-
Die
vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Voraussagen des
Verschleißes
mindestens eines Luftreifens, der ein Land-Kraftfahrzeug ausstattet,
sowie ein System zum Voraussagen des Verschleißes für das Umsetzen dieses Verfahrens.
Die Erfindung gilt für
jedes Kraftfahrzeug des Typs Pkw, Lkw, des Bauingenieurwesens sowie
jedes Zweiradfahrzeug des Typs Motorrad.
-
Ein
solches Verfahren ist zum Beispiel aus dem Dokument
FR-A-2 816 402 bekannt, das
dem Oberbegriff des Anspruchs 1 entspricht.
-
Es
ist bekannt, den Verschleiß eines
Luftreifens, der ein Kraftfahrzeug ausstattet, vorherzusagen und
dabei sowohl den Verschleiß zu
berücksichtigen, der
am Fahrzeug beim Fahren entsteht (das heißt des mehr oder minder schweren
Charakters des Fahrens des Fahrzeugs), die dem Fahrzeug eigenen
Eigenschaften und die Eigenschaften des Luftreifens, durch den Artikel „Evaluation
of Tire Wear Performance",
Olivier Le Maître,
Manfred Süssner,
Cesar Zarak – Society
of Automotive Engineers (SAE) Technical Paper Series 980256, Seiten
46–47
(International Congress and Exposition Detroit, Michigan, 23.–26. Februar
1998)".
-
Um
die Schwere des Fahrens des Fahrzeugs zu schätzen, misst man bei jeder Radumdrehung (oder
in Abhängigkeit
von der Zeit) die Längs-
und Querbeschleunigungen im Schwerpunkt des Fahrzeugs und speichert
die Summe der erzielten Beschleunigungsinformationen in einer Matrix.
-
Man
verwendet diese Beschleunigungsinformationen, um Informationen zu
erzielen, die für
die Kräfte
und Verhaltensweisen in den Radmitten der installierten Einheiten
des Fahrzeugs repräsentativ sind
(wie zum Beispiel die Längskraft
FX, Querkraft FY und
senkrechte Kraft FZ, den Radsturzwinkel
für jeden
Luftreifen und für
eine Kombination von Querbeschleunigung und Längsbeschleunigung), über ein „Fahrzeugmodell", das die statischen
Einstellungen Vorspur und Verkantung, die Bedingungen der statischen
Ladung des Fahrzeugs, die Eigenschaften von Kräften und Momenten in Zusammenhang
mit den Luftreifen und Schwankungen von Vorspur und Verkantung (zurückzuführen auf
Rollen, Stampfen, Übereinstimmung
mit den Querkräften
und Längskräften und
dem Selbstfluchtungsmoment) berücksichtigt.
-
Dann
verwendet man ein „pneumatisches" Modell oder Verschleißmodell
des Luftreifens, um den Verschleiß ausgehend von den gegebenen
Bedingungen, die an die Radmitten angewandt werden, vorherzusagen
(in Abhängigkeit
von FX, FY, FZ, von dem Reifenlaufwinkel und dem Radsturzwinkel
für einen
gegebenen Luftreifen).
-
Dieses
Verschleißmodell
berücksichtigt
die mechanischen Spezifikationen der Funktionen des Luftreifens
(Starrheiten der Reifenlauffläche,
der Oberseite und der Flanken), die auf den Ergebnissen finiter
Elemente sowie auf Experimentaldaten beruhen, und es erlaubt das
Voraussagen in der lokalen Verteilung der Belastungen und der Gleitgeschwindigkeit
in der Berührungsfläche, ausgehend
von welchen man den Verschleiß der
Reifenlauffläche
voraussagen kann.
-
Eine
Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein neues Verfahren zum Voraussagen
des Verschleißes
mindestens eines Luftreifens vorzuschlagen, dessen Reifenlauffläche Profile
aufweist und der ein Land-Kraftfahrzeug ausstattet, sowie ein System zur
Voraussage zum Umsetzen dieses Verfahrens, das es einem Benutzer,
wie zum Beispiel dem Fahrer des Fahrzeugs erlaubt, in einem gegebenen
Augenblick zuverlässig
den Grad des Verschleißes
des oder jedes Luftreifens zu kennen (oder die restliche Nutzungszeit
oder auch die restliche Strecke, die sich daraus ergeben), und/oder
Steuerparameter von Fahrunterstützungssystemen
anzupassen, wie zum Beispiel der System „ABS" (Anti Blocking System) oder „ESP" (elektronisches
Stabilitätsprogramm), und zwar
in Abhängigkeit
von Gebrauchsmerkmalen des Fahrzeugs.
-
Dazu
weist das erfindungsgemäße Verfahren
zum Voraussagen des Verschleißes
die folgenden aufeinander folgenden Schritte auf:
- (i)
Erzielen bei jeder Radumdrehung oder in gegebenen Zeitintervallen
von Radmerkmalen im Zusammenhang mit mindestens einem Rad, die die Kräfte umfassen,
die an die Mitte dieses Rads in die Längsrichtung, Querrichtung und
senkrechte Richtung angelegt werden, sowie den Radsturzwinkel γ und den
Reifenlaufwinkel δ,
- (ii) eine Verarbeitung der Radmerkmale im Zusammenhang mit Parametern,
die den Luftreifen, der auf das Rad montiert ist, charakterisieren, zum
Erzielen bei jeder Radumdrehung oder in diesen gegebenen Zeitintervallen
von Berührungsmerkmalen
der Profile, die die Berührungsfläche des
Luftreifens mit dem Fahrboden charakterisieren, die für Kräfte repräsentativ
sind, die auf jedes Profil in die Längsrichtung, Querrichtung und
senkrechte Richtung angelegt werden, und
- (iii) eine Verarbeitung der Berührungsmerkmale, um Sofortverschleißmerkmale
jedes Profils bei jeder Radumdrehung oder in diesen gegebenen Zeitintervallen
vorherzusagen und eine Summierung der Sofortmerkmale über eine
gegebene Zeitspanne, um für
jedes Profil vorhergesagte Gesamtverschleißmerkmale zu erzielen,
wobei
dieses erfindungsgemäße Verfahren
derart ist, dass es ferner die folgenden aufeinander folgenden Schritte
aufweist:
- (iv) eine Messung in einem gegebenen Augenblick mindestens eines
realen Merkmals der Gesamtabnutzung des Luftreifens auf mindestens
einem der Profile oder im Durchschnitt auf einem axialen Schnitt
des Luftreifens,
- (v) ein Vergleichen mindestens eines der vorhergesagten Gesamtmerkmale,
die in (iii) erzielt wurden, mit dem in (iv) gemessenen entsprechenden realen
Merkmal, und
- (vi) ein Berücksichtigen
des Ergebnisses des in (v) vorgesehenen Vergleichs beim Ausführen eines
neuen Voraussagezyklus korrigierter Sofortverschleiß- und Gesamtverschleißmerkmale.
-
Vorteilhafterweise
umfasst dieses Verfahren vor dem Schritt (i) Folgendes:
- – eine
Messung in Echtzeit und bei jeder Radumdrehung oder in gegebenen
Zeitintervallen von Fahrbeanspruchungen, die an den Schwerpunkt des
Fahrzeugs beim Fahren angelegt werden und die die Stärken der
Längsbeschleunigung γX und Querbeschleunigung γY umfassen
oder die entsprechenden Längskraft
und Querkraft FX und FY (wobei
diese Beschleunigungen oder diese Kräfte von Beschleunigungsmessern
oder Dynamometern gemessen werden oder ausgehend von „ABS"- oder „ESP"-Systemen oder auch
ausgehend von einem weltweiten Positionierungssystem „GPS" erzielt werden),
und dann
- – eine
Verarbeitung dieser Beschleunigungen oder dieser Messungen, die
bei jeder Radumdrehung oder in diesen gegebenen Zeitintervallen
in Zusammenhang mit Parametern gemessen wurden, die das Fahrzeug
charakterisieren, für
das Erzielen bei jeder Radumdrehung oder diesen gegebenen Zeitintervallen
der Merkmale gemäß Schritt
(i).
