DE10353481A1

DE10353481A1 - Car tyre to road friction coefficient measurement procedure uses noise sensors to record rolling noise for band pass spectrum processing and reference comparison

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Publication number: DE10353481A1
Application number: DE2003153481
Authority: DE
Inventors: Roland Prof. Dr. Fischer; Reinhard Dipl.-Ing. Seyer; Volker Dr. Windte
Original assignee: DaimlerChrysler AG
Current assignee: Daimler AG
Priority date: 2003-11-15
Filing date: 2003-11-15
Publication date: 2005-06-16
Anticipated expiration: 2023-11-16
Also published as: DE10353481B4

Abstract

A car tyre (1) to road friction coefficient measurement procedure uses tyre or body mounted sensors (4) to record the rolling noise and calculate the noise spectrum, normalises it to the measured wheel speed, analyses the amplitude using band pass filters (8) for comparison (12) of friction coefficient characteristic signals with stored reference values and creates an acoustic warning signal. Independent claim is included for the use of other parameters including tyre load, type, pressure and temperature, road temperature, damper type, steering angle and spring status in the analysis.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Bestimmen des Reibbeiwertes zwischen Fahrbahn und Reifen eines Kraftfahrzeuges.The The invention relates to a method for determining the friction coefficient between the road and tires of a motor vehicle.

Aktive und passive Sicherheitssysteme im Kraftfahrzeugbereich spielen eine immer größer werdende Rolle bei der Fortentwicklung von Fahrzeugen. Die Erwartungen der Kunden erfordern sowohl Leistungsfähigkeit und Komfort, gerichtet auf eine zunehmende Sicherheit für die Fahrzeuginsassen.active and passive safety systems in the automotive sector play a ever-increasing Role in the development of vehicles. The expectations of Customers require both efficiency and comfort, addressed on increasing security for the vehicle occupants.

Neben den passiven und aktiven Sicherheitssystemen, wie Airbag, Aufprallschutz und Gurtstraffer, gewinnt mehr und mehr die aktive Fahrsicherheit mit ihren immer größer werdenden Möglichkeiten an Bedeutung. Ziel der Entwicklung ist dabei ein Kontrollsystem, das die momentane Fahrsituation schnell erfasst und sofort in eine etwaige kritische Lage aktiv eingreifen bzw. dem Fahrer ein entsprechendes Signal für eine manuelle Änderung der Fahrsituation liefern kann. Die ersten Schritte einer aktiven Fahrzeugkontrolle sind dabei bereits mit dem ABS, dem RCR oder dem elektronischen Stabilitätsprogramm gemacht worden. Diese Programme schätzen die Reibbeiwert-Schlupf kurve ab, mit deren Hilfe auf die aktuelle Fahrsituation reagiert werden kann.Next the passive and active safety systems, such as airbag, impact protection and belt tensioners, gaining more and more active driving safety with their ever-growing options in importance. The aim of the development is a control system that captures the current driving situation quickly and instantly into one any critical situation actively intervene or the driver a corresponding Signal for a manual change can provide the driving situation. The first steps of an active Vehicle control are already with the ABS, the RCR or the electronic stability program been made. These programs estimate the friction coefficient slip curve, with the help of which reacts to the current driving situation can be.

Um Vorgänge, wie beispielsweise Bremsen, Beschleunigen und Kurvenfahrten des Kraftfahrzeuges, vor dem entsprechenden Vorgang berechnen zu können, um in Extremsituationen, wie beispielsweise auf glatten Straßenbahnen das Kraftfahrzeug sicher beherrschen zu können, werden die Reibbeiwerte für die Längs- und Querbeschleunigung benötigt.Around operations such as braking, acceleration and cornering of the Motor vehicle to be able to calculate before the corresponding process to in extreme situations, such as on smooth trams Being able to control the motor vehicle safely become the coefficients of friction for the Along- and lateral acceleration needed.

Im Stand der Technik finden sich verschiedene Verfahren zur Bestimmung des Reibbeiwertes zwischen Fahrbahn und Reifen eines Kraftfahrzeuges.in the The prior art provides various methods for determination the coefficient of friction between the road and tires of a motor vehicle.

Nach einem Ansatz gemäß dem Stand der Technik werden die Reibbeiwerte für die Längs- und Querbeschleunigung lediglich während eines Bremsvorgangs des Kraftfahrzeuges aus den Parametern eines ABS-Systems bestimmt.To an approach according to the state The technique becomes the coefficients of friction for the longitudinal and lateral acceleration only during a braking operation of the motor vehicle from the parameters of a ABS system determined.

Nachteilig an diesem Ansatz ist jedoch die Tatsache, dass der gemessene Reibbeiwert erst während des Bremsvorgangs gemessen wird, was für ein vorausschauendes Handeln in der Regel jedoch zu einem zu späten Zeitpunkt stattfindet.adversely However, this approach is the fact that the measured coefficient of friction only during the braking process is measured, what a forward-looking action usually, however, takes place too late.

Gemäß einem weiteren Ansatz im Stand der Technik werden zum Erkennen des Reibbeiwertes zwischen Fahrbahn und Reifen die Abrollgeräusche der Reifen mittels eines Mikrophons aufgenommen, wobei das Frequenzspektrum der aufgenommenen Abrollgeräusche raddrehzahlunabhängig analysiert und aufgrund wenigstens von Teilen des ermittelten Frequenzspektrums ein den Fahrbahnzustand kennzeichnendes Signal erzeugt wird.According to one Another approach in the prior art are for detecting the friction coefficient between Lane and tire the rolling noise of the tires by means of a Microphones recorded, the frequency spectrum of the recorded rolling noise rad wheel independently analyzed and due at least to parts of the determined frequency spectrum a signal indicating the road condition is generated.

Nachteilig an diesem Ansatz hat sich jedoch die Tatsache herausgestellt, dass diese den Fahrbahnzustand kennzeichnenden Signale kein direktes Abbild kleiner Stöße liefern, die beim Abrollen eines Reifens auf der Fahrbahn auftreten. Ferner ist die Auswertung derartiger Signale durch etliche Störungen unsicher und instabil.adversely However, this approach has revealed the fact that these signals indicating the road condition are not a direct image deliver small impacts, which occur when rolling a tire on the road. Further is the evaluation of such signals by a number of disorders uncertain and unstable.

