werden, in denen das aktualisierte virtuelle Reifenmodell RM mit dem Fahrzeugreifen FR verglichen wird und das aktualisierte virtuelle Reifenmodell RM an den Fahrzeugreifen FR angepasst wird. Der Vergleich und die Anpassung können in vorgebbaren zeitlichen Abständen, z. B. in fest vorgegebenen zeitlichen Abständen oder in von der Nutzung des Fahrzeugreifen FR abhängigen zeitlichen Abständen wiederholt durchgeführt werden. Dadurch lässt sich die Qualität des virtuellen Reifenmodells RM verbessern.
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Im Schritt S7 wird das virtuelle Reifenmodell RM genutzt, um einen zukünftigen Zustand SRZ des Fahrzeugreifen FR zu simulieren. Hierfür können virtuell Kräfte, Belastungen und/oder Einflüsse auf das virtuelle Reifenmodell RM ausgeübt und deren Folgen beobachtet werden. Im Schritt S8 werden Information bezüglich des simulierten zukünftigen Zustands SRZ des Fahrzeugreifens FR ausgegeben. Beispielsweise kann eine Werkstatt über einen aufgrund von Verschleiß durchzuführenden Reifenwechsel informiert werden. Besteht basierend auf dem simulierten Reifenzustand SRZ die Gefahr eines jederzeitigen plötzlichen Versagens des Fahrzeugreifens FR, können entsprechende Informationen an das Fahrzeug ausgegeben werden, um z. B. den Fahrer zu informieren oder einen aktiven Steuereingriff, z. B. zur Begrenzung der Fahrzeuggeschwindigkeit, zu bewirken.
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Die Verfahrensschritte S4 bis S8 können fortlaufend oder in zeitlichen Abständen durchgeführt werden, d. h. es sind eine ständige Aktualisierung des virtuellen Reifenmodells RM und/oder eine ständige Simulation eines zukünftigen Reifenzustands SRZ möglich.
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Bezugszeichenliste
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- FD
- Fahrzeugdaten
- FR
- Fahrzeugreifen
- ND
- Nutzungsdaten
- RD
- Reifendaten
- RM
- virtuelles Reifenmodell
- SRZ
- simulierter Reifenzustand
- TRZ
- tatsächlicher Reifenzustand
- UD
- Umweltdaten
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Verfahrensschritte
- S1
- Bereitstellen von Reifendaten, Fahrzeugdaten, Umweltdaten und Nutzungsdaten, jeweils bezogen auf den Fahrzeugreifen
- S2
- Erstellen eines virtuellen Reifenmodells des Fahrzeugreifens basierend auf den bereitgestellten Daten
- S3
- Speichern des erstellten virtuellen Reifenmodells
- S4
- Aktualisieren des erstellten virtuellen Reifenmodells mittels Reifendaten, Fahrzeugdaten, Umweltdaten und Nutzungsdaten, jeweils bezogen auf den Fahrzeugreifen
- S5
- Vergleichen des aktualisierten virtuellen Reifenmodells mit dem Fahrzeugreifen
- S6
- Anpassen des aktualisierten virtuellen Reifenmodells an den Fahrzeugreifen
- S7
- Simulieren eines zukünftigen Zustands eines Fahrzeugreifens mittels des angepassten aktualisierten virtuellen Reifenmodells
- S8
- Ausgeben einer Information bezüglich des simulierten zukünftigen Zustands des Fahrzeugreifens
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
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Zitierte Patentliteratur
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- US 2019/0266295 A1 [0007]
- EP 2596317 B1 [0008]
- WO 2017/011486 A1 [0009]
