-
Die
Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Bestimmen
der Kraftübertragung zwischen
Fahrbahn und Reifen eines Kraftfahrzeuges.
-
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.
-
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 ACR oder dem
elektronischen Stabilitätsprogramm
gemacht worden. Diese Programme schätzen die Reibbeiwert-Schlupf
kurve ab, mit deren Hilfe auf die aktuelle Fahrsituation reagiert
werden kann.
-
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.
-
Im
Stand der Technik finden sich verschiedene Verfahren zur Bestimmung
des Reibbeiwertes zwischen Fahrbahn und Reifen eines Kraftfahrzeuges.
-
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.
-
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.
-
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.
-
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.
-
Die
Druckschrift
DE 42
13 222 A1 beschreibt ein Verfahren zur Erfassung der Rauhigkeit
einer Fahrbahnoberfläche,
wobei das Abrollgeräusch
wenigstens eines Rades des Kraftfahrzeuges erfasst wird und ein
dem Abrollgeräusch
entsprechendes Ausgangssignal erzeugt wird. Dieses Ausgangssignal
wird anschließend
bandpaßgefiltert,
tiefpaßgefiltert
und es wird ihm ein Effektivwert zu einem Wert der Rauhigkeit der
Fahrbahnoberfläche
zugeordnet. Es wird lediglich ein von der Raddrehzahl unabhängiges Frequenz-Fenster
ausgewertet, wobei lediglich die Intensität des Abrollgeräusches berücksichtigt wird.
Somit liefert dieses Verfahren ein nicht zufriedenstellendes Ausgangssignal,
was eine sichere und stabile Aussage nicht ermöglicht.
-
Die
Druckschrift WO 89/01888 beschreibt ein Verfahren zur Erkennung
des Reibbeiwertes zwischen Fahrbahn und Reifen eines Kraftfahrzeuges, wobei
die Abrollgeräusche
wenigstens eines Reifens mit einem Mikrofon aufgenommen und das
aufgenommene Signal in der Frequenz analysiert wird. Es wird aus
dem Frequenz-Spektrum auf den Fahrbahnzustand geschlossen.
-
Gemäß einem
weiteren Stand der Technik wird der Schlupf, d.h. die Intensität des Durchrutschens
zwischen Reifen und Fahrbahn, aus der Drehzahl-Differenz zwischen
angetriebenen und nicht angetriebenen Rädern oder mit Hilfe einer absoluten Geschwindigkeitsbestimmung über den
Grund ermittelt. Die übertragene
Kraft wird modellmäßig von
der Motorsteuerung berechnet. Diese Berechnung ist für eine präzise Kalkulation
von Fahrzeugreaktionen in Extremfällen viel zu ungenau. Die zu
einem bestimmten Zeitpunkt berechnete Kraft ist zudem die Summenkraft
für alle
Antriebsräder.
-
Nachteilig
an diesem Ansatz hat sich jedoch die Tatsache herausgestellt, dass
keine Aussage über
die individuelle Situation eines Rades getroffen werden kann. Gerade
in Extremsituationen können aber
die individuellen Kräfte
an den Rädern
und damit am Reifen sehr unterschiedliche Werte annehmen. Zudem
ist eine modellmäßige Ermittlung
des Motor-Drehmoments, aus dem in Verbindung mit dem Schaltzustand
des Getriebes die Kraftübertragung
an den Reifen ermittelt wird, mit großen Ungenauigkeiten verbunden.
Die Fehler werden verursacht durch Ungenauigkeiten bei der Bestimmung der
Luftmasse und der Kraftstoffmenge einerseits und durch Abweichungen
des Modells vom realen Motor andererseits. Ursachen für diese
Abweichung können
durch Streuungen in der Produktion, durch Alterung, durch Fehleinstellung
oder beispielsweise durch Variation der Kraftstoffqualität hervorgerufen werden.
Hinzu kommen unterschiedliche Belastungen der Räder, uneinheitliche Untergründe und
gegebenenfalls uneinheitliche Profile der einzelnen Reifen.
-
Somit
liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren
und eine Vorrichtung zum Bestimmen des Reibbeiwertes zwischen Fahrbahn
und Reifen eines Kraftfahrzeuges zu schaffen, wodurch die oben genannten
Nachteile beseitigt werden und wobei insbesondere die tatsächlich auf
die Straße übertragene
Kraft an jedem einzelnen Reifen im laufenden Betrieb dynamisch ermittelt werden
kann.
-
Diese
Aufgabe wird erfindungsgemäß verfahrensseitig
durch das Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und vorrichtungsseitig
durch die Vorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 14 gelöst.
-
Die
der vorliegenden Erfindung zugrunde liegende Idee besteht darin,
dass die zeitabhängigen Positionen
von Reifenprofilelementen mindestens eines Reifens beim Abrollen
derselben auf der Fahrbahn und die zeitabhängigen Positionen des dem mindestens
einen Reifen zugeordneten Rades ausgehend von einem Anfangszeitpunkt
ermittelt werden, wobei die Phasenverschiebung zwischen der ermittelten
Position der jeweiligen Reifenprofilelemente beim Abrollen derselben
auf der Fahrbahn und der zugeordneten erfassten Position des entsprechenden
Rades zu mindestens einem nach dem Anfangszeitpunkt liegenden ausgewählten Zeitpunkt bestimmt
wird und durch Analysieren dieser Phasenverschiebung die Kraft zwischen
Fahrbahn und Reifen zu dem ausgewählten Zeitpunkt ermittelt werden kann.
Aus dieser ermittelten Kraft zwischen Fahrbahn und Reifen kann dynamisch
auf den Reibbeiwert zwischen Fahrbahn und Reifen geschlossen werden.
-
Die
vorliegende Erfindung weist gegenüber den bekannten Lösungsansätzen gemäß dem Stand der
Technik den Vorteil auf, dass für
jedes einzelne Rad individuell die übertragene Kraft oder der Reibbeiwert
zwischen Fahrbahn und Reifen gemessen werden kann, ohne erhebliche
Modifikationen an dem Kraftfahrzeug vornehmen zu müssen. Als
Sensoren für
eine Erfassung der Positionen des jeweiligen Rades können die
bereits vorgesehenen Raddrehzahlsensoren verwendet werden. Somit
müssen lediglich
zusätzliche
Sensoren zur Ermittlung der Positionen der jeweiligen Reifenprofilelemente
an dem Kraftfahrzeug angebracht werden. Durch die geringen konstruktiven
Veränderungen
wird der zusätzliche
Kostenaufwand äußerst gering
gehalten.
-
Ferner
kann eine dynamische Messung der vom Reifen auf die Fahrbahn übertragenen
Kraft oder des Reibbeiwertes erfolgen, wodurch der Fahrer rechtzeitig
vor extremen Fahrsituationen gewarnt werden kann.
-
Zur
Bestimmung des Reibbeiwerts kann zusätzlich der Schlupf herangezogen
werden.
-
In
den Unteransprüchen
finden sich vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen des
im Anspruch 1 angegebenen Verfahrens und der im Anspruch 14 angegebenen
Vorrichtung.
-
Gemäß einer
bevorzugten Weiterbildung werden die Positionen der jeweiligen Reifenprofilelemente
durch Analysieren des zeitlichen Verlaufes des Abrollgeräusches der
Reifenprofilelemente auf der Fahrbahn ermittelt, beispielsweise
durch eine Sensoreinrichtung, die insbesondere als Schallsensor
ausgebildet ist. Der Schallsensor kann beispielsweise als Körperschallsensor,
wie insbesondere als Piezosensor, ausgebildet sein.
-
Gemäß einer
weiteren bevorzugten Weiterbildung werden die Positionen des zugeordneten
Rades durch Analysieren der Raddrehzahl bzw. der Raddrehgeschwindigkeit
mittels mindestens einer Sensoreinrichtung erfasst. Dabei kann als
Sensoreinrichtung die generell bereits in dem Kraftfahrzeug vorgesehene
Sensoreinrichtung zum Messen der Raddrehzahl verwendet werden.
-
Insbesondere
werden die Signale der mindestens einen Sensoreinrichtung zum Erfassen
des zeitlichen Verlaufs des Abrollgeräusches der Reifenprofilelemente
und der mindestens einen Sensoreinrichtung zum Messen der Radpositionen
auf die gleiche Frequenz gebracht bzw. normiert. Dafür kann beispielsweise
eine elektrische Einrichtung, wie beispielsweise ein phasengekoppelter
Frequenz-Vervielfacher, vorgesehen werden.
-
Vorzugsweise
wird als Anfangszeitpunkt der Zeitpunkt gewählt, zu welchem keine Kraftübertragung
auf das jeweilige Rad erfolgt. Dies ist immer dann der Fall, wenn
gekuppelt wird und wenn der Fahrbetrieb von dem angetriebenen in
den Schiebebetrieb übergeht.
-
Gemäß einem
weiteren Ausführungsbeispiel wird
die Phasenverschiebung durch entsprechend angeordnete und vorgesehene
Sensoreinrichtungen an mehreren Rädern des Kraftfahrzeuges, beispielsweise
an beiden Vorderrädern,
an beiden Hinterrädern
oder an allen vier Rädern
bestimmt.
-
Ein
Steuergerät
ist vorzugsweise in dem Kraftfahrzeug vorgesehen, welches mit den
jeweiligen Sensoreinrichtungen verbunden ist und welche aus der
ermittelten Kraft zwischen Fahrbahn und Reifen ein den Reibbeiwert
zwischen Fahrbahn und Reifen kennzeichnendes Signal erzeugt, wobei
dieses Signal vorzugsweise in ein die Fahrbahnbeschaffenheit kennzeichnendes
Signal umgewandelt werden kann. Dieses die Fahrbahnbeschaffenheit
kennzeichnende Signal kann ferner vorzugsweise bei bestimmten ermittelten
Fahrbahnbeschaffenheiten als Warnsignal, beispielsweise als akustisches
und/oder optisches Warnsignal, mittels einer Warneinrichtung an
den Fahrer des Kraftfahrzeuges ausgegeben werden.
-
Im
Falle eines verwendeten Körperschallsensors
wird dieser vorzugsweise an der jeweiligen Radaufhängung angebracht,
vorzugsweise an einem ungefederten Abschnitt der Radaufhängung des
jeweiligen Rades.
-
Ausführungsbeispiele
der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und in der nachfolgenden
Beschreibung näher
erläutert.
-
Dabei
zeigen:
-
1a eine
schematische Ansicht einer in Längsrichtung
des Kraftfahrzeuges wirkenden Kraft auf die Reifenprofilelemente
bei einer positiven Beschleunigung;
-
1b eine
schematische Ansicht einer in Längsrichtung
des Kraftfahrzeuges wirkenden Kraft auf die Reifenprofilelemente
bei einer negativen Beschleunigung; und
-
2 eine
schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Durchführung des
erfindungsgemäßen Verfahrens
gemäß einem Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung.
-
In
den Figuren bezeichnen gleiche Bezugszeichen gleiche oder funktionsgleiche
Komponenten.
-
Anhand
der 1a und 1b wird
im folgenden die Bestimmung des Reibbeiwertes über die Verformung des Reifens
im Latsch-Bereich
näher erläutert. Der
Reifen an sich stellt einen flexiblen Körper dar, der sich als Folge
einer Übertragung
einer Antriebskraft elastisch verformt. Die Verformung wird aufgrund
des verwendeten Materials, der Biegsamkeit der Karkasse und der
Biegsamkeit des Profils ermöglicht.
Die Kraftfahrzeugreifen 1 üben auf den Straßenbelag
der Fahrbahn 2 eine Kraft aus und verursachen damit eine
Beschleunigung des Kraftfahrzeuges im Falle einer Getriebewirkung.
Das Kraftschlußpotential
zwischen Fahrbahn 2 und Reifen 1 beschreibt, wie
viel Kraft übertragen
werden kann und wird durch den Reibbeiwert ausgedrückt. Im
Falle einer Kraftübertragung
erfolgt eine Verschiebung des äußeren Bereiches 3 des
Reifens 1 im Latsch-Bereich gegenüber dem Bereich, mit dem er auf
der Felge des zugeordneten Rads aufliegt. Da zwischen dem letzteren
Bereich und der Felge keine relative Bewegung bzw. Verschiebung
existiert, bleibt die Verformung des äußeren Bereichs 3 auch
gegenüber
der Felge aufrecht erhalten. Die Felge wiederum ist kraftschlüssig und
ohne Schlupf mit dem zugeordneten Rad bzw. der Radnabe verbunden,
so dass die oben erläuterte
Verschiebung des äußeren Bereichs 3 des
Reifens 1 auch gegenüber
dem Rad existiert.
-
In 1a ist
eine Verformung des äußeren Bereichs 3 des
Reifens 1 gegenüber
dem auf der Felge aufliegenden Bereich bei einer positiven Beschleunigung
des Kraftfahrzeuges dargestellt, wobei der gestrichelte Pfeil die
Fahrtrichtung des Kraftfahrzeuges anzeigt.
-
1b hingegen
illustriert die Verformung des äußeren Reifenbereichs 3 gegenüber dem
auf der Felge aufliegenden Bereich bei einer negativen Beschleunigung
des Kraftfahrzeuges, d.h. bei einem Bremsvorgang des Kraftfahrzeuges,
wobei die Fahrtrichtung des Kraftfahrzeuges wiederum durch den gestrichelten
Pfeil dargestellt ist.
-
Bei
einer Krafteinwirkung, d.h. bei einem Kupplungsvorgang, wird der äußere Bereich 3 des Reifens 1 demnach
charakteristisch verformt. Verändert
sich der Reibbeiwert der Fahrbahn 2, so modifiziert dies
die charakteristische Verformung des äußeren Bereichs 3 des
Reifens 1.
-
Von
der Verformung des äußeren Bereichs 3 des
Reifens 1 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, den Zeitpunkt
des Entstehens der Abrollgeräusche
der 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 zu
bestimmen, wobei dieser Zeitpunkt an die Lage der Reifenprofilelemente 10 gekoppelt
ist. Vergleicht man somit den Zeitpunkt der Erzeugung des Abrollgeräusches mit der
jeweiligen Stellung des zugeordneten Rades, so lässt sich daraus die Verschiebung
zwischen dem äußeren Bereich 3 des
Reifens 1 und dem Rad, und somit auch die Größe und Richtung
der Kraftübertragung
feststellen. Aus der Größe und Richtung
der Kraftübertragung
kann auf einfache Weise der Reibbeiwert zwischen Fahrbahn und Reifen
dynamisch bestimmt werden.
-
Beim
Abrollen des Reifens 1 auf der Fahrbahn 2 kommt
es an der Radaufstandsfläche,
dem oben bereits erwähnten
Latsch-Bereich,
zu einer Entwicklung von sogenannten Abrollgeräuschen aufgrund der Kontaktänderung
zwischen den einzelnen Reifenprofilelementen 10 und 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.
-
Im
folgenden soll unter Bezugnahme auf 2 ein bevorzugtes
Ausführungsbeispiel
der erfindungsgemäßen Vorrichtung
und des erfindungsgemäßen Verfahrens
ausführlicher
beschrieben werden.
-
2 illustriert
eine schematische Ansicht einer Vorrichtung zum Bestimmen des Reibbeiwertes zwischen
Fahrbahn 2 und Reifen 1 eines Kraftfahrzeuges.
Prinzipiell sind alle Verfahren geeignet, welche den zeitlichen
Verlauf des Abrollgeräusches
der Reifenprofilelemente 10, insbesondere auch unter kraftfahrzeug-spezifischen
Bedingungen, erfassen.
-
Gemäß dem vorliegenden
Ausführungsbeispiel
ist, wie in 2 ersichtlich, in der Nähe aller
vier Reifen 1 des Kraftfahrzeuges vorzugsweise 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.
-
Der
jeweilige Körperschallsensor 4 ist
beispielsweise als Piezosensor 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..
-
Ferner
ist, wie in 2 ebenfalls ersichtlich, im
Bereich aller vier Reifen 1 des Kraftfahrzeuges jeweils
ein Raddrehzahlsensor 14 vorgesehen, wobei wiederum für einen
Fachmann offensichtlich ist, dass auch lediglich an einem beliebigen
Reifen oder lediglich an den Vorder- oder Hinterreifen des Kraftfahrzeuges
ein entsprechender Raddrehzahlsensor 14 ange bracht werden
kann. Generell sind bei einem Kraftfahrzeug bereits derartige Sensoren
integriert, welche vorteilhaft für
die vorliegende Erfindung mitverwendet werden können. Somit fallen Produktionskosten
weg und der Arbeitsaufwand wird erheblich reduziert.
-
Wie
in 2 ersichtlich ist, sind sowohl die Körperschallsensoren 4 als
auch die Raddrehzahlsensoren 14 über Signalleitungen 5 mit
einer Auswerteschaltung 6 verbunden. Gemäß dem vorliegenden
Ausführungsbeispiel
ist die Auswerteschaltung 6 in der Eingangsstufe mehrkanalig
ausgelegt, wobei die Zahl der Kanäle der Anzahl der vorhandenen
Sensoreinrichtungen entspricht. Die Kanäle sind im Aufbau gleich. Jede
der Sensoreinrichtungen ist an den Eingang eines der Kanäle angeschlossen
und es erfolgt eine separate, parallele Umsetzung der von den einzelnen
Sensoreinrichtungen 4 und 14 gelieferten Signale.
-
Die
aufgenommenen Signale werden beispielsweise jeweils zunächst an
einem Mehrkanalverstärker 7 verstärkt und
passieren danach beispielsweise ein ebenfalls mehrkanalig ausgelegtes, frequenzselektives
Filter 8, beispielsweise ein Bandpassfilter 8,
für die
Signale der Körperschallsensoren 4.
Die gefilterten Signale werden danach beispielsweise an eine elektrische
Einrichtung 9, beispielsweise einen phasengekoppelten Frequenz-Vervielfacher gesendet,
welcher die Frequenz der Signale eines Körperschallsensors 4 und
die Frequenz der Signale des zugeordneten Raddrehzahlsensors 14 miteinander
normiert bzw. auf die gleiche Frequenz bringt, was für einen
Vergleich des Phasenwinkels zwischen diesen Signalen erforderlich
ist.
-
Von
dem phasengekoppelten Frequenz-Vervielfacher 9 werden die
kennzeichnenden Signale vorzugsweise an einen mehrkanalig ausgebauten Analog-Digital-Wandler 11 gesendet,
der die digitalisierten Signale an eine Zentraleinheit eines Steuergerätes 12 weiterleitet.
-
Das
Steuergerät 12 ist
vorzugsweise derart programmierbar, dass aus den durch die jeweiligen Körperschallsensoren 4 erfassten
Abrollgeräuschen die
zeitabhängigen
Positionen der jeweiligen Reifenprofilelemente 10 der zugeordneten
Reifen beim Abrollen derselben auf der Fahrbahn 2 ausgehend
von einem ausgewählten
Anfangszeitpunkt ermittelt werden können. Die Positionen der jeweiligen
Reifenprofilelemente werden durch Analysieren des zeitlichen Verlaufs
des Abrollgeräusches
der Reifenprofilelemente 10 auf der Fahrbahn 2 durch
das Steuergerät ermittelt.
Als Anfangszeitpunkt wird vorzugsweise ein Zeitpunkt ausgewählt, zu
welchem eine Kraftübertragung
auf das jeweilige Rad erfolgt. Dies ist immer dann der Fall, wenn
gekuppelt wird und wenn der Fahrbetrieb vom angetriebenen in den
Schiebebetrieb übergeht.
-
Ferner
ist das Steuergerät 12 vorzugsweise derart
programmierbar, dass aus den durch die Raddrehzahlsensoren 14 ermittelten
Signalen die zeitabhängigen
Positionen der entsprechenden Räder
ausgehend von dem gleichen Anfangszeitpunkt in dem oben beschriebenen
Fall erfasst werden können. Das
Steuergerät 12 ermittelt
aus der Raddrehzahl bzw. der Raddrehgeschwindigkeit und ausgehend von
dem obigen Anfangszeitpunkt die zeitabhängigen Positionen des zugeordneten
Rads zu einem nach dem Anfangszeitpunkt liegenden ausgewählten Zeitpunkt
bzw. vorzugsweise dynamisch während
eines bestimmten Zeitraumes.
-
Aufgrund
der Normierung der Frequenzen der Signale der Körperschallsensoren 4 und
der Raddrehzahlsensoren 14 kann das Steuergerät 12 die Phasenverschiebung
zwischen den vorher er mittelten Positionen der jeweiligen Reifenprofilelemente 10 beim
Abrollen derselben auf der Fahrbahn 2 und der zugeordneten
erfassten Position des entsprechenden Rads zu einem ausgewählten Zeitpunkt
bzw. während
eines bestimmten Zeitraumes bezüglich des
oben genannten Anfangszeitpunktes bestimmen. Aus dieser Phasenverschiebung
lässt sich
ferner die Kraft zwischen der Fahrbahn 2 und dem Reifen 1 zu
dem ausgewählten
Zeitpunkt bzw. dynamisch während
dem Fahrbetrieb ermitteln. Vorzugsweise wird aus der ermittelten
Kraft zwischen Fahrbahn 2 und Reifen 1 ein den
Reibbeiwert zwischen Fahrbahn 2 und Reifen 1 kennzeichnendes
Signal erzeugt, wobei dieses den Reibbeiwert kennzeichnende Signal
beispielsweise in ein die Fahrbahnbeschaffenheit kennzeichnendes
Signal weiter umgewandelt wird.
-
Wie
in 2 ferner ersichtlich ist, ist das Steuergerät über eine
Signalleitung mit einer Warneinrichtung 13 verbunden, wobei
das Steuergerät 12 bei
bestimmten ermittelten Fahrbahnbeschaffenheiten ein Warnsignal,
beispielsweise ein akustisches und/oder optisches Warnsignal, an
die Warneinrichtung ausgibt, wodurch der Fahrer auf eine eventuell vorherrschende
extreme Fahrsituation hingewiesen wird und dieser entsprechend rechtzeitig
reagieren kann aufgrund der in Echtzeit bzw. dynamisch durchgeführten Messungen
und Auswertungen.
-
Die
von den einzelnen Rädern
gelieferten Signale durch die jeweils zugeordneten Sensoreinrichtungen 4 und 14 können dabei
einzeln oder miteinander ausgewertet werden. Ferner können die
Signale der einzelnen Räder
sowohl miteinander als auch mit vorgegebenen, in einer Speichereinrichtung
abgespeicherten Referenzwerten verglichen werden, um bestimmte Signalcharakteristika
bzw. bestimmte Phasenverschiebungswerte bestimmten Reibbeiwerten
zwischen Reifen und Fahrbahn zuordnen zu können.
-
Somit
erzeugt zusammenfassend der Antrieb der Reifen 1 auf der
Fahrbahn 2, wie oben bereits erläutert, eine Verformung des äußeren Bereichs 3 des
Reifens 1 im Vergleich zu der Felge des zugeordneten Rads,
was ein Abbild des Reifen-Fahrbahn-Kontaktes bzw. des Reibbeiwertes zwischen Fahrbahn 2 und
Reifen 1 liefert, wie oben unter Bezugnahme auf 1 ausführlich
beschrieben wurde. Diese Struktur des Reifens 1 und der
Fahrbahn 2 erzeugt ein Signal, welches sich als Körperschall
in beispielsweise der Radaufhängung
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 rauen 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
Messungen des Körperschalls
an einem bzw. an jedem Reifen mit nachfolgender Datenanalyse und
einem Vergleich mit der jeweilig zugeordneten Position des entsprechenden
Rads zu einem ausgewählten
Zeitpunkt die Phasenverschiebung bzw. der Grad der Verformung und
somit Echt-Zeit-Informationen über
den Straßenzustand
bzw. den Reibbeiwert zwischen Reifen und Fahrbahn geliefert werden.
Dadurch wird es möglich,
die Grenzen des sicheren Fahrzustandes vor kritischen Manövern zu
berechnen und die Fahrsicherheit erheblich zu erhöhen.
-
Ferner
ist von Vorteil, dass die an der Radaufhängung angebrachten Körperschallsensoren 4 gegenüber äußeren Einflüssen optimal
geschützt werden
können
und dass die Signale nicht über
gegeneinander bewegte Teile übertragen
werden müssen.
Dies liefert zuverlässigere
Aussagen über
den Verformungsgrad des äußeren Bereiches 3 des
Reifens 1.
-
Zusätzlich ist
vorteilhaft, dass nicht bei jedem Rad- oder Reifenwechsel eine Neueinstellung
der Anfangsverschiebung notwendig ist. Denn dieser Anfangswert kann,
wie oben bereits erläutert,
vorzugsweise zu den Zeiten bestimmt werden, zu denen keine Kraftübertragung
erfolgt, wie beispielsweise im Falle einer Kupplung und wenn der
Fahrbetrieb vom angetriebenen in den Schiebebetrieb übergeht.
-
Somit
ist vorliegend ein Verfahren und eine Vorrichtung geschaffen worden,
wodurch durch Vergleich des Zeitpunktes des Entstehens der Abrollgeräusche der
Reifenprofilelemente mit der jeweiligen Position des zugeordneten
Rads der Grad der Verformung des Reifens aufgrund einer Kraftübertragung und
somit die Größe und die
Richtung der Kraftübertragung
ermittelt werden kann.
-
Obwohl
die vorliegende Erfindung anhand bevorzugter Ausführungsbeispiele
vorstehend beschrieben wurde, ist sie darauf nicht beschränkt, sondern
auf vielfältige
Weise modifizierbar.