DE19802498B4

DE19802498B4 - Verfahren und Vorrichtung zur Reifendrucküberwachung

Info

Publication number: DE19802498B4
Application number: DE1998102498
Authority: DE
Inventors: Lutz Tiede; Thomas Monstadt; Jürgen Dr. Sippel
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1998-01-23
Filing date: 1998-01-23
Publication date: 2005-07-14
Anticipated expiration: 2018-01-24
Also published as: DE19802498A1

Abstract

Verfahren zur Überwachung des Reifendrucks der Räder einer oder mehrerer Achsen eines Fahrzeugs, bei dem
– jede Achse mindestens zwei Räder aufweist und
– jeweils die Drehzahlen der zu überwachenden Reifen ermittelt werden, dadurch gekennzeichnet, dass
– aus den ermittelten Drehzahlen der Räder (1₁–1₄) eine erste Drehgeschwindigkeit (ψ ._Rad) um die Hochachse (H) des Fahrzeugs berechnet wird,
– eine zweite Drehgeschwindigkeit (ψ ._Sensor) um die Hochachse (H) des Fahrzeugs zum Zeitpunkt der Ermittlung der Drehzahlen der zu überwachenden Räder (1₁–1₄) über ein zweites, nicht von den Drehzahlen der Räder (1₁–1₄) abhängiges Verfahren ermittelt wird,
– die Differenz (Offset) der beiden Drehgeschwindigkeiten (ψ ._Rad, ψ ._Sensor) berechnet und abgespeichert wird,
– die vorbeschriebenen Verfahrensschritte wiederholt werden, wobei die dabei ermittelten Offsets miteinander verglichen werden und
– bei einer Abweichung der Offsets über einen bestimmten Betrag eine Information/ein Warnsignal erfolgt.

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 überwachenden Räder zu ermitteln und über Vergleiche der Drehzahlen untereinander bei Auftreten bestimmter Drehzahlunterschiede auf einen Reifendruckverlust zu schließen. Diese Verfahren machen sich die Tatsache zunutze, daß ein Reifen mit Druckverlust einen geringeren Abrollradius aufweist 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 bestimmten Zeitpunkt nahezu gleich, so dass sich Veränderungen der Reifengeometrie aufgrund der vorgenannten Einflüsse bei allen zu überwachenden Reifen nahezu gleich auswirken, so dass ihre Veränderung die Genauigkeit der bekannten Verfahren kaum beeinträchtigt.

Aus der EP 0751 019 A1 ist ein Verfahren und eine Einrichtung zur Überwachung des Druckverlustes in einem Reifen eines Kraftfahrzeuges beschrieben, bei dem die Drehzahl eines jeden Reifens gemessen wird und eine Summe mit den Drehzahlen der diagonal gegenüberliegenden Reifen gebildet wird und so zwei Summen erhalten werden. Bei einer Differenz dieser Summen, die einen bestimmten Grenzwert überschreitet, wird ein Alarmsignal ausgegeben. Weiterhin wird durch zusätzliche Berechnungen das Rad ermittelt, welches einen Reifendruckverlust aufweist.

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 Fahrzeug 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 Vorrichtungen 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. Weiterhin wird durch ein raddrehzahlunabhängiges Verfahren die Drehgeschwindigkeit 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 Auslösevorrichtung 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 angegeben.

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

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

Durch die in Anspruch 3 angegebene Gleichung kann die Richtungsänderung durch den Vergleich zweier auf einer Achse angeordneter Räder oder zweier diagonal am Fahrzeug angeordneter 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 entsprechend einer durch das zweite Verfahren festgestellten Drehgeschwindigkeit 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 diese Anpassung durchgeführt wird, um so mehr sind die dann noch vorhandenen Änderungen des Offset auf eine Veränderung des Reifenluftdrucks oder auf einen unterschiedlichen Reifenluftdruck der Räder einer Achse zurückzuführen.

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 Drehgeschwindigkeit um die Hochachse ist kein zusätzliches Sensorsystem zur Erfassung der Richtungsänderungen ohne Radsensoren erforderlich, wenn das Fahrzeug mit einem Navigationssystem mit GPS-Empfänger ausgestattet ist.

