WO2008034414A1 - Verfahren zum bestimmen des druckes in einem pneumatischen fahrzeugreifen - Google Patents

Verfahren zum bestimmen des druckes in einem pneumatischen fahrzeugreifen Download PDF

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WO2008034414A1
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tire
forces
pressure
vehicle
determining
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Ulrich Pingel
Alexander Pingel
Jochen Klump.
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Ventech Gmbh
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    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01L—MEASURING FORCE, STRESS, TORQUE, WORK, MECHANICAL POWER, MECHANICAL EFFICIENCY, OR FLUID PRESSURE
    • G01L17/00—Devices or apparatus for measuring tyre pressure or the pressure in other inflated bodies
    • G01L17/005—Devices or apparatus for measuring tyre pressure or the pressure in other inflated bodies using a sensor contacting the exterior surface, e.g. for measuring deformation

Definitions

  • the invention relates to a method for determining the pressure in a pneumatic vehicle tire mounted on a vehicle.
  • the force distribution of a tire on the road is essentially determined by the tire pressure, the tire geometry, the load and the profile of the tire.
  • the stiffness as well as the shaping of the tire, the transition from the bearing surface to the tire sidewall, creates a strong supporting effect on the outer edges of the tire under high load or low tire pressure.
  • these strong forces of the tire sidewalls produce parallel power tongues.
  • internal forces of the tire such as the support force of the tire sidewalls and bending forces of the tire surface, also act on entering or leaving the flat bearing surface. These bending forces are also referred to as Latsch bin.
  • the latsch effect depends largely on the structure of the tire, the speed, the tire pressure and the tire load. The determination of the latent effect thus provides information about the tire, its load condition as well as the internal friction and rolling resistance of the tire.
  • the stiffness of the tire sidewalls creates a strong supporting effect on the side of the support surface. This supporting effect decreases with increasing tire pressure. At lower tire pressure, however, it increases sharply and generated by the bending of the tread transverse to the direction of travel a parallel line of force low contact force.
  • the forces that the tire brings to the road are to be regarded as 3-dimensional force profiles, z. B.
  • X direction of travel
  • Y transverse direction
  • Z force.
  • the tread pattern distributes the resulting forces only to the surfaces lying on it. The grooves do not transmit power to the road. This can result in high punctual surface pressures.
  • Advantageous embodiments are the subject of the dependent claims.
  • a method of determining the pressure in a pneumatic vehicle tire mounted on a vehicle comprises the steps of:
  • the circumferential center area is the area of the tire, which is mainly determined by the air pressure in the tire and not by internal forces of the tire. Typically this is the center area of the support surface. Only the central region of the support surface has so few inner tire forces that this surface is mainly determined by the tire pressure and thus provides the important information for the invention.
  • the correct tire pressure it is possible to estimate the correct tire pressure or to determine whether the correct tire pressure prevails by forcing and interpreting the force profile transversely to the direction of travel.
  • the ideal tire pressure prevails when the tire support surface brings the load of the vehicle as evenly as possible on the road. If there is a spherical force distribution, the tire pressure is too high. Too low a tire pressure can be recognized by the high flank support force and the parallel running force throat as well as high Latency effects. Such latent or Walk bine are recognizable at the front and rear peaks of the force signal in the direction of travel at low tire pressure. They are responsible for the internal friction and thus for the heating of the tire. From this information can be obtained, which allows an objective evaluation of the correct tire pressure as a pressure range and not only as a fixed number.
  • the determination of the Latsch bines takes place by comparing the measured force profile with a pre-stored force profile that would have arisen without Latsch bin, or on a symmetry consideration of the force profile.
  • the invention provides for measuring the entire area of the support surface, but evaluating different areas according to different criteria or with respect to specific parameters and forces. It is provided that is determined in the circumferential center of the vehicle tire, since there only minimal disturbing forces act by internal forces of the tire. The remaining influence of the profile can be eliminated by averaging several measured values.
  • the four side regions adjacent to the center region provide additional parameters of the inner tire forces.
  • Tire flank forces for example, can be determined from the transverse force profile, as well as flank throat forces, while flexing forces result, for example, from the longitudinal force profile.
  • the parameters of all tires can be evaluated, for example, for the tire pressures of all tires of a vehicle can be specified whether they are within a permissible pressure range. Then, a singular information may be displayed, for example by a traffic light indicating "all tires in order", "one or more tires out of order” or a similarly worded statement.
  • the optimal tire pressure is reached when the force profile transversely to the direction of travel shows a uniform force distribution as possible. If high forces of the tire flank occur at the edges, paired with force indentations that lie laterally from the inside, the tire sidewall is too curved and the pressure is too low.
  • Figure 1 shows the typical force curve of a tire in the direction of travel
  • Figure 2 shows the typical force curve of a tire transverse to the direction of travel
  • Figure 3 is a schematic representation for determining the axis camber from the data of the tires.
  • the typical force curve of the tire is considered both in the direction of travel and transversely to the direction of travel.
  • the correct tire pressure is characterized by the fact that the distribution of forces is flat, whereas if the tire pressure is too high there is a crowned distribution of forces, high flank forces occur if the tire pressure is too low.
  • a strong slippery effect can also be an indication of high tire load caused by high load or low pressure.
  • a Laces effect is characterized by the fact that there is an overshoot in the curve in the direction of travel at the transition from the slope to the plateau. The effect is caused by the buckling of the tread and possibly the flanks and the restoring force generated thereby. Since the tire material is rubber, it creates an elastic and a plastic force component.
  • the elastic component results in elevations on the slopes and downs, as well as at the beginning and end of the plateau, while the plastic component on the slope and at the beginning of the plateau leads to force amplification, at the end of the plateau and on the back drop to force reduction.
  • the Laces effect is then manifested by a curve view, in which the front and rear edges and corners of the longitudinal profile are compared with a symmetrical trapezoidal profile.
  • a similar behavior shows the force curve of a tire transversely to the direction of travel, as shown in Figure 2. It makes sense to consider the force profile longitudinally and transversely as a surface. From the profiles longitudinally and transversely different parameters can be determined.
  • the tire pressure itself can then be determined by converting the measured forces which are not modified by the influences of the tire sidewalls and by the luffing effect, ie those in the circumferential center region of the tire, into partial pressures, the force being divided by the measuring surface.
  • the Querproeuropa of the tire it is advantageous if the Querproeuropa of the tire as possible shows a consistently high pressure.
  • the array of load sensors may be a sensor array or a sensor array. From the data of the tires further important facts can be determined. This is for example the fall of the axle or the tires.
  • the camber describes the angle around the direction of travel of the tire to its axis. It is predetermined by the design, but may vary due to damage, resulting in poor handling characteristics as well as increased energy consumption and tire wear.
  • the fall is reflected in the measured data in that, as shown in Figure 3, the bearing surfaces of the tire is not square, but tapers conically to the side. From the conicity can be derived how strong the fall is, it can then be checked against tolerances.

