WO2008037631A1 - Verfahren zur indirekten reifendrucküberwachung - Google Patents

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WO2008037631A1
WO2008037631A1 PCT/EP2007/059852 EP2007059852W WO2008037631A1 WO 2008037631 A1 WO2008037631 A1 WO 2008037631A1 EP 2007059852 W EP2007059852 W EP 2007059852W WO 2008037631 A1 WO2008037631 A1 WO 2008037631A1
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WO
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wheel
parameter
model
wheels
determined
Prior art date
Application number
PCT/EP2007/059852
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English (en)
French (fr)
Inventor
Daniel Fischer
Markus Irth
Original Assignee
Continental Teves Ag & Co. Ohg
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Publication date
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60C—VEHICLE TYRES; TYRE INFLATION; TYRE CHANGING; CONNECTING VALVES TO INFLATABLE ELASTIC BODIES IN GENERAL; DEVICES OR ARRANGEMENTS RELATED TO TYRES
    • B60C23/00—Devices for measuring, signalling, controlling, or distributing tyre pressure or temperature, specially adapted for mounting on vehicles; Arrangement of tyre inflating devices on vehicles, e.g. of pumps or of tanks; Tyre cooling arrangements
    • B60C23/06—Signalling devices actuated by deformation of the tyre, e.g. tyre mounted deformation sensors or indirect determination of tyre deformation based on wheel speed, wheel-centre to ground distance or inclination of wheel axle
    • B60C23/061—Signalling devices actuated by deformation of the tyre, e.g. tyre mounted deformation sensors or indirect determination of tyre deformation based on wheel speed, wheel-centre to ground distance or inclination of wheel axle by monitoring wheel speed
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
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    • B60C23/061—Signalling devices actuated by deformation of the tyre, e.g. tyre mounted deformation sensors or indirect determination of tyre deformation based on wheel speed, wheel-centre to ground distance or inclination of wheel axle by monitoring wheel speed
    • B60C23/062—Frequency spectrum analysis of wheel speed signals, e.g. using Fourier transformation

Definitions

  • the invention relates to a method according to the preamble of claim 1 and a tire pressure monitoring system according to the preamble of claim 11.
  • Tire pressure monitoring systems protect vehicle occupants from vehicle damage due, for example, to abnormal tire air pressure.
  • an abnormal tire air pressure can increase tire wear and fuel consumption or lead to a tire defect ("tire burst")
  • Tire pressure monitoring systems are already known which operate either on the basis of directly measuring sensors or through evaluation of engine speed or torque Vibration characteristics of the vehicle wheels detect an abnormal tire pressure.
  • a so-called indirectly measuring tire pressure monitoring system is known from DE 100 58 140 A1, which detects a tire pressure loss by evaluating the wheel rotational movement (DDS: Deflation Detection System).
  • a tire pressure gauge which determines a pressure loss in a tire on the basis of tire vibrations, wherein at least one resonance frequency component is extracted from the tire vibrations.
  • a method for indirect tire pressure monitoring is disclosed in patent application DE 10 2005 004 910 A1, which improves an indirectly measuring tire pressure monitoring system based on the evaluation of the wheel rotation movement taking into account the torsional natural frequency of the tires.
  • the object of the invention is to provide an alternative method for indirect tire pressure monitoring, in which the wheel rotational behavior of at least one wheel is evaluated.
  • angular velocity is understood to mean a generalization of the term, for example, the term also encompasses all other rotational motion variables which are directly linked to the angular velocity, such as revolution time, rotational speed or rotational speed.
  • the invention is based on the idea that a model-based, joint analysis of the torsional vibration behavior of at least two vehicle wheels is carried out, wherein at least one front wheel and one rear wheel are considered together in the underlying model.
  • the two jointly considered wheels are the front wheel and the rear wheel of the same side of the vehicle, since the wheels of one side of the vehicle roll over substantially the same ground. This condition is met particularly well when driving straight or driving straight ahead, which is why the analysis of the vibration behavior is particularly preferably carried out in these two driving situations.
  • the method according to the invention for tire pressure monitoring of the tires of a motorcycle is preferably carried out.