Durch Verwendung eines Richtungssensors ist eine Ermittlung der Drehgeschwindigkeit 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:
1 die schematische Ansicht eines Reifens,
2 die schematische Aufsicht auf zwei Achsen eines Fahrzeugs mit jeweils zwei Reifen,
3 ein mögliches Ablaufdiagramm eines erfindungsgemäßen Verfahrens,
4 Kurven von gemessenen Drehgeschwindigkeiten in Abhängigkeit von Luftdruckunterschieden zweier zu überwachender Reifen für verschiedene konstante Geschwindigkeiten,
5 eine mögliche erfindungsgemäße Vorrichtung.
In 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 darstellt, die der am Fahrzeug montierte Reifen nach einer Umdrehung zurückgelegt hat. Durch die Belastung des Reifens mit dem anteiligen Fahrzeuggewicht ist der Abrollradius r etwas kleiner als die Hälfte des Reifendurchmessers d.
Die in 2 dargestellten Achsen 3, 4 weisen jeweils zwei Räder 1₁ bis 1₄ auf. Zum Berechnen der Drehgeschwindigkeit um die Hochachse H des Fahrzeuges werden entweder die Drehzahlen der Räder 1₁ und 1₂ , 1₃ und 1₄ jeweils einer Achse 3, 4 oder die diagonal gegenüberliegenden Räder 1₁ und 1₄ bzw. 1₂ und 1₃ verwendet.
Beim Ablaufdiagramm in 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 Ψ ._Rad um die Hochachse H des Fahrzeugs berechnet. In Block 17 wird aus den in Block 13 und 14 gelesenen Informationen eine zweite Drehgeschwindigkeit
_Sensor berechnet. Diese beiden berechneten Drehgeschwindigkeiten Ψ ._Rad, Ψ ._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 abgearbeitet wurde, wird in Block 21 der zuletzt berechnete Offset mit dem ersten in Block 19 gespeicherten Wert verglichen. Sofern die Abweichung einen bestimmten 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 Überwachungsverfahrens ein Druckverlust eingetreten und so die Abweichung zwischen den nacheinander ermittelten Differenzen größer geworden. Aber auch ein unter schiedlicher Druck in zwei zu überwachenden Rädern führt zu unterschiedlichen Abrollradien, die sich zudem bei Geschwindigkeitsänderungen unterschiedlich stark verändern.
In 4 sind Kurven zu sehen, die die Änderung der durch die Radsensoren gemessene erste Drehgeschwindigkeit ψ ._Rad (°/s) um die Hochachse H des Fahrzeugs gegenüber der tatsächlichen Änderung in Abhängigkeit des Luftdruckunterschiedes Δp/bar zwischen zwei zu überwachenden Rädern 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 Rädern von Δp = 0,5 bar betrachtet. Bei einer Geschwindigkeit von V = 40 km/h beträgt die Differenz zwischen der durch das erste Verfahren ermittelten ersten Drehgeschwindigkeit Ψ ._Rad um die Hochachse H und der tatsächlichen Drehgeschwindigkeit um die Hochachse 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 Reifenabrollradius beeinflussenden Größen, wie z.B. der Verschleiß, ändert sich während der Fahrt (nach der Initialisierung) kaum. Da nur die Veränderungen bei dem vorliegenden Verfahren relevant werden, die zu einer Abweichung 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 Belastungen der kurveninneren bzw. kurvenäußeren Räder, können durch die Messung des Lenkeinschlags oder Berechnung des Kurvenradius aus dem durch das zweite Verfahren gewonnenen Drehgeschwindigkeit Ψ ._Sensor des Fahrzeuges entsprechend angepassten Offset ausgeglichen werden. So verfeinert können schon Luftdruckdifferenzen zwischen zwei Rädern auf einer Achse oder Reifendruckverluste von etwa 0,3 bar sicher ohne Gefahr von Fehlalarmen angezeigt werden.
Zur Realisierung des Verfahrens sind, wie in 5 dargestellt ist, Radsensoren 34₁ bis 34₄ zur Erfassung der Drehgeschwindigkeit der zu überwachenden Räder 1₁ bis 1₄ und eine Vorrichtung 35 zur Berechnung der Drehgeschwindigkeit der von den Radsensoren 34₁ bis 34₄ gelieferten Signale vorgesehen. Weiterhin sind 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 ersten und zweiten Drehgeschwindigkeiten Ψ ._Rad,
_Sensor und Ermittlung des Offset vorhanden. Weiterhin speichert die Einrichtung 38 die erhaltenen Offsets und überprüft (dargestellt durch Pfeil 39), ob die nacheinander ermittelten Offsets untereinander abweichen und ob diese Abweichung einen bestimmten Betrag überschreitet. Sofern dies der Fall ist, löst sie eine Alarmvorrichtung 40 aus.

