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Diese Erfindung bezieht sich auf eine
Reifendrucküberwachungsvorrichtung.
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Fahrzeugreifen erfordern typischerweise, daß ein
Innenluftdruck zur optimalen Leistung des Reifens während der
Fahrzustände des Fahrzeugs bei einem vorbestimmten Pegel
gehalten wird. Es ist wünschenswert, daß ein Fahrer alarmiert
wird, wenn der Reifendruck niedrig ist, so daß der
Fahrzeugführer eine Korrektur vornehmen kann, wie z. B. dem Reifen
Luft zuzuleiten oder einen Reifen, der ständig Druck
verliert, zu ersetzen. Bekannte Verfahren zum Feststellen des
Reifendrucks beinhalten (i) Plazieren eines
Druckmeßwertwandlers in oder auf dem Reifen selbst, (ii) Messen von
Drehgeschwindigkeiten der Räder und Verarbeiten der
Drehgeschwindigkeitsinformationen und (iii) Messen von vertikalen
Radbeschleunigungen mit an dem Rad oder einem unteren
Aufhängungselement montierten Beschleunigungssensoren und Verarbeiten
der Beschleunigungsinformationen.
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Die Referenz WO 91/14586 offenbart ein System zum
Überwachen des Reifendrucks, in welchem das vertikale
Vibrationsverhalten der einzelnen Fahrzeugräder gemessen und analysiert
wird. Die Eigenfrequenzen und die Vertikalbewegungen der
Räder werden gemessen, die Federkonstante wird von diesen
Eigenfrequenzen abgeleitet, und der Reifendruck wird von diesem
charakteristischen Wert abgeleitet. Der momentane Reifendruck
wird mit einer Referenz verglichen, und ein Warnsignal wird
ausgesandt, falls deutliche Abweichungen auftreten.
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Erwünscht ist eine Reifendrucküberwachungsvorrichtung,
die kein Hinzufügen von Sensoren zum Fahrzeugrad oder
Radaufbau erfordert und Messungen des Reifendrucks des Rades mit
hoher Auflösung liefert.
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Eine Aufgabe dieser Erfindung ist, eine
Reifendrucküberwachungsvorrichtung nach Anspruch 1 zu schaffen.
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Diese Erfindung schafft vorteilhafterweise eine
Reifendrucküberwachungsvorrichtung, die keine am Reifen montierten
oder innerhalb des Reifens montierten Meßwertwandler benötigt
und keine an einem unteren Aufhängungselement montierten
Beschleunigungsmeßgeräte erfordert.
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Diese Erfindung schafft vorteilhafterweise eine
Reifendrucküberwachungsvorrichtung, die relativ kleine Änderungen
im Reifendruck bestimmen kann. Diese Erfindung macht in
vorteilhafter Weise Gebrauch von bei vielen Motorfahrzeugen
schon vorhandenen Informationen, um den Reifendruck zu
überwachen und den Reifendruck betreffende Informationen an einen
Fahrzeugführer zu liefern.
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In einer beispielhaften Ausführung dieser Erfindung
werden Informationen, die von Relativpositions- oder
Relativgeschwindigkeitssensoren geliefert werden, die eine relative
Vertikaldistanz oder -geschwindigkeit zwischen dem
Fahrzeugrad und der Fahrzeugkarosserie messen, verwendet, um den
Reifendruck zu überwachen. Diese Relativpositions- und
Relativgeschwindigkeitssensoren sind von einer Bauart, die
gewöhnlich bei Kraftfahrzeugen verwendet wird, die Steuersysteme
für die Karosseriehöhe, Dämpfungssysteme mit variabler Kraft
und/oder Federsteuerungssysteme mit variabler Kraft
einschließen. Die an vielen Fahrzeugen schon vorhandenen
Sensoren werden folglich verwendet, um Informationen für die
Reifendrucküberwachungsvorrichtung gemäß dieser Erfindung zu
liefern.
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In einer bevorzugten beispielhaften Ausführung schafft
diese Erfindung nach Anspruch 1 ein
Reifendrucküberwachungsverfahren mit den Schritten: Bestimmen (22, 24, 26) einer
relativen Vertikalgeschwindigkeit zwischen einem Rad und einer
Fahrzeugkarosserie, Bestimmen (30) eines einen Reifendruck
des Rades angebenden Signals als Antwort auf die relative
Vertikalgeschwindigkeit und Vergleichen (146) des einen
Reifendruck angebenden Signals mit einer vorbestimmten Schwelle,
wobei ein niedriger Reifendruck angezeigt wird, wenn das
Signal unterhalb der vorbestimmten Schwelle liegt,
gekennzeichnet durch die Schritte: Bandpaßfiltern (108) des
Relativgeschwindigkeitssignals, um ein bandpaßgefiltertes Signal zu
liefern, das Frequenzkomponenten enthält, die eine
Radbewegung anzeigen; Anwenden eines Nulldurchgangsdetektors (110)
auf das bandpaßgefilterte Signal, wobei der Schritt zum
Bestimmen des einen Druck des Reifens angebenden Signals auf
den Nulldurchgangsdetektor anspricht; und Bestimmen (116) einer
Frequenz der Nulldurchgänge, wobei der Schritt zum
Bestimmen des den Reifendruck angebenden Signals auf die
Frequenz der Nulldurchgänge anspricht.