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Abstract

Die Erfindung beschreibt ein Verfahren zum Bestimmen des Druckes in einem pneumatischen Fahrzeugreifen, der an einem Fahrzeug angebracht ist, mit den Schritten: Bereitstellen einer Anordnung aus Lastsensoren; Bestimmen, wahrend sich das Fahrzeug über die Anordnung bewegt, eines Umfangsmittenbereiches des Fahrzeugreifens; Messen der Krafte auf die Anordnung aus Lastsensoren quer zur Fahrtrichtung, wobei in zumindest einem Teil des Umfangsmittenbereiches gemessen wird.

Description

Verfahren zum Bestimmen des Druckes in einem pneumatischen Fahrzeugreifen
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Bestimmen des Druckes in einem pneumatischen Fahrzeugreifen, der an einem Fahrzeug angebracht ist.
Die Kraftverteilung eines Reifens auf der Straße wird wesentlich durch den Reifendruck, die Reifengeometrie, die Last und das Profil des Reifens bestimmt. Die Steifigkeit als auch die Formung des Reifens, des Übergangs von der Auflagefläche zur Reifenflanke, erzeugt bei hoher Belastung oder geringem Reifendruck eine starke Stützwirkung an den Aussenkanten des Reifens. Hierbei erzeugen diese starken Kräfte der Reifenflanken parallel verlaufende Kraftkehlen. Zusätzlich wirken noch innere Kräfte des Reifens, wie die Stützkraft der Reifenflanken und Biegekräfte der Reifenfläche beim Eintritt bzw. Austritt in die flache Auflagefläche. Diese Biegekäfte werden auch als Latscheffekt bezeichnet. Beim Eintritt der Reifenlauffläche in die Auflagefläche wird diese nämlich aus der natürlichen runden Form in eine ebene Form gebracht. Hierbei wird sie in einen kleinen Radius gezwungen, wodurch eine Rückstellkraft, nämlich der Latscheffekt, entsteht, die um so größer ist, je länger die Auflagefläche ist. Gleiches entsteht beim Abrollen des Reifens. Der Latscheffekt hängt wesentlich vom Aufbau des Reifens, der Geschwindigkeit, des Reifendrucks und der Reifenlast ab. Die Bestimmung des Latscheffektes gibt somit Aufschluß über den Reifen, seinen Belastungszustand sowie die innere Reibung und den Rollwiderstand des Reifens.
Die Steifigkeit der Reifenflanken erzeugt eine starke Stützwirkung an der Seite der Auflagefläche. Diese Stützwirkung nimmt mit steigendem Reifendruck ab. Bei geringerem Reifendruck nimmt sie dagegen stark zu und erzeugt durch die Biegung der Lauffläche quer zur Fahrtrichtung eine parallele Kraftlinie geringer Auflagekraft.
Die Kräfte, die der Reifen auf die Fahrbahn bringt, sind als 3-dimensionale Kraftprofile anzusehen, z. B. X = Fahrtrichtung, Y = Querrichtung, Z = Kraft. Das Reifenprofil verteilt die entstehenden Kräfte nur auf die aufliegenden Flächen. Die Rillen übertragen keine Kraft auf die Straße. Dadurch können hohe punktuelle Flächenpressungen entstehen.
Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zur Verfügung zu stellen, mit dem festgestellt werden kann, ob ein Fahrzeugreifen einen zulässigen Reifendruck aufweist, beispielsweise einen, der in einen vorgegebenen Sollwert- oder Toleranzbereich fällt. Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren nach Anspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind Gegenstand der Unteransprüche.
Erfindungsgemäß umfaßt ein Verfahren zum Bestimmen des Druckes in einem pneumatischen Fahrzeugreifen, der an einem Fahrzeug angebracht ist, die Schritte:
Bereitstellen einer Anordnung aus Lastsensoren;
Bestimmen, während sich das Fahrzeug über die Anordnung bewegt, eines Umfangs- mittenbereiches des Fahrzeugreifens;
Messen der durch den Fahrzeugreifen ausgeübten Kräfte mittels der Anordnung aus