Claims

Verfahren zur Überwachung des Reifendrucks der Räder einer oder mehrerer Achsen eines Fahrzeugs, bei dem – jede Achse mindestens zwei Räder aufweist und – jeweils die Drehzahlen der zu überwachenden Reifen ermittelt werden, dadurch gekennzeichnet, dass – aus den ermittelten Drehzahlen der Räder (1₁ –1₄ ) eine erste Drehgeschwindigkeit (ψ ._Rad) um die Hochachse (H) des Fahrzeugs berechnet wird, – eine zweite Drehgeschwindigkeit (ψ ._Sensor) um die Hochachse (H) des Fahrzeugs zum Zeitpunkt der Ermittlung der Drehzahlen der zu überwachenden Räder (1₁ –1₄ ) über ein zweites, nicht von den Drehzahlen der Räder (1₁ –1₄ ) abhängiges Verfahren ermittelt wird, – die Differenz (Offset) der beiden Drehgeschwindigkeiten (ψ ._Rad, ψ ._Sensor) berechnet und abgespeichert wird, – die vorbeschriebenen Verfahrensschritte wiederholt werden, wobei die dabei ermittelten Offsets miteinander verglichen werden und – bei einer Abweichung der Offsets über einen bestimmten Betrag eine Information/ein Warnsignal erfolgt.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass – die Bestimmung des Offsets ständig oder in bestimmten zeitlichen Abständen wiederholt wird.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass – die Berechnung der ersten Drehgeschwindigkeit (ψ ._Rad) um die Hochachse (H) des Fahrzeugs aus den ermittelten Drehzahlen der Räder (1₁ –1₄ ) nach folgender Gleichung erfolgt:
wobei a die Spurweite des Fahrzeuges, r_i der angenommene Reifenabrollradius und ω_i die gemessene Drehzahl des jeweiligen Rades (1₁ –1₄ ) darstellt und die Räder (1₁ –1₄ ) auf einer Achse des Fahrzeugs oder diagonal an dem Fahrzeug angeordnet sind.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass – der Offset bei Rädern (1₁ –1₄ ) einer Lenkachse des Fahrzeugs bei einem Lenkeinschlag entsprechend der geänderten Achsgeometrie angepasst wird.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass – der Offset entsprechend einer durch das zweite Verfahren ermittelten Drehgeschwindigkeit (ψ ._Sensor) um die Hochachse (H) des Fahrzeugs angepasst wird.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass – Sensoren eines ABS-Systems zur Drehzahlmessung verwendet werden.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass – das zweite Verfahren zur Ermittlung der zweiten Drehgeschwindigkeit (ψ ._Sensor) um die Hochachse (H) des Fahrzeugs nach dem GPS-System arbeitet.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass – das zweite Verfahren zur Feststellung der Drehgeschwindigkeit (ψ ._Sensor) um die Hochachse (H) des Fahrzeugs einen Drehratensensor (Gyroskop) verwendet.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass – das zweite Verfahren zur Ermittlung der zweiten Feststellung der Drehgeschwindigkeit (ψ ._Sensor) um die Hochachse (H) des Fahrzeugs einen Magnetkompass verwendet.
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 (1₁ –1₄ ) mittels Drehzahlüberwachungsvorrichtungen (34₁ –34₄ ) überwachbar sind, dadurch gekennzeichnet, dass – eine erste Vorrichtung (35) vorhanden ist, mit der aus den Drehzahlen der Räder (1₁ –1₄ ) die erste Drehgeschwindigkeit (ψ ._Rad) des Fahrzeugs um die Hochachse (H) ermittelbar ist; – eine zweite Vorrichtung (36, 37) vorhanden ist, mit der gleichzeitig die zweite Drehgeschwindigkeit (ψ ._Sensor) des Fahrzeugs um die Hochachse (H) unabhängig von der Drehzahl der Räder (1₁ –1₄ ) ermittelbar ist, – eine Vergleichseinrichtung (38) vorhanden ist, mit der die zur gleichen Zeit ermittelten Richtungsänderungen vergleichbar und die Differenzen (Offset) ermittelbar sind, – mit der Vergleichseinrichtung (38) die Abweichungen der Offsets ermittelt werden, und – eine Warneinrichtung (39) vorhanden ist, die dann, wenn die Abweichungen der Offsets einen bestimmten Betrag überschreiten, eine Information/ein Warnsignal abgibt.