DE10307191A1

DE10307191A1 - Verfahren zur Bestimmung von auf einen Luftreifen wirkenden Kräften

Info

Publication number: DE10307191A1
Application number: DE2003107191
Authority: DE
Inventors: Marius Dr. Goslar
Original assignee: Continental AG
Current assignee: Continental Reifen Deutschland GmbH
Priority date: 2003-02-20
Filing date: 2003-02-20
Publication date: 2004-09-02

Abstract

Zur Bestimmung der auf einen Luftreifen (2) wirkenden Kräfte wird eine Verformung des Luftreifens (2) gemessen und die auf den Luftreifen (2) wirkenden Kräfte aus den gemessenen Kenngrößen bestimmt. An mindestens einem weiteren Luftreifen (2) wird eine Verformung gemessen; diese gemessenen Kenngrößen werden zusätzlich zur Bestimmung von auf den ersten Luftreifen (2) wirkenden Kräften verwendet. Beispielsweise wird an allen Luftreifen (2) eines Kraftfahrzeugs die Seitenwandverformung des jeweiligen Luftreifens (2) gemessen und diese gemessenen Kenngrößen werden zusätzlich zur Bestimmung von auf den ersten Luftreifen (2) wirkenden Kräften verwendet.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Bestimmung von auf einen Luftreifen wirkenden Kräften, wobei eine Verformung des Luftreifens gemessen wird und auf den Luftreifen wirkende Kräfte aus den gemessenen Kenngrößen ermittelt werden.

Es sind viele elektronische Regelungssysteme für Kraftfahrzeuge bekannt, die direkt oder indirekt in das Motormanagement eingreifen und die Fahr- und Bremseigenschaften optimieren und dadurch gefährliche Situationen zu vermeiden suchen. So werden mittlerweile in den meisten Kraftfahrzeugen Antiblockiersysteme (ABS) und ein elektronisches Stabilitätsprogramm (ESP) serienmäßig eingebaut. Auf Wunsch werden einige Fahrzeuge auch mit einer Antriebsschlupfregelung (ASR) ausgestattet, die das unerwünschte Durchdrehen einzelner Reifen verhindert. Darüber hinaus sind weitere Mess- und Regelungssysteme, wie beispielsweise eine kontinuierliche Überwachung des Reifenluftdrucks, in der Entwicklung und Erprobung.

Diese zunehmende Anzahl elektronischer Regelungs- und Steuersysteme kann auch ohne Kontrolle durch den Fahrer erheblich in die Steuerung des Kraftfahrzeugs eingreifen. Um die entsprechenden Korrekturen in der Ansteuerung des Motors und der Bremsen auch in kritischen Fahrsituationen zutreffend und zuverlässig bestimmen zu können, müssen möglichst viele Kenngrößen über die aktuelle Fahrsituation und die relevanten Eigenschaften kontinuierlich gemessen und ausgewertet werden.

Während zunächst die Überwachung der aktuellen Umdrehungsgeschwindigkeit der einzelnen Luftreifen eine ausreichende Entscheidungsgrundlage bot, werden in zunehmendem Maße weitere, zum Teil komplexe Kenngrößen, wie beispielsweise die Seitenwandverformung eines Luftreifens, gemessen und ausgewertet. Die gemessene Seitenwandverformung hängt von verschiedenen Faktoren, wie beispielsweise der Radlast, des Luftdrucks im Luftreifen sowie der auf den Luftreifen wirkenden Längs- und Querkräfte ab. Unter bestimmten Voraussetzungen lassen sich aus der gemessenen Seitenwandverformung die auf den Luftreifen wirkenden Längs-, Quer- und Aufstandskräfte zumindest näherungsweise bestimmen. Mit einer möglichst genauen Kenntnis der auf den Luftreifen wirkenden Kräfte sind automatisierte komplexe Regelungs- und Steuervorgänge zuverlässiger und mit höherer Sicherheit für die Fahrzeuginsassen umsetzbar.

Es sind Verfahren bekannt (WO 96/10505), bei denen zur Bestimmung der an einem Reifen angreifenden Längskraft aus der ortsabhängigen Verformung des Reifens zwischen einem radial inneren Bereich des Rades oder der Nabe und einem radial äußeren Bereich des Reifens in mindestens einer nicht rotierenden Stellung die angreifende Längskraft während der Reifenrotation bestimmt wird. Es sind auch andere Verfahren bekannt, die jedoch alle wie auch das erstgenannte Verfahren darauf beruhen, dass die Messsignale mindestens eines in der Seitenwand des Luftreifens angeordneten Messwertgebers zur Bestimmung von an dem Luftreifen angreifenden Kräften ausgewertet werden.