  • preference is given directly to the time profiles of the angular velocities of the two wheels.
  • the angular speeds of the wheels are particularly preferably determined by means of wheel speed sensors.
  • the signals of the wheel speed sensors are processed by signal technology and then enter into the analysis as angular velocities.
  • bandpass filtering is particularly preferably carried out. This can be used to filter out interference effects from the signal.
  • the first and second time derivatives of the angular speeds of the two wheels enter the model in addition to the temporal progressions of the angular velocities.
  • the time derivatives are particularly preferably determined by numerical derivative of the angular velocities.
  • the time difference is preferably determined from the wheelbase and the vehicle speed. This represents a particularly cost-effective determination of the time difference, since the required information regarding the vehicle speed usually in the context of an anti-lock braking system already exist and the wheelbase can also be easily stored in a control unit.
  • the angular velocities of the jointly considered front and rear wheels are used or the angular velocities of all front and rear wheels are evaluated.
  • the model leads to at least one equation in which at least one measurable rotational movement variable and a parameter of the front wheel are linked to a measurable rotational movement variable and a parameter of the rear wheel.
  • the rotational movement quantity is particularly preferably the angular velocity or wheel rotational speed.
  • the parameter is particularly preferably the tire torsional stiffness.
  • a parameter of the model used and / or a coefficient variable associated with a parameter of the model used are then determined on the basis of this equation and the measured rotary motion variables by means of an estimation method.
  • the parameters or corresponding coefficients of the front wheel and the rear wheel associated with the parameters are determined.
  • Tire pressure loss is then detected by a change in parameter (s) and / or coefficient size (s).
  • tire pressure loss is determined directly from the particular model Parameters Tire torsional stiffness detected.
  • a direct pressure monitoring is possible by evaluating as few parameters as possible.
  • the parameter system damping determined and evaluated for warning. In this way, an early and safe warning can be realized.
  • the change in the parameter or the coefficient size is preferably recognized on the basis of a comparison of a currently determined parameter or a currently determined coefficient variable with a parameter learned in a learning phase or a learned coefficient variable.
  • a comparison of a currently determined parameter or a currently determined coefficient variable with a parameter learned in a learning phase or a learned coefficient variable By comparison with learned comparison values, / are used e.g. the currently used tire type or different tire types per axle or wheel are taken into account.
  • the beginning of a learning phase is particularly preferred by the driver, e.g. by pressing a switch or button or selecting a menu item in the vehicle computer, triggered.
  • re-teaching may also be automatically initiated by a vehicle system, e.g. at a recognized tire change.
  • the model used and / or coefficient parameters associated with the parameters it is preferable to determine one or more parameters of the model used and / or coefficient parameters associated with the parameters by an estimation method and to determine a coefficient of friction therefrom.
  • the coefficient of friction can then be used for anti-lock control (ABS) and / or as part of an electronic stability program (ESP).
  • ABS anti-lock control
  • ESP electronic stability program
  • Particularly suitable for determining a coefficient of friction is the model parameter system damping.
  • a quality measure for the detection of a pressure loss is determined according to another preferred embodiment of the method according to the invention and used to decide whether a warning of a pressure loss should take place and / or carried out in the present situation, a determination or training of a parameter and / or a coefficient size shall be.
  • the quality measure indicates the reliability of the pressure loss warning and / or the reliability of the determination of the parameter / the coefficient size. If the reliability of the method is insufficient due to any interference, the method or one or more sub-steps of the method is suspended. This avoids false warnings.
  • the quality measure is particularly preferably determined from the correlation between the angular speeds of the front and rear wheels, since the angular velocities are also the basis for determining the parameter / coefficient size (n). Most preferably, the quality measure is the maximum of the corresponding correlation function.
  • the method according to the invention is preferably carried out in addition to another, indirectly measuring tire pressure monitoring method.
  • the other tire pressure monitoring system is preferably a system (DDS) which uses a change in the rotational behavior of the vehicle wheels, for example a change in the rolling circumference, by means of a comparison of learned reference values which are determined from the wheel speeds with currently determined reference values, a pressure loss recognizes.
  • DDS system
  • Such systems do not work on a wheel-specific basis, which is why supplementing with the method according to the invention is advantageous.