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In einer anderen bevorzugten beispielhaften Ausführung
liefert diese Erfindung nach Anspruch 4 eine
Reifendrucküberwachungsvorrichtung mit einer Fahrzeugkarosserie (10), vier
Fahrzeugrädern (11), die an vier Ecken der Fahrzeugkarosserie
angeordnete Reifen aufweisen, vier Positionssensoren (13),
wobei einer zwischen je einem Rad und der entsprechenden Ecke
der Fahrzeugkarosserie montiert ist, und einer
Mikroprozessorsteuereinheit (15), wobei die Mikroprozessorsteuereinheit
Signale von den vier Relativpositionssensoren empfängt,
daraus vier Relativgeschwindigkeitssignale bestimmt und als
Antwort darauf für jeden Reifen ein Signal bestimmt, das einen
Luftdruck im Reifen angibt, gekennzeichnet durch: ein
Bandpaßfilter (108) zum Empfangen des
Relativgeschwindigkeitssignals, um ein bandpaßgefiltertes Signal zu liefern, das
Frequenzkomponenten enthält, die eine Radbewegung anzeigen;
einen Nulldurchgangsdetektor (110), der das bandpaßgefilterte
Signal empfängt, wobei das einen Reifendruck angebende Signal
auf den Nulldurchgangsdetektor anspricht; und ein Mittel
(116), das eine Frequenz der Nulldurchgänge bestimmt, die von
der Mikroprozessorsteuereinheit verwendet wird, um das einen
Reifendruck angebende Signal zu bestimmen.
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Die vorliegende Erfindung wird nun beispielhaft mit
Verweis auf die beiliegenden Zeichnungen beschrieben, in
welchen:
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Fig. 1 eine beispielhafte Vorrichtung gemäß dieser
Erfindung schematisch veranschaulicht;
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Fig. 2 einen beispielhaften Steuerungsaufbau gemäß
dieser Erfindung schematisch veranschaulicht;
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Fig. 3, 4 und 5 Beispieldaten veranschaulichen, die
die Funktion dieser Erfindung demonstrieren; und
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Fig. 6 ein Flußdiagramm einer beispielhaften Ausführung
der Mikroprozessorsteuerung gemäß dieser Erfindung
veranschaulicht.
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In Fig. 1 ist eine beispielhafte Vorrichtung zur
Ausführung dieser Erfindung dargestellt, und diese umfaßt im
wesentlichen eine Fahrzeugkarosserie 10, die von vier Rädern
(11) und vier Aufhängungen getragen wird, die (nicht dargestellte)
Federn einer bekannten Bauart enthalten. Jede
Aufhängung enthält ein Stellglied 12, z. B. eine in Echtzeit
steuerbare Dämpfungsvorrichtung mit variabler Kraft, das
verbunden ist, um an diesem Aufhängungspunkt eine vertikale
Kraft zwischen dem Rad 11 und der Karosserie 10 auszuüben.
Das Stellglied 12 dieser Ausführungsform umfaßt eine
elektrisch steuerbare Dämpfungsvorrichtung mit variabler Kraft
parallel mit einer gewichtstragenden Schraubenfeder in einer
parallelen Stoßdämpfer/Feder- oder
MacPherson-Strebenanordnung. Eine Beschreibung einer Dämpfungsvorrichtung mit
variabler Kraft, die zur Verwendung als Stellglied 12 geeignet
ist, ist die stetig veränderliche Dämpfungsvorrichtung, die
in dem US-Patent Nr. 5,282,645 beschrieben ist, die dem
Zessionär dieser Erfindung übertragen wurde.
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Obgleich das in Fig. 1 dargestellte Fahrzeug
Stellglieder 12 mit variabler Kraft enthält, erfordert diese
Erfindung solche Stellglieder nicht, und die Stellglieder 12
mit variabler Kraft können durch herkömmliche Stoßdämpfer
und/oder Streben einer Bauart ersetzt werden, die nicht
elektronisch gesteuert werden. Das Fahrzeug kann ferner eine
Kombination von Dämpfungsvorrichtungen/Federn mit variabler
Kraft der in Höhenregelungssystemen verwendeten Bauart
enthalten, oder kann irgendeine andere Bauart einer
Dämpfungsvorrichtung für die Aufhängung enthalten.