Die Druckschrift DE 42 13 222 A1 beschreibt ein Verfahren zur Erfassung der Rauhigkeit einer Fahrbahnoberfläche, wobei lediglich ein von der Raddrehzahl unabhängiges Frequenz-Fenster ausgewertet wird. Eine Frequenz-Abhängigkeit des erfassten Signals von der Raddrehzahl bzw. der Fahrgeschwindigkeit wird nicht mitberücksichtigt.The publication DE 42 13 222 A1 describes a method for detecting the roughness of a road surface, wherein only one of the wheel speed independent frequency window is evaluated. A frequency dependence of the detected signal on the wheel speed or the driving speed is not taken into account.

Somit liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Bestimmen des Reibbeiwertes zwischen Fahrbahn und Reifen eines Kraftfahrzeuges zu schaffen, mit welchem zur Regelung der Fahrdynamik für Sicherheitszwecke und aus Komfortgründen sicherere und zuverlässigere Aussagen über die Fahrbahnbeschaffenheit geliefert werden können.Consequently The present invention is based on the object, a method for determining the coefficient of friction between the road surface and the tire of a To create motor vehicle, with which to control the vehicle dynamics for security purposes and for reasons of comfort safer and more reliable Statements about the road condition can be delivered.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch das Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.These The object is achieved by the Method solved with the features of claim 1.

Die der vorliegenden Erfindung zugrunde liegende Idee besteht darin, dass das Verfahren folgende Schritte aufweist: Erfassen des Abrollgeräusches mindestens eines Reifens des Kraftfahrzeuges mittels mindestens einer Sensoreinrichtung; Messen der Raddrehzahl des mindestens eines Reifens; Ermitteln des dem erfassten Abrollgeräusch zugeordneten Frequenzspektrums; Normieren des ermittelten Frequenzspektrums auf die Raddrehzahl; und Erzeugen eines den Reibbeiwert zwischen Fahrbahn und Reifen kennzeichnenden Signals durch Analysieren der Amplituden des normierten Frequenzspektrums.The The idea underlying the present invention is that the method comprises the following steps: detecting the rolling noise at least a tire of the motor vehicle by means of at least one sensor device; Measuring the wheel speed of the at least one tire; Determine the the detected rolling noise associated frequency spectrum; Normalization of the determined frequency spectrum on the wheel speed; and generating a coefficient of friction between Lane and tire characteristic signal by analyzing the amplitudes the normalized frequency spectrum.

Das erfindungsgemäße Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 weist gegenüber den bekannten Lösungsansätzen gemäß dem Stand der Technik den Vorteil auf, dass zuverlässige In formationen über die Straßenbeschaffenheit bei verschiedenen Raddrehzahlen bzw. Fahrgeschwindigkeiten des Kraftfahrzeuges dynamisch ermittelt werden können. Dadurch können die Grenzen des sicheren Fahrzustandes vor kritischen Manövern dynamisch berechnet und die Sicherheit der Fahrzeuginsassen erheblich erhöht werden.The method according to the invention with the features of claim 1 has over the known approaches according to the prior art has the advantage that reliable in formations on the road condition at different wheel speeds or speeds of the motor vehicle can be determined dynamically. As a result, the limits of the safe driving condition can be calculated dynamically before critical maneuvers net and the safety of the vehicle occupants are significantly increased.

In den Unteransprüchen finden sich vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen des im Anspruch 1 angegebenen Verfahrens.In the dependent claims find advantageous developments and improvements of specified in claim 1 method.

Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung wird an beiden Vorderreifen, beiden Hinterreifen oder an jedem Reifen des Kraftfahrzeuges das jeweilige Abrollgeräusch mittels einer jeweils zugeordneten Sensoreinrichtung erfasst und ausgewertet. Dabei ist die mindestens eine Sensoreinrichtung insbesondere als Körperschallsensor zum Erfassen des Körperschalls des Abrollgeräusches ausgebildet. Somit können vorteilhaft auch kleine Stöße, welche beim Abrollen des Reifens auf der Fahrbahn auftreten, gemessen und ausgewertet werden.According to one preferred development is on both front tires, both rear tires or on each tire of the motor vehicle, the respective rolling noise by means a respectively associated sensor device detected and evaluated. In this case, the at least one sensor device is in particular as Acoustic emission sensor for detecting structure-borne sound of the rolling noise educated. Thus, you can also advantageous small shocks, which occur when rolling the tire on the road, measured and be evaluated.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung ist der mindestens eine Körperschallsensor an der Aufhängung des mindestens einen Reifens angebracht. Vorzugsweise ist der Körperschallsensor an dem ungefederten Abschnitt der Aufhängung angebracht, um möglichst signalstarke Körperschallschwingungen aufnehmen zu können. Dabei kann der Körperschallsensor an dem ungefederten Abschnitt der Aufhängung mittels beispielsweise einer Metall-Bandage, einer Schraubverbindung, einer Schweißverbindung oder dergleichen angebracht werden.According to one Another preferred embodiment of the at least one structure-borne sound sensor the suspension the at least one tire attached. Preferably, the structure-borne sound sensor attached to the unsprung portion of the suspension, as possible signal strong structure-borne sound vibrations to be able to record. In this case, the structure-borne sound sensor at the unsprung portion of the suspension by means of, for example a metal bandage, a screw connection, a welded joint or the like.

Vorzugsweise wird das dem erfassten Abrollgeräusch zugeordnete Frequenzspektrum mittels einer Fourier-Analyse ermittelt. Dabei kann beispielsweise das ermittelte Frequenzspektrum zu sätzlich einer Frequenzfilterung, beispielsweise einer Bandpassfilterung, mittels mindestens eines Frequenzfilters unterzogen werden, um eine Datenreduktion zu erreichen. Dabei wird gemäß einem weiteren bevorzugten Ausführungsbeispiel die Frequenzfilterung in Abhängigkeit der gemessenen Raddrehzahl des mindestens einen Reifens durchgeführt.Preferably That will be the recorded rolling noise associated frequency spectrum determined by means of a Fourier analysis. In this case, for example, the determined frequency spectrum in addition to a Frequency filtering, for example, a bandpass filtering, by means subjected to at least one frequency filter to a data reduction to reach. It is in accordance with a another preferred embodiment the frequency filtering depending on the measured wheel speed of the at least one tire performed.