Während der Entwicklung derartiger Verfahren durchgeführte Messungen und Simulationen haben gezeigt, dass selbst unter optimalen Bedingungen auf Grund der beschränkten Messgenauigkeit sowie wegen statistischer und systematischer Messfehler die durch derartige Verfahren ermittelten Kräfte nicht exakt mit den tatsächlich angreifenden Kräften übereinstimmen. Die Qualität der verschiedenen Verfahren zur Bestimmung der an einem Luftreifen angreifenden Kräfte hängt einerseits von dem verwendeten Verfahren selbst, andererseits von der Qualität der verwendeten Messwertgeber, deren Anzahl und Anordnung sowie von der verwendeten Auswerteeinheit ab. Durch die Verwendung von einer größeren Anzahl qualitativ höher- wertiger Messwertegeber könnte die Genauigkeit der gemessenen Kenngrößen und dadurch die Genauigkeit der aus diesen Kenngrößen bestimmten angreifenden Kräfte verbessert werden. Dies wäre jedoch mit einer erheblichen Kostensteigerung verbunden, die im Verhältnis zu der erzielbaren Verbesserung der Genauigkeit in keinem Verhältnis steht und die serienmäßige Verwendung solcher Verfahren allein aus Kostengründen in Frage stellen könnte.

Aufgabe der Erfindung ist es demzufolge, eine genauere Bestimmung der auf einen Luftreifen wirkenden Kräfte zu ermöglichen, wobei keine oder nur unwesentliche Zusatzkosten entstehen sollen. Die Verbesserung der Genauigkeit soll möglichst unabhängig von dem konkret verwendeten Mess- bzw. Auswerteverfahren erreichbar sein, um in Verbindung mit möglichst vielen bekannten Verfahren Anwendung finden zu können.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass an mindestens einem weiteren Luftreifen eine Verformung des mindestens einen weiteren Luftreifens gemessen wird und diese gemessenen Kenngrößen zusätzlich zur Bestimmung von auf den ersten Luftreifen wirkenden Kräften verwendet werden.

Selbst für einfache Regelungssysteme wie beispielsweise das Antiblockiersystem (ABS) ist eine kontinuierliche Überwachung und Auswertung der Umdrehungsgeschwindigkeit aller Fahrzeugreifen erforderlich. Auch wenn die für das Antiblockiersystem ausgewerteten Kenngrößen aus Messungen der Seitenwand-Deformation eines Luftreifens stammen, so sollte die Seitenwand-Deformation jeweils an allen Fahrzeugreifen gemessen werden. Bei allen bekannten Verfahren werden aus den für einen bestimmten Luftreifen gemessenen Messwerten die für diesen Luftreifen zutreffenden Kenngrößen, wie beispielsweise die angreifenden Längs- oder Querkräfte, ermittelt und den damit verbundenen Regelungssystemen zur weiteren Auswertung übertragen. Es hat sich jedoch gezeigt, dass die Genauigkeit der Bestimmung der an einem ersten Luftreifen angreifenden Kräfte verbessert werden kann, wenn für diese Bestimmung die an einem anderen Luftreifen des Fahrzeugs gemessenen Kenngrößen herangezogen und mit ausgewertet werden.

Vorzugsweise ist vorgesehen, dass an allen Luftreifen eines Kraftfahrzeugs eine Verformung des jeweiligen Luftreifens gemessen wird und diese gemessenen Kenngrößen zusätzlich zur Bestimmung von auf den ersten Luftreifen wirkenden Kräften verwendet werden.

Vorteilhafterweise ist vorgesehen, dass auf einen ersten Luftreifen wirkenden Kräfte näherungsweise als Linearkombination aller gemessenen Kenngrößen berechnet werden. Dies hat den Vorteil einer schnell auf Plausibilität (physikalisch sinnvolle Gültigkeit) überprüfbaren Parametrierung sowie der geringeren Komplexität bei der Implementierung in einem Steuergerät.