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Jede Ecke des Fahrzeugs enthält einen
Relativpositionssensor 13, der ein Ausgangssignal liefert, das die relative
Vertikaldistanz zwischen dem Fahrzeugrad und der aufgehängten
Fahrzeugkarosserie an dieser Ecke des Fahrzeugs angibt.
Geeignete Positionssensoren 13 können vom Fachmann einfach
konfiguriert werden. Die Ausgaben der Positionssensoren 13
können differenziert werden, um für jede Ecke des Fahrzeugs
Signale der relativen Vertikalgeschwindigkeit zwischen
Karosserie und Rad zu erzeugen.
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Ein beispielhafter Positionssensor 13 enthält eine an der
Fahrzeugkarosserie montierte Drehwiderstandsvorrichtung und
ein Verbindungsglied, das zwischen sowohl das Fahrzeugrad als
auch einen Schwenkarm auf der Drehwiderstandsvorrichtung
schwenkbar gekoppelt ist, so daß die
Drehwiderstandsvorrichtung eine Impedanzausgabe liefert, die sich mit der relativen
Position zwischen dem Rad 11 und der Ecke der Karosserie 10
ändert. Jeder Positionssensor 13 kann ferner eine interne
Leiterplatte mit einer Pufferschaltung enthalten, um das
Ausgangssignal der Drehwiderstandsvorrichtung zu puffern und das
gepufferte Signal an die Steuereinheit 15 zu liefern.
Geeignete Positionssensoren 13 können vom Fachmann leicht
konstruiert werden. Eine alternative Bauart eines Positionssensors,
der meßwertwandlerartige Sensoren enthält, kann als
Positionssensor 13 verwendet werden.
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Die Positionssensoren 13 und/oder
Relativgeschwindigkeitssensoren an den Ecken sind in vielen Arten von
Aufhängungen schon vorhanden, die Stellglieder 12 mit variabler
Kraft enthalten oder eine Fahrzeughöhenregelung enthalten.
Ein Vorteil, der durch die Erfindung geliefert wird, besteht
darin, daß viele Fahrzeuge die erforderlichen Sensoren, d. h.
Relativpositionssensoren 13 oder alternativ dazu
Relativgeschwindigkeitssensoren, schon aufweisen. Folglich kann eine
Reifendrucküberwachung gemäß dieser Erfindung ohne
zusätzliche Sensorhardware implementiert werden.
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Die Ausgaben der Relativpositionssensoren 13 werden an
eine Steuereinheit 15 geliefert, die in einer bevorzugten
beispielhaften Ausführung die Signale verarbeitet, um die
Zustände der Fahrzeugkarosserie 10 und der Räder 11 zu
bestimmten, und in der bevorzugten beispielhaften Ausführung ein
Ausgangssignal zur Stellgliedsteuerung für jedes variable
Stellglied 12 erzeugt. Andere Eingangssignale in die
Steuereinheit 15 können über einen Bus 14 geliefert werden. Die auf
die Signale von den Relativpositionssensoren 13 ansprechende
Steuereinheit 15 bestimmt ferner gemäß dieser Erfindung
Signale, die den Betrag des Luftdrucks in jedem Reifen 11
angeben. Die Steuereinheit 15 gibt dann die Reifendrucksignale an
ein mikroprozessorgesteuertes Fahrzeuginformationszentrum 18
ab, das auf einen Befehl hin die Reifendrücke an den
Fahrzeugführer meldet. Die Steuereinheit 15 gibt auch ein Signal
auf Leitung 17 an den Anzeiger 16 ab, um einem Fahrzeugführer
anzuzeigen, daß einer oder mehrere der Fahrzeugreifen niedrig
bzw. leer ist.