-
Zu
bemerken ist, dass diese Radmerkmale direkt ausgehend von der Messung
der drei Komponenten der Resultante von Kräften erzielt werden können, die
von dem Fahrboden auf die Berührungsfläche des
Luftreifens ausgeübt
werden, die durch Verarbeitung von mindestens zwei Dehnungs- oder Umfangsschrumpfungsmessungen
in mindestens einer Flanke des Luftreifens an zwei stationären Stellen
im Raum, die sich an unterschiedlichen Peilwinkeln entlang des Umfangs
befinden, bestimmt werden. Dieses Schrumpfen oder Dehnen am Umfang der
Flanken wird vorteilhafterweise durch Messen der Entfernung zwischen
den Fäden
der Gewebeeinlage der Flanken geschätzt. Siehe dazu die Patentschrift
WO-A-03/014693 , ausgestellt auf
die Antragstellerinnen, die eine ausführliche Beschreibung dieser
Messungen der Radmerkmale ausgehend von den Kräften in der Berührungsfläche enthält.
-
Gemäß einem
weiteren Merkmal der Erfindung umfassen die Fahrbeanspruchungen
ferner die Geschwindigkeit V des Fahrzeugs, ebenfalls im Schwerpunkt
gemessen, und/oder die von dem Fahrzeug transportierte Last. Vorzugsweise
umfassen diese Fahrbeanspruchungen kombiniert diese Geschwindigkeit
V und diese transportierte Last.
-
Gemäß einem
weiteren Merkmal der Erfindung umfasst dieses Verfahren die Messung
in Echtzeit der statischen Einstellungen, die die Vorspur und die
Verkantung umfassen, vor dem Schritt (iii).
-
Gemäß einem
weiteren Merkmal der Erfindung hängt
die Verarbeitung gemäß Schritt
(iii) von den Parametern in Zusammenhang mit dem Fahrboden ab, wie
zum Beispiel von seiner Trockenheit, Nässe oder Feuchtigkeit (wie
zum Beispiel durch Aktivieren oder nicht der Scheibenwischer bestimmt wird)
und/oder von der Temperatur des Fahrbodens, zur Voraussage der Verschleißsofortmerkmale.
- – Gemäß einer
Ausführungsform
der Erfindung werden die realen Gesamtverschleißmerkmale gemäß Schritt
(iv) durch eine Prüfung
des Luftreifens beim Stillstand des Fahrzeugs erzielt (wobei diese
Prüfung
eine einfache Sichtprüfung
sein kann oder mittels einer entsprechenden Messvorrichtung durchgeführt werden
kann, wie zum Beispiel mit einem „Tiefenmessgerät" oder mit einer Laserstrahlung).
- – Gemäß einer
ersten Variante dieser Ausführungsform
werden die realen Gesamtverschleißmerkmale gemäß Schritt
(iv) über
Mittel zum kontinuierlichen oder diskontinuierlichen Messen des Verschleißes des
Luftreifens erzielt, mit welchen das Fahrzeug versehen ist, und
die dazu bestimmt sind, den Fahrer des Fahrzeugs in Echtzeit über das
Erreichen eines oder mehrerer vorbestimmter Verschleißschwellenwerte
auf mindestens einem der Profile zu informieren.
-
Gemäß einer
ersten erfindungsgemäßen Ausführungsform
dieser ersten Variante besteht der Schritt (iv) darin, die Mittel
zum Messen des Verschleißes,
die in der internationalen Patentanmeldung
PCT/EP02/10936 , ausgestellt auf die
Antragstellerinnen, beschrieben sind, zu verwenden. Der Schritt
(iv) besteht dabei darin, eine Messung der Kapazität oder des
elektrischen Widerstands im Inneren des Profils durchzuführen und
daraus die Höhe
dieses Profils durch eine Beziehung abzuleiten, die die Kapazität oder den
Widerstand mit dieser Höhe
verbindet, indem man zum Beispiel im Inneren des Luftreifens ein
elektronisches Modul zum Erfassen vorsieht, das mit dem Profil unter
diesem Letzteren verbunden ist.
-
Diese
Messung der Werte der Kapazität
oder des elektrischen Widerstands kann mittels eines Erfassungsmoduls
der Werte durchgeführt
werden, das in dem Luftreifen vorgesehen ist. Sie kann auch über eine
Messung der Kapazität
in Bezug auf das Profil durchgeführt
werden, indem die Abstimmfrequenz eines passiven Resonanzkreises
bestimmt wird, der mindestens einen Kondensator aufweist, der aus dem
Profil und einer Drosselspule gebildet ist, die mit dem Kondensator
in der Reifenlauffläche
des Luftreifens verbunden ist, mittels einer Abtastschaltung, die auf
das Rad oder auf einen statio nären
Teil des Fahrzeugs, der sich neben dem Rad befindet, montiert ist.
-
In
dem ersten oben genannten Fall kann man eine Kapazitätsmessung
in Zusammenhang mit dem Profil durch Fernversorgen des Erfassungsmoduls über eine
Abtastschaltung, die auf das Rad oder auf einen stationären Teil
des Fahrzeugs neben dem Rad montiert ist, durchführen und an die Abtastschaltung
die von dem Modul erfasste Kapazitätsmessung über eine Drosselspule übertragen,
die in dem Luftreifen mit dem Erfassungsmodul gekoppelt ist.
-
Gemäß einer
zweiten erfindungsgemäßen Ausführungsform
dieser ersten Variante besteht der Schritt (iv) darin, die Mittel
zum Messen des Verschleißes
zu verwenden, die in der internationalen Patentanmeldung
PCT/EP02/12262 , ausgestellt
auf die Antragstellerinnen, beschrieben sind. Diese Anmeldung präsentiert
ein Verfahren zum Messen des Verschleißes eines Luftreifens, dessen
Profile untereinander durch Furchen verbunden sind, wobei das Fahrzeug
ein Fahrgestell und eine Aufhängungsvorrichtung
aufweist, die eine biegsame Verbindung zwischen dem Fahrgestell
und dem Rad sicherstellt, wobei der Schritt (iv) aus Folgendem besteht:
- a) in einem gegebenen Augenblick Ausführen einer
Messung eines Werts, der für
die Entfernung zwischen einerseits einem ersten Punkt, der fest mit
der Aufhängungsvorrichtung
verbunden ist, die dem Luftreifen gegenüberliegt und eine Position
oder mehrere Positionen einnimmt, so dass die orthogonale Projektion
des ersten Punkts auf der mittleren Umfangsebene des Luftreifens
in gleicher Entfernung von der Achse des Rads auf der Ebene bleibt,
repräsentativ
ist, oder einem zweiten Punkt, der fest mit dem Fahrgestell verbunden ist,
das dem Luftreifen gegenüberliegt,
und, andererseits, dem Scheitel mindestens eines der Profile gegenüber dem
ersten oder dem zweiten Punkt,
- b) oder, in einem ersten Fall, Ausführen in dem gegebenen Augenblick
einer Messung eines Referenzwerts, der für eine Entfernung repräsentativ ist,
die zwischen dem ersten oder dem zweiten Punkt und dem Grund einer
der Furchen gegenüber
dem ersten oder dem zweiten Punkt gemessen wird, oder, in einem
zweiten Fall, später
Ausführen
einer Messung eines anderen Referenzwerts, der für eine Entfernung repräsentativ
ist, die zwischen dem ersten Punkt und einem der Scheitel gemessen
wird, und
- c) Vergleichen des im Absatz a) gemessenen Werts mit dem Referenzwert,
der im Absatz b) gemessen wurde, um daraus in dem ersten Fall eine Verschleißinformation
abzuleiten, die für
die Höhe des
Profils repräsentativ
ist, durch Differenzmessung in dem Augenblick, und, in dem zweiten
Fall, einer Verschleißinformation,
die für
die Entwicklung des Verschleißes
des Scheitels des Profils in einem gegebenen Zeitintervall repräsentativ
ist.