Lastsensoren quer zur Fahrtrichtung, wobei in zumindest einem Teil des Umfangsmit- tenbereiches gemessen wird.
Der Umfangsmittenbereich ist dabei die Fläche des Reifens, die hauptsächlich durch den Luftdruck im Reifen und nicht durch innere Kräfte des Reifens bestimmt ist. Typischerweise ist dies der Mittenbereich der Auflagefläche. Nur der Mittenbereich der Auflagefläche besitzt so wenige innere Reifenkräfte, daß diese Fläche hauptsächlich vom Reifendruck bestimmt ist und damit die für die Erfindung wichtige Information liefert.
Mit der Erfindung gelingt es, den korrekten Reifendruck abzuschätzen bzw. festzustellen, ob der korrekte Reifendruck herrscht, indem das Kraftprofil quer zur Fahrtrichtung vennessen und interpretiert wird. Der ideale Reifendruck herrscht dann, wenn die Reifenauflagefläche die Last des Fahrzeuges möglichst gleichmäßig auf die Straße bringt. Liegt eine ballige Kraftverteilung vor, so ist der Reifendruck zu hoch. Ein zu niedriger Reifendruck läßt sich an der hohen Flankenstützkraft und der parallel hierzu verlaufenden Kraftkehle sowie auch an hohen Latscheffekten erkennen. Solche Latsch- oder Walkeffekte sind an den vorderen und hinteren Spitzen des Kraftsignals in Fahrtrichtung bei geringem Reifendruck erkennbar. Sie sind für die innere Reibung und damit für die Erwärmung des Reifens verantwortlich. Hieraus kann eine Information gewonnen werden, die eine objektive Bewertung des richtigen Reifendruk- kes als Druckbereich und nicht nur als feste Zahl ermöglicht. Die Bestimmung des Latscheffektes erfolgt dabei durch einen Vergleich des gemessenen Kraftprofils mit einem vorab hinterlegten Kraftprofil, das die ohne Latscheffekt entstanden wäre, oder über eine Symmetriebetrachtung des Kraftprofils. Somit läßt sich aus der Planität der Kraftverteilung der Auflagefläche und seiner Interpretation ableiten,' ob der Reifen mit zu viel oder zu wenig Druck beaufschlagt wurde. Die Erfindung sieht insbesondere vor, den gesamten Bereich der Auflagefläche zu vermessen, unterschiedliche Bereiche jedoch nach unterschiedlichen Kriterien bzw. bezüglich bestimmter Parameter und Kräfte auszuwerten. Dabei ist vorgesehen, daß im Umfangsmittenbereich des Fahrzeugreifens bestimmt wird, da dort nur minimale Störkräfte durch innere Kräfte des Reifens wirken. Der verbleibende Einfluß des Profils kann durch Mittelung mehrerer Meßwerte eliminiert werden. Die vier an den Mittenbereich angrenzenden Seitenbereiche liefern zusätzliche Parameter der inneren Reifenkräfte.
So können Reifenflankenkräfte beispielsweise aus dem Querkraftprofil bestimmt werden, ebenso Flankenkehlkräfte, während sich Walkkräfte beispielsweise aus dem Längskraftprofil ergeben.
Die Parameter aller Reifen können bewertet werden, beispielsweise kann für die Reifendrücke aller Reifen eines Fahrzeuges angegeben werden, ob sie in einem zulässigen Druckbereich liegen. Dann kann eine singuläre Information angezeigt werden, beispielsweise durch eine Ampelleuchte, die angibt "alle Reifen in Ordnung", "ein oder mehrere Reifen nicht in Ordnung" oder eine ähnlich formulierte Aussage.
Der optimale Reifendruck ist dann erreicht, wenn das Kraftprofil quer zur Fahrtrichtung eine möglichst gleichbleibende Kraftverteilung zeigt. Treten an den Kanten hohe Kräfte der Reifenflanke auf, gepaart mit seitlich von innen danebenliegenden Kraftkehlen, so ist die Reifenflanke zu stark gewölbt und der Druck ist zu niedrig.
Im folgenden soll die Erfindung anhand der beigefügten Zeichnungsfiguren näher erläutert werden. Dabei zeigt
Figur 1 den typischen Kraftverlauf eines Reifens in Fahrtrichtung;