Nachfolgend werden Ausführungsbeispiele der Erfindung näher erläutert, die in der Zeichnung dargestellt sind. Es zeigt:
1 einen schematisch dargestellten Aufbau einer Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens,
2 ein das Verfahren beschreibendes Flussdiagramm und
3 ein Histogramm für die Seitenkraftabschätzung.
Die in 1 schematisch dargestellte Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens weist mehrere Messwertgeber 1 auf, die entlang der Umfangsrichtung im Abstand zueinander in der innen liegenden Seitenwand eines jeden Luftreifens 2 des Fahrzeugs angeordnet sind. Ortsfest am nicht dargestellten Aufbau des Fahrzeugs angebracht befinden sich nahe der Seitenwand eines jeden Luftreifens 2 jeweils zugeordnete Messwertempfänger 3. Der Abstand der nicht beweglichen Messwertempfänger 3 zu den zugeordneten, mit den jeweiligen Luftreifen 2 rotierenden Messwertgebern 1 ist dabei ausreichend klein, um eine zuverlässige Übertragung der Messwerte von den Messwertgebern 1 an den zugeordneten Messwertempfänger 3 sicherzustellen.
Die Messwertempfänger 3 sind jeweils mit einer zentralen Auswerteeinheit 4 verbunden, so dass die gemessenen Messwerte an die zentrale Auswerteeinheit 4 übertragen werden können. In der zentralen Auswerteeinheit 4 liegen alle gemessenen Werte vor, so dass die Bestimmung der auf einen Luftreifen drückenden Kräfte unter Berücksichtigung der Messwerte aller Luftreifen 2 vorgenommen werden kann.
Nachdem die an jedem Luftreifen 2 wirkenden Kräfte jeweils unter Berücksichtigung aller vorliegenden Messwerte bestimmt wurden, können diese Informationen zur weiteren Auswertung an Regelungssysteme 5 übertragen werden, die mit der zentralen Auswerteeinheit 4 verbunden sind.
Das in 2 dargestellte Flussdiagramm zeigt in vereinfachender Darstellung den Ablauf des Verfahrens zur Bestimmung der auf einen Luftreifen wirkenden Kräfte. In einem ersten Schritt 6 werden die an einem ersten Luftreifen gemessenen Kenngrößen eingelesen. In einem darauf folgenden Schritt 7 werden auch die an weiteren Luftreifen gemessenen Kenngrößen eingelesen und für eine Auswertung bereit gehalten. Die in einem weiteren Schritt 8 erfolgende Berechnung der auf den ersten Luftreifen wirkenden Kräfte berücksichtigt die gemessenen Kenngrößen aller Luftreifen des Kraftfahrzeugs. Die derart bestimmten, auf einen Luftreifen wirkenden Kräfte können in einem anschließenden Schritt 9 an elektronische Regelungssysteme übertragen werden.
Die erzielte Verbesserung der Bestimmung der Reifenkräfte kann beispielsweise durch einen Vergleich des Schätzfehlers nachgewiesen werden. Dieser Schätzfehler ist die Differenz aus der Referenzkraft, gemessen durch eine spezielle Radmessnabe, zu der aus den Kenngrößen der Seitenwandverformung geschätzten Reifenkraft.
Für die Bewertung des Schätzfehlers eignet sich beispielsweise eine Histogramm-Darstellung (3). Dabei wird die Häufigkeit normiert über eine Schätzfehlerklasse aufgetragen. Je breiter die Kurve ist, desto größer ist im allgemeinen der Schätzfehler. Es ist zu erkennen, dass bei dem bisher als Stand der Technik angenommenen Verfahren (Methode 1, die Daten zur Schätzung der Reifenkraft kommen nur vom betreffenden Rad) der Fehler gegenüber der neu vorgeschlagenen Methode 2 (auch andere Radpositionen zu berücksichtigen) im allgemeinen größer ist.

Claims

Verfahren zur Bestimmung von auf einen Luftreifen wirkenden Kräften, wobei eine Verformung des Luftreifens gemessen wird und auf den Luftreifen wirkende Kräfte aus den gemessenen Kenngrößen bestimmt werden, dadurch gekennzeichnet, dass an mindestens einem weiteren Luftreifen eine Verformung des mindestens einen weiteren Luftreifens gemessen wird und diese gemessenen Kenngrößen zusätzlich zur Bestimmung von auf den ersten Luftreifen wirkenden Kräften verwendet werden.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass an allen Luftreifen eines Kraftfahrzeugs eine Verformung des jeweiligen Luftreifens gemessen wird und diese gemessenen Kenngrößen zusätzlich zur Bestimmung von auf den ersten Luftreifen wirkenden Kräften verwendet werden.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass Kenngrößen der Seitenwandverformung des ersten Luftreifens und mindestens eines weiteren Luftreifens gemessen werden und zur Bestimmung von auf den ersten Luftreifen wirkenden Kräften verwendet werden.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass auf einen ersten Luftreifen wirkenden Kräfte näherungsweise als Linearkombination aller gemessenen Kenngrößen berechnet werden.