DE19957645A1 - Verfahren zum Ermitteln von Zustandsgrößen eines Fahrzeugreifens am fahrenden Fahrzeug - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Ermitteln von Zustandsgrößen eines Fahrzeugreifens am fahrenden Fahrzeug, bei dem ein, einen Encoder darstellender, permanentmagnetischer Bereich (18) mindestens eines Reifenprofils (15) vorgesehen und von einem am Fahrzeug angeordneten Meßwertaufnehmer (23) zum Ermitteln von Meßgrößen, die die Profiltiefe und/oder von der Profiltiefe (17) abhängige Größen, wie die Profilabnutzung, wiedergeben, abgetastet wird.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Ermitteln von Zustandsgrößen eines Fahrzeugreifens am fahrenden Fahrzeug und ein System zur Durchführung des Verfahrens.

Aus der DE 197 16 586 C1 ist ein Verfahren zum Ermitteln der Profiltiefe eines Fahrzeugreifens am fahrenden Fahrzeug bekannt. Das Verfahren basiert auf einer Einrichtung zur Ermittlung der Umfangskraft eines Fahrzeugrades gemäß der DE 44 35 160 A1, die mittels sog. Reifensensoren (Reifenwandtorsionssensor bzw. SWT) Meßgrößen erfaßt, die die an dem Reifen angreifenden Kräfte während der Reifenrotation wiedergeben. Dabei ist mindestens ein in der Seitenwand des Reifens angeordnetes erstes Geberelement vorgesehen, das bei Überstreichen eines fahrzeugfesten Meßwertaufnehmers ein Signal generiert, welches zum Bestimmen der Winkellage eines äußeren Reifenpunktes in Bezug auf ein nabenfestes, d. h. umlaufendes Koordinatensystem verwendet werden kann. Das nabenfeste Koordinatensystem wird entweder durch einen zweiten Geber und einen zweiten fahrzeugfesten Meßwertaufnehmer dargestellt oder durch einen an der Radnabe angeordneten herkömmlichen Raddrehzahlsensor des Fahrzeuges festgelegt. Die DE 196 20 581 Al beschreibt die Geberelemente als in der Reifenwandung eingelagerte oder auf der Reifenwandung aufgebrachte codierte Zonen mit permanentmagnetischen Arealen. Diese permanentmagnetischen Areale bilden ein Muster, das sich aus in Umfangsrichtung des Reifens mit wechselnder Polarität aufeinanderfolgenden Polen zusammensetzt und Informationen enthält, die bei einer Drehbewegung des Reifens durch den Meßwertaufnehmer bzw. durch die Auswertung der Ausgangssignale des Meßwertaufnehmers erkennbar sind. Durch diese Anordnung der Reifensensoren und Meßwertaufnehmer tritt bei einer Verformung des Reifens infolge der am Reifen angreifenden Kräfte eine Änderung der auswertbaren Phasenlage zwischen den von den Meßwertaufnehmern abgegebenen Meßsignalen auf. Zusätzlich zur Phasenauswertung kann auch eine Amplitudenauswertung vorgenommen werden, die Aufschluß über die Seitenwandverformung des Reifens bzw. die elastische Achsverformung gibt.

Gemäß der DE 197 16 586 C1 werden aus den Meßsignalen dieses Reifensensors die Eigenfrequenz, die dem Drehschwingungsanteil des Reifengürtels um die Felge entspricht, bestimmt, die der weiteren Berechnung des Massenträgheitsmomentes des Reifengürtels und der aktuellen Masse sowie der Durchmesserveränderung des Reifens zugrunde gelegt wird. Aus der berechneten Durchmesserveränderung wird der Profilverlust ermittelt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Profiltiefe und/oder von der Profiltiefe abhängige Größen eines Fahrzeugreifens in einfacher Art und Weise, z. B. mit verminderter Rechenleistung, zu ermitteln.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß ein, einen Encoder darstellender, permanentmagnetischer Bereich mindestens eines Reifenprofils vorgesehen und von einem am Fahrzeug angeordneten Meßwertaufnehmer zum Ermitteln von Meßgrößen, die die Profiltiefe und/oder von der Profiltiefe abhängige Größen, wie die Profilabnutzung, wiedergeben, abgetastet wird.

Die Erfindung beruht also auf der Erkenntnis, daß man in das Gummi des Reifenprofils eines Fahrzeugreifens dauerhaft magnetisierbare Flächenzonen einlagern oder aufbringen kann, die dann durch Magnetisierung und Ausbildung von Nord-/Südpol-Arealen zu codierten Zonen werden. Mit Hilfe von magnetfeldempfindlichen Meßwertaufnehmern oder Sensoren kann dann, wenn sich die der Fahrbahn zugewandten Pole aufgrund des Reifenverschleißes abnutzen, die Codierung gelesen werden.

Nach einem vorteilhaften Ausführungsbeispiel der Erfindung ergeben die permanentmagnetischen Areale ein Muster, das sich aus in Umfangsrichtung des Reifens mit wechselnder Polarität aufeinanderfolgenden Elementen oder Arealen zusammensetzt und Informationen enthält, die bei eine Drehbewegung des Rades durch Auswerten der Eingangssignale des Meßwertaufnehmers bzw. der Meßwertaufnehmer erkennbar sind. Mindestens ein Reifenprofil, d. h. mindestens ein Profilklotz, weist mindestens ein Polpaar, d. h. einen Nord- und einen Südpol auf, deren Polarität in Umfangsrichtung wechselt, so daß in Umfangsrichtung jeweils einem Nordpol ein Südpol usw. folgt.

Nach einem weiteren Ausführungsbeispiel werden ausschließlich die der Seitenwand des Fahrzeugreifens, vorzugsweise der Reifeninnenseite, zugeordneten äußeren Reifenprofile mit permanentmagnetischen Arealen versehen, die bevorzugt gleichmäßig über den Umfang des Reifens verteilt angeordnet sind. Dabei kann jedes Reifenprofil mit magnetisierbaren Arealen versehen werden oder eine beliebige Aufteilung auf das Reifenprofil vorgenommen werden. Durch die Anordnung von mehreren Meßwertaufnehmern, können verschiedene Bereiche der Reifenprofils über den gesamten Umfang sensiert werden. Durch diese Maßnahme läßt sich eine ungleichmäßige Abnutzung des Reifenprofils erfassen und ein Profiltiefenmuster erstellen. Nach einem weiteren vorteilhaften Ausführungsbeispiel wird die Grenzlinie zwischen einem Nord- und einem Südpol bzw. zwischen einem Süd- und einem Nordpol eines Reifenprofils in einer Ebene der gesetzlich vorgeschriebenen Mindestprofiltiefe des Fahrzeugreifens vorgesehen, so daß bei einem noch nicht abgenutzten Reifenprofil, also bei einem neuen Fahrzeugreifen, eine konstante Meßgröße (Offsetwert) von dem stationär am Fahrzeug beispielsweise am Chassis, angeordneten Meßwertaufnehmer bei einer Drehbewegung des Rades erfaßt wird. Der Offsetwert, bzw. die Lage des Offsetwertes wird durch das Verhältnis der positiven zu den negativen Magnetfeldern bestimmt. Bei sich einstellendem Reifenverschleiß und damit Abnutzung des Reifenprofils, d. h. Verringerung des Magnetfeldes der äußeren Pole der Reifenprofile, stellt sich um den Offsetwert eine sinusförmigen Kennlinie ein, deren Amplitude eine Größe für die Profiltiefe und/oder von der Profiltiefe abhängige Größen, wie die Abnutzung bzw. den Reifenverschleiß, wiedergibt. Die Größe der Amplitude ist gegenüber Abweichungen in der Anordnung des Meßwertaufnehmers zu der Grenzlinie unempfindlich und liefert stabile Größen für die Profiltiefe, da nur der Offsetwert bzw. die Lage des Offsetwertes durch das Verhältnis der positiven zu den negativen Magnetfeldern bestimmt wird.

Vorteilhaft wird dieser Meßwert bzw. die Meßgröße der Amplitude mit einem vorgegebenen Wert verglichen und beim Überschreiten dieses Schwellenwertes eine akustische oder optische Anzeige gesteuert, die den Benutzer des Fahrzeugs auf das Erreichen der Reifenverschleißgrenze hinweist.

Darüber hinaus können vorteilhaft die so ermittelten Werte der Profiltiefe der einzelnen Reifen eines Fahrzeugs bezüglich Plausibilitätskriterien miteinander verglichen werden bzw. akustische oder optische Hinweise gesteuert werden, die den Benutzer des Fahrzeugs darauf hinweisen, daß die Profiltiefe an einem einzelnen Reifen unverhältnismäßig stark gegenüber den restlichen Reifen des Fahrzeugs abnutzt bzw. daß ein Radwechsel vorgenommen werden sollte, um eine gleichmäßige Abnutzung der Reifen zu ermöglichen.

Nach einer weiteren Ausbildung der Erfindung ist es möglich, die Daten der Profiltiefe in einem Speicher abzulegen, der von einer Diagnoseeinrichtung lesbar ist, um so bei größeren Fahrzeugflotten einen Austausch der Reifen bzw. einen Wechsel der Reifen von der einen Achse auf die andere Achse bzw. von der einen Seite auf die andere Seite einer Achse vornehmen zu können. Die Daten können mittels Fernübertragung online zu einer Datenverarbeitungsanlage übermittelt werden.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird im folgenden näher beschrieben.

Es zeigen:

Fig. 1 eine Seitenansicht des Systems nach der Erfindung;

Fig. 2 eine vergrößerte Darstellung eines Reifenprofils mit dem permanentmagnetischen Bereich.

Fig. 1 zeigt die einem Erfassungssystem zugeordnete Sensoranordnung. Das Erfassungssystem kann eine separate Profilerfassungseinheit oder Bestandteil einer ABS (Antiblockierregelsystem), ASR (Antriebsschlupfregelung), ESP (Elektronisches Fahrstabilitätsregelungssystem), EHB (Elektrohydraulisches Bremsregelungssystem), Chassis (Fahrwerkssystem) und/oder eines EMB (Elektomechanisches Brems-)-Regelungssystems sein. Mit 11 ist der Reifen, mit 12 die Felge und mit 13 die Achse eines Fahrzeugs bezeichnet. Der Fahrzeugreifen 11 weist über die Lauffläche 14 verteilt Profilelemente 15 bzw. Profilklötze auf, deren der Fahrbahn zugewandte Oberfläche zur Gürtellage 16 eine vorgegebene Profiltiefe 17 aufweist. Mit 18 ist ein der inneren Seitenwand 19 (Reifeninnenseite) zugeordneter Bereich von Profilelementen 15 bezeichnet, also von den äußersten, der Seitenwand 19 zugeordneten Profilelementen 15, die über den Umfang des Reifens angeordnet sind. Die in diesem Bereich 18 angeordneten Reifenprofile bzw. die Profilelemente 15 weisen in oder an dem permanentmagnetischen Bereich 18 Areale mit wechselnder Polarität über die Profiltiefe 17 des Reifenprofils auf. Jedes Profilelement 15 des permanentmagnetischen Bereichs 18 oder einzelne Profilelemente 15 des permanentmagnetischen Bereichs 18 enthalten mindestens ein Polpaar, d. h. mindestens einen Nord- (N) und einen Südpol (S). Diese permanentmagnetischen Areale 20, 21 folgen mit abwechselnder Polarität des Reifenprofils gleichmäßig verteilt aufeinander. Durch diese in Umfangsrichtung des Reifens wechselnde Polarität der Areale 20 und der diesen zugeordneten Arealen 21 gleicht der Bereich 18 bzw. die aufeinanderfolgenden Reifenelemente 15, einer Anordnung von Stabmagneten, deren Grenzlinie 22 bzw. deren Mitte keine magnetische Wirkung entfaltet.

Nach einem Ausführungsbeispiel ist die Grenzlinie zwischen den Nord- und Südpolen der Areale 20 und 21 in einer Ebene der Mindestprofiltiefe angeordnet, z. B. 1 mm oberhalb der gesetzlich geforderten Mindestgrenze. Der stationär am Fahrzeug, beispielsweise am Chassis oder am Federbein, angeordnete Meßwertaufnehmer 23 ist auf diese Grenzlinie 22 bzw. Mittenposition ausgerichtet. Bei vollständigem Reifenprofil, d. h. nicht abgenutzten Profilelementen 15, zeigt das Meßsignal einen definierten Offset. Mit zunehmender Abnutzung bzw. zunehmendem Verschleiß der Profilelemente 15 überwiegt jeweils der nicht abgenutzte Pol bzw. die Areale 21, so daß sich eine wechselnde Kennlinie 24 um den Offset (Mitten- oder Nullposition) einstellt. Die Meßgröße der Amplitude dieser Kennlinie wird in dem Regelungssystem 10 ausgewertet. Dabei können Vergleichswerte in der Auswerteeinheit 10 abgelegt sein, die den Profiltiefen der einzelnen Reifentypen angepaßt sind oder es kann mittels eines Lernverfahrens auf den Reifentyp und damit auf die Profiltiefe 17 des Reifens geschlossen werden. Mittels eines Vergleichs zwischen der verschleißbedingten Amplitude der Kennlinie oder Kenngröße 24 und einem Referenzwert kann die Profiltiefe und/oder von der Profiltiefe abhängige Größen wie die Abnutzung, kontinuierlich bei fahrendem Fahrzeug erfaßt werden und in Abhängigkeit von den Vergleichsgrößen eine optische oder akustische Anzeige gesteuert werden. Die Auswertesicherheit kann durch Signalverknüpfung mit erkannter Geradeausfahrt und/oder auf kleine Fahrzeuggeschwindigkeiten begrenzt werden.

Nach einem weiteren Ausführungsbeispiel werden die Kenngrößen für die Profiltiefe in einem Datenspeicher abgelegt. Über ein Diagnosegerät oder eine Fernabfrage oder -übertragung können die Daten über die Profiltiefe des Fahrzeugreifens kontinuierlich einer Logistik bzw. Auswerteeinheit zugeführt werden.

Ferner können die Profilelemente 15 als Raddrehzahlsensor zur Messung der Drehfrequenz der Reifenlauffläche verwendet werden, wobei die Profilelemente 15 die Pole eines herkömmlichen Drehzahlsensors ersetzen. Der einen Encoder bildende permanentmagnetische Bereich 18 mit den Profilelementen 15 ersetzt dabei die bei einem Polrad vorgesehenen äquidistanten Markierungen oder Geber. Die Profilelemente 15 werden bei der Reifenrotation von dem Meßwertaufnehmer 23 oder einem separaten Meßwertaufnehmer abgetastet, der elektrische Signale generiert, aus denen ein die Drehgeschwindigkeit wiedergebendes Signal gewonnen wird. Durch Weglassen oder Hinzufügen von Profilelementen 15, die permanentmagnetische Areale 20, 21 aufweisen, kann die Drehrichtung des Rades bestimmt werden. Hierzu wird in Abhängigkeit von der Reihenfolge aufeinanderfolgender Profilelemente 15, die permanentmagnetische Areale 20, 21 aufweisen, ein die Drehrichtung kennzeichnendes Signal erzeugt.

Nach einer weiteren vorteilhaften Ausbildung bilden die Profilelemente 15 eine(n) von mindestens zwei Markierungen oder Geber(n), die für eine Einrichtung bzw. ein Verfahren zur Ermittlung der Umfangskraft eines Fahrzeugrades mittels sog. Reifensensoren (Reifenwandtorsionssensor bzw. SWT) vorgesehen sind. Dabei ist mindestens ein im permanentmagnetischen Bereich 18 des Reifens angeordnetes erstes Profilelement 15 vorgesehen, das bei Überstreichen eines oder des fahrzeugfesten Meßwertaufnehmers 23 ein Signal generiert, welches zum Bestimmen der Winkellage des äußeren Reifenpunktes in Bezug auf ein nabenfestes, d. h. umlaufendes Koordinatensystem verwendet werden kann. Das nabenfeste Koordinatensystem wird entweder durch eine zweite Markierung oder eien zweiten Geber und einen zweiten fahrzeugfesten Meßwertaufnehmer dargestellt oder durch einen an der Radnabe angeordneten herkömmlichen Raddrehzahlsensor des Fahrzeuges festgelegt. Durch diese Anordnung der Markierungen/Geber und Meßwertaufnehmer tritt bei einer Verformung des Reifens infolge der am Reifen angreifenden Kräfte eine Änderung der auswertbaren Phasenlage zwischen den von den Meßwertaufnehmern abgegebenen Meßsignalen auf. Zusätzlich zur Phasenauswertung kann auch eine Amplitudenauswertung vorgenommen werden, die Aufschluß über die Seitenwandverformung des Reifens bzw. die elastische Achsverformung gibt.

Claims (14)

1. Verfahren zum Ermitteln von Zustandgrößen eines Fahrzeugreifens am fahrenden Fahrzeug, dadurch gekennzeichnet, daß ein, einen Encoder darstellender, permanentmagnetischer Bereich (18) mindestens eines Reifenprofils (15) vorgesehen und von einem am Fahrzeug angeordneten Meßwertaufnehmer (23) zum Ermitteln von Meßgrößen, die die Profiltiefe und/oder von der -Profiltiefe abhängige Größen, wie die Profilabnutzung, wiedergeben, abgetastet wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in oder an dem permanentmagnetischen Bereich (18) Areale (20, 21) mit wechselnder Polarität (S, N) über die Profiltiefe (17) des Reifenprofils vorgesehen sind.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß in oder an dem permanentmagnetischen Bereich (18) in Umfangsrichtung des Reifens (11) Areale (20, 21) mit abwechselnder Polarität (N,S - S,N - N,S) des Reifenprofils gleichmäßig verteilt aufeinanderfolgen.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die einer Seitenwand (19) (Reifeninnenseite) zugeordneten Reifenprofile (15) mindestens ein Polpaar (N/S oder S/N) enthalten, deren Grenzlinie (22) in einer Ebene der Mindestprofiltiefe des Reifens verläuft.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß bei abnehmender Profiltiefe (17) die von dem Meßwertaufnehmer (23) erfaßte Meßgröße, insbesondere die Amplitude, weiterverarbeitet und mit einer vorgegebenen Größe verglichen wird.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Reifenprofil (15) mindestens ein Profilelement mit einem Polpaar (N/S oder S/N) aufweist, das als Geber für einen Raddrehzahlsensor und/oder als Geber für einen Reifensensor (SWT) ausgebildet ist.

7. System mit mindestens einem Luftreifen (11), der codierte Zonen aus permanentmagnetischen Arealen aufweist und mit mindestens einem Meßwertaufnehmer (23), der die permanentmagnetischen Areale abtastet, gekennzeichnet durch die Anordnung der permanentmagnetischen Areale (20, 21) im Bereich (18) des Reifenprofils (15).

8. System nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Meßwertaufnehmer (23) mit einer Auswerteeinheit (10) verbunden ist, in der die von dem Meßwertaufnehmer (23) erfaßten Meßgrößen im Hinblick auf die Abnutzung und/oder Profiltiefe des Reifenprofils (15) ausgewertet werden.

9. System nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß die einer Seitenwand (19) (Reifeninnenseite) zugeordneten Reifenprofile (15) mindestens ein Polpaar (N/S oder S/N) enthalten, deren Grenzlinie (22) in einer Ebene der Mindestprofiltiefe des Reifens (11) verläuft.

10. System nach einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß bei abnehmender Profiltiefe die von dem Meßwertaufnehmer (23) erfaßte Meßgröße, insbesondere die Amplitude, weiterverarbeitet und mit einer vorgegebenen Größe verglichen wird.

11. System nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß in Abhängigkeit von dem Vergleich eine optische oder akustische Anzeige gesteuert wird.

12. System nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, daß in Abhängigkeit von dem Vergleich Kenngrößen für die Profiltiefe bestimmt und in einem Speicher abgelegt werden.

13. System nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, daß in Abhängigkeit von dem Vergleich Kenngrößen für die Profiltiefe bestimmt und über Mittel zur Fernübertragung einer Auswerteeinheit zugeführt werden.

14. System nach einem der Ansprüche 7 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß das Reifenprofil (15) mindestens ein Profilelement mit einem Polpaar (N/S oder S/N) aufweist, das als Geber für einen Raddrehzahlsensor und/oder als Geber für einen Reifensensor (SWT) ausgebildet ist.