Vorteilhaft wird das den Reibbeiwert kennzeichnende Signal durch Vergleich der Amplituden des normierten Frequenzspektrums mit in einer Speichereinrichtung abgespeicherten Referenzwerten mittels eines Steuergerätes bestimmt.Advantageous is the friction coefficient characteristic signal by comparing the Amplitudes of the normalized frequency spectrum with in a memory device stored reference values determined by means of a control unit.

Vorzugsweise können auch zusätzliche Größen, wie beispielsweise die Achslast, Reifentemperatur, Fahrbahntemperatur, Reifentyp, Reifenluftdruck, Reifenunwucht, Stoßdämpfertyp, Stoßdämpferzustand, Vorderrad-Lenkwinkel, Einfederungszustand oder dergleichen erfasst und das ermittelte Frequenzspektrum auf mindestens eine dieser Größen zusätzlich normiert werden.Preferably can also additional Sizes, like For example, the axle load, tire temperature, road surface temperature, Tire type, tire inflation pressure, tire imbalance, shock absorber type, shock absorber condition, Front wheel steering angle, jounce state or the like detected and the determined frequency spectrum additionally normalized to at least one of these variables become.

Gemäß einem besonders vorteilhaften Ausführungsbeispiel wird das den Reibbeiwert zwischen Fahrbahn und Reifen kennzeichnende Signal als ein die Fahrbahnbeschaffenheit kennzeichnendes Signal ausgebildet bzw. in ein derartiges umgewandelt. Dabei kann vorzugsweise das die Fahrbahnbeschaffenheit kennzeichnende Signal bei bestimmten ermittelten Fahrbahnbeschaffenheiten als Warnsignal ausgegeben werden. Das Warnsignal kann dabei beispielsweise als akustisches und/oder optisches Signal ausgegeben werden.According to one particularly advantageous embodiment this becomes the coefficient of friction between the road and the tires Signal as a signal characterizing the road surface formed or converted into such a. In this case, preferably the signal characteristic of the road surface at certain determined road conditions are issued as a warning signal. The warning signal can, for example, as an acoustic and / or optical signal are output.

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert.embodiments The invention is illustrated in the drawings and in the following Description closer explained.

Dabei zeigen:there demonstrate:

1a eine schematische Ansicht einer in Längsrichtung des Kraftfahrzeuges wirkenden Kraft auf die Reifenprofilelemente bei einer positiven Beschleunigung; 1a a schematic view of a force acting in the longitudinal direction of the motor vehicle force on the tire tread elements at a positive acceleration;

1b eine schematische Ansicht einer in Längsrichtung des Kraftfahrzeuges wirkenden Kraft auf die Reifenprofilelemente bei einer negativen Beschleunigung; 1b a schematic view of a force acting in the longitudinal direction of the motor vehicle force on the tire tread elements at a negative acceleration;

2 eine schematische Darstellung eines Systems zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung; und 2 a schematic representation of a system for carrying out the method according to the invention according to an embodiment of the present invention; and

3 graphische Darstellungen von Körperschallmessungen bei vier verschiedenen Geschwindigkeiten des Kraftfahrzeuges. 3 graphical representations of structure-borne noise measurements at four different speeds of the motor vehicle.

In den Figuren bezeichnen gleiche Bezugszeichen gleiche oder funktionsgleiche Komponenten.In the same reference numerals designate the same or functionally identical Components.

Anhand der 1a und 1b wird im folgenden die Bestimmung des Reibbeiwertes über die Profilelementverformung im Latsch-Bereich näher erläutert. Die Kraftfahrzeugreifen 1 üben auf den Straßenbelag der Fahrbahn 2 eine Kraft aus und verursachen damit eine Beschleunigung des Kraftfahrzeuges. Das Kraftschlusspotential zwischen Fahrbahn 2 und Reifen 1 beschreibt, wie viel Kraft übertragen werden kann und wird durch den Reibbeiwert ausgedrückt. Beim Abrollen des Reifens 1 über der Fahrbahn 2 werden die Reifenprofilelemente 10 charakteristisch verformt, wie in 1a und 1b ersichtlich ist.Based on 1a and 1b In the following, the determination of the coefficient of friction over the profile element deformation in the Laces region is explained in greater detail. The motor vehicle tires 1 practice on the road surface of the road 2 a force and thus cause an acceleration of the motor vehicle. The traction potential between the roadway 2 and tires 1 describes how much power can be transmitted and is expressed by the friction coefficient. When unrolling the tire 1 above the roadway 2 become the tire tread elements 10 characteristically deformed, as in 1a and 1b is apparent.

In 1a ist eine Verformung der Reifenprofilelemente 10 bei einer positiven Beschleunigung des Kraftfahrzeuges dargestellt, wobei der gestrichelte Pfeil die Fahrtrichtung des Kraftfahrzeuges angibt.In 1a is a deformation of the tire tread elements 10 shown at a positive acceleration of the motor vehicle, wherein the dashed arrow indicates the direction of travel of the motor vehicle.

1b hingegen illustriert die Verformung der Reifenprofilelemente 10 bei einer negativen Beschleunigung des Kraftfahrzeuges, d.h. bei einem Abbremsvorgang des Kraftfahrzeuges, wobei die Fahrtrichtung des Kraftfahrzeuges wiederum durch den gestrichelten Pfeil dargestellt ist. 1b however, illustrates the deformation of the tire tread elements 10 in a negative acceleration of the motor vehicle, ie in a deceleration of the motor vehicle, wherein the direction of travel of the motor vehicle is in turn represented by the dashed arrow.