  • An advantage of the method according to the invention is that reliable, wheel-specific tire pressure loss monitoring is possible.
  • the invention also relates to a tire pressure monitoring system in which a method described above is performed.
  • Fig. 1 shows schematically a flowchart of an embodiment of the method according to the invention.
  • the present invention is based on a model-based investigation of the torsional vibration behavior of the tires in the time domain.
  • the vibration behavior of the front and the rear tire is described together model-based.
  • the rotational vibration behavior of the tire to the wheel axis of rotation is described, for example in accordance with a physical Mo ⁇ dell.
  • This model describes the vibration of a wheel through a spring-damper system (with the descriptive model parameters torsional stiffness c and system damping d) as well as the unknown road excitation z s .
  • the following model-dependent differential equations apply:
  • ⁇ wheel speed, eg in units l / s; ⁇ : time derivative of the wheel speed ⁇ , eg in units l / s 2 ; ⁇ : second time derivative of the wheel speed ⁇ , eg in
  • J Moment of inertia of the tire, eg in units Nms 2 ; c: Torsional stiffness of the tire, eg in units Nm; d: system damping, eg in units Nms; k: influence constant; eg in units N / s; z s : road profile, eg in units m,
  • T time offset between rear and front wheels to pass the same lane on the road, e.g. in units s.
  • the index v or h in each case is front or rear wheel ⁇ .
  • the wheel speed at front and rear wheel ⁇ v , ⁇ h (and hence their derivatives) as well as the street excitation z s are dependent on the time t.
  • the road excitation z s for the rear wheel is the same as that for the front wheel only provided with the time offset T. This is particularly true when the rear wheel follows the same lane as the front wheel (ie when driving straight ahead or near-straight ahead).
  • the time offset T is dependent on speed and wheelbase. However, it can be determined, eg calculated, for example from the two variables speed and wheelbase, which are known (eg as vehicle reference speed from an antilock braking system). Thus, the period T can be given, according to which the road excitation at the rear wheel corresponds to that at the front wheel.
  • ⁇ v (t) ⁇ --- ⁇ - ⁇ h (t + T) + - ⁇ - ⁇ v (t) + ⁇ - ⁇ v (t: k, J, J, J,
  • ⁇ h (t) ⁇ i- ⁇ v (t + T) + ⁇ - ⁇ h (t) + ⁇ - ⁇ h (t; k v J h J h J h
  • the wheel speeds ⁇ v , ⁇ h are determined, for example, by means of wheel speed sensors. Their temporal derivatives ⁇ v , ⁇ h , ⁇ v and ⁇ h can be determined from this by numerical derivation, for example.
  • the coefficients (prefactors the individual summands in front of the wheel speeds or their derivatives, for example, Ch / c) of this physical model are made up of the physical parameters of the model c v, c h, d v, i.e., Jv, Jh, k v, k h together and contain the torsional stiffness of the two tires c v , Ch, each of which depends on the tire air pressure.
  • all coefficients which contain the torsional stiffnesses c v , c h are dependent on the tire air pressure.
  • the coefficients are determined using parameter estimation methods, such as the least squares method, and can then be used to deduce a loss of tire pressure. It is assumed that the other parameters (eg the moment of inertia J v , J h and) do not change.
  • the system damping d is composed of the torsional rigidity c variable with the air pressure and the road friction coefficient CC and (virtually) immutable variables such as moments of inertia and wheel radius R.
  • the system damping d results from:
  • ⁇ is the current coefficient of friction, which is e.g. corresponds to the gradient of the ⁇ -slip curve at the current operating point.
  • the torsional stiffnesses c v , c h and the system losses d v , d h are thus obtained. From these, the coefficients of friction CC can be determined by means of equation (4). Thus, both a monitoring of the pressure (directly on the torsional stiffness) and the coefficient of friction is possible.
  • the exemplary method is applied individually on a wheel so that a loss of air pressure on up to all tires can be detected simultaneously.
  • the wheel speed signals are pre-processed, for example. This includes e.g. the bandpass filtering of each signal in the relevant frequency range of about 20-80 Hz.
  • the wheelbase and the vehicle speed can be used.