Figur 2 den typischen Kraftverlauf eines Reifens quer zur Fahrtrichtung; Figur 3 eine schematische Darstellung zur Bestimmung des Achsensturzes aus den Daten der Reifen.
Zur Bewertung des Reifenzustandes wird der typischer Kraftverlauf des Reifens sowohl in Fahrtrichtung als auch quer zur Fahrtrichtung betrachtet. Wie der Figur 1 zu entnehmen ist, zeichnet sich der richtige Reifendruck dadurch aus, daß die Kräfteverteilung plan ist, während bei einem zu hohen Reifendruck eine ballige Kraftverteilung vorliegt, bei einem zu niedrigen Reifendruck hohe Flankenkräfte auftreten. Ein starker Latscheffekt kann ebenfalls ein Zeichen für eine hohe Reifenbelastung, hervorgerufen durch hohe Last oder zu niedrigen Druck sein. Ein Latscheffekt zeichnet sich dadurch aus, daß es in der Kurve in Fahrtrichtung am Übergang von der Steigung zum Plateau einen Überschwinger gibt. Der Effekt entsteht durch das Knicken der Lauffläche und gegebenenfalls der Flanken und der damit erzeugten Rückstellkraft. Da es sich beim Reifenmaterial um Gummi handelt, entsteht hier eine elastische und eine plastische Kraftkomponente. Die elastische Komponente führt an den Steigungen und Abfall sowie am Anfang und Ende des Plateaus zu Erhöhungen, während die plastische Komponente an der Steigung und am Anfang des Plateaus zu einer Kraftverstärkung, am Ende des Plateaus und auf dem hinteren Abfall zu einer Kraftreduzierung führt. Der Latscheffekt manifestiert sich dann durch eine Kurvenbetrachtung, bei der die vorderen und hinteren Kanten und Ecken des Längsprofils mit einem symmetrischen Trapez-Profil verglichen werden. Ein ähnliches Verhalten zeigt der Kraftverlauf eines Reifens quer zur Fahrtrichtung, wie in Figur 2 dargestellt. Sinnvollerweise wird das Kraftprofil längs und quer als Fläche betrachtet. Aus den Profilen längs und quer lassen sich unterschiedliche Parameter ermitteln.
Durch Differenzierung des Druckverlaufs in Längsrichtung kann man den Einfluß des quer strukturierten Reifenprofils erkennen. Diese Information wird dazu ausgewertet, den Einfluß des Querprofils auf die Berechnung des Reifendrucks zu berücksichtigen.
Der Reifendruck selbst kann dann bestimmt werden, indem die gemessenen Kräfte, die nicht durch die Einflüsse der Reifenflanken und durch den Latscheffekt modifiziert sind, also diejenigen im Umfangsmittenbereich des Reifens, in partielle Drücke umgerechnet werden, wobei die Kraft durch die Meßfläche geteilt wird. Insbesondere bei PKW-Reifen ist es vorteilhaft, wenn das Querprofü des Reifens möglichst einen gleich bleibend hohen Druck zeigt.
Die Anordnung aus Lastsensoren kann eine Sensorzeile oder eine Sensormatrix sein. Aus den Daten der Reifen können weitere wichtige Fakten ermittelt werden. Dies ist zum Beispiel der Sturz der Achse oder der Reifen. Der Sturz beschreibt den Winkel um die Fahrtrichtungsachse des Reifens zu seiner Achse. Er ist durch die Konstruktion vorgegeben, kann jedoch durch Beschädigung davon abweichen, was zu schlechten Fahreigenschaften sowie erhöhtem Energieverbrauch und Reifenverschleiß führt.
Der Sturz macht sich in den Meßdaten dadurch bemerkbar, daß, wie in Figur 3 gezeigt, die Auflageflächen der Reifen nicht quadratisch ist, sondern konisch zur Seite hin zuläuft. Aus der Konizität läßt sich ableiten, wie stark der Sturz ist, er kann dann auch gegen Toleranzen überprüft werden.
Die in der vorstehenden Beschreibung, in der Zeichnung sowie in den Ansprüchen offenbarten Merkmale der Erfindung können sowohl einzeln als auch in beliebiger Kombination für die Verwirklichung der Erfindung wesentlich sein.