Beim Abrollen des Reifens 1 über der Fahrbahn 2 werden demnach die Reifenprofilelemente 10 charakteristisch verformt. Verändert sich der Reibbeiwert der Fahrbahn 2, so modifiziert dies die charakteristische Verformung der Profilelemente 10. Die Schlupfbewegung der Profilelemente im Latsch, d.h. in der Aufstandsfläche des Reifens 1, gibt Aufschluss über die Höhe des beanspruchten Kraftschlusspotentials und deren Einfluss auf den Reibbeiwert.When unrolling the tire 1 above the roadway 2 Accordingly, the tire tread elements 10 characteristically deformed. Changes the coefficient of friction of the road 2 , so this modifies the characteristic deformation of the profile elements 10 , The slip movement of the profile elements in the laces, ie in the footprint of the tire 1 , gives information about the height of the stressed traction potential and its influence on the coefficient of friction.

Von der Verformung der Reifenprofilelemente 10 lässt sich wiederum auf die Kraftübertragung zwischen der Reifenlauffläche und der Fahrbahnoberfläche schließen. Wie viel Kraft auf die Reifen übertragen werden kann, hängt davon ab, wie viel vom Kraftschlusspotential beansprucht wird. Eine Möglichkeit, das Kraftschlusspotential zu messen, besteht darin, die Verformung des Profilelementes 10 im Latsch zu bestimmen. Wie in den 1a und 1b ersichtlich ist, verformen sich die Reifenprofilelemente 10 der Reifenlauffläche im Einlauf zum Latsch entgegen der Raddrehung und in Richtung der Fahrzeugbewegung bei einer positiven Beschleunigung gemäß 1a und entgegen der Raddrehung und entgegen der Richtung der Fahrzeugbewegung bei einer negativen Beschleunigung gemäß 1b. Dabei wirken die Reifenprofilelemente 10 treibend auf die Fahrzeugbewegung. Die Übertragung der Kräfte zwischen Reifen 1 und Fahrbahn 2 erfolgt an der Radaufstandsfläche, dem sogenannten Latsch-Bereich 3, die sich unter der Radlast im Kontaktbereich mit der Fahrbahn 2 bildet. Kommen die Reifenprofilelemente 10 in den Latsch-Bereich 3, baut sich eine mechanische Spannung auf, welche sich im Auslauf vom Latsch durch eine entgegengesetzte Verformung des Reifenprofilelementes 10 wieder abbaut. Aufgrund dieser Verformung der Reifenprofilelemente 10 im Latsch-Bereich 3 kommt es zu sogenannten Abrollgeräuschen beim Abrollen des Reifens 1 auf der Fahrbahn 2. Hier und im folgenden sind mit Abrollgeräusch alle beim Abrollen des Reifens 1 auf der Fahrbahn 2 entstehenden Schwingungen bezeichnet. Diese können als akustischer Schall oder als Körperschall erfasst werden, welcher sich auf das gesamte Kraftfahrzeug vom Reifen 1 über die Felge auf die Radaufhängung und letztendlich den Fahrzeugrahmen und die Karosserie überträgt.From the deformation of the tire tread elements 10 In turn, it can be concluded that the force transmission between the tire tread and the road surface. How much power can be transferred to the tires depends on how much of the traction potential is claimed. One way to measure the traction potential, is the deformation of the profile element 10 to determine in the Latsch. As in the 1a and 1b it can be seen deform the tire tread elements 10 the tire tread in the inlet to the laces against the wheel rotation and in the direction of vehicle movement at a positive acceleration according to 1a and against the wheel rotation and against the direction of the vehicle movement in a negative acceleration according to 1b , The tire profile elements act 10 driving on the vehicle movement. The transmission of forces between tires 1 and roadway 2 takes place at the wheel contact surface, the so-called Laces range 3 that are under the wheel load in contact with the road surface 2 forms. Come the tire tread elements 10 in the Laces area 3 , builds up a mechanical stress, which in the outlet of the laces by an opposite deformation of the tire tread element 10 degrades again. Due to this deformation of the tire tread elements 10 in the Laces area 3 it comes to so-called rolling noise when rolling the tire 1 on the roadway 2 , Here and in the following are all with rolling noise when rolling the tire 1 on the roadway 2 called oscillations. These can be detected as acoustic sound or as structure-borne sound, which affects the entire motor vehicle from the tire 1 via the rim to the suspension and ultimately the vehicle frame and bodywork transmits.

Somit können durch ein Erfassen der Frequenz des Abrollgeräusches beim Abrollen des Reifens auf einer Fahrbahn Aufschlüsse über den Reibbeiwert zwischen Fahrbahn und Reifen gewonnen werden.Consequently can by detecting the frequency of the rolling noise when rolling the tire on a roadway outcrops over the Friction coefficient between the road and tires are obtained.

2 illustriert eine schematische Ansicht eines Systems zum Erfassen und Auswerten des Abrollgeräusches durch beispielsweise Aufnehmen von Luft- oder Körperschall nahe zumindest einem Reifen 1 eines Kraftfahrzeuges mit nachfolgender Aufbereitung in ein weiter verarbeitungsgerechtes Signal gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Es sind prinzipiell alle Verfahren geeignet, welche das Abrollgeräusch, insbesondere auch unter kraftfahrzeugspezifischen Bedingungen, im verwendeten Frequenzbereich erfassen. 2 illustrates a schematic view of a system for detecting and evaluating the rolling noise by, for example, picking up airborne or structure-borne noise near at least one tire 1 a motor vehicle with subsequent processing in a further processing-ready signal according to a preferred embodiment of the present invention. In principle, all methods are suitable which detect the rolling noise, in particular under motor vehicle-specific conditions, in the frequency range used.

Gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel ist in der Nähe aller vier Reifen 1 des Kraftfahrzeuges jeweils ein Körperschallsensor 4 vorgesehen, wobei für einen Fachmann offensichtlich ist, dass auch lediglich an einem beliebigen Reifen oder lediglich an den Vorder- oder Hinterreifen des Kraftfahrzeuges ein entsprechender Körperschallsensor 4 angebracht werden kann.According to the present embodiment, in the vicinity of all four tires 1 of the motor vehicle each a structure-borne sound sensor 4 provided, it is obvious to a person skilled in the art that only on any tire or only on the front or rear tires of the motor vehicle, a corresponding structure-borne noise sensor 4 can be attached.