  • the cross-correlation function may be formed between the speeds of the front and rear wheels.
  • the position of the maximum of this function indicates the time offset T directly.
  • the magnitude of the maximum of the correlation function can also be used as the quality criterion Max for the estimation of the air pressure loss. If the value falls below a certain value, the determination of the coefficients / parameters can be suspended. Likewise, the warning strategy can be designed depending on this quality criterion Max. Thus, a warning W can only be done at a high quality value.
  • An example method comprises the following steps:
  • An exemplary tire pressure monitoring system for carrying out an exemplary method comprises the following means:
  • a further embodiment of a method according to the invention is shown schematically.
  • the wheel speed signals of the wheels 0V L , "VR, 03HL and ⁇ HR (VL: front left, VR: front right, HL: rear left, HR: rear right) are preprocessed in a bandpass filter 1.
  • a parameter estimation 3 is performed according to the above-described equations (2), (3) for the front and rear wheels of each vehicle side. From the coefficients thus determined, characteristic variables, for example the air-pressure-dependent stiffnesses C h , c v or natural frequencies f, of the tire are determined in a characteristic quantity determination.
  • the method according to the invention can advantageously be combined with another method for indirect tire pressure monitoring.
  • it can be combined with a process based on the analysis of the relative rolling circumferences of the tires (DDS).

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Abstract

Verfahren zur indirekten Reifendrucküberwachung eines Fahrzeugreifens eines Kraftfahrzeugs, in welchem das Raddrehverhalten mindestens eines Rades ausgewertet wird, wobei ein Druckverlust an einem Fahrzeugreifen durch eine modellbasierte, gemeinsame Analyse (2, 3) des Torsionsschwingungsverhaltens mindestens zweier Fahrzeugräder ermittelt wird, wobei in dem verwendeten Modell (2) zumindest ein Vorderrad und ein Hinterrad, insbesondere der selben Fahrzeugseite, gemeinsam betrachtet werden, sowie Reifendrucküberwachungssystem.

Description

Verfahren zur indirekten Reifendrucküberwachung
Die Erfindung betrifft ein Verfahren gemäß Oberbegriff von Anspruch 1 und ein Reifendrucküberwachungssystem gemäß Oberbegriff von Anspruch 11.
In modernen Kraftfahrzeugen finden vermehrt Systeme Anwendung, welche zu einem aktiven oder passiven Schutz der Insassen beitragen. Systeme zur Reifendrucküberwachung schützen die Fahrzeuginsassen vor Fahrzeugschäden, welche beispielsweise auf einen abnormalen Reifenluftdruck zurückzuführen sind. Durch einen abnormalen Reifenluftdruck können sich beispielsweise der Reifenverschleiß und der Kraftstoffverbrauch erhöhen oder es kann zu einem Reifendefekt („Rei- fenplatzer" ) kommen. Es sind bereits verschiedene Reifendrucküberwachungssysteme bekannt, welche entweder auf Basis direkt messender Sensoren arbeiten oder durch Auswertung von Drehzahl- oder Schwingungseigenschaften der Fahrzeugräder einen abnormalen Reifendruck erkennen.
Aus der DE 100 58 140 Al ist ein so genanntes indirekt messendes Reifendrucküberwachungssystem bekannt, welches durch Auswertung der Raddrehbewegung einen Reifendruckverlust de- tektiert (DDS: Deflation Detection System).
Aus der EP 0 578 826 Bl ist ein Reifendruckmesser bekannt, welcher auf Basis von Reifenschwingungen einen Druckverlust in einem Reifen ermittelt, wobei aus den Reifenschwingungen mindestens eine Resonanzfrequenzkomponente extrahiert wird.
Ein Verfahren zur indirekten Reifendrucküberwachung wird in der Patentanmeldung DE 10 2005 004 910 Al offenbart, welches ein auf der Auswertung der Raddrehbewegung basierendes indirekt messendes Reifendrucküberwachungssystem unter Berücksichtigung der Torsionseigenfrequenz der Reifen verbessert. Aufgabe der Erfindung ist es, ein alternatives Verfahren zur indirekten Reifendrucküberwachung bereitzustellen, in welchem das Raddrehverhalten mindestens eines Rades ausgewertet wird .