-
Gemäß einer
dritten erfindungsgemäßen Ausführungsform
dieser ersten Variante besteht der Schritt (iv) darin, die Messmittel
zu verwenden, die in der internationalen Patentanmeldung
PCT/EP03/00888 , ausgestellt
auf die Antragstellerinnen, beschrieben ist. Der Schritt (iv) umfasst
daher die Zuweisung zu einer diskreten Impedanzvariablen, die für die Impedanz
eines Resonanzkreises repräsentativ
ist, der in mindestens einem der Profile enthalten ist, einer diskreten
Verschleißvariablen,
die für
den Verschleiß des
Profils repräsentativ
ist.
-
Vorteilhafterweise
weist der Schritt (iv) auch das Messen von Resonanzfrequenzen des
Resonanzkreises auf, die jeweils für Werte der Impedanzvariablen
repräsentativ
sind, sowie das Vergleichen jeder gemessenen Frequenz mit einer
oder mehreren Referenz-Resonanzfrequen zen, die jeweils für eine Abnutzung
des Profils unter mindestens einem der Schwellenwerte repräsentativ
sind. Vorzugsweise weist der Resonanzkreis eine Spule auf und n (n ≥ 1)
Kondensatoren, die in Abzweigung an den Klemmen der Spule installiert
sind.
-
Gemäß einer
vierten erfindungsgemäßen Ausführungsform
dieser ersten Variante besteht der Schritt (iv) darin, die Messmittel
des Verschleißes
zu verwenden, die in der internationalen Patentanmeldung
PCT/EP03/00557 , ausgestellt
auf die Antragstellerinnen, beschrieben sind. Der Schritt (iv) weist dabei
das Zuweisen zu einer Energievariablen, die für die Energie einer elektromagnetischen
Strahlung repräsentativ
ist, wie zum Beispiel für
das sichtbare Licht, das vom Außenraum
zum Innenraum des Luftreifens durch mindestens eines der Profile übertragen
wird, einer Verschleißvariablen
auf, die für
den Verschleiß des
Profils oder der Profile repräsentativ ist.
Gemäß einem
weiteren Merkmal dieses Schritts (iv) ist die Energievariable selbst
für die
Bündigkeit
eines Mittels zum Übertragen
elektromagnetischer Strahlungen an der Oberfläche des Scheitels des Profils
repräsentativ.
-
Der
Luftreifen zum Umsetzen dieses Schritts (iv) weist daher in seiner
Masse mindestens ein Mittel zum Übertragen
elektromagnetischer Strahlungen auf, das vorgesehen ist, um durch
mindestens eines der Profile eine einfallende Strahlung, die aus
dem Raum außerhalb
des Luftreifens stammt, zu dem Inneren dieses zu übertragen,
ausgehend von dem Moment, in dem dieses Übertragungsmittel mit dem Scheitel
des Profils bündig
ist.
-
Vorzugsweise
ist jedes oder sind alle Übertragungsmittel
für sichtbares
Licht durchlässig
(das heißt
durchscheinend oder durchsichtig), und es kann zum Beispiel aus
einer oder mehreren Kautschuksorten oder aus einer oder mehreren
Lichtleitfasern bestehen.
- – Gemäß einer zweiten Ausführungsvariante
der Erfindung werden die realen Gesamtverschleißmerkmale gemäß Schritt
(iv) über
Messmittel erzielt, die auf dem Fahrzeug zum Messen des mittleren
Verschleißes
der Profile auf einem axialen Schnitt des Luftreifens vorgesehen
sind.
-
Vorteilhafterweise
besteht der Schritt (iv) gemäß dieser
zweiten Variante nacheinander aus Folgendem:
- – Schätzen des
Werts Re,t des Rollradius des Luftreifens
in einem Augenblick t,
- – Vergleichen
des geschätzten
Werts Re,t mit mindestens einem Referenzwert
Re,t0 für
diesen Rollradius, der einem bestimmten Verschleißgrad des gleichen
Luftreifens in einem früheren
Augenblick t0 entspricht, indem das Verhältnis Re,t/Re,t0 berechnet
wird,
- – Ableiten
aus diesem Verhältnis
Re,t/Re,t0 des mittleren
Verschleißverhältnisses
auf einem axialen Schnitt des Luftreifens, der gleich der mittleren Höhe ht der Profile im Augenblick t auf ihrer mittleren
Höhe ht0 im Augenblick t0 ist, über ein
für den Luftreifen
spezifisches Verschleißgesetz.
-
Gemäß einem
weiteren Merkmal dieser zweiten Variante wird der Wert Re,t des Rollradius des Luftreifens in einem
Augenblick t geschätzt
durch:
- – die
Messung in einem gegebenen Augenblick t der Anzahl der Umdrehungen
des Rads, auf das der Luftreifen seit dem früheren Augenblick t0 montiert
ist,
- – die
Messung in diesem Augenblick t der von dem Fahrzeug seit dem früheren Augenblick
t0 zurückgelegten
Entfernung,
- – das
Erzielen eines theoretischen Werts Rth,t des Roll radius
in diesem Augenblick t durch das Verhältnis der zurückgelegten
Entfernung zu der Anzahl Radumdrehungen im Augenblick t,
- – die
Messung in diesem Augenblick t korrigierender Parameter in Zusammenhang
mit den Fahrbedingungen des Fahrzeugs, darunter insbesondere die
Temperatur und der Innendruck des Luftreifens, die Last und das
Antriebsmoment oder Bremsmoment, das an den Luftreifen angelegt wird,
und
- – die
Berechnung des geschätzten
Werts Re,t des Rollradius des Luftreifens
im Augenblick t ausgehend von dem theoretischen Wert Rth,t und
den korrigierenden Parametern.
-
Gemäß einer
Ausführungsform
der Erfindung ist das Voraussageverfahren derart, dass der Schritt
(vi) ein Initialisieren des oder jedes vorhergesagten Gesamtmerkmals,
das in (iii) für
den folgenden Voraussagezyklus erzielt wurde, umfasst, aufgrund
des Unterschieds, der zwischen dem Wert des oder jedes vorhergesagten
Gesamtmerkmals und dem in (iv) gemessenen realen entsprechenden
Gesamtverschleißmerkmal
besteht.
-
Gemäß einer
weiteren Ausführungsform
der Erfindung ist das Voraussageverfahren derart, dass der Schritt
(vi) eine adaptive Korrektur der Überarbeitungen aufweist, die
in den Schritten (ii) und (iii) bei dem folgenden Voraussagezyklus
vorgesehen sind, aufgrund des Verhältnisses zwischen dem oder
jedem vorhergesagten Gesamtmerkmal, das in (iii) erzielt wurde,
und dem in (iv) gemessenen entsprechenden realen Gesamtverschleißmerkmal.
-
Zu
bemerken ist, dass andere komplexere Initialisierungsmodi oder „Abstimmmodi" ebenfalls verwendet
werden können,
die zum Beispiel das Merkmal der Verschleißgeschwindigkeit auf den letzten
zurückgelegten
Kilometern verwenden, um das vorhergesagte Gesamtverschleißmerkmal
zu korrigieren.
-
Im
Allgemeinen ist zu bemerken, dass die vorhergesagten Sofortverschleißmerkmale
und/oder die in (iii) erzielten Gesamtverschleißmerkmale für eine oder mehrere bestimmte
axiale Umfangszonen der Reifenlauffläche repräsentativ sind.
-
Ferner
ist zu bemerken, dass das erfindungsgemäße Voraussageverfahren vorteilhafterweise
die Informationen in Echtzeit des Fahrers des Fahrzeugs über den
Verschleiß enthält, entweder
aller Profile oder des oder der Profile, die am stärksten abgenutzt
sind.
-
Zu
bemerken ist, dass das erfindungsgemäße Voraussageverfahren des
Verschleißes
es erlaubt, zuverlässig
in einem gegebenen Zeitpunkt nicht nur den Verschleißgrad des
Luftreifens zu kennen, sondern auch die restliche Gebrauchsdauer oder
die restliche Strecke, die sich daraus ergeben.
-
Zu
bemerken ist ferner, dass das erfindungsgemäße Voraussageverfahren dazu
verwendet werden kann, die vorhergesagten Verschleißmerkmale für Algorithmen
zum Steuern bereitzustellen, die das Sicherheitssystem des Fahrzeugs
enthält,
wobei diese Algorithmen dazu vorgesehen sind, Fahrhilfssysteme zu
steuern, wie zum Beispiel die Systeme „ABS" oder „ESP", um die Steuerparameter dieser Systeme
anzupassen.