Der jeweilige Körperschallsensor 4 ist beispielsweise als Breitband-Schall-Emissionssensor mit einem weiten Frequenzbereich bis beispielsweise ein paar Kilohertz ausgebildet. Die jeweiligen Körperschallsensoren 4 sind vorzugsweise an einem ungefederten Abschnitt der Radaufhängung des Kraftfahrzeuges mittels beispielsweise einer Metall-Bandage, welche den Körperschallsensor an die Radaufhängung drückt, oder durch eine Schraubverbindung befestigt, wobei vorzugsweise eine bereits vorgesehene Befestigungsschraube verwendet werden kann, um ein zusätzliches Bauteil und eine zusätzliche Bohrung in der Radaufhängung zu vermeiden. Für einen Fachmann ist offensichtlich, dass auch andere Befestigungsmittel verwendet werden können, wie beispielsweise Schweißungen, Klebungen, etc..The respective structure-borne sound sensor 4 For example, it is designed as a broadband sound emission sensor with a wide frequency range up to a few kilohertz, for example. The respective structure-borne sound sensors 4 are preferably attached to an unsprung portion of the suspension of the motor vehicle by means of, for example, a metal bandage which presses the structure-borne sound sensor to the suspension, or by a screw connection, preferably an already provided fastening screw can be used to an additional component and an additional hole in to avoid the suspension. It will be apparent to one skilled in the art that other fasteners may be used, such as welds, bonds, etc.

Wie in 2 ferner ersichtlich ist, sind die Körperschallsensoren 4 beispielsweise jeweils über Signalleitungen 5 bzw. elektrische Leitungen 5 mit einer Auswerteschaltung 6 verbunden. Gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung ist die Auswerteschaltung 6 in der Eingangsstufe mehrkanalig ausgelegt, wobei die Zahl der Kanäle der Anzahl der vorhandenen Körperschallsensoren 4 entspricht. Die Kanäle sind im Aufbau gleich. Jeder der Körperschallsensoren 4 ist an den Eingang eines der Kanäle angeschlossen und es erfolgt eine separate, parallele Umsetzung der von den Körperschallsensoren 4 gelieferten Signale.As in 2 it can also be seen that the structure-borne sound sensors 4 for example via signal lines 5 or electrical lines 5 with an evaluation circuit 6 connected. According to one embodiment of the present invention, the evaluation circuit 6 designed in the input stage multi-channel, the number of channels of the number of existing structure-borne sound sensors 4 equivalent. The channels are the same in construction. Each of the structure-borne sound sensors 4 is connected to the input of one of the channels and there is a separate, parallel implementation of the from the structure-borne sound sensors 4 supplied signals.

Die aufgenommenen Signale werden beispielsweise zunächst an einem Mehrkanalverstärker 7 verstärkt und passieren danach beispielsweise ein ebenfalls mehrkanalig ausgelegtes, frequenzselektives Filter 8, beispielsweise ein Bandpassfilter 8. Die gefilterten Signale werden danach beispielsweise einer Spektral-Analyseeinrichtung 9 für eine Fourier-Analyse der Signale zugeführt. Von dort werden die das Frequenzspektrum kennzeichnenden Signale vorzugsweise an einen mehrkanalig ausgebauten Analog-Digital-Wandler 11 gesendet, der die digitalisierten Signale an eine Zentraleinheit eines Steuergerätes 12 weiterleitet.The recorded signals, for example, first on a multi-channel amplifier 7 amplified and pass thereafter, for example, also a multi-channel designed, frequency-selective filter 8th , for example a bandpass filter 8th , The filtered signals are then, for example, a spectral analyzer 9 supplied for a Fourier analysis of the signals. From there you will the signals characterizing the frequency spectrum preferably to a multi-channel analog-to-digital converter 11 which sends the digitized signals to a central unit of a control unit 12 forwards.

Das Steuergerät 12 ist derart programmierbar, dass eine mehrkanalige digitale Analyse des digitalisierten Frequenzspektrums anhand beispielsweise in einer Speichereinrichtung (nicht dargestellt) abgespeicherter Referenzwerte erfolgt.The control unit 12 is programmable such that a multi-channel digital analysis of the digitized frequency spectrum takes place on the basis of, for example, reference values stored in a memory device (not shown).

Die von den einzelnen Körperschallsensoren 4 gelieferten Frequenzspektren können dabei einzeln oder miteinander ausgewertet werden. Ferner können die von den einzelnen Körperschallsensoren 4 gelieferten Frequenzspektren sowohl miteinander als auch mit vorgegebenen, in der Speichereinrichtung abgespeicherten Normspektren verglichen werden, um bestimmte Signalcharakteristiken des Frequenzspektrums, wie beispielsweise die Amplitudenwerte, bestimmten Reibbeiwerten zwischen Reifen und Fahrbahn zuordnen zu können.The of the individual structure-borne sound sensors 4 supplied frequency spectra can be evaluated individually or with each other. Furthermore, those of the individual structure-borne sound sensors 4 supplied frequency spectra are compared both with each other and with predetermined, stored in the memory device standard spectra, in order to assign specific signal characteristics of the frequency spectrum, such as the amplitude values, certain coefficients of friction between the tire and the road.

Das Abrollen der Reifen 1 auf der Fahrbahn 2 erzeugt eine von der Raddrehzahl abhängige Folge von Beschleunigungen, welche ein Abbild des Reifen-Fahrbahn-Kontaktes bzw. des Reibbeiwertes zwischen Fahrbahn und Reifen liefert, wie oben unter Bezugnahme auf 1 ausführlich beschrieben wurde. Jede Struktur des Reifens 1 und der Fahrbahn 2 erzeugt ein Signal, welches sich als Körperschall in beispielsweise der Radauf hängung weiter ausbreitet. Dieses Körperschall-Abbild des Reifen-Fahrbahn-Kontaktes ist wesentlich deutlicher und detaillierter als ein Abbild in einem akustisch aufgenommenen Signal. Somit erzeugt jeder charakteristische Reifen-Fahrbahn-Kontakt, beispielsweise beim Abrollen des Reifens auf einer rauben Straße, einer ebenen Straße, auf Glatteis, bei einem ungenügenden Luftdruck in den Reifen, bei abgefahrenen Reifen, etc., eine charakteristische Signatur, welche aus den physikalischen Bedingungen am Latsch des Reifens beim Abrollen erklärt werden kann. Somit können durch Messung des Körperschalls an einem bzw. an jedem Reifen mit nachfolgender Datenanalyse die von den Körperschallsensoren gelieferten Sensorsignale in Echt-Zeit Informationen über den Straßenzustand bzw. den Reibbeiwert zwischen Reifen und Fahrbahn liefern. Dadurch wird es möglich, die Grenzen des sicheren Fahrzustandes vor kritischen Manövern zu berechnen und die Fahrsicherheit erheblich zu erhöhen.Unrolling the tires 1 on the roadway 2 generates a sequence of accelerations that is dependent on the wheel speed and that provides an image of the tire-road contact or friction coefficient between the roadway and the tire, as described above with reference to FIG 1 has been described in detail. Every structure of the tire 1 and the roadway 2 generates a signal which propagates as structure-borne noise in, for example, the Radauf suspension. This structure-borne sound image of the tire-road contact is much clearer and more detailed than an image in an acoustically recorded signal. Thus, any characteristic tire-to-road contact such as rolling the tire on a rough road, a flat road, ice, insufficient air pressure in the tires, worn tires, etc., generates a characteristic signature resulting from the physical Conditions on the lash of the tire when unrolling can be explained. Thus, by measuring the structure-borne noise on or on each tire with subsequent data analysis, the sensor signals supplied by the structure-borne sound sensors can provide real-time information about the road condition or friction coefficient between the tire and the roadway. This makes it possible to calculate the limits of the safe driving state before critical maneuvers and to increase driving safety considerably.

Beispielsweise sind die Amplitudenwerte eines charakteristischen von der Raddrehzahl unabhängigen Frequenzspektrums des Abrollgeräusches bei einer nassen Fahrbahn geringer als bei einer trockenen Fahrbahn, da bei einer nassen Fahrbahn ein vermehrtes Gleiten des Reifens 1 auf der Fahrbahn 2 auftritt und die Reifenprofilelemente 10, wie in 1a und 1b dargestellt, eine geringere Verformung erleiden als bei einer trockenen Fahrbahn. Dies stellt lediglich ein Beispiel einer möglichen Analyse dar. Es ist für einen Fachmann selbstverständlich, dass andere charakteristische Veränderungen im Frequenzspektrum mit Normspektren verglichen werden können und somit weitere Aufschlüsse über bestimmte Kraftfahrzeug-Parameter erlangt werden können.For example, the amplitude values of a characteristic frequency spectrum of the rolling noise that is independent of the wheel speed are lower in a wet road than in a dry road, since in a wet road an increased sliding of the tire 1 on the roadway 2 occurs and the tire tread elements 10 , as in 1a and 1b shown to suffer a lower deformation than a dry roadway. This is merely an example of a possible analysis. It is obvious to a person skilled in the art that other characteristic changes in the frequency spectrum can be compared with standard spectra and thus further information about certain motor vehicle parameters can be obtained.

Unter Bezugnahme insbesondere auf die 2 und 3 wird im folgenden ein erfindungsgemäßes Verfahren gemäß einem Ausfüh rungsbeispiel der vorliegenden Erfindung näher erläutert, wobei eine Signalerfassung und -auswertung anhand eines Körperschallsensors 4 stellvertretend für alle weiteren Körperschallsensoren 4 beschrieben wird.With particular reference to the 2 and 3 In the following, an inventive method according to an embodiment of the present invention Ausfüh approximately explained, wherein a signal detection and evaluation using a structure-borne sound sensor 4 representative of all other structure-borne sound sensors 4 is described.

Die beim Abrollen des Reifens 1 auf der Fahrbahn 2 durch die mechanischen Verformungen der Reifenprofilelemente 10 entstehenden Abrollgeräusche werden über den Gummireifen und die Reifenfelge auf die Radaufhängung als mechanische Körperschallwellen übertragen. Der vorzugsweise an einem ungefederten Abschnitt der Aufhängung des Reifens 1 montierte Körperschallsensor 4 erfasst die übertragenen Abrollgeräusche bzw. Körperschallwellen und leitet diese Signale über die Signalleitung 5 an die Auswerteschaltung 6 (siehe 2) weiter. In der Auswerteschaltung 6 werden die empfangenen Signale beispielsweise zunächst durch den Mehrkanalverstärker 7 verstärkt und an ein Bandpassfilter 8 weitergeleitet, welches den für die entsprechende Analyse relevanten Frequenzbereich herausfiltert. Dies kann beispielsweise, wie in 3 ersichtlich ist, der Frequenzbereich von 0 Hz bis 800 Hz, oder bei Kraftfahrzeugen mit einer voraussichtlichen höheren Fahrzeuggeschwindigkeit ein Frequenzbereich bis zu einer entsprechend höher gewählten Frequenz sein.The while rolling the tire 1 on the roadway 2 through the mechanical deformation of the tire tread elements 10 arising rolling noise is transmitted via the rubber tire and the tire rim on the suspension as mechanical structure-borne sound waves. The preferably on an unsprung portion of the suspension of the tire 1 mounted structure-borne sound sensor 4 detects the transmitted rolling noise or structure-borne sound waves and transmits these signals via the signal line 5 to the evaluation circuit 6 (please refer 2 ) further. In the evaluation circuit 6 For example, the received signals are first passed through the multi-channel amplifier 7 amplified and to a bandpass filter 8th forwarded, which filters out the frequency range relevant for the corresponding analysis. This can, for example, as in 3 It can be seen that the frequency range from 0 Hz to 800 Hz, or in motor vehicles with an anticipated higher vehicle speed, a frequency range up to a correspondingly higher selected frequency.

Wie in 3 ersichtlich ist, ist vorzugsweise der herausgefilterte Frequenzbereich in Abhängigkeit der Raddrehzahl bzw. der Fahrzeuggeschwindigkeit des Kraftfahrzeuges ausgewählt. Somit kann die Frequenzfilterung vorzugsweise in Abhängigkeit der gemessenen Raddrehzahl des Reifens durchgeführt werden. Es kann zur Messung der Raddrehzahl zusätzlich eine weitere Sensoreinrichtung vorgesehen sein, oder eine bereits in dem Kraftfahrzeug vorhandene Geschwindigkeitsmess- bzw. Raddrehzahlmesseinrichtung für eine Geschwindigkeitsanzeige für den Fahrer kann parallel für die Auswahl des geeigneten Frequenzbereiches verwendet werden.As in 3 it can be seen, the filtered-out frequency range is preferably selected as a function of the wheel speed or the vehicle speed of the motor vehicle. Thus, the frequency filtering may preferably be performed depending on the measured wheel speed of the tire. It may additionally be provided for measuring the wheel speed, a further sensor device, or already existing in the motor vehicle speed or wheel speed measuring device for a speedometer for the driver can be used in parallel for the selection of the appropriate frequency range.

Der gefilterte Signalbereich wird anschließend vorzugsweise an eine Spektral-Analyseeinrichtung 9 weitergeleitet, welche beispielsweise mittels einer Fourier-Analyse das zugeordnete Frequenzspektrum ermittelt, welches in 3 für vier verschiedene Fahrzeuggeschwindigkeiten dargestellt ist, nämlich 10 km/h, 20 km/h, 30 km/h und 40 km/h.The filtered signal range is then preferably to a spectral analysis device 9 forwarded, which determines, for example by means of a Fourier analysis of the associated frequency spectrum, which in 3 for four different dene vehicle speeds is shown, namely 10 km / h, 20 km / h, 30 km / h and 40 km / h.

Ein für den Reibbeiwert zwischen Reifen und Fahrbahn bzw. ein für die Fahrbahnbeschaffenheit charakteristischer Amplituden-Peak ist in 3 jeweils für die einzelnen Geschwindigkeitsmessungen ersichtlich, wobei die einzelnen Peaks über eine Gerade miteinander verbunden sind. Die Frequenz dieses charakteristischen Peaks hängt jeweils von der jeweiligen Fahrzeuggeschwindigkeit bzw. der Raddrehzahl des Kraftfahrzeuges zum Messzeitpunkt ab. Wie in 3 ebenfalls ersichtlich ist, verschiebt sich der charakteristische Peak mit zunehmender Fahrzeuggeschwindigkeit in Richtung einer höheren Frequenz des Abrollgeräusches, da die Reifenprofilelemente mit einer größeren Winkelgeschwindigkeit auf der Fahrbahn abrollen. Die Frequenz der Reifenprofilelemente ist, wie in 3 ersichtlich, zur Raddrehzahl bzw. zur Fahrzeuggeschwindigkeit proportional, wobei bei der Messung ein Reifenumfang von 2 m und am Umfang eine Anzahl der Reifenprofilelemente von ca. 60 angenommen ist. Dadurch erhält man in etwa bei einer Fahrzeuggeschwindigkeit von 40 km/h eine Frequenz der Reifenprofilelemente von ca. 330 Hz (siehe 3).A characteristic for the coefficient of friction between the tire and the road surface or a characteristic of the road surface amplitude peak is in 3 in each case for the individual speed measurements, the individual peaks being connected to one another via a straight line. The frequency of this characteristic peak in each case depends on the respective vehicle speed or the wheel speed of the motor vehicle at the time of measurement. As in 3 It can also be seen that the characteristic peak shifts with increasing vehicle speed in the direction of a higher frequency of the rolling noise, since the tire tread elements roll on the roadway at a greater angular velocity. The frequency of the tire tread elements is as in 3 can be seen, proportional to the wheel speed or to the vehicle speed, wherein in the measurement, a tire circumference of 2 m and the circumference, a number of tire tread elements of about 60 is assumed. This gives approximately at a vehicle speed of 40 km / h, a frequency of the tire tread elements of about 330 Hz (see 3 ).

Nachdem das Analyse-Frequenzspektrum mittels des Analog-Digital-Wandlers 11 in digitale Signale umgewandelt und dem Steuergerät 12 zugeführt worden ist, normiert das Steuergerät 12 das ermittelte Frequenzspektrum auf die Raddrehzahl bzw. die Fahrzeuggeschwindigkeit, um eine von der Raddrehzahl bzw. von der Fahrzeuggeschwindigkeit unabhängiges Frequenzspektrum zu erhalten. Durch den Normierungsvorgang wird ein solches raddrehzahlunabhängiges Frequenzspektrum geliefert, dessen charakteristische Amplituden beispielsweise mit in einer Speichereinrichtung (nicht dargestellt) abgespeicherten Referenzwerten und Normsignalen auf einfache Weise verglichen werden, um somit eine zuverlässige und sichere Aussage über den aktuell vorliegenden Reibbeiwert zwischen Reifen und Fahrbahn zu erhalten.After the analysis frequency spectrum by means of the analog-to-digital converter 11 converted into digital signals and the control unit 12 has been fed, normalizes the controller 12 the determined frequency spectrum on the wheel speed or the vehicle speed in order to obtain an independent of the wheel speed and the vehicle speed frequency spectrum. The normalization process delivers such a wheel-speed-independent frequency spectrum whose characteristic amplitudes are compared, for example, with reference values and standard signals stored in a memory device (not shown) in order to obtain a reliable and reliable statement about the friction coefficient currently present between the tire and the roadway ,