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch das Verfahren nach Anspruch 1 gelöst.
Unter dem Begriff „Winkelgeschwindigkeit" wird erfindungsgemäß eine Verallgemeinerung des Begriffs verstanden. So werden unter dem Begriff auch alle anderen Drehbewegungsgrößen verstanden, welche direkt mit der Winkelgeschwindigkeit verknüpft sind, wie z.B. Umlaufzeit, Drehzahl oder Drehgeschwindigkeit .
Der Erfindung liegt der Gedanke zugrunde, dass eine modellbasierte, gemeinsame Analyse des Torsionsschwingungsverhal- tens mindestens zweier Fahrzeugräder durchgeführt wird, wobei in dem zugrundeliegenden Modell zumindest ein Vorderrad und ein Hinterrad gemeinsam betrachtet werden.
Bevorzugt handelt es sich bei den beiden gemeinsam betrachteten Rädern um das Vorderrad und das Hinterrad derselben Fahrzeugseite, da die Räder einer Fahrzeugseite im Wesentlichen über denselben Untergrund abrollen. Diese Bedingung ist besonders gut bei Geradeausfahrt oder annährender Geradeausfahrt erfüllt, weshalb die Analyse des Schwingungsverhaltens besonders bevorzugt in diesen beiden Fahrsituationen durchgeführt wird.
Bevorzugt wird das erfindungsgemäße Verfahren zur Reifendrucküberwachung der Reifen eines Kraftrades durchgeführt. In das der Analyse zugrundeliegende Modell gehen bevorzugt direkt die zeitlichen Verläufe der Winkelgeschwindigkeiten der beiden Räder ein. Die Winkelgeschwindigkeiten der Räder werden besonders bevorzugt mit Hilfe von Raddrehzahlsensoren bestimmt. Ebenso ist es besonders bevorzugt, dass die Signale der Raddrehzahlsensoren signaltechnisch aufbereitet werden und dann als Winkelgeschwindigkeiten in die Analyse eingehen. Zur signaltechnischen Aufbereitung wird besonders bevorzugt eine Bandpassfilterung durchgeführt. Damit können Störeffekte aus dem Signal herausgefiltert werden.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens gehen in das Modell neben den zeitlichen Verläufen der Winkelgeschwindigkeiten auch die ersten und zweiten zeitlichen Ableitungen der Winkelgeschwindigkeiten der beiden Räder ein. Die zeitlichen Ableitungen werden besonders bevorzugt durch numerische Ableitung aus den Winkelgeschwindigkeiten bestimmt.
Bevorzugt wird in dem zugrundeliegenden Modell angenommen, dass Anregungen, welche über die Fahrbahn auf die Räder ü- bertragen werden, für das Vorderrad und das Hinterrad gleich und versetzt um eine zeitliche Differenz sind. Hierdurch kann eine Berücksichtigung der Straßenanregung in dem Modell vermieden werden.
Die zeitliche Differenz wird bevorzugt aus dem Achsstand und der Fahrzeuggeschwindigkeit bestimmt. Dies stellt eine besonders kostengünstige Bestimmung der Zeitdifferenz dar, da die benötigten Informationen bezüglich der Fahrzeuggeschwindigkeit üblicherweise im Rahmen eines Antiblockiersystems bereits vorliegen und der Achsstand ebenfalls einfach in einem Steuergerät abgelegt werden kann.
Alternativ ist es bevorzugt, die Korrelation zwischen den Winkelgeschwindigkeiten von vorderen und hinteren Rädern zu bestimmen und daraus die zeitliche Differenz zu ermitteln. Hierzu werden gemäß einer besonders bevorzugten Ausführungsform die Winkelgeschwindigkeiten der gemeinsam betrachteten Vorder- und Hinterräder herangezogen oder die Winkelgeschwindigkeiten aller Vorder- und Hinterräder ausgewertet.
Gemäß einer anderen bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens führt das Modell zu mindestens einer Gleichung, in welcher zumindest eine messbare Drehbewegungsgröße und ein Parameter des Vorderrades mit einer messbaren Drehbewegungsgröße und einem Parameter des Hinterrades verknüpft wird. Bei der Drehbewegungsgröße handelt es sich besonders bevorzugt um die Winkelgeschwindigkeit oder Raddrehzahl. Bei dem Parameter handelt es sich besonders bevorzugt um die Reifentorsionssteifigkeit .
Bevorzugt wird dann anhand dieser Gleichung und den gemessenen Drehbewegungsgrößen mittels eines Schätzverfahrens ein Parameter des verwendeten Modells und/oder eine mit einem Parameter des verwendeten Modells zusammenhängende Koeffizientengröße, z.B. ein Quotient aus Reifentorsionssteifigkeit und Reifenträgheitsmoment, bestimmt. Besonders bevorzugt werden die Parameter oder entsprechende, mit den Parametern zusammenhängende Koeffizientengrößen des Vorder- und des Hinterrades bestimmt. Ein Reifendruckverlust wird dann anhand einer Änderung des/der Parameter (s) und/oder der Koeffizientengröße (n) erkannt. Ganz besonders bevorzugt wird der Reifendruckverlust direkt anhand des bestimmten Modell- Parameters Reifentorsionssteifigkeit erkannt. So ist eine direkte Drucküberwachung unter Auswertung möglichst weniger Parameter möglich. Zur Verbesserung der Druckverlustbewar- nung wird ganz besonders bevorzugt zusätzlich der Parameter Systemdämpfung bestimmt und zur Bewarnung ausgewertet. Hierdurch kann eine frühzeitige und sichere Bewarnung realisiert werden .
Die Änderung des Parameters oder der Koeffizientengröße wird bevorzugt anhand eines Vergleichs eines aktuell ermittelten Parameters oder einer aktuell ermittelten Koeffizientengröße mit einem in einer Lernphase eingelernten Parameter oder einer eingelernten Koeffizientengröße erkannt. Durch den Vergleich mit eingelernten Vergleichswerten wird/werden z.B. der aktuell verwendete Reifentyp oder verschiedene Reifentypen pro Achse oder Rad berücksichtigt. Der Beginn einer Lernphase wird besonders bevorzugt durch den Fahrer, z.B. durch Betätigung eines Schalters oder Tasters oder die Auswahl eines Menüpunktes im Fahrzeugcomputer, ausgelöst. Alternativ oder zusätzlich kann ein erneutes Einlernen auch durch ein Fahrzeugsystem automatisch ausgelöst werden, z.B. bei einem erkannten Reifenwechsel.
Außerdem ist es bevorzugt, einen oder mehrere Parameter des verwendeten Modells und/oder mit den Parametern zusammenhängende Koeffizientengrößen durch ein Schätzungsverfahren zu bestimmen und daraus einen Reibwert zu ermitteln. Der Reibwert kann dann zur Antiblockierregelung (ABS) und/oder im Rahmen eines elektronischen Stabilitätsprogramms (ESP) herangezogen werden. Besonders geeignet zur Bestimmung eines Reibwertes ist der Modellparameter Systemdämpfung. - S -
Ein Gütemaß für die Erkennung eines Druckverlustes wird gemäß einer anderen bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens bestimmt und zur Entscheidung herangezogen, ob eine Bewarnung eines Druckverlustes stattfindet soll und/oder ob in der vorliegenden Situation eine Bestimmung oder ein Einlernen eines Parameters und/oder einer Koeffizientengröße durchgeführt werden soll. Das Gütemaß gibt die Zuverlässigkeit der Druckverlustbewarnung und/oder die Zuverlässigkeit der Bestimmung des Parameters / der Koeffizientengröße an. Ist die Zuverlässigkeit des Verfahrens aufgrund irgendwelcher Störeinflüsse nicht ausreichend gegeben, so wird das Verfahren oder ein oder mehrere Teilschritte des Verfahrens ausgesetzt. Hierdurch werden Fehlwarnungen vermieden. Das Gütemaß wird besonders bevorzugt aus der Korrelation zwischen den Winkelgeschwindigkeiten der Vorder- und Hinterräder bestimmt, da die Winkelgeschwindigkeiten auch die Grundlage zur Bestimmung der Parameter / Koeffizienten- größe(n) sind. Ganz besonders bevorzugt ist das Gütemaß das Maximum der entsprechenden Korrelationsfunktion.
Das erfindungsgemäße Verfahren wird bevorzugt zusätzlich zu einem anderen, indirekt messenden Reifendrucküberwachungsverfahren durchgeführt. Bei dem anderen Reifendrucküberwachungssystem handelt es sich bevorzugt um ein System (DDS), welches anhand einer Änderung des Drehverhaltens der Fahrzeugräder, z.B. einer Änderung des Abrollumfangs, mittels eines Vergleichs von eingelernten Referenzwerten, welche aus den Raddrehzahlen bestimmt werden, mit aktuell ermittelten Referenzwerten einen Druckverlust erkennt. Solche Systeme arbeiten nicht radindividuell, weshalb eine Ergänzung mit dem erfindungsgemäßen Verfahren vorteilhaft ist. Ein Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens liegt darin, dass eine zuverlässige, radindividuelle Reifendruckverlustüberwachung möglich ist.
Die Erfindung betrifft auch ein Reifendrucküberwachungssystem, in welchem ein vorstehend beschriebenes Verfahren durchgeführt wird.
Weitere bevorzugte Ausführungsformen ergeben sich aus den Unteransprüchen und der nachfolgenden Beschreibung an Hand einer Figur.
Es zeigt
Fig. 1 schematisch ein Flussdiagramm eines Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Verfahrens.
Bei aus dem Stand der Technik bekannten indirekten Reifendrucküberwachungssystemen wird eine Frequenzanalyse der Radgeschwindigkeit der einzelnen Räder zur Erkennung eines radindividuellen Minderluftdrucks durchgeführt. Hierzu wird die vom Luftdruck abhängige Torsionseigenschwingung des Reifens zur Luftdrucküberwachung herangezogen. Außer dem Luftdruck haben aber auch andere Parameter einen Einfluss auf diese Schwingung, z.B. Straßenanregungen.
Während bekannte Verfahren eine signalbasierte Untersuchung der Raddrehzahlsignale mittels Spektralanalyse in einem Frequenzbereich durchführen, basiert die vorliegende Erfindung auf einer modellbasierten Untersuchung des Torsionsschwin- gungsverhaltens der Reifen im Zeitbereich. Dabei wird das Schwingungsverhalten des Vorder- und des Hinterreifens zusammen modellbasiert beschrieben. Das rotatorische Schwingungsverhalten der Reifen um die Raddrehachse wird beispielsgemäß durch ein physikalisches Mo¬ dell beschrieben. Dieses Modell beschreibt die Schwingung eines Rades durch ein Feder-Dämpfersystem (mit den beschreibenden Modell-Parametern Torsionssteifigkeit c und Systemdämpfung d) sowie die unbekannte Straßenanregung zs. Für das Vorderrad v und das Hinterrad h einer Fahrzeugseite gelten dann die folgenden, modellabhängigen Differential- Gleichungen :
Vorderrad: Jv-ωv(t) = cv -ωv(t ) + dv -ώv(t ) +kv -zs(t ) Hinterrad: Jh-ωh(t + T) = ch -ωh(t + T) + dh -ώh(t + T)+ kh ■ zs(t + T)
Dabei ist ω: Raddrehzahl, z.B. in Einheiten l/s; ώ: zeitliche Ableitung der Raddrehzahl ω, z.B. in Einheiten l/s2; ω: zweite zeitliche Ableitung der Raddrehzahl ω, z.B. in
Einheiten l/s3;
J: Trägheitsmoment des Reifens, z.B. in Einheiten Nms2; c: Torsionssteifigkeit des Reifens, z.B. in Einheiten Nm; d: Systemdämpfung, z.B. in Einheiten Nms; k: Einflusskonstante; z.B. in Einheiten N/s; zs: Straßenprofil, z.B. in Einheiten m,
T: Zeitversatz zwischen Hinter- und Vorderrad, um bei Fahrt denselben Ort der Fahrbahn zu passieren, z.B. in Einheiten s .
Der Index v bzw. h steht jeweils für Vorderrad bzw. Hinter¬ rad. Die Raddrehzