DE19802498A1

DE19802498A1 - Verfahren und Vorrichtung zur Reifendrucküberwachung

Info

Publication number: DE19802498A1
Application number: DE1998102498
Authority: DE
Inventors: Lutz Tiede; Thomas Monstadt; Juergen Dr Sippel
Original assignee: Mannesmann VDO AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1998-01-23
Filing date: 1998-01-23
Publication date: 1999-07-29
Anticipated expiration: 2018-01-24
Also published as: DE19802498B4

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Überwachung des Reifendrucks der Räder einer oder mehrerer Achsen eines Fahrzeugs, bei dem jede Achse mindestens zwei Räder aufweist und wobei jeweils die Drehzahlen der zu überwachenden Reifen ermittelt werden.

Aus dem Stand der Technik ist es bekannt, die Drehzahlen der zu überwa chenden Räder zu ermitteln und über Vergleiche der Drehzahlen unterein ander bei Auftreten bestimmter Drehzahlunterschiede auf einen Reifen druckverlust zu schließen. Diese Verfahren machen sich die Tatsache zu nutze, daß ein Reifen mit Druckverlust einen geringeren Abrollradius auf weist und deshalb eine höhere Drehzahl als ein entsprechender Reifen ohne Druckverlust. Neben dem Reifendruck wirken sich auf den Abrollradius aber auch eine Kurvenfahrt, Beschleunigung bzw. Verzögerung, Geschwindigkeit und unterschiedliche Radlasten aus. Die Beschleunigung bzw. Verzögerung und Geschwindigkeit ist bei den Reifen eines Fahrzeugs zu einem bestimm ten Zeitpunkt nahezu gleich, so daß sich Veränderungen der Reifengeome trie aufgrund der vorgenannten Einflüsse bei allen zu überwachenden Reifen nahezu gleich auswirken, so daß ihre Veränderung die Genauigkeit der be kannten Verfahren kaum beeinträchtigt.

Bei unsymmetrischer Beladung und bei Kurvenfahrt ändern sich jedoch die Abrollradien unterschiedlich, so daß eine zuverlässige Überwachung nur noch bei geraden Streckenabschnitten möglich ist. Weiterhin muß das Fahr zeug mit den zu überwachenden Reifen mehrere Kilometer gefahren sein, bis eine hinreichend genaue Alarmierung ohne Fehlalarm möglich ist.

Aufgabe der Erfindung ist es daher, die bekannten Verfahren und Vorrich tungen dahingehend zu verbessern, daß eine Alarmierung genauer erfolgen kann.

Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren gelöst, das aus den Drehzahlen der zu überwachenden Reifen, den Reifenabrollradien und der Spurweite die Drehgeschwindigkeit des Fahrzeugs um die Hochachse berechnet. Weiter hin wird durch ein raddrehzahlunabhängiges Verfahren die Drehgeschwin digkeit des Fahrzeugs um seine Hochachse zum Zeitpunkt der Erfassung der Drehzahlen bestimmt und aus den beiden erhaltenen Drehwinkeln die Differenz (Offset) berechnet. Diese Verfahrensschritte werden wiederholt. Bei einer Veränderung des Offset, die einen bestimmten Wert übersteigt wird ein Alarmsignal ausgegeben. Das Verfahren kann z. B. manuell durch den Benutzer eines Kraftfahrzeuges durch das Betätigen einer Auslösevor richtung gestartet und die wiederholte Berechnung durch das Betätigen der vorgenannten oder einer weiteren Auslösevorrichtung gestartet werden. Das Verfahren kann auch automatisch, z. B. durch ein bestimmtes Ereignis, wie das Starten des Kfz-Motors, gestartet werden und anschließendes ständiges oder in bestimmten zeitlichen Abständen Wiederholen ausgeführt werden. Eine entsprechende erfindungsgemäße Vorrichtung ist in Anspruch 10 an gegeben.

Das erfindungsgemäße Verfahren und die erfindungsgemäße Vorrichtung haben den Vorteil, daß durch ihre Verwendung Unsymmetrien infolge unter schiedlicher Reifenabnutzungen keinen Einfluß auf das Meßergebnis haben.

Dadurch, daß die Bestimmung des Offset ständig oder in bestimmten zeitli chen Abständen wiederholt wird, kann die Alarmierung schneller erfolgen.

Durch die in Anspruch 3 angegebene Gleichung kann die Richtungsände rung durch den Vergleich zweier auf einer Achse angeordneter Räder oder zweier diagonal am Fahrzeug angeordneten Räder berechnet werden.

Dadurch, daß der Offset bei Reifen einer Lenkachse eines Fahrzeugs bei Lenkeinschlag entsprechend der geänderten Achsgeometrie angepaßt wird, ist eine noch genauere Feststellung eines Reifendruckverlusts der Reifen der Lenkachsen möglich.

Durch eine Anpassung des Offsets bzw. der gemessenen Drehzahlen ent sprechend einer durch das zweite Verfahren festgestellten Drehgeschwin digkeit um die Hochachse (= Kurvenfahrt) wird die Genauigkeit noch weiter erhöht, da die kurvenäußeren Räder infolge der größeren Belastung auch ohne Druckverlust einen geringeren Abrollradius aufweisen. Je genauer die se Anpassung durchgeführt wird, um so mehr sind die dann noch vorhande nen Änderungen des Offset auf eine Veränderung des Reifenluftdrucks oder auf einen unterschiedlichen Reifenluftdruck der Räder einer Achse zurück zuführen.

Durch Verwendung der ABS-Sensoren zur Drehzahlerfassung werden keine zusätzlichen Sensoren zur Drehzahlerfassung benötigt wenn das Fahrzeug mit einem heute meist serienmäßigen ABS-System ausgestattet ist.

Durch Verwendung eines GPS-Systems zur Ermittlung der Drehgeschwin digkeit um die Hochachse ist kein zusätzliches Sensorsystem zur Erfassung der Richtungsänderungen ohne Radsensoren erforderlich, wenn das Fahr zeug mit einem Navigationssystem mit GPS-Empfänger ausgestattet ist.

Durch Verwendung eines Richtungssensors ist eine Ermittlung der Drehge schwindigkeit um die Hochachse des Fahrzeugs auch dann möglich, wenn kein guter Empfang von GPS-Satellitensignalen möglich ist.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 die schematische Ansicht eines Reifens,

Fig. 2 die schematische Aufsicht auf zwei Achsen eines Fahrzeugs mit jeweils zwei Reifen,

Fig. 3 ein mögliches Ablaufdiagramm eines erfindungsgemäßen Verfah rens,

Fig. 4 Kurven von gemessenen Drehgeschwindigkeiten in Abhängigkeit von Luftdruckunterschieden zweier zu überwachender Reifen für verschiedene konstante Geschwindigkeiten,

Fig. 5 eine mögliche erfindungsgemäße Vorrichtung.

In Fig. 1 weist das Rad 1 mit dem Reifen 2 einen Abrollradius r auf, der sich berechnen läßt durch die Gleichung

wobei U der durchschnittliche Reifenumfang ist, d. h. diejenige Strecke dar stellt, die der am Fahrzeug montierte Reifen nach einer Umdrehung zurück gelegt hat. Durch die Belastung des Reifens mit dem anteiligen Fahrzeug gewicht ist der Abrollradius r etwas kleiner als die Hälfte des Reifendurch messers d.

Die in Fig. 2 dargestellten Achsen 3, 4 weisen jeweils zwei Räder 1 ₁ bis 1 ₄ auf. Zum Berechnen der Drehgeschwindigkeit um die Hochachse H des Fahrzeuges werden entweder die Drehzahlen der Räder 1 ₁ und 1 ₂, 1 ₃ und 1 ₄ jeweils einer Achse 3, 4 und/oder die diagonal gegenüberliegenden Räder 1 ₁ und 1 ₄ bzw. 1 ₂ und 1 ₃ verwendet.