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Die Steuereinheit 15 ist in Fig. 2 ausführlicher
dargestellt. Signale von den Relativpositionssensoren 13 werden
durch vier analoge Tiefpaßfilter 24 tiefpaßgefiltert und
durch vier analoge Differenzierglieder 26 differenziert, um
vier Relativgeschwindigkeitssignale zu liefern. Eine
beispielhafte Kombination aus solch einem Tiefpaßfilter und
Differenzierglied ist in dem US-Patent Nr. 5,255,191
dargestellt, das am 19. Oktober 1993 erteilt wurde. Die
resultierenden Relativgeschwindigkeitssignale repräsentieren die
Relativgeschwindigkeit zwischen dem vorderen linken Rad und der
vorderen linken Ecke der Karosserie, rv&sub1;, dem hinteren linken
Rad und der hinteren linken Ecke der Karosserie, rv&sub2;, dem
vorderen rechten Rad und der vorderen rechten Ecke der
Karosserie, rv&sub3;, und dem hinteren rechten Rad und der hinteren
rechten Ecke der Karosserie, rv&sub4;. Jedes dieser vier
Relativgeschwindigkeitssignale wird in einen digitalen Mikrocomputer
28 eingegeben, der einen Eingabe-A/D-Wandler 20 mit
multiplexierten Eingängen enthält; und jedes wird innerhalb des
Mikrocomputers 28 digital hochpaßgefiltert, um einen etwaigen
Gleichstrom-Versatz zu entfernen, der durch die
Digitalisierung des A/D-Wandlers 28 eingeführt wurde.
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Der Mikrocomputer 28 kann eine oder mehrere
Steuerfunktionen für das Fahrgestell liefern, wie z. B. Steuersignale an
die Stellglieder 12 mit variabler Kraft in Fig. 1 liefern,
die auf die Relativgeschwindigkeitssignale auf Leitungen 76,
78, 80 und 82 ansprechen, und dann verwendet werden, um
Steuersignale für andere Fahrgestellsysteme zu liefern.
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In den Verbesserungen gemäß dieser Erfindung werden die
Relativgeschwindigkeitssignale auf den Leitungen 76, 78, 80
und 82 an einen Steuerprozessor 30 zur Reifendrucküberwachung
geliefert, um die Relativgeschwindigkeitssignale zu
verarbeiten und Funktionen einer Reifendrucküberwachung dieser
Erfindung auszuführen. Obgleich in Fig. 2 nur das Signal auf
Leitung 76 in den Prozessor 30 eingespeist dargestellt ist,
versteht es sich, daß jedes der Signale auf den Leitungen 78, 80
und 82 gemäß dieser Erfindung in der gleichen Weise
verarbeitet wird, in der das Signal auf Leitung 76 verarbeitet wird.
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Insbesondere wird das Signal auf der Leitung 76, rv&sub1;,
zuerst in einen Skalierfunktionsblock 32 eingegeben, der
optional implementiert ist, falls gewünscht wird, das
Relativgeschwindigkeitssignal auf Leitung 76 in standard- oder
benutzerdefinierte Einheiten zu skalieren, die von den im Signal
auf Leitung 76 inhärenten Einheiten verschieden sind.
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Nach einem Skalieren wird das
Relativgeschwindigkeitssignal an den Eingang eines Bandpaßfilters 34 geliefert, das
das skalierte Relativgeschwindigkeitssignal auf Leitung 33
bandpaßfiltert. Nur diejenigen Teile des
Relativgeschwindigkeitssignals in einem Band, das mit Radbewegungsfrequenzen
verbunden ist, gelangen durch das Bandpaßfilter. Obgleich das
Frequenzband einer Radbewegung von Fahrzeug zu Fahrzeug ein
wenig verschieden ist, ist ein beispielhafter Bandbereich für
Frequenzen, die durchgelassen und durch das Bandpaßfilter 34
nicht gedämpft werden, 8-18 Hz. Um das Bandpaßfilter zu
implementieren, ist ein bevorzugtes Beispiel ein Butterworth-
Bandpaßfilter 8. Ordnung, das so kalibriert ist, um
Frequenzsignale außerhalb des 8-18-Hz-Bandes zu dämpfen.
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Die Ausgabe des Bandpaßfilters 34 auf Leitung 35 wird an
den Nulldurchgangsdetektor 36 geliefert, der die
Nulldurchgänge des gefilterten Signals auf Leitung 35 findet, indem
das Vorzeichen der gegenwärtigen Signalabtastung auf Leitung
35 mit dem Vorzeichen der vorherigen Signalabtastung
verglichen wird. Ein Zähler wird mit jedem festgestellten
Nulldurchgang oder jeder festgestellten Änderung im Vorzeichen
der Abtastungen zurückgesetzt und zählt die Anzahl von
Abtastungen seit dem vorherigen Vorzeichenwechsel. Der Zähler
wird dann von Block 36 genutzt, um die Frequenz bzw.
Häufigkeit der Nulldurchgänge zu berechnen. Die Frequenzberechnung
kann als:
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f = (Abtastfrequenz)/(2 · ZÄHLUNG),
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worin "Abtastfrequenz" die Frequenz ist, mit der die
Relativgeschwindigkeitssignale abgetastet werden, und ZÄHLUNG der
Wert des oben erwähnten Zählers ist.
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Die Ausgabe des Nulldurchgangsdetektors 36 auf Leitung 37
ist die Häufigkeit bzw. Frequenz der Nulldurchgänge des
bandpaßgefilterten Relativgeschwindigkeitssignals auf Leitung 35.
Die Nulldurchgangsfrequenzsignale auf Leitung 37 werden dann
an ein Logikfilter 38 geliefert, das die Signale auf Leitung
mit oberen unteren Schwellen vergleicht und nur die
Signale auf Leitung 37 durchläßt, die geringer als die obere
Schwelle und größer als die untere Schwelle sind. Die oberen
und unteren Schwellen sind so eingestellt, daß sie den oberen
und unteren Bandgrenzen des Bandpaßfilters 34, z. B. und 8 und
18 Hz, entsprechen. Folglich wird in diesem Beispiel nicht
erlaubt, daß auf Leitung 37 gelieferte Frequenzen, die
unterhalb von 8 Hz und oberhalb von 18 Hz liegen, durch den Filter
38 gelangen.
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Die Ausgabe des Filters 38 auf Leitung 39 wird an das
Gleitmittelfilter 40 geliefert, das z. B. als ein
Gleitmittelfilter für 200 Punkte implementiert sein kann, um das
Gleitmittel der gefilterten Nulldurchgangsfrequenzen auf Leitung
39 zu bestimmen. Das Gleitmittelfilter kann als:
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AVE = (Abtastfrequenz) · (NULLDURCHGANGE)/(2 · TOTAL),
implementiert sein, wobei NULLDURCHGÄNGE die Anzahl von
Nulldurchgängen ist und TOTAL die Gesamtzahl von Abtastungen ist.
Eine beispielhafte Abtastfrequenz ist 1000 Hz, und eine
beispielhafte maximale Anzahl von Nulldurchgängen ist 200.
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Die Ausgabe des Gleitmittelfilters 40 wird an ein
Tiefpaßfilter 42 geliefert, das in einem Beispiel ein
Butterworth-IIR-Filter 4. Ordnung ist. Beim Implementieren des
Tiefpaßfilters 42 sollte in Betracht gezogen werden, daß die
Ausgabe des Filters 40 kein wirklich zeitbasiertes Signal
ist, sondern vielmehr auf Frequenzabtastungen mit
variierenden Intervallen zwischen den Abtastungen basiert. Um einen
zeitbasierten Charakter für die Frequenzabtastungen zu
approximieren, wird eine Durchschnittszeit zwischen den
Frequenzabtastungen, die an das Filter 40 geliefert werden, als
ungefähr die doppelte Periode der ungefähren Mittenfrequenz
des bandbeschränkten Relativgeschwindigkeitssignals bestimmt.
Die Durchschnittszeit wird dann in dem Filter als die
Abstastperiode verwendet. Eine beispielhafte geeignete
Durchschnittszeit ist 0,037 Sekunden oder liegt entsprechend einer
Durchschnittsfrequenz der Nulldurchgänge bei 27 Hz.
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Das Tiefpaßfilter 42 glättet die Ausgabe des
Gleitmittelfilters, um ein Signal, das den Luftdruck im Reifen
entsprechend der Ecke des Fahrzeuges angibt, von dem verarbeiteten
Relativgeschwindigkeitssignal zu liefern. Die Ausgabe des
Tiefpaßfilters 42 wird an eine Nachschlagetabelle 44
geliefert, die als Antwort auf die Eingabe auf Leitung 43 eine
Luftdruckausgabe in Einheiten N/mm² liefert. Die Ausgabe der
Nachschlagetabelle 44 kann auch auf die Reifentemperatur
ansprechen, um eine Reifendruckablesung genauer zu liefern. Die
Genauigkeit des bestimmten Reifendruckes gemäß dieser
Erfindung kann z. B. innerhalb von 290-725 N/mm² (2-5 psi) liegen,
in welchem Fall die Ausgabe der Nachschlagetabelle 44 als
Bereich von Reifendrücken betrachtet werden würde.
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Die Ausgabe der Nachschlagetabelle 44 wird an einen
Diagnoseprozessoralgorithmus 46 geliefert, der die Informationen
der Reifendrucküberwachung in der für die bestimmte
Fahrzeugausführung gewünschten Weise verarbeitet. In einem Beispiel
vergleicht der Diagnoseprozessor 46 einfach die Ausgabe der
Nachschlagetabelle 44 mit einem vorbestimmten Schwellenwert
für niedrigen Reifendruck. Falls die Ausgabe der
Nachschlagetabelle 44 unterhalb des Wertes für niedrigen Reifendruck
liegt, liefert der Diagnoseprozessor 46 ein Ausgangssignal an
eine Ausgangsschnittstelle 50, die ein Steuersignal auf einem
Bus 52 abgibt, um einen Anzeiger 16 oder eine andere Art von
Alarm in der Instrumententafel oder dem Informationszentrum
des Fahrzeuges zu aktivieren.
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Alternativ dazu kann der Diagnoseprozesssor 46 einen
Bereich von Drücken für jeden Reifen zuordnen, z. B. 3900-4200
N/mm² (27-29 psi) und diese Information an die
Ausgangsschnittstelle 50 liefern. Die Ausgangsschnittstelle 50
liefert über den Steuerbus 52 die Druckinformation an das
Fahrzeuginformationszentrum, was ermöglicht, daß ein Fahrer des
Fahrzeuges auf die Reifendruckinformation zugreift. Für
Fahrzeuge, die mit Vorrichtungen zum automatischen Aufblasen von
Reifen montiert sind, kann ferner der Diagnoseprozessor 46,
wenn er erkennt, daß ein bestimmter Reifen einen niedrigen
Reifendruck hat, ein Steuersignal senden, um die Vorrichtung
zum Aufblasen von Reifen zu aktivieren.
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Zusätzlich kann der Diagnoseprozessor 46 Steuersignale
für die Verwendung durch eine Brems- oder
Aufhängungssteuereinheit bestimmen, um die als Antwort auf die gemäß dieser
Erfindung bestimmten überwachten Reifendrücke Aufhängungs-
und/oder Bremsleistung in gewünschter Weise einzustellen.
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In den Fig. 3, 4, und 5 zeigen die graphischen
Darstellungen Daten, die die Funktion dieser Erfindung in einem
Fahrzeug veranschaulichen, um Signale zu liefern, die den
Reifendruck angeben. Die veranschaulichten Daten sprechen auf
eine Eingabe an, die von einem Relativpositionssensor am
rechten Vorderrad des Fahrzeuges geliefert wird, während das
Fahrzeug über ein Straßenstück mit 64 km/h (40 mph) gefahren
wird. Fig. 3 veranschaulicht ein beispielhaftes
Relativgeschwindigkeitssignal, das vom rechten Vorderrad des über die
Straße gefahrenen Fahrzeugs veranschaulicht. Wie man durch
die Spitzen und Täler in dem Relativgeschwindigkeitssignal
erkennen kann, ruft das genutzte Straßenstück eine Aktivität
der Aufhängung am rechten Vorderrad hervor.
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Fig. 4 veranschaulicht der Ergebnisse des in Fig. 3
gezeigten Signals, das durch das Bandpaßfilter 34 gefiltert
wurde, und gibt ein Signal an, das auf Leitung 35 in Fig. 2
geliefert wird.
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Fig. 5 veranschaulicht die Ausgaben des
Gleitmittelfilters 40 und Tiefpaßfilters 42 und veranschaulicht, wie diese
Erfindung eine Anzeige des Reifendruckes liefert. Der gleiche
Reifen des Testfahrzeugs wurde dreimal über das gleiche
Straßenstück gefahren - einmal mit einem Innendruck von 4200
N/mm² (29 psi), einmal mit einem Innendruck von 3500 N/mm²
(24 psi) und einmal mit einem Innendruck von 2750 N/mm² (19
psi). Die Kurven 202, 208 und 212 von Fig. 5
veranschaulichen die Ausgabe des Gleitmittelfilters für die Reifen mit
4200 N/mm² (29 psi), 3500 N/mm² (24 psi) und 2750 N/mm² (19
psi). In der Ausgabe des Gleitmittelfilters, welche die
Durchschnittsfrequenz der Nulldurchgänge ist, zeigt sich
deutlich die Beziehung zwischen der Durchschnittsfrequenz der
Nulldurchgänge und dem Betrag des Drucks im Fahrzeugreifen.
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Die Linien 204, 206 und 210 in Fig. 5 veranschaulichen
die Ausgabe von Tiefpaßfiltern 42 für die verschiedenen
Reifendrücke. Wie man sehen kann, liefert das Tiefpaßfilter 42
ein viel glatteres Signal als die Ausgabe des
Gleitmittelfilters. Die verschiedenen Durchschnittsfrequenzen der
Nulldurchgänge korrelieren mit verschiedenen Reifendrücken, was
ermöglicht, daß die gemäß dieser Erfindung bestimmte
Durchschnittsfrequenz als Eingabe in die Nachschlagetabelle 44 als
Angabe des Reifendrucks verwendet wird. Der Reifendruck kann
somit als Antwort auf eine Durchschnittsfrequenz der
Nulldurchgänge tabellarisch zusammengestellt werden.
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Nun Bezug nehmend auf Fig. 6 ist eine beispielhafte
Steuerroutine zur Implementierung dieser Erfindung in die
Mikroprozessorsteuereinheit 15 veranschaulicht. Die
Steuerroutine kann als Unterbrechungsroutine eines Hauptsteuerprogramms
implementiert sein, das allgemeine
Verwaltungsfunktionen des Mikroprozessors durchführt und andere Arten von
Steuerfunktionen des Fahrgestells, wie z. B. eine Steuerung der in
Fig. 1 gezeigten Stellglieder 12 mit variabler Kraft,
liefern kann. Die Unterbrechungsroutine liest zunächst bei Block
102 vom A/D-Eingang des Mikroprozessors die vier
Relativgeschwindigkeitssignale. Bei Block 104 implementiert die
Routine ein Standard-Hochpaßfilter, um die Gleichstrom-Vorspannung
aus den Relativgeschwindigkeitssignalen 1-4 zu entfernen. Bei
Block 106 werden die Relativgeschwindigkeitssignale, falls
gewünscht, skaliert, um das Signal in Standard- oder vom
Systemdesigner festgelegten Einheiten bereitzustellen.
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Ein Block 108 implementiert getrennt das in Fig. 2
gezeigte Bandpaßfilter 34. Eine beispielhafte getrennte
Implementierung des Bandpaßfilters bei Block 108 ist ein
Chebychev-Filter Typ II 4. Ordnung wie folgt:
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y(k) = a&sub0;y(k-1) - a&sub1;y(k-2) + a&sub2;y(k-3) -
a&sub3;y(k-4) + a&sub4;y(k-5) - a&sub5;y(k-6) +
a&sub6;y(k-7) - a&sub7;y(k-8) + b&sub0;u(k-4) - b&sub1;u(k-1)
+ b&sub2;u(k-2) - b&sub3;u(k-3) + b&sub4;u(k-4) -
b&sub5;u(k-5) + b&sub6;u(k-6) - b&sub7;u(k-7) +
b&sub8;u(k-8),
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worin k die gegenwärtige Steuerschleife des Mikroprozessors
bezeichnet, k-n die n-te vorherige Steuerschleife bezeichnet,
y(k) die Filterausgabe ist, u(k) die Filtereingabe ist und
a&sub1;&submin;&sub7;, und b&sub1;&submin;&sub8; Filterkonstanten sind. Unter der Annahme einer
Steuerschleifenperiode von 0,001 Sekunden sind die
beispielhaften Filterkonstanten a&sub0; = 6,629, a&sub1; = 19,9655, a&sub2; =
35,5548, a&sub3; = 40,8819, a&sub4; = 31,0639, a&sub5; = 15,2405, a&sub6; =
4,4213, a&sub7; = 0,5829, b&sub0; = 0,0102, b&sub1; = 0,0629, b&sub2; = 0,1825, b&sub3;
= 0,3254, b&sub4; = 0,3914, b&sub5; = 0,3254, b&sub6; = 0,1825, b&sub7; = 0,0629
und b&sub5; = 0,0102.
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Die Routine geht dann zu Block 110, wo sie das Vorzeichen
des aktuellen bandpaßgefilterten
Relativgeschwindigkeitssignals rvbpn(k) mit dem Vorzeichen des vorherigen
bandpaßgefilterten Signals rvbpn(k-1) vergleicht, um Nulldurchgänge im
Signal festzustellen. Man beachte: n = 1, 2, 3 oder 4 für die
verschiedenen Ecken der Fahrzeuge; k bezeichnet die aktuelle
Zeitperiode oder Steuerschleife und k-1 bezeichnet das
Signal, das in der vorherigen Steuerschleife bestimmt wurde.
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Falls die Vorzeichen der Signale bei Block 110 nicht
verschieden sind, geht die Routine zu Block 112, wo ein Wert
ZÄHLUNG inkrementiert wird, und kehrt dann aus der
Unterbrechungsschleife zurück. Falls bei Block 110 durch die beiden
Signale rvbpn(k) und rvbpn(k-1) mit verschiedenen Vorzeichen
ein Nulldurchgang festgestellt wird, geht die Routine zu
Block 110, wo sie die Frequenz der Nulldurchgänge als:
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fn(k) = (Abtastfrequenz)/ (2 · ZÄHLUNG)
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bestimmt, wobei "Abtastfrequenz" die Frequenz ist, mit der
die Relativgeschwindigkeitssignale abgetastet werden. Die
Routine geht dann zu Block 134, wo die Variable ZÄHLUNG auf
Null zurückgesetzt wird.