Claims

Patentansprüche:
1. Verfahren zum Bestimmen des Druckes in einem pneumatischen Fahrzeugreifen, der an einem Fahrzeug angebracht ist, mit den Schritten:
Bereitstellen einer Anordnung aus Lastsensoren;
Bestimmen, während sich das Fahrzeug über die Anordnung bewegt, eines Umfangs- mittenbereiches des Fahrzeugreifens;
Messen der Kräfte auf die Anordnung aus Lastsensoren quer zur Fahrtrichtung, wobei in zumindest einem Teil des Umfangsmittenbereiches gemessen wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere Meßwerte gemit- telt werden.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Reifendruck durch Bestimmen der partiellen Drücke aus dem Kraftprofil des Umfangsmittenbereiches ermittelt wird.
4. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß aus dem Kraftprofil quer zur Fahrtrichtung Reifenflankenkräfte und/oder Flankenkehlkräfte bestimmt werden.
5. Verfahren nach Anspruch 1, weiter gekennzeichnet durch Messen der Kräfte auf die Anordnung aus Lastsensoren längs zur Fahrtrichtung.
6. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß Walkkräfte aus dem Längs- kraftprofil bestimmt werden.
7. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, daß ein Latscheffekt durch Vergleichen des gemessenen Kraftprofils mit einem vorab hinterlegten Kraftprofil, das ohne Latscheffekt entstanden wäre, bestimmt wird.
8. Verfahren nach Anspruch 1, weiter gekennzeichnet durch das Bestimmen von Werten, wie der Konizität der Reifenauflagefläche, die eine Bewertung des Reifensturzes ermöglichen.
9. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch das Bewerten der Parameter, beispielsweise Reifendrücke, aller Reifen eines Fahrzeuges, ob sie in einem zulässigen Parameterbereich liegen, und Anzeigen einer entsprechenden Information.
PCT/DE2007/001649 2006-09-19 2007-09-14 Verfahren zum bestimmen des druckes in einem pneumatischen fahrzeugreifen WO2008034414A1 (de)

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