-
Ein
erfindungsgemäßes Voraussagesystem des
Verschleißes
zum Umsetzen des oben ausführlich
beschriebenen Voraussageverfahrens ist derart, dass es im Wesentlichen
Folgendes enthält:
- – einen
Fahrzeugspeicher zum Lesen und Schreiben, der eine Datenbank in
Zusammenhang mit mehreren Land-Kraftfahrzeugen enthält, die
jeweils mit Luftreifen versehen sind, die auf Räder montiert sind, wobei diese
Datenbank für
jedes Fahrzeug sein Gewicht, seine geometrischen Merkmale und seine
Merkmale der Schräglaufstarrheit
enthält,
- – Mittel,
um bei jeder Radumdrehung oder in gegebenen Zeitintervallen Radmerkmale
in Zusammenhang mit mindestens einem Rad zu erzielen, die die Kräfte enthalten,
die auf die Mitte dieses Rads in die Längsrichtung X, Querrichtung
Y und in die senkrechte Richtung Z angelegt werden, sowie die Radsturzwinkel γ und die
Reifenlaufwinkel δ,
- – einen
Luftreifenspeicher zum Lesen und Schreiben, der eine Datenbank in
Zusammenhang mit mehreren unterschiedlichen Luftreifen enthält, wie
zum Beispiel ihre Maße
und ihre geometrischen und mechanischen Merkmale jedes ihrer Profile,
- – eine
erste Verarbeitungseinheit, die vorgesehen ist, um die Radmerkmale
in Zusammenhang mit Luftreifenparametern zu verarbeiten, die aus
dem Luftreifenspeicher extrahiert werden, die den Luftreifen charakterisieren,
der auf das Rad montiert ist, und um daraus bei jeder Radumdrehung
oder in diesen gegebenen Zeitintervallen Berührungsmerkmale der Profile
abzuleiten, die die Berührungsfläche des
Luftreifens mit dem Fahrboden charakterisieren, die für die Kräfte repräsentativ sind,
die auf jedes Profil in die Richtungen X, Y und Z angelegt werden,
- – eine
zweite Verarbeitungseinheit, die dazu vorgesehen ist, ausgehend
von den Berührungsmerkmalen
Sofortverschleißmerkmale
vorherzusagen, die für
den Verschleiß jedes
Profils bei jeder Radumdrehung oder in diesen gegebenen Zeitintervallen
repräsentativ
sind, und um über eine
gegebene Zeitspanne diese Sofortmerkmale zu berechnen, um für jedes
Profil vorhergesagte Gesamtverschleißmerkmale zu erzielen, und
- – eine
Abstimmeinheit, die vorgesehen ist, um in einem gegebenen Augenblick
mindestens ein reales Gesamtverschleißmerkmal des Luftreifens auf
mindestens einem der Profile oder im Durchschnitt auf einem axialen
Schnitt des Luftreifens zu integrieren, um mindestens eines der
vorhergesagten Gesamtverschleißmerkmale
mit dem entsprechenden realen Verschleißmerkmal zu vergleichen und
das Ergebnis dieses Vergleichs zu berücksichtigen, um einen neuen
Voraussagezyklus korrigierter Sofortverschleißmerkmale und Gesamtverschleißmerkmale
auszuführen,
wobei das reale Gesamtverschleißmerkmal
von den Messmitteln kommen kann oder nicht, die auf das Fahrzeug
montiert sind.
-
Vorteilhafterweise
weist das erfindungsgemäße System
zur Voraussage des Verschleißes
ferner Folgendes auf:
- – Messmittel, die vorgesehen
sind, um in Echtzeit und bei jeder Radumdrehung oder in diesen gegebenen
Zeitintervallen Fahrbeanspruchungen zu messen, die an dem Schwerpunkt
des Fahrzeugs beim Fahren angelegt werden, und die die Stärke der
Längsbeschleunigung γX und
Querbeschleunigung γY oder die entsprechende Längskraft
und Querkraft FX und FY umfassen,
und
- – eine
dritte Verarbeitungseinheit, die vorgesehen ist, um die Beschleunigungen
oder Kräfte,
die bei jeder Radumdrehung oder in diesen Zeitintervallen in Zusammenhang
mit den Fahrzeugparametern gemessen werden, zum Erzielen bei jeder Radumdrehung
oder in diesen Intervallen der Radmerkmale zu verarbeiten.
-
Gemäß einem
weiteren Merkmal der Erfindung umfassen die Fahrbeanspruchungen
auch die Geschwindigkeit V des Fahrzeugs, die ebenfalls in dem Schwerpunkt
gemessen wird, und/oder die von dem Fahrzeug transportierte Last.
-
Gemäß einem
weiteren Merkmal der Erfindung weist das Voraussagesystem des Verschleißes ferner
stromaufwärts
der zweiten Verarbeitungseinheit Mittel zum Messen in Echtzeit für statische
Einstellungen auf, die die Vorspur und die Verkantung umfassen.
-
Gemäß einem
weiteren Merkmal der Erfindung ist die zweite Verarbeitungseinheit
dazu vorgesehen, die Verschleißsofortmerkmale
in Abhängigkeit
von Parametern in Zusammenhang mit dem Fahrboden vorherzusagen,
wie zum Beispiel seine Trockenheit, Nässe oder Feuchtigkeit (zum
Beispiel durch Aktivieren oder nicht der Scheibenwischer bestimmt)
und/oder der Temperatur des Bodens.
- – Gemäß einer
vorteilhaften Ausführungsform
der Erfindung weist das System Mittel zum Messen der realen Gesamtverschleißmerkmale
der auf das Fahrzeug montierten Luftreifen auf, und die dazu bestimmt
sind, den Fahrer des Fahrzeugs in Echtzeit über das Erreichen eines oder
mehrerer vorbestimmter Verschleißschwellenwerte auf mindestens
einem der Profile zu informieren.
-
Gemäß einem
ersten Beispiel dieser Ausführungsform,
das sich auf die internationale Patentanmeldung
PCT/EP02/10936 , die oben erwähnt wurde, bezieht,
sind Messmittel vorgesehen, um die Kapazität oder den elektrischen Widerstand
im Inneren des Profils zu messen und um daraus die Höhe des Profils
durch eine Beziehung abzuleiten, die die Kapazität oder den Widerstand mit dieser
Höhe verbindet.
-
Gemäß einem
zweiten Beispiel dieser Ausführungsform,
das sich auf die internationale Patentanmeldung
PCT/EP02/12262 , die oben erwähnt wurde,
bezieht, bei der die Profile des Luftreifens untereinander durch
Furchen verbunden sind und das Fahrzeug ein Fahrgestell und eine
Aufhängungsvorrichtung
aufweist, die eine biegsame Verbindung zwischen dem Fahrgestell
und dem Rad sicherstellt, sind die Messmittel zu Folgendem vorgesehen:
- a) in einem gegebenen Augenblick Ausführen einer
Messung eines Werts, der für
die Entfernung zwischen einerseits einem ersten Punkt repräsentativ
ist, der fest mit der Aufhängungsvorrichtung verbunden
ist, die dem Luftreifen gegenüberliegt und
eine Position oder mehrere Positionen einnimmt, so dass die orthogonale
Projektion des ersten Punkts auf die mittlere Umfangsebene des Luftreifens
in gleicher Entfernung von dieser Achse des Rads auf der Ebene bleibt,
repräsentativ ist,
oder einem zweiten Punkt, der fest mit dem Fahrgestell verbunden
ist, das dem Luftreifen gegenüberliegt,
und andererseits dem Scheitel mindestens eines der Profile gegenüber dem
ersten oder dem zweiten Punkt,
- b) oder, in einem ersten Fall, Ausführen in dem gegebenen Augenblick
einer Messung eines Referenzwerts, der für eine Entfernung repräsentativ ist,
die zwischen dem ersten oder dem zweiten Punkt und dem Grund einer
der Furchen gegenüber
dem ersten oder dem zweiten Punkt gemessen wird, oder, in dem zweiten
Fall, später
Ausführen
einer Messung eines anderen Referenzwerts, der für eine Entfernung repräsentativ
ist, die zwischen dem ersten Punkt und einem Scheitel gemessen wird,
und um
- c) den im Absatz a) gemessenen Wert mit dem im Absatz b) gemessenen
Referenzwert zu vergleichen, um daraus in dem ersten Fall eine Verschleißinformation
abzuleiten, die für
die Höhe des
Profils repräsentativ
ist, durch eine Differenzmessung in dem Augenblick, und, in dem
zweiten Fall, eine Verschleißinformation,
die für
die Entwicklung des Verschleißes
des Scheitels des Profils in einem gegebenen Zeitintervall repräsentativ ist.
-
Gemäß einem
dritten Beispiel dieser Ausführungsform,
das sich auf die internationale Patentanmeldung
PCT/EP03/00888 , die oben erwähnt wurde, bezieht,
sind die Messmittel vorgesehen, um einer diskreten Impedanz variablen,
die für
die Impedanz eines passiven Resonanzkreises, der in mindestens einem
der Profile enthalten ist, repräsentativ
ist, eine diskrete Verschleißvariable
zuzuweisen, die für
den Verschleiß des
Profils repräsentativ
ist.
-
Gemäß einem
vierten Beispiel dieser Ausführungsform,
das sich auf die internationale Patentanmeldung
PCT/EP03/00557 , die oben erwähnt wurde,
bezieht, sind die Messmittel vorgesehen, um einer Energievariablen,
die für
die Energie einer elektromagnetischen Strahlung repräsentativ
ist, wie zum Beispiel das sichtbare Licht, das von dem Außenraum
in den Innenraum des Luftreifens durch mindestens eines der Profile übertragen
wird, eine Verschleißvariable
zuzuweisen, die für
den Verschleiß des
oder der Profile repräsentativ
ist.
-
Die
Energievariable ist selbst für
die Bündigkeit
eines Mittels zum Übertragen
elektromagnetischer Strahlungen auf der Oberfläche des Scheitels des Elementes
repräsentativ.
- – Gemäß einer
vorteilhaften Ausführungsform
der Erfindung sind die Mittel zum Messen der realen Gesamtverschleißmerkmale
auf dem Fahrzeug vorgesehen, um die mittlere Abnutzung der Profile auf
einem axialen Schnitt des Luftreifens zu messen.
-
Vorteilhafterweise
sind die Messmittel zu Folgendem vorgesehen:
- • Schätzen des
Werts Re,t des Rollradius des Luftreifens
in einem Augenblick t,
- • Vergleichen
dieses geschätzten
Werts Re,t mit mindestens einem Referenzwert
Re,t0 für
diesen Rollradius, der einem bestimmten Verschleißgrad des
gleichen Luftreifens in einem früheren
Augenblick t0 entspricht, indem das Verhältnis Re,t/Re,t0 berechnet
wird, dann
- • Ableiten
aus diesem Verhältnis
Re,t/Re,t0 des Verhältnisses
der mittleren Abnutzung auf einem axialen Schnitt des Luftreifens,
der gleich der mittleren Höhe
ht der Profile in dem Augenblick t auf ihrer
mittleren Höhe
ht0 in dem Augenblick t0 ist, über ein
für den
Luftreifen spezifisches Verschleißgesetz.
-
Gemäß einem
weiteren Merkmal dieser anderen erfindungsgemäßen Ausführungsform wird der Wert Re,t des Rollradius des Reifens in einem Augenblick
t wie folgt geschätzt:
- – durch
erste Mittel, die zum Messen in einem gegebenen Augenblick t der
Anzahl Umdrehungen des Rads vorgesehen sind, auf das der Luftreifen seit
dem früheren
Augenblick t0 montiert ist,
- – durch
zweite Mittel, die vorgesehen sind, um in diesem Augenblick t die
Entfernung zu messen, die von dem Fahrzeug seit dem früheren Augenblick
t0 zurückgelegt
wurde,
- – durch
dritte Mittel, die vorgesehen sind, um in diesem Augenblick t korrigierende
Parameter in Zusammenhang mit den Fahrbedingungen des Fahrzeugs
zu messen, die insbesondere die Temperatur und den Innendruck des
Luftreifens, die Last und das Antriebsmoment oder Bremsmoment, das
an den Luftreifen angelegt wird, umfassen,
- – einen
Bordcomputer, der dazu vorgesehen ist, einen theoretischen Wert
Rth,t des Rollradius in diesem Augenblick
t in Bezug auf die zurückgelegte
Entfernung/die Anzahl Radumdrehungen in diesem Augenblick t zu liefern,
um den Schätzwert
Re,t des Rollradius in diesem Augenblick
t ausgehend von dem theoretischen Wert Rth,t und den
korrigierenden Parametern zu berechnen, um das Verhältnis dieses
Schätzwerts
Re,t zu dem Schätzwert Re,t0 des
Rollradius in dem Augenblick t0 zu berechnen
und daraus das mittlere Verschleißverhältnis abzuleiten. Vorteilhafterweise umfassen
die ersten Mittel ein ABS-System,
das mit einem elektronischen Stabilitätsprogramm „ESP" verbunden ist.
-
Vorteilhaft
ist ebenfalls, dass die zweiten Mittel vorgesehen sind, um die zurückgelegte
Entfernung entweder direkt über
einen Rückfahrradar
oder indirekt über
ein weltweites Positionierungssystem „GPS" zu messen oder ausgehend von dem realen Geschwindigkeitsverhältnis des
Fahrzeugs/der Winkelgeschwindigkeit des Rads. In diesem letzteren Fall
wird das reale Geschwindigkeitsverhältnis des Fahrzeugs/Winkelgeschwindigkeit
des Rads vorteilhafterweise von der Verbindung eines Antikollisionsradars
und eines ABS-Systems gegeben.
-
Die
oben genannten Merkmale der vorliegenden Erfindung sowie weitere
werden besser bei der Lektüre
der folgenden Beschreibung einer Ausführungsform der Erfindung verstanden,
die beispielhaft und nicht einschränkend gegeben wird, und die sich
auf die anliegende Zeichnung bezieht, in der:
die alleinige
Figur ein Blockschaltbild ist, das die wesentlichen Bestandteile
gemäß einer
Ausführungsform
der Erfindung eines Systems zur Voraussage des Verschleißes mindestens
eines Luftreifens veranschaulicht, das ein Land-Kraftfahrzeug ausstattet, sowie
die Hauptschritte eines Verfahrens zum Voraussagen des Verschleißes, das
mittels dieses Systems umgesetzt wird.
