DE19543928C2 - Verfahren zur frühzeitigen Erkennung des Aufschwimmens eines Fahrzeugreifens auf nasser Fahrbahn - Google Patents

Verfahren zur frühzeitigen Erkennung des Aufschwimmens eines Fahrzeugreifens auf nasser Fahrbahn

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Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur frühzeitigen Erkennung des Aufschwimmens eines Fahrzeugreifens auf nasser Fahrbahn ge­ mäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
Das Verfahren ist insbesondere als Frühwarnsystem gegen Schleu­ dern auf nasser Fahrbahn (Aquaplaning) anwendbar.
Die für die Übertragung von Brems-, Beschleunigungs- und Seiten­ führungskräften erforderliche Reibung zwischen Fahrzeugreifen und Fahrbahn ist nur dann in ausreichendem Maße gegeben, wenn der Fahrzeugreifen beim Abrollen auf einer einen Wasserfilm auf­ weisenden Fahrbahn diesen Wasserfilm zumindest in einem wesent­ lichen Teil des Abplattungsbereiches des Reifens verdrängt, so daß dort eine unmittelbare Berührung zwischen Fahrzeugreifen und Fahrbahn gewährleistet ist. Da die Wassermenge, die pro Zeitein­ heit aus dem Reifenlatsch verdrängt werden kann, begrenzt ist, bildet sich mit steigender Fahrgeschwindigkeit und abhängig von der Wasserhöhe im Einlaufbereich des Reifenlatsches ein Wasser­ keil aus, der sich unter den Reifenlatsch schiebt. Die für den sicheren Fahrbetrieb erforderlichen Horizontalkräfte können dann nur noch in dem hinteren Bereich des Reifenlatsches übertragen werden, der noch nicht vom Wasserkeil erfaßt wurde.
Je weiter der Wasserkeil vordringt, um so kleiner wird die Kon­ taktfläche zwischen dem Fahrzeugreifen und der Fahrbahn. Schließlich schwimmt der Fahrzeugreifen vollständig auf einem hydrodynamischen Wasserfilm auf. In diesem als "Aquaplaning" be­ zeichneten Zustand können keine Horizontalkräfte mehr übertragen werden. Durch den Wegfall der Seitenführungskräfte und der mög­ lichen Bremskräfte ist das Fahrzeug in diesem Zustand nicht mehr beherrschbar. Das Auftreten von Aquaplaning, d. h. das Aufschwim­ men des Fahrzeugreifens auf einem Wasserfilm nimmt der Fahrer ohne Vorwarnung durch den Wegfall der Seitenführungskräfte im Lenkverhalten wahr.
Die allgemein bekannten Antiblockiersysteme (ABS) und Anti­ schlupfregelsysteme (ASR) werten Raddrehzahlen zwischen ange­ triebenen und nicht angetriebenen Rädern aus, um einen Rad­ schlupf (bei nasser Fahrbahn) zu erkennen. Ein Aquaplaning-Zu­ stand kann damit schnell und zuverlässig an dem Auftreten hoher Raddrehzahldifferenzen erkannt werden. Eine auf die Auswertung dieser hohen Raddrehzahldifferenzen ausgerichtete Elektronik spricht daher frühestens nach Auftreten des Aquaplaning-Zustan­ des an. Eine Vorwarnung oder die Feststellung eines Gefährdungs­ grades bei nasser Fahrbahn ist nicht möglich.
Bekannte Verfahren zur Aquaplaning-Vorwarnung werten ebenfalls Raddrehzahlsignale aus, um auf der Grundlage von Schlupfberech­ nungen fortlaufend den Kraftschluß zwischen Fahrbahn und Reifen zu überwachen. Mittels einer Fahrzustandsbewertung soll frühzei­ tig eine kritische Verschlechterung des Kraftschlusses erfaßt und rechtzeitig vor einer Aquaplaning-Gefahr gewarnt werden.
Bei einem dieser Verfahren, dem aus der gattungsbildenden DE 43 29 745 C1 als bekannt hervorgehenden Verfahren werden laufend Rad­ schlupf und gleichzeitig wirkende Radumlaufkräfte ermittelt und aus den ermittelten Wertepaaren eine laufend aktualisierte Re­ gressionsgerade gebildet, deren Steigung ein Maß für die Güte des Kraftschlusses zwischen Fahrbahn und Reifen ist. Wenn die Steigung der Regressionsgeraden die Steigung einer abgespeicher­ ten Grenzgeraden unterschreitet, wird ein Warnsignal ausgegeben. Die Steigung der Grenzgerade wird dabei selbsttätig an die aktu­ ellen Fahrbahnverhältnisse (eben, uneben) angepaßt, die grob aus den Roh-Signalen der Raddrehzahlsensoren mittels Frequenzanalyse ermittelt werden. Als nachteilig an diesem Verfahren kann erach­ tet werden, daß es bei großem Aufwand für die Signalaufbereitung letztlich doch zumindest fraglich ist, ob das dem Verfahren zu­ grundeliegende Modell den Übergang in den Aquaplaning-Zustand hinreichend gut beschreibt.
Bei einem anderen dieser Verfahren (DE 43 17 030 A1) wird aus den Werten der Schlupfberechnung, der Fahrgeschwindigkeit und dem aufbereiteten Signal eines Nässesensors über einen Kennfeld­ rechner eine Fahrzustandsbewertung ermittelt, die dem Fahrzeug­ lenker angezeigt wird.
Bei noch einem anderen dieser Verfahren (DE 41 15 367 C2) werden die Werte der Schlupfberechnung mit den Werten von akustischen Sensoren verknüpft, welche das Schwingungsverhalten des Fahr­ werks oder der Karosserie aufnehmen. Aufgrund des unterschiedli­ chen Schwingungsverhaltens bei trockener Straße und bei nasser Straße kann z. B. mittels eines Frequenzanalysators und Vergleich mit abgespeicherten Mustern der Fahrbahnzustand grob bewertet werden.
Die auf einer Schlupfberechnung basierenden Verfahren haben den prinzipiellen Nachteil, daß für eine zuverlässige Früherkennung bereits sehr geringe Schlupfänderungen bewertet müssen, da star­ ke Schlupfänderungen bereits den Übergang in den Aquaplaning- Zu­ stand kennzeichnen, vor dem gewarnt werden soll. Die Auswertung der entsprechend geringen Raddrehzahldifferenzen erfordert somit einen erheblichen Aufwand, nicht zuletzt um das durch die Un­ ebenheiten der Fahrbahn erzeugte Rauschen zu eliminieren.
Aufgabe der Erfindung ist, eine Verfahren zur frühzeitigen Er­ kennung des Aufschwimmens eines Fahrzeugreifens auf nasser Fahr­ bahn anzugeben, welches bei möglichst geringem Aufwand eine zu­ verlässige Abschätzung einer Fahrzustandsinstabilität durch Auf­ schwimmen des Fahrzeugreifens erlaubt.
Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst, wobei die Merkmale der Unteransprüche vorteilhafte Aus- und Wei­ terbildungen kennzeichnen.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird die Anbindung des Rei­ fens an die Fahrbahn über die davon beeinflußte Verstimmung der rotatorischen Reifeneigenschwingungen erfaßt. Diese Verstimmung hängt unmittelbar mit der Größe der Kontaktzone zusammen, die bei Annäherung an den Aquaplaning-Zustand sich stetig verklei­ nert. Die Annäherung an den Aquaplaning-Zustand kann daher hin­ reichend aufgelöst an der Verstimmung der Eigenresonanzen abge­ lesen werden, so daß eine zuverlässige Vorwarnung möglich ist.
Weitere Einzelheiten und vorteilhafte Weiterbildungen des Ver­ fahrens ergeben sich aus weiteren Unteransprüchen in Verbindung mit der folgenden Beschreibung.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dar­ gestellt und wird nachstehend erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 einen Fahrzeugreifen auf regennasser Fahrbahn und eine Blockdarstellung des erfindungsgemäßen Verfahrens,
Fig. 2 das Ersatzschaubild eines Reifenmodells zur Simulation des Reifens und seine Anbindung an die Fahrbahn und
Fig. 3 das Ergebnis einer Modellrechnung für den Stör-Fre­ quenzgang der Reifenschwingungen bei verschiedenen Aquaplaningstärken.
Wie aus Fig. 1 ersichtlich, bildet sich durch das Strömungs- und Kräftegleichgewicht unter und in Fahrtrichtung 6 gesehen vor dem Reifen 1 ein Wasserkeil 2, der die Kontaktzone 3 zwischen Reifen 1 und der mit einem Wasserfilm 4 bedeckten Fahrbahn 5 stark ver­ kleinert. Eine geeignete Maßzahl für den Grad des Aufschwimmens, im folgenden Aquaplaningfaktor a genannt, bildet das Verhältnis zwischen der Länge LW des Wasserkeils 3 und der ursprünglichen Länge des Reifenlatsches LL, wobei sich die Länge LW des Wasser­ keils 3 aus der Differenz von Reifenlatschlänge LL und Kontakt­ zonenlänge LK ableiten läßt. Die so definierte Maßzahl
a = (LL - LK)/LL
variiert in einem Intervall von 0 bis 1, wobei a = 0 einen Zustand ohne jegliches Aufschwimmen und a = 1 einen Zustand mit vollstän­ digem Aufschwimmen (Aquaplaning) kennzeichnet. Mit dem Aquapla­ ningfaktor wird eine Annäherung an einen Aquaplaning-Zustand ab­ gebildet auf eine stetige Annäherung an den Wert a = 1. Bei Beob­ achtung des Aquaplaningfaktors ist daher ein rechtzeitiges Ein­ greifen möglich, noch bevor der Reifen sein Führungsvermögen gänzlich verliert.
Im folgenden ist das erfindungsgemäße Verfahren dargestellt, mit dem der Aquaplaningfaktor a oder die Länge der Kontaktzone 3 prinzipiell meßtechnisch erfaßbar ist.
Mit der Ausbildung des Wasserkeils 2 zwischen Reifen 1 und Fahr­ bahn 5 ist eine entsprechende Verkürzung der kraftübertragenden Kontaktzone 3 verbunden. Neben veränderten Angriffspunkten von Reifenseiten- und Reifenlängskräften geht damit eine Änderung der Reifenlängssteifigkeit einher, da der Flächenanteil des mit der Fahrbahn in Eingriff stehenden und einen Haftreibungs-Kraft­ schluß herstellenden Profilanteils 8′′ des Reifens 1 proportio­ nal zur Länge LW des Wasserkeils 2 reduziert wird.
Die Reifenlängssteifigkeit Kl ist definiert als die für eine de­ finierte translatorische Längsverschiebung der Aufstandfläche (Kontaktzone 3) relativ zu Felge 7 benötigte Kraft. Sie ergibt sich aus einer Reihenschaltung der Drehsteife Kd zwischen Rei­ fengürtel 8 und Felge 7 sowie der Schersteife Ks des im Eingriff stehenden Profilanteils 8′′ des Reifenprofils 8′, wobei letztere großen Anteil an der Gesamtsteifigkeit Kl hat. Eine mit einem Aufschwimmen verbundene Verkürzung der Kontaktzone 3 bewirkt da­ her eine deutliche Verringerung der Schersteife Ks und damit auch der gesamten Reifenlängssteifigkeit Kl des betroffenen Rei­ fens. Dies ist wiederum ablesbar beispielsweise an einer Ver­ stimmung der Eigenfrequenz einer rotatorischen Grundeigenschwin­ gungsform des Reifens, bei der der Reifengürtel, in einem fel­ genfesten Koordinatensystem betrachtet, eine Drehschwingung um den Felgenmittelpunkt ausführt. Konkret bedeutet dies, daß sich die Eigenfrequenzen des Reifens beim Aufschwimmen ändern. Dabei wird die untere, gleichphasige Eigenschwingung im allgemeinen höherfrequent, während sich die gegenphasige Resonanz zu kleine­ ren Frequenzen verschiebt. Diese Verstimmung wird von Änderungen der zugehörigen Dämpfungen bestimmt, welche allerdings zusätz­ lich - aufgrund der komplexen Kinematik des Reifen-Fahrbahn-Kon­ takts - von der Fahrgeschwindigkeit beeinflußt werden.
Eine Eigenschwingungsanalyse der Raddrehung sollte daher hinrei­ chend Rückschlüsse auf die Größe der Kontaktzone 3 und damit auf den Aquaplaningfaktor a oder allgemein auf den Aquaplaning-Zu­ stand erlauben.
Durch Fahrbahnunebenheiten und sonstige Störungen werden perma­ nent Schwingungen des Drehschwingungsfreiheitsgrades des Reifens angeregt, welche sich der Raddrehung überlagern. Die frühzeitige Erkennung des Aufschwimmens des Reifens kann somit auf eine ge­ naue Erfassung und Eigenschwingungsanalyse der Raddrehzahlen zu­ rückgeführt werden. Infolge der geringen Dämpfungen sind die Re­ sonanzüberhöhungen und damit die Resonanzfrequenzen, insbeson­ dere jene der Grundschwingung, deutlich ausgeprägt und gut meß­ bar.
Im allgemeinen weist das aufgenommene Frequenzspektrum der Rad­ drehzahlen mehrere aufeinanderfolgende Überhöhungen (Resonanzen) auf, die jeweils für bestimmte Schwingungsarten des Fahrzeugs und der Räder charakteristisch sind. Die Vertikalschwingung des Fahrzeugaufbaus besitzt die niedrigste Eigenresonanz in einem Frequenzbereich 1-2 Hz, gefolgt von der durch die Radaufhängung bedingten Eigenresonanz im Frequenzbereich von 12-18 Hz. Erst oberhalb von ungefähr 20 Hz zeigen sich Eigenfrequenzen, die auf Reifenschwingung zurückzuführen sind: eine erste Reifen-Eigen­ frequenz im Bereich 30-80 Hz und eine zweite Reifen-Eigenfre­ quenz im Bereich 100-350 Hz. Die beiden Eigenfrequenzen entspre­ chen einer gleichphasigen beziehungsweise gegenphasigen Kombina­ tionsschwingung der bereits angeführten Dreh- und Scherschwin­ gungen, welche durch die Drehsteife Kd beziehungsweise Scher­ steife Ks charakterisiert sind.
In Fig. 1 erfolgt die Erfassung der Raddrehzahlen in bekannter Weise mittels eines Raddrehzahlsensors 9, der eine für die Auf­ nahme der Reifenschwingungen hinreichend genaue Winkelauflösung besitzt. Das aufgenommene Raddrehzahlsignal 10 wird, gegebenen­ falls unter Zwischenschaltung eines Bandpaßfilters 11 mit Eck­ frequenzen f1 = 30 Hz und f5 = 350 Hz, womit der für die Auswertung des rotatorischen Eigenfrequenzspektrums des Reifens interessie­ rende Frequenzbereich herausgefiltert wird, auf eine Stufe zur Spektralanalyse 12 geführt.
Im einfachsten Fall wird die Spektralanalyse 12 durch drei fre­ quenzselektive Bandpaßfilter gebildet, die auf die Resonanzfre­ quenzen f2 = 40 Hz, f3 = 80 Hz und f4 = 160 Hz abgestimmt sind. Die Anga­ ben zu den Frequenzen f1-f5 sind Zahlenbeispiele, die zwar an realistischen Werten orientiert sind, aber nicht allgemeingültig sein können, da sie von vielen Faktoren wie z. B. Reifentyp und Reifendruck abhängen. In einer Bewertungsstufe 13 werden die Si­ gnalintensitäten in den verschiedenen Abschnitten des Frequenz­ bereichs verglichen. Durch Quervergleich der Intensitätswerte kann damit die Frequenzlage und -breite der Grundresonanz be­ stimmt werden und damit auch plötzliche oder langsame Änderungen infolge einsetzenden Aquaplanings. Insbesondere kann aus der Verschiebung der Grundresonanz ein Wert für den oben definierten Aquaplaningfaktor a ermittelt werden. Dieser Wert kann zur Steuerung eines Regeleingriffs, beispielsweise einer Leistungs­ abregelung, Leistungsbegrenzung oder einer Fahrverhaltensrege­ lung herangezogen werden. Dieser Wert kann auch dem Fahrer mit­ tels einer Anzeige 14 zur Kenntnis gebracht werden, entweder durch direkte Anzeige des Wertes von a oder als bewertetes Si­ gnal im Sinne einer Warnanzeige, die anspricht, wenn der Aquaplaningfaktor a einen Grenzwert a*, beispielsweise a* = 0.8, überschreitet.
Die Ableitung des Aquaplaningfaktors a aus der Verschiebung der Grundresonanz kann durch Vergleich mit abgespeicherten Mustern oder mittels einer modellgestützten Analyse erfolgen.
Alternativ könnte die Spektralanalyse 12 auch mittels einer schnellen Fouriertransformation (FFT = Fast-Fourier-Transforma­ tion) erfolgen, welche laufend aus dem Raddrehzahlsignal 10 das interessierende Frequenzspektrum berechnet. In der Bewertungs­ stufe 13 ist dann das Frequenzspektrum mit an sich bekannten Verfahren vor dem Hintergrund abgespeicherter Spektren und Kenn­ linien oder mittels eines rechnerischen Reifen-Modells zu bewer­ ten.
In Fig. 2 ist ein mechanisches Ersatzmodell zur Nachbildung des Reifenverhaltens dargestellt, das ein Starrkörpermodell von Rei­ fengürtel und Felge umfaßt und für eine modellgestützte Analyse und Identifikation der Reifen-Resonanzen geeignet ist. Abgesehen von Deformationen in der Nähe der Aufstandfläche (Kontaktzone), wird der Reifengürtel 17, der in der Regel ein Stahlgürtel ist, als starre, rotationssymmetrische Ringschale mit Masse mG aufge­ faßt. Diese Ringschale ist einerseits über masselose Feder-Dämp­ fer-Elemente 16 elastisch und viskos gedämpft an die Felge 15 angekoppelt, wobei die Masse der Seitenwände in die Masse der Felge mF aufgenommen wird. Die bereits eingeführte Drehsteife Kd ist der für elastische Drehschwingungsauslenkungen des Gürtels gegenüber der Felge charakteristische Parameter. Auf der anderen Seite wird die Anbindung des Gürtel 17 an den kräfteübertragen­ den Profilanteil des Reifens durch zweite Feder-Dämpfer-Elemente 18 beschrieben, deren charakterisierender elastischer Parameter die Schersteife Ks ist. Die eigentliche stationäre Längsübertra­ gung zwischen Reifen und Fahrbahn wird durch ein verallgemeiner­ tes Dämpfungselement 19 mit einem Dämpfungskennwert Kr nachge­ bildet. Die Unebenheiten der Fahrbahn 20 wirken sich insbeson­ dere als Fluktuation ΔFl der horizontalen Reibungskräfte aus, die beim Abrollen des Reifens von dem kontaktierenden Profilan­ teil aufzubringen sind. Die horizontalen Schwankungen ΔFl resul­ tieren aus der Projektion der Vertikalkraftfluktuationen ΔFz des Rades auf die Längsrichtung. Die Vertikalkraftfluktuationen oder Radlastschwankungen ΔFz entstehen immer beim Befahren realer Straßen aufgrund der stets vorhandenen Unebenheiten der Fahrbahn und können aus einem geeigneten Vertikaldynamikmodell abgeleitet werden.
Mit den verallgemeinerten Koordinaten x₁ bis x₄ wird im Rahmen dieses Modells eine Kraftübertragung von der Anbindung an die Fahrbahn x₄ auf Winkeländerungen des Felgen-Drehwinkels x₁ be­ schrieben: Die Fahrbahnunebenheiten bewirken aufgrund der Anbin­ dung x₄ des Reifens an die Fahrbahn, vermittelt durch ein geeig­ netes Vertikaldynamikmodell eine zusätzliche Horizontalauslen­ kung x₃ des Profilanteils der Kontaktzone und schließlich eine Drehwinkelauslenkung des Gürtels 17 gegenüber der Felge 15, die durch den Gürtel-Drehwinkel x₂ in einem felgenfesten Koordina­ tensystem beschrieben wird. Diese Winkeländerung x₂ wird vermit­ tels der elastischen Anbindung an die Felge 15 auf eine Auslen­ kung des Felgen-Drehwinkels x₁ übertragen, wobei der Fel­ gen-Drehwinkel x₁ in einem fahrzeugfesten Koordinatensystem be­ schrieben wird.
Die Länge der Kontaktzone 3 in Fig. 1, welche in direktem Zusam­ menhang mit dem Aquaplaningfaktor a steht, wirkt im wesentlichen auf die elastischen und viskosen Eigenschaften des zweiten Fe­ der-Dämpfer-Elementes 18 ein, was in Fig. 2 durch den Doppel­ pfeil angedeutet ist.
Fig. 3 zeigt nun ein mit dem obigen Reifensimulationsmodell be­ rechnetes Störfrequenzspektrum des Reifens in Abhängigkeit von der Frequenz und für verschiedene Kontaktzonenlängen aufgetra­ gen, die in Aquaplaningstärken a ausgedrückt sind. Deutlich er­ kennbar sind die Resonanzüberhöhungen der beiden rotatorischen Reifen-Grundeigenschwindungen und deren zunehmende Verschiebung mit dem Aquaplaningfaktor a. Mit Annäherung an den Aquaplaning­ zustand a = 1 (vollständiges Aufschwimmen) treten die Resonanzen deutlicher hervor, weil mit Abnahme der Kontaktzone bei zuneh­ mendem Aufschwimmen des Reifens auch die Dämpfung der Reifen­ schwingungen durch die Anbindung an die Fahrbahn abnimmt. Da­ durch lassen sich bei Annäherung an den kritischen Zustand (a = 1) die Resonanzen und damit der Aquaplaningfaktor a immer genauer bestimmen. In vorteilhafter Weise wird damit die Genauigkeit des Verfahrens auf den kritischen Bereich konzentriert.
In der Modellrechnung für das Störfrequenzspektrum wurde ein realistisches Unebenheitsspektrum (Geschwindigkeitsrauschen) zu­ grundegelegt und mit einem geeigneten Vertikaldynamikmodell die Radlastschwankungen ΔFz errechnet, welche ihrerseits die hori­ zontalen Schwankungen ΔFl generieren.
Das Störfrequenzspektrum in Fig. 3 wurde für eine Fahrgeschwin­ digkeit von 10 m/sec ermittelt. Im Allgemeinen ändert sich das Störfrequenzspektrum deutlich mit der Fahrgeschwindigkeit, auch wenn das charakteristische Verhalten der Resonanzüberhöhungen erhalten bleibt. Mit zunehmender Fahrgeschwindigkeit steigt die Intensität der Unebenheitsanregungen, weshalb keine Absolut­ werte, sondern nur relative Intensitäten zur Auswertung herange­ zogen werden. Desweiteren wird die wirksame Dämpfung des Feder- Dämpfer-Elementes 18 durch die Fahrgeschwindigkeit stark beein­ flußt. Die Zusammenhänge sind in allgemeiner Form nicht dar­ stellbar, lassen sich aber in Form von Kennfeldern mit der Fahr­ geschwindigkeit und dem Aquaplaningfaktor a als Parameter erfas­ sen.
Bei einer modellgestützten Identifikation der Reifen-Grundeigen­ schwingungen müssen neben dem Aquaplaningfaktor und der Fahrge­ schwindigkeit im allgemeinen noch weitere Parameter wie Reifen­ druck oder Reifentemperatur in Betracht gezogen werden.
Dies kann geschehen durch entsprechende Koeffizienten, z. B. Druck- oder Temperaturkoeffizienten, zu den charakteristischen Reifenmodellparametern, welche die Eigenschaften der Feder- und Dämpfer-Elemente 16, 18, 19 in Fig. 2 bestimmen. Die aktuellen Koeffizienten können während des normalen Fahrbetriebs (a = 0) aus dem laufend aufgenommenen Störfrequenzspektrum ermittelt werden, indem eine aus dem zugrundegelegten Reifenmodell hervorgehende Störfrequenzkurve für a = 0 angepaßt wird. Ein solches Vorgehen ist möglich, weil ein von a = 0 abweichender Aquaplaningfaktor nur kurzzeitig und vergleichsweise selten auftritt. Bei der Bestim­ mung der modellbezogenen Reifenparameter genügt es daher kurz­ zeitige Änderungen oder sehr plötzlich einsetzende Änderungen durch ein geeignetes Mittelungs- oder Diskriminierungsverfahren auszuschließen. Hingegen werden für die Erkennung eines Auf­ schwimmens des Fahrzeugreifens die plötzlich einsetzenden Ände­ rungen ausgewertet, indem auf der Basis der zuvor bestimmten mo­ dellbezogenen Reifenparameter der Aquaplaningfaktor a aus der aufgenommenen Verstimmung ermittelt wird.
Das erfindungsgemäße, auf einer Auswertung der Reifen-Eigen­ schwingung beruhende Verfahren kann dahingehend erweitert wer­ den, daß auch eine Reifendrucküberwachung bereitgestellt wird. Dazu werden die im normalen Fahrbetrieb (a = 0) ermittelten mo­ dellbezogenen Reifenparameter mit Reifenparametern bei einem Re­ ferenzdruck verglichen und aus den Abweichungen auf den aktuel­ len Reifendruck geschlossen. Dies Verfahren kann noch dahinge­ hend erweitert werden, daß ein so ermittelter Reifendruckwert für ein einzelnes Rad mit den gleichermaßen ermittelten Werten der anderen Räder in Beziehung gesetzt wird. Beispielsweise kann der Reifendruck eines Rades mit dem Mittelwert über alle Räder verglichen und bei einer signifikanten Abweichung davon ein Warnsignal abgegeben werden. Zumindest läßt sich mit diesem ein­ fachen Verfahren eine starke Druckabweichung einzelner Reifen zuverlässig erkennen.

Claims (11)

1. Verfahren zur frühzeitigen Erkennung des Aufschwimmens eines Fahrzeugreifens auf nasser Fahrbahn mit folgenden Schritten
  • a) Messen der Drehzahl eines Fahrzeugrades, dessen Raddrehzahlsignal einer Auswerteelektronik (11, 12, 13) zugeführt wird,
  • b) die Auswerteelektronik das Raddrehzahlsignal zunächst filtert und dann analysiert,
  • c) sie bei drohendem Aufschwimmen des Fahrzeugreifens ein Signal zur Warnung des Fahrers ausgibt oder einen Regeleingriff bewirkt, dadurch gekennzeichnet, daß
  • d) das Eigenresonanzverhalten der rotatorischen Reifenschwingungen in einem Frequenzbereich von oberhalb 20 Hz laufend ausgewertet wird,
  • e) zur Auswertung des Frequenzbereiches die rotatorischen Reifenschwingungen erfaßt werden,
  • f) aus einer Verstimmung der rotatorischen Reifenschwingungen auf ein Aufschwimmen des Reifens geschlossen wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur Auswertung des Frequenzspektrums der für die rotatori­ schen Reifenschwingungen typische Frequenzbereich in mehrere Frequenzabschnitte unterteilt ist und die Signalintensität ver­ schiedener Frequenzabschnitte laufend miteinander verglichen werden, um eine einsetzende Verstimmung der Eigenfrequenzen zu erkennen.
3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Auswertung des Frequenzspektrums der Raddrehzahlen mit­ tels einer modellgestützten Identifikation der Reifeneigenfre­ quenzen erfolgt, wobei das zugrundegelegte Reifenmodell den Rei­ fen (1) und seine Anbindung an die Fahrbahn (5, 20) modelliert und mindestens einer der Modellparameter (Ks) eine Funktion der Länge der noch tragenden, noch nicht aufgeschwommenen Kontakt­ zone (LK) zwischen Reifen und Fahrbahn ist.
4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Modellparameter (Ks) laufend so angepaßt werden, daß das aufgenommene Frequenzspektrum möglichst gut nachgebildet wird, und aus den angepaßten Werten für die Modellparameter (Ks) die Länge der aktuellen Kontaktzonenlänge (LK) ermittelt und bewer­ tet wird.
5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die ermittelte Kontaktzonenlänge (LK) auf die Länge des Reifenlatsches (LL) bei Nichtaufschwimmen des Reifens bezogen wird und daraus ein Aquaplaningfaktor a ermittelt wird, der den Grad des Aufschwimmens beschreibt und ein Maß für die Gefähr­ lichkeit des aktuellen Fahrzustandes ist.
6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Aquaplaningfaktor a dem Fahrer angezeigt wird oder bei Überschreitung eines Grenzwertes a* durch den Aquaplaningfaktor a ein Warnsignal ausgegeben wird.
7. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der ermittelte Aquaplaningfaktor a zur Steuerung eines Re­ geleingriffs, insbesondere einer Leistungsbegrenzung oder einer Fahrverhaltensregelung herangezogen wird.
8. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der modellgestützten Identifikation ein Reifenmodell zugrun­ deliegt, welches Auslenkungen (x₂) des Reifengürtels relativ zur Reifenfelge sowie Auslenkungen (x₃) von Reifenprofilanteilen re­ lativ zum Reifengürtel berücksichtigt.
9. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß aus den im normalen Fahrbetrieb angepaßten Werten für die Modellparameter auf den aktuellen Reifendruck oder die aktuelle Reifentemperatur geschlossen wird.
10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß zur Anpassung der Werte für die Modellparameter im normalen Fahrbetrieb eine aus dem zugrundegelegten Reifenmodell hervorge­ hende Störfrequenzkurve an das aufgenommene Frequenzspektrum der Raddrehzahlen angepaßt wird, wobei kurzzeitige oder sehr plötz­ lich einsetzende Änderungen des Frequenzspektrums nicht berück­ sichtigt werden.
11. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Auswertung des Frequenzspektrums mittels einer schnellen Fouriertransformation erfolgt und das Frequenzspektrum mittels abgespeicherter Spektren und Kennlinien oder mittels eines rechnerischen Reifenmodells bewirkt wird, um die einsetzende Verstimmung der Eigenfrequenz zu erkennen.
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