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Die Blöcke 136 und 138 implementieren das Logikfilter,
indem die Frequenzabtastung fn(k) bei Block 136 einfach mit
einem Wert entsprechend 18 Hz und bei Block 138 einem Wert
entsprechend 8 Hz verglichen wird. Falls die
Frequenzabtastung des Nulldurchgangs fn(k) nicht geringer als 18 Hz oder
größer als 8 Hz ist, wird dann die Unterbrechungsroutine
verlassen.
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Falls die Frequenzabtastung der Nulldurchgänge innerhalb
des richtigen Bereichs liegt, geht dann die Routine zu Block
140, wo das Gleitmittelfilter implementiert ist, um einen
Wert fAVE(k) zu bestimmen, der die Durchschnittsfrequenz der
Nulldurchgänge angibt. Die Durchschnittsfrequenz wird wie
folgt bestimmt:
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fAVE(k) = (1-a) · fn(k) + a · fAVE(k-1)
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wobei a eine Filterkonstante mit einem Wert typischerweise im
Bereich zwischen 0,95 und 0,9999 ist.
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Wie oben erläutert wurde, zeigt die Durchschnittsfrequenz
der Nulldurchgänge den Reifendruck des Rades entsprechend dem
Sensor an, der die Relativgeschwindigkeitssignale liefert.
Vom Block 140 geht die Routine zu Block 142, wo sie das
Signal fAVE(k) durch ein Butterworth-Tiefpaßfilter 2. Ordnung
tiefpaßfiltert, das getrennt als:
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y(k) = a&sub0;y(k-1) - a&sub1;y(k-2) + b&sub0;u(k) + b&sub1;u(k-1) + b&sub2;u(k-2)
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implementiert ist, wobei y(k) die Filterausgabe ist, u(k) die
Filtereingabe ist und a&sub0;, a&sub1;, b&sub0;, b&sub1; und b&sub2; die
Filterkonstanten sind. Beispielhafte Werte für die Filterkonstanten sind:
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a&sub0; = 0,9999, b&sub0; = 0,1558e&supmin;&sup8;, b&sub1; = 0,3117e&supmin;&sup8; und
b&sub2; = 0,1558e&supmin;&sup8;.
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Ein Block 140 führt eine Nachschlagetabellenfunktion aus,
um den Reifendruck entsprechend dem gefilterten
Durchschnittsfrequenzsignal nachzuschlagen. Falls die Druckausgabe
der Nachschlagetabelle bei Block 146 geringer als eine
Schwelle NIEDRIG ist, aktiviert der Block 148 einen
Anzeigeralarm, um anzuzeigen, daß das Fahrzeugfahrer einen niedrigen
Reifendruck hat. Bei Block 150 wird der Reifendruck an das
Informationszentrum für den Fahrer ausgegeben, so daß darauf
durch den Fahrer, falls gewünscht, zugegriffen werden.
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Es versteht sich, daß die oben beschriebene
Computerablaufroutine einmal für jede Ecke des Fahrzeugs implementiert
ist, so daß die Füll- oder Innendrücke von jedem der vier
Reifen gemäß dieser Erfindung überwacht werden können.
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Es versteht sich auch, daß diese Erfindung, obgleich im
Sinne eines Fahrzeugs mit vier Rädern beschrieben, auch auf
handelsübliche Fahrzeuge mit mehreren Achsen implementiert
werden kann.
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In einer anderen beispielhaften Ausführung der Erfindung
wird statt der Durchschnittsfrequenz eine
Durchschnittsperiode des Relativgeschwindigkeitssignals verwendet. Dies
eliminiert die Notwendigkeit, eine Divisionsoperation im
Mikroprozessor durchzuführen, während eine äquivalente Information
geliefert wird. In diesem Fall weisen die Nachschlagetabelle
44 (Fig. 2) und der Block 144 (Fig. 6) statt der
Durchschnittsfrequenz eine Eingabe der Durchschnittsperiode auf.
Block 116 (Fig. 6) ist auch implementiert als:
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Tn(k) = 2 · ZÄHLUNG/(Abtastfrequenz) oder
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Tn(k) = 2 · ZÄHLUNG · Ts,
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wobei Ts die Abtastzeit oder -periode ist und Tn(k) die
Periode der Nulldurchgänge ist. Der Rest der Steuerroutine
arbeitet ähnlich wie oben beschrieben, mit der Ausnahme, daß die
Blöcke 136 und 138 Periodenvergleiche sind und daß der Block
140 die Durchschnittsperiode bestimmt, welche 1/fAVE(k) ist.