Beim Ablaufdiagramm in Fig. 3 erfolgt nach dem Start in Block 10 in Block 11 die Initialisierung, die einen Triggerimpuls auslöst, der in Block 12 erkannt wird, und veranlaßt, daß in Block 13 die GPS-Information, in Block 14 der Richtungssensor und in Block 15 die Drehzahlen der zu überwachenden Räder ausgelesen werden. In Block 16 wird aus den in Block 15 gelesenen Informationen eine erste Drehgeschwindigkeit _Rad um die Hochachse H des Fahrzeugs berechnet. In Block 17 wird aus den in Block 13 und 14 gelese nen Informationen eine zweite Drehgeschwindigkeit _Sensor berechnet. Diese beide berechneten Richtungsänderungen _Rad, _Sensor werden in Block 18 verglichen und die Differenz (Offset) in Block 19 gespeichert. Sofern dieser Offset der erste gespeicherte Wert ist, beginnt die Prozedur wieder mit Block 12. Sofern in Block 19 bereits ein Wert gespeichert ist, weil z. B. nach der Initialisierung in Block 11 die Programmschleife mindestens einmal abgear beitet wurde, wird in Block 21 der zuletzt berechnete Offset mit dem ersten in Block 19 gespeicherten Wert verglichen. Sofern die Abweichung einen be stimmten Betrag nicht übersteigt wird die Programmschleife beginnend mit Block 12 erneut durchlaufen. Ist die Abweichung des Offset zu groß, wird ein Alarmsignal ausgegeben. Diese Abweichung des Offset kann zwei Ursachen haben: entweder ist beim Betrieb nach der Initialisierung des Überwa chungsverfahrens ein Druckverlust eingetreten und so die Abweichung zwi schen den nacheinander ermittelten Differenzen größer geworden. Aber auch ein unterschiedlicher Druck in zwei zu überwachenden Reifen führt zu unterschiedlichen Abrollradien, die sich zudem bei Geschwindigkeitsände rungen unterschiedlich stark verändern.

In Fig. 4 sind Kurven zu sehen, die die Änderung der durch die Radsenso ren gemessene Drehgeschwindigkeit ψ/°/s um die Hochachse H des Fahr zeugs gegenüber der tatsächlichen Änderung in Abhängigkeit des Luftdruck unterschiedes Δp/bar zwischen zwei zu überwachenden Reifen für mehrere konstante Geschwindigkeiten des Fahrzeuges dargestellt sind. Kurve 30 stellt die Änderungen für eine Geschwindigkeit V = 40 km/h dar, Kurve 31 für 60 km/h, Kurve 32 für 80 km/h und Kurve 33 für 100 km/h. Nachfolgend wird eine Differenz zwischen den zu überwachenden Reifen von Δp = 0,5 bar be trachtet. Bei einer Geschwindigkeit von V = 40 km/h beträgt die Differenz zwischen der durch das erste Verfahren ermittelten Drehgeschwindigkeit um die Hochachse H und der tatsächlichen Drehgeschwindigkeit um die Hoch achse H 0,65°/s, bei 80 km/h bereits 1,3°/s und bei 100 km/h 1,65°/s, so daß bei einer Veränderung der Fahrzeuggeschwindigkeit von 40 km/h auf 100 km/h eine Abweichung des Offset von 1°/S auftritt. Die sonstigen den Rei fenabrollradius beeinflussenden Größen, wie z. B. der Verschleiß, ändert sich während der Fahrt (nach der Initialisierung) kaum. Da nur die Veränderun gen bei dem vorliegenden Verfahren relevant werden, die zu einer Abwei chung des Offsets zwischen den beiden Meßverfahren führen, beeinflussen die im vorstehenden Satz genannten Größen einen wirksamen Alarm nicht. Größen, die sich während der Fahrt ändern, wie z. B. unterschiedliche Bela stungen der kurveninneren bzw. kurvenäußeren Räder, können durch die Messung des Lenkeinschlags oder Berechnung des Kurvenradius aus dem durch das zweite Verfahren gewonnenen Drehgeschwindigkeit des Fahrzeu ges entsprechend angepaßten Offset ausgeglichen werden. So verfeinert können schon Luftdruckdifferenzen zwischen zwei Reifen auf einer Achse oder Reifendruckverluste von etwa 0,3 bar sicher ohne Gefahr von Fehl alarmen angezeigt werden.

Das Beispiel einer erfindungsgemäßen Vorrichtung in Fig. 5 weist Radsen soren 34 ₁ bis 34 ₄ zur Erfassung der Drehgeschwindigkeit der zu überwa chenden Räder und eine Vorrichtung 35 zur Berechnung der Drehgeschwin digkeit der von den Radsensoren 34 ₁ bis 34 ₄ gelieferten Signale auf. Weiter hin ist eine GPS-Antenne 36 und ein GPS-Empfänger 37 zur Berechnung der Drehgeschwindigkeit um die Fahrzeughochachse H und eine Einrichtung 38 zum Vergleichen der ermittelten Drehgeschwindigkeiten und Ermittlung des Offset vorhanden. Weiterhin speichert die Einrichtung 38 die erhaltenen Offsets und überprüft (dargestellt durch Pfeil 39), ob die nacheinander er mittelten Offsets untereinander abweichen und ob diese Abweichung einen bestimmten Betrag überschreitet. Sofern dies der Fall ist, löst sie eine Alarmvorrichtung 40 aus.