Somit kann ein den Reibbeiwert zwischen Reifen und Fahrbahn kennzeichnendes Signal durch Vergleich der raddrehzahlunabhängigen Amplituden des normierten Frequenzspektrums mit Referenzwerten bestimmt werden, wobei für einen Fachmann offensichtlich ist, dass zusätzliche Größen, wie beispielsweise die Achslast, Reifentemperatur, Fahrbahntemperatur, Reifentyp, Reifenluftdruck, Reifenunwucht, Stoßdämpfertyp, Stoßdämpferzustand, Vorderrad-Lenkwinkel, Einfederungszustand oder Beladungszustand erfasst werden können und das ermittelte Frequenzspektrum auch auf mindestens eine dieser Größen zusätzlich normiert werden kann. Somit erhält man eine von den entsprechenden Größen unabhängige Aussage über den Reibbeiwert zwischen Fahrbahn und Reifen, woraus ein die Fahrbahnbeschaffenheit kennzeichnendes Signal erzeugt werden kann.Consequently can be a coefficient of friction between the tire and the road characterizing Signal by comparison of the wheel speed independent amplitudes of the normalized Frequency spectrum with reference values are determined, wherein for a It is obvious to a person skilled in the art that additional variables, such as the Axle load, tire temperature, road surface temperature, tire type, tire pressure, Tire unbalance, shock absorber type, Shock absorber condition, front wheel steering angle, Bungee state or load condition can be detected and the determined frequency spectrum also on at least one of these Sizes additionally standardized can be. Thus receives one independent of the appropriate sizes statement about the Friction coefficient between the road and the tire, from which the road condition characterizing signal can be generated.

Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel kann das die Fahrbahnbeschaffenheit kennzeichnende Signal bei bestimmten, beispielsweise kritischen, ermittelten Fahrbahnbeschaffenheiten als Warnsignal an den Fahrer des Kraftfahrzeuges ausgegeben werden. Dabei kann das Warnsignal akustischer und/oder optischer Art oder anderweitig ausgebildet sein.According to one another embodiment the signal characterizing the road surface at certain, For example, critical, determined road conditions be issued as a warning signal to the driver of the motor vehicle. In this case, the warning signal acoustic and / or optical type or be formed otherwise.

Obwohl die vorliegende Erfindung anhand bevorzugter Ausführungsbeispiele vorstehend beschrieben wurde, ist sie darauf nicht beschränkt, sondern auf vielfältige Weise modifizierbar.Even though the present invention with reference to preferred embodiments As described above, it is not limited thereto on diverse Modifiable way.

Das erfindungsgemäße Verfahren ist insbesondere nicht zur Bestimmen eines Reibbeiwerts im engeren Sinne zu betrachten, sondern kann alternativ zur Bestimmung einer für den Reibbeiwert charakteristischen Größe wie beispielsweise des Fahrbahnzustands, der Fahrbahnbeschaffenheit, des Fahrbahnbelags, der Körnung des Fahrbahnbelags oder eines Witterungseinflusses geeignet sein. Insbesondere kann das Verfahren dazu verwendet werden, zu bestimmen, ob der Fahrbahnbelag einer vorgebbaren Belagsklasse angehört oder mit Feuchtigkeit, Nässe, Schnee, Eis, Öl, Sand oder anderem Material bedeckt ist.The inventive method is not in particular for determining a coefficient of friction in the narrower Alternatively, to determine a for the Coefficient of friction characteristic variable such as the road condition, the road surface, the road surface, the grain of the road Fahrbahnbelags or a weather influence be suitable. Especially The method can be used to determine if the road surface belongs to a specifiable class or with moisture, wetness, snow, Ice cream, Sand or other material is covered.

Claims

Method for determining the coefficient of friction between the road surface and the tire of a motor vehicle or a variable characteristic of the friction coefficient, comprising the following steps: detecting the rolling noise of at least one tire ( 1 ) of the motor vehicle by means of at least one sensor device ( 4 ); Measuring the wheel speed of the at least one tire ( 1 ); Determining the frequency spectrum associated with the detected rolling noise; Normalizing the determined frequency spectrum to the wheel speed; and generating a signal indicative of the coefficient of friction between the road surface and the tire or the characteristic of the coefficient of friction characteristic by analyzing the amplitudes of the normalized frequency spectrum.

A method according to claim 1, characterized in that on both front tires, two rear tires or on each individual tire of the motor vehicle, the respective rolling noise by means of a respectively associated sensor device ( 4 ) is recorded and evaluated.

Method according to claim 1 or 2, characterized in that the at least one sensor device ( 4 ) for detecting the rolling noise as a structure-borne sound sensor ( 4 ) is formed.

A method according to claim 3, characterized in that the at least one structure-borne sound sensor ( 4 ) on the suspension of the at least one tire ( 1 ) is attached.

A method according to claim 3 or 4, characterized in that the at least one structure-borne sound sensor ( 4 ) at an unsprung portion of the suspension of the at least one tire ( 1 ) is attached.

Method according to at least one of claims 3 to 5, characterized in that the at least one structure-borne sound sensor ( 4 ) by means of a metal bandage, a screw connection, a welded joint or the like at the unsprung portion of the suspension of the at least one tire ( 1 ) is attached.

Method according to at least one of the preceding Claims, characterized in that the frequency spectrum associated with the detected rolling noise is determined by means of a Fourier analysis.

Method according to at least one of the preceding claims, characterized in that at the determined frequency spectrum additionally a frequency filtering, for example a bandpass filtering, by means of at least one frequency filter ( 8th ) is carried out.

A method according to claim 8, characterized in that the frequency filtering in dependence on the measured wheel speed of the at least one tire ( 1 ) is carried out.

Method according to at least one of the preceding claims, characterized in that the signal characterizing the coefficient of friction or the characteristic variable of the friction coefficient by comparison of the amplitudes of the normalized frequency spectrum with reference values stored in a memory device by means of a control device ( 12 ) is determined.

Method according to at least one of the preceding Claims, characterized in that additional Sizes, like For example, axle load, tire temperature, road surface temperature, tire type, Tire air pressure, tire unbalance, shock absorber type, shock absorber stand, Front wheel steering angle, jounce state, load condition, etc. be recorded and the frequency spectrum determined at least one of these sizes additionally standardized becomes.

Method according to at least one of the preceding Claims, characterized in that the friction coefficient between the roadway and tires or for the coefficient of friction characteristic characteristic signal as a signal characterizing the road surface is formed.

Method according to claim 12, characterized in that that the road condition characterizing signal at certain determined road conditions is issued as a warning signal.

Method according to claim 13, characterized in that that the warning signal as an acoustic and / or optical signal or the like is issued.