-
Wie
man in der alleinigen Figur sehen kann, weist ein erfindungsgemäßes System
zum Voraussagen gemäß einer
Ausführungsform
der Erfindung Folgendes auf:
- – nur optional:
einen Routenspeicher 10 zum Lesen und Schreiben, der eine
Datenbank in Zusammenhang mit mehreren Routen für Land-Kraftfahrzeuge enthält, zum Beispiel
Straßen
oder Autobahnen,
- – einen
Fahrzeugspeicher 20 zum Lesen und Schreiben, der eine Datenbank
in Zusammenhang mit mehreren Land-Kraftfahrzeugen enthält, die jeweils mit Luftreifen
versehen sind, die auf Räder
montiert sind, wobei diese Datenbank insbesondere für jedes
Fahrzeug seine Masse, seine geometrischen Eigenschaften (wie zum
Beispiel die Höhe
seines Schwerpunktes, seinen Radstand, seine Spurweite, seine ursprünglichen
Einstellungen in der Vorspur und Verkantung, die elasto-kinematische
Charakterisierung seiner Verbindung mit dem Boden) sowie seine Merkmale
der Schräglaufsteifheit
enthält,
- – Messmittel 30,
die vorgesehen sind, um in Echtzeit und bei jeder Radumdrehung oder
in gegebenen Zeitintervallen die Fahrbeanspruchungen 31 zu
messen, die an dem Schwerpunkt eines beliebigen dieser Fahrzeuge
beim Fahren angelegt werden (optional ausgehend von Parametern 11, die
in dem Speicher 10 enthalten sind und eine der ausgewählten Routen
charakterisieren) und die insbesondere die Stärken der Längsbeschleunigung γX und
der Querbeschleunigung γY oder der entsprechenden Kräfte FX und FY, die Geschwindigkeit
V des Fahrzeugs, ebenfalls im Schwerpunkt gemessen, und/oder die
transportierte Last oder Messmittel (nicht dargestellt) umfassen,
die vorgesehen sind, um die Radmerkmale 41 direkt zu messen,
die die Kräfte
enthalten, die im Zentrum des Rads in die Richtungen X, Y und Z
angelegt werden, und den Radsturzwinkel γ und Reifenlaufwinkel δ,
- – nur
in dem Fall des Gebrauchs der Messmittel 30: eine Verarbeitungseinheit 40,
die vorgesehen ist, um die Fahrbeanspruchungen 31 zu verarbeiten,
die bei jeder Radumdrehung oder in diesen gegebenen Zeitintervallen
von den Messmitteln 30 in Zusammenhang mit den Parametern 21,
die aus dem Speicher 20 extrahiert werden, der spezifisch
das aus gewählte
Fahrzeug charakterisiert, gemessen werden, und um daraus bei jeder
Radumdrehung oder in diesen Zeitintervallen die Radmerkmale 41 abzuleiten,
- – mindestens
einen Luftreifenspeicher 50 zum Lesen und Schreiben, der
eine Datenbank in Zusammenhang mit mehreren unterschiedlichen Luftreifen
enthält,
wie zum Beispiel ihre Maße
und geometrischen sowie mechanischen Merkmale jedes ihrer Profile
i,
- – eine
Verarbeitungseinheit 60, die vorgesehen ist, um die Radmerkmale 41 in
Zusammenhang mit Parametern 51 zu bearbeiten, die aus dem Speicher 50,
der spezifisch den Luftreifen charakterisiert, der auf das Rad montiert
ist, extrahiert werden, und um daraus bei jeder Radumdrehung oder
in diesen gegebenen Zeitintervallen Merkmale 61 von Profilen
i abzuleiten, die die Berührungsfläche des
Luftreifens mit dem Fahrboden charakterisieren, die für die Kräfte repräsentativ sind,
die auf jedes Profile i in die Richtungen X, Y und Z angelegt werden,
- – eine
Verarbeitungseinheit 70, die vorgesehen ist, um ausgehend
von den Merkmalen 61 von Profilen i und eventuell von Parametern
in Zusammenhang mit dem Fahrboden, wie zum Beispiel seine Trockenheit
oder Feuchtigkeit und/oder die Temperatur des Bodens, Sofortverschleißmerkmale 71 vorherzusagen,
die für
den Verschleiß bei jeder
Radumdrehung jedes Profils i repräsentativ sind, und um auf einem
Zyklus mit einer bestimmten Periode T diese vorhergesagten Sofortverschleißmerkmale 71 zu
summieren, um dem Fahrer des Fahrzeugs Gesamtverschleißinformationen 72 im
Anschluss an diesen Fahrzyklus zu liefern, die für jedes Profil i vorhergesagt
werden (oder mindestens für
das Profil i, dessen vorhergesagte Abnutzung die ausgeprägteste ist),
- – optional
Mittel 80, die auf das Fahrzeug montiert und dazu vorgesehen
sind, in einem gegebenen Augenblick die reale Abnutzung jedes Profils
i (lokale Abnutzung) zu messen oder die Gesamtabnutzung des Luftreifens
(das heißt
die mittlere Gesamtabnutzung auf einem axialen Schnitt des Luftreifens),
wobei diese lokale oder globale Abnutzung vorteilhafterweise kontinuierlich
bei jeder Radumdrehung oder diskret gemessen werden kann, indem
sie zum Beispiel über
die Zeitspanne T summiert wird, indem reale Verschleißwerte 81 oder 82 (jeweils
Sofortverschleißwerte
oder Gesamtverschleißwerte)
geliefert werden,
- – eine
Abstimmeinheit 90, die vorgesehen ist, um die realen Verschleißwerte 81 oder 82 zu
integrieren, um die vorhergesagten Verschleißwerte 72 mit den
realen entsprechenden Verschleißwerten 82 zu
vergleichen, und um bei dem darauf folgenden Voraussagezyklus die
Verarbeitung der Fahrbeanspruchungen 31 durch die Einheit 40 zu
modifizieren (siehe Pfeil 100, der diese „Initialisierung" der Verarbeitungseinheit 40 darstellt),
und
- – einen
Bordcomputer 110, der in der Fahrgastzelle des Fahrzeugs
installiert und mit der Verarbeitungseinheit 70 verbunden
ist, der dazu bestimmt ist, den Fahrer des Fahrzeugs über den
Verschleiß mindestens
eines Luftreifens in einem gegebenen Augenblick zu informieren,
oder über
die restliche Gebrauchsdauer oder über die restliche Strecke,
die sich daraus ergeben, und/oder der dazu bestimmt ist, die vorhergesagten
Verschleißmerkmale
an Steueralgorithmen zu liefern, die das Sicherheitssystem des Fahrzeugs
enthält, wobei
diese Algorithmen vorgesehen sind, um Fahrhilfssysteme zu steuern,
wie zum Beispiel „ABS"- oder „ESP"-Systeme.
-
Der
Speicher 20, der die Datenbank im Zusammenhang mit Fahrzeugen
enthält,
umfasst zum Beispiel die folgenden Parameter 21 für jedes
Fahrzeug:
- – das
Gewicht, das von der Vorderachse getragen wird (in kg)
- – das
Gewicht, das von der Hinterachse getragen wird (in kg),
- – Typ
der Kraftübertragung:
Zug oder Schub,
- – Radstand:
Entfernung zwischen der Vorderachse und der Hinterachse: E in m,
- – Spurweite
(vorn/hinten): Entfernungen zwischen der Mitte des linken Rads und
des rechten Rads: V1 und V2 in m,
- – Steifigkeit
der Achse (vorn/hinten): KZ1 und KZ2 in N/m,
- – Rollschutzsteifheit
(vorn/hinten): C1 und C2 in Nm/rad,
- – statische
Vorspuren am Rad (vorn/hinten): B10 und B20 in Grad,
- – Einschlagkoeffizienten,
die bei senkrechter Ausfede rung induziert werden: B11/B21 Grad/m,
- – statische
Verkantungen (vorn/hinten): G10 und G20 in Grad,
- – induzierte
Verkantungskoeffizienten unter senkrechter Ausfederung (vorn/hinten):
G11/G21 in Grad/m,
- – induzierte
Verkantungskoeffizienten durch Rollen (vorn/hinten): GB1, GB2 (Grad/Grad),
- – Höhen des
Schwerpunkts, der Rollzentren vorn/hinten: HG, H01, H02 in m,
- – Stauchschutzrate
(%),
- – Anti-Nickrate
(%),
- – Verteilungsrate
der Bremsung: Prozentsatz der Gesamt bremskraft, der auf die Vorderachse übertragen
wird,
- – Fahrgeschwindigkeit
des Fahrzeugs (V in km/h),
- – aerodynamischer
Faktor,
- – Fahrwiderstandsfaktor
(%),
- – Erdbeschleunigung:
9,81 in m/s2,
- – Hebelarm
des Selbstfluchtungsmoments: in m,
- – Reifenlaufwinkel
bei Schub gleich Null: dy0 in Grad.
-
Die
Messmittel 30 weisen Beschleunigungsmesser oder Dynamometer
auf, die jeweils vorgesehen sind, um bei jeder Radumdrehung oder
in gegebenen Zeitintervallen die Stärke in der Längsbeschleunigung γX und
Querbeschleunigung γY oder entsprechende Kräfte FX und
FY zu messen, die an den Schwerpunkt eines
gegebenen Fahrzeugs angelegt werden, wobei diese Beschleunigungswerte oder
Kräfte
zum Beispiel in Form von Bihistogrammen γX/γY oder
FX/FY (Abszisse/Ordinate)
gegeben werden, die bei der Raumfrequenz der Radumdrehung oder durch
Zeitintegration erstellt werden. Zu bemerken ist, dass diese Beschleunigungen
oder Kräfte
auch ausgehend von Systemen wie zum Beispiel „ABS", „ESP" oder „GPS" erzielt werden können.
-
Wie
oben erwähnt,
ist zu bemerken, dass diese Messmit tel
30 durch Mittel
ersetzt werden könnten,
die vorgesehen sind, um die Radmerkmale
41 direkt zu messen
(darunter die Kräfte,
die an die Mitte des Rads in die Richtungen X, Y und Z angelegt werden,
sowie der Radsturzwinkel γ und
der Reifenlaufwinkel δ),
und zwar ausgehend von der Messung der drei Komponenten der Resultante
von Kräften, die
von dem Fahrboden auf die Berührungsfläche des
Luftreifens ausgeübt
werden, die durch Verarbeitung von mindestens zwei Umfangs-Dehnungs-
und Schrumpfungsmessungen in mindestens einer Flanke des Luftreifens
an zwei stationären
Punkten im Raum, die an unterschiedlichen Peilwinkeln entlang des
Umfangs liegen, bestimmt wird. Dieses Schrumpfen oder diese Dehnung
des Flankenumfangs wird vorteilhafterweise durch Messen der Entfernung
zwischen den Fäden
der Gewebeeinlage der Flanken geschätzt. Siehe dazu die Patentschrift
WO-A-03/014693 ,
ausgestellt auf die Antragstellerinnen, die eine ausführliche
Beschreibung dieser Messung der Radmerkmale
41 ausgehend
von den Kräften
in der Berührungsfläche enthält.
-
Die
optionale Verarbeitungseinheit 40 ist zum Beispiel vorgesehen,
um dieses Bihistogramm von Beschleunigungen oder Kräften zu
verarbeiten, und um daraus bei jeder Radumdrehung oder in diesen
gegebenen Zeitintervallen die Kräfte
abzuleiten, die auf die Mitte des Rads in die Richtungen X, Y, Z angelegt
werden, sowie den Radsturzwinkel γ und Reifenlaufwinkel δ (wobei die
Geschwindigkeit V des Fahrzeugs in diese Verarbeitungseinheit 40 als
eine Konstante, die von der ausgewählten Route abhängt, eingegeben
wird oder nicht). Für
die Berechnung der Kräfte,
die an die Mitte des Rads angelegt werden, sind die Eingangsdaten
diese Beschleunigungen γX und γY, die statische Last des Fahrzeugs und eventuell
die Geschwindigkeit und der Winkel am Lenkrad, und man berechnet
zuerst die Kräfte,
die auf jede Achse angelegt werden.
-
Zuerst
werden ausgehend von der Gesamtlast des Fahr zeugs und von seiner
Geometrie die Kräfte
Z pro Achse bestimmt. Dann werden ausgehend von der Beschleunigung γY und
der Geometrie des Fahrzeugs die Kräfte Y pro Achse bestimmt.
-
Dann
werden ausgehend von der Beschleunigung γX, der
Geometrie des Fahrzeugs, dem Bremsgesetz und den Verteilungen der
Motrizität
die Kräfte
X pro Achse berechnet. Das Fahrzeug unterliegt nämlich einer aerodynamischen
Widerstandskraft, dem Fahrwiderstand der Vorderachse und der Hinterachse
und einer Antriebsmoment- oder
Bremskraft (die Verteilung dieser Kraft auf die Vorderachse und
auf die Hinterachse hängt
dabei von der Konzeption des Fahrzeugs ab, und, in dem Fall des
Bremsens, definiert das Bremsgesetz die Verteilung vorn/hinten dieser
Kraft).
-
Ausgehend
von den Kräften
X pro Achse, bestimmt man die Kräfte
X pro Rad.
-
Dann
werden die Kräfte
Z pro Rad bestimmt, indem die Lastübertragungen in die Längsrichtung und
in die Querrichtung berücksichtigt
werden. Die senkrechte Gesamtlast auf einem Rad ist nämlich die Summe
der statischen Last auf dem Rad (gleich der Hälfte der Last auf der Achse)
und der Lastvariationen, die jeweils auf die Lastübertragungen
in die Längsrichtung
(Gleichgewicht beim Schwanken) und in die Querrichtung (Gleichgewicht
beim Rollen) zurückzuführen sind.
-
Davon
ausgehend werden die Kräfte
Y pro Rad berechnet, und zwar über
die Berechnung der Summe der induzierten Einschlagungen und der
induzierten Verkantungen (die durch das Rollen und unter senkrechtem
Ausfedern induziert werden), der Drift der Hinterräder (Berechnung
der Drift des Fahrgestells und der Kräfte Y der Hinterräder) und
der Reifenlaufwinkel der Vorderräder
(Berechnungen des Einschlagwinkels des Lenkrads und der Kräfte Y der
Vorderräder).
-
Der
Luftreifenspeicher 50, der die Datenbank der Luftreifen
enthält,
enthält
insbesondere Parameter für
jeden Luftreifen, wie zum Beispiel den Innendurchmesser „am Seat" des Luftreifens,
seinen Außendurchmesser
H, seine axiale Breite B und sein Formverhältnis H/B sowie die geometrischen
und mechanischen Merkmale jedes Profils i und insbesondere die Gummihöhe hi, die Einschnittrate (auch „Lückengrad" genannt) jedes Profils
i in der Berührungsfläche und
die Starrheiten Rxi und Ryi des
Profils i in die Richtungen X und Y.
-
Die
Verarbeitungseinheit 60 ist vorgesehen, um die Informationen über Kräfte zu verarbeiten,
die auf die Mitte des Rads angelegt werden, sowie den Radsturzwinkel
und Reifenlaufwinkel in Zusammenhang mit diesen Luftreifenparametern 51,
die aus dem Speicher 50 extrahiert werden, über ein
Modell oder ein Luftreifengesetz, um daraus bei jeder Radumdrehung
oder in diesen gegebenen Zeitintervallen die Merkmale der Profile 61 in
der Berührungsfläche des
Luftreifens mit dem Fahrboden abzuleiten, wie zum Beispiel:
- – die
Kräfte
fXi, fYi, fZi auf jedem Profil i in die Richtungen X,
Y, Z und
- – die
Länge Li sowie die Breite li jedes
Profils i in der Berührungsfläche.
-
Zu
bemerken ist, dass der oben genannte Routenspeicher 10 optional
zum „Abstimmen" der Verarbeitungseinheiten 40 oder 60 dienen
kann, um zum Beispiel die Besonderheit des Fahrbodens zu berücksichtigen.
-
Die
Verarbeitungseinheit 70 ist vorgesehen, um über ein
Modell oder ein Gesetz des Verschleißes, wie zum Beispiel des beim
Fachmann gut bekannten Gesetzes von Archard, J. F. ARCHARD (siehe
dazu den Artikel „Contact
and Rubbing of Flat Surfaces",
J. Appl. Phys., 24 „Contact
and Rubbing of Flat Surfaces",
J. Appl. Phys., 24 (1953) 981–988), von
Merkmalen 61 der Profile i in der Berührungsfläche ausgehend und eventuell
von dem mehr oder minder trockenen oder feuchten Charakter des Fahrbodens
und der Temperatur des Bodens die Sofortverschleißmerkmale 71 jedes
Profils i, die für
den Verschleiß bei
jeder Radumdrehung oder in diesen Zeitintervallen repräsentativ
sind, vorherzusagen.
-
Diese
Verschleißmerkmale 71,
wie zum Beispiel der absolute oder relative Höhenverlust jedes Profils i
oder seine Verschleißgeschwindigkeit
hängen
insbesondere von der Gleitlänge
jedes Profils i in der Berührungsfläche, von
den oben genannten Kräften
fXi, fYi, fZi auf jedem Profil i, von dem Abscheuern von
Material, das jedes Profil i bildet, von der Länge Li und
von der Breite li dieses ab.
-
Zu
bemerken ist, dass die Verarbeitungseinheit 70 globale
Verschleißinformationen
oder nach Zonen des Luftreifens unterschiedene Verschleißinformationen
liefern kann (das heißt
die, die entweder die Gesamtheit oder eine oder mehrere Zonen des Luftreifens
betreffen, die zum Beispiel auf dessen axiale Breite verteilt sind,
wie zum Beispiel die Schultern und/oder eine oder mehrere Zonen,
die als Symmetrieebene die mittlere Umfangsebene des Luftreifens
zulassen oder sich zu beiden Seiten dieser Ebene zwischen den Schultern
befinden).
-
Wie
oben erwähnt,
erzielt man die über
einen Zyklus mit der Periode T vorhergesagten Verschleißinformationen 72,
indem man auf der Anzahl der Umdrehungen, die in diesem Zyklus enthalten
sind, oder durch Zeitintegration diese Sofortinformationen 71 summiert.
Wie oben angegeben, ist zu bemerken, dass diese erzielten summierten
Informationen 72 global sind oder nach Zonen des Luftreifens
unterschieden werden können.
-
Man
vergleicht dann über
die Abstimmeinheit 90 diese vorhergesagten Informationen 72 mit Verschleißinformationen 82,
die zuvor in die Abstimmeinheit integriert wurden, und die wie folgt
direkt erzielt werden:
- – entweder über eine visuelle Feststellung
beim Stillstand des Fahrzeugs, die zum Beispiel von dem Fahrer dieses
Letzteren durchgeführt
wird oder durch einen externen Spezialisten,
- – oder
vorteilhafterweise über
die Mittel 80 zum kontinuierlichen oder diskontinuierlichen
Messen des Verschleißes
des Luftreifens (beim Stillstand und/oder beim Fahren des Fahrzeugs),
mit welchen das Fahrzeug versehen ist, um den Fahrer in Echtzeit über das
Erreichen eines oder mehrerer vorbestimmter Verschleißschwellenwerte
zu informieren, oder über
mindestens ein Profil i, oder im Durchschnitt über einen axialen Schnitt des
Luftreifens.
-
Wenn
das System zum Gebrauch realer Gesamtverschleißwerte vorgesehen ist, die über eine
visuelle Feststellung oder unabhängige
Messungen des Fahrzeugs erzielt werden, zum Beispiel mit einem Tiefenmessgerät, umfasst
es Mittel, um diese Werte einfach zu empfangen und sie in dem Speicher zu
integrieren. Diese Mittel können
eine Steckdose aufweisen, an der man ein Gehäuse mit einer Tastatur anschließen kann,
um die Werte manuell einzugeben. Man kann auch in Betracht ziehen,
das System und ein externes Messgerät über diese Steckdose direkt
zu verbinden.
-
Als
Messmittel
80 des Verschleißes auf mindestens einem Profil
i des Luftreifens (oder auf jedem der Profile i), verwendet man
vorteilhafterweise die, die in den oben genannten internationalen
Patentanmeldungen beschrieben sind:
PCT/EP02/10936 ,
PCT/EP02/12262 ,
PCT/EP03/00888 und
PCT/EP03/00557 .
-
Als
Messmittel 80 für
die mittlere Abnutzung auf einem axialen Schnitt des Luftreifens
verwendet man vorteilhafterweise Mittel, die zum Schätzen des Werts
Re,t des Rollradius des Luftreifens in einem
Augenblick t bestimmt sind, dann vergleicht man diesen Schätzwert Re,t mit mindestens einem Referenzwert Re,t0 für
diesen Rollradius, der einem bestimmten Verschleißgrad des
gleichen Luftreifens in einem früheren
Augenblick t0 entspricht (der zum Beispiel
einer Abnutzung gleich Null des Luftreifens entspricht), indem man
das Verhältnis
Re,t/Re,t0 berechnet
und aus diesem Verhältnis
Re,t/Re,t0 das mittlere
Verschleißverhältnis auf
einem axialen Schnitt des Luftreifens ableitet, der gleich der mittleren
Höhe ht der Profile im Augenblick t auf ihrer mittleren
Höhe ht0 im Augenblick t0 ist, über ein
für den
Luftreifen spezifisches Verschleißgesetz.
-
Diese
Messmittel 80 des Rollradius des oder der Luftreifen weisen
im Wesentlichen in dem Fahrzeug, das mit ihnen ausgestattet ist,
Folgendes auf:
- – erste Mittel zum Messen in
einem gegebenen Augenblick t der Anzahl Umdrehungen des Rads, auf
das der oder jeder Luftreifen montiert ist, in einem Referenzzeitpunkt
t0, die vorteilhafterweise ein ABS-System
verbunden mit einem ESP-System aufweisen, wobei diese zwei Systeme
es erlauben, eine Messpräzision
der Anzahl an Radumdrehungen auf etwa 1/48 oder 1/96 genau zu erzielen,
- – zweite
Mittel zum Messen in diesem Augenblick t der von dem Fahrzeug seit
diesem Augenblick t0 zurückgelegten Entfernung, entweder
direkt über einen
Rückfahrradar
(der wie bekannt Ultraschallsensoren enthält), oder indirekt über ein GPS-System
(„Global
Positioning System" oder weltweites
Positionierungssystem), oder auch ausgehend von dem Verhältnis zwischen
realer Geschwindigkeit des Fahrzeugs/Winkelgeschwindigkeit des Rads,
das von der Verbindung eines Antikollisionsradars mit einem ABS-System
gegeben werden kann,
- – dritte
Mittel zum Messen in diesem Augenblick t korrigierender Parameter
in Zusammenhang mit den Fahrbedingungen des Fahrzeugs, wobei diese
dritten Mittel insbesondere die Temperatur und den Innendruck des
Luftreifens, die Last und das Antriebsmoment oder Bremsmoment, das
an diesen Luftreifen angelegt wird, umfassen,
- – einen
Bordcomputer, der vorgesehen ist, um für jeden betreffenden Luftreifen
Folgendes zu liefern:
- • einen
theoretischen Wert Rth,t des Rollradius
im Augenblick t, gegeben von dem Verhältnis der zurückgelegten
Entfernung zu der Anzahl Radumdrehungen,
- • einen
geschätzten
(das heißt
korrigierten) Wert Re,t des Rollradius dieses
Luftreifens ausgehend von dem theoretischen Wert Rth,t und
den korrigierenden Parametern,
- • das
Verhältnis
dieses geschätzten
Werts Re,t zu dem geschätzten Wert Re,t0 des
Rollradius des gleichen Luftreifens in dem Referenzaugenblick t0,
- • das
globale Verschleißverhältnis (das
heißt
im Durchschnitt auf dem Querschnitt des Luftreifens) gleich der
mittleren Höhe
ht der Profile in dem Augenblick t auf der
mittleren Höhe
ht0 in dem Augenblick t0,
ausgehend von dem Verhältnis Re,t/Re,t0 über einen
empirisches, für
diesen Luftreifen spezifisches Verschleißgesetz.
-
Immer
noch unter Bezugnahme auf die alleinige Figur korrigiert man dann
bei einem darauf folgenden Messzyklus über die Abstimmeinheit 90 die Verarbeitung
der Fahrbeanspruchungen 31 durch die Einheit 40,
indem man zum Beispiel den Unterschied oder Quotienten berück sichtigt,
der zwischen diesen vorhergesagten und gemessenen Werten besteht, oder
indem man das Verschleißgeschwindigkeitsmerkmal
auf den letzten zurückgelegten
Kilometern benutzt, um das vorhergesagte Gesamtverschleißmerkmal
derart zu korrigieren, dass ein neuer Voraussagezyklus ausgeführt werden
kann (immer noch für
die Gesamtheit des Luftreifens oder nur für bestimmte seiner Zonen).
-
Der
Bordcomputer 110 informiert den Fahrer des Fahrzeugs kontinuierlich
oder auf Anfrage über den
Verschleiß,
der entweder allen Profilen oder dem oder den Profilen entspricht,
die am stärksten
abgenutzt sind, oder den Profilen, die auf einer oder mehreren Zonen
des Luftreifens in einem axialen Schnitt dieses Letzteren am stärksten abgenutzt
sind. Dieser Computer 110 kann den Fahrer auch über die
restliche Gebrauchsdauer oder über
die restliche Strecke aufgrund dieser Abnutzung informieren, und/oder Steuerparameter
von Fahrhilfssystemen, wie zum Beispiel „ABS" oder „ESP", anpassen.