Claims

1. Verfahren zur Überwachung des Reifendrucks der Räder einer oder mehrerer Achsen eines Fahrzeugs, bei dem jede Achse mindestens zwei Räder aufweist, wobei jeweils die Drehzahlen der zu überwachen den Reifen ermittelt werden, dadurch gekennzeichnet, daß aus den ermittelten Drehzahlen der Räder die Drehgeschwindigkeit (_Rad) um die Hochachse (H) des Fahrzeugs berechnet wird, daß die Drehge schwindigkeit (_Sensor) um die Hochachse (H) des Fahrzeugs zum Zeit punkt der Ermittlung der Drehzahlen über ein zweites, nicht von den Drehzahlen der Räder (1) abhängiges Verfahren ermittelt wird, daß die Differenz der beiden Drehgeschwindigkeiten (_Rad, _Sensor) (Offset) be rechnet und abgespeichert wird, daß die vorbeschriebenen Verfahrens schritte wiederholt werden, daß die ermittelten Offsets verglichen wer den, daß bei einer Abweichung der Offsets über einen bestimmten Be trag eine Information bzw. ein Warnsignal erfolgt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Bestim mung des Offsets ständig oder in bestimmten zeitlichen Abständen wiederholt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Berechnung der Drehgeschwindigkeit um die Hochachse (H) des Fahr zeugs aus den ermittelten Drehzahlen der Räder (1) nach folgender Gleichung berechnet wird:
wobei a die Spurweite des Fahrzeuges, r_i der angenommene Reifenab rollradius und ω_i die gemessene Raddrehzahl des jeweiligen Rades darstellt und die Räder auf einer Achse des Fahrzeugs oder/und diago nal an dem Fahrzeug angeordnet sind.

4. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekenn zeichnet, daß der Offset bei Reifen einer Lenkachse eines Fahrzeugs bei Lenkeinschlag entsprechend der geänderten Achsgeometrie ange paßt wird.

5. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekenn zeichnet, daß der Offset bzw. die Reifenabrollradien entsprechend ei ner durch das zweite Verfahren ermittelten Drehgeschwindigkeit um die Hochachse (H) des Fahrzeugs angepaßt wird.

6. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekenn zeichnet, daß die Sensoren eines ABS-Systems zur Drehzahlmessung verwendet werden.

7. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekenn zeichnet, daß das zweite Verfahren zur Feststellung der Drehge schwindigkeit um die Hochachse (H) des Fahrzeugs nach dem GPS-System arbeitet.

8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß das zweite Verfahren zur Feststellung der Drehgeschwindigkeit ei nen Drehratensensor (Gyroskop) verwendet.

9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß das zweite Verfahren zur Feststellung der Drehgeschwindigkeit ei nen Magnetkompaß verwendet.

10. Vorrichtung zur Überwachung des Reifendrucks der Räder einer oder mehrerer Achsen eines Fahrzeugs, bei dem jede Achse mindestens zwei Räder aufweist und die Drehzahlen der Räder mittels Drehzahl überwachungsvorrichtungen überwachbar sind, dadurch gekennzeich net, daß eine erste Vorrichtung (35) vorhanden ist, mit der aus den Drehzahlen der Räder (1, 1 ₁ bis 1 ₄) die Drehgeschwindigkeit (_Rad) des

Fahrzeugs um die Hochachse (H) ermittelbar ist, daß eine zweite Vor richtung (36, 37) vorhanden ist, mit der gleichzeitig die Drehgeschwin digkeit (_Sensor) des Fahrzeugs um die Hochachse (H) unabhängig von der Drehzahl der Räder (1, 1 ₁ bis 1 ₄) ermittelbar ist, daß eine Ver gleichsvorrichtung (38) vorhanden ist, mit der die zur gleichen Zeit er mittelten Richtungsänderungen vergleichbar und die Differenzen (Offset) ermittelbar sind, daß eine Vergleichseinrichtung (38) vorhan den ist, mit der Abweichungen der Offsets ermittelt werden, daß eine Warneinrichtung (39) vorhanden ist, die dann, wenn die Abweichungen der Offsets einen bestimmten Betrag überschreiten, ein Warnsignal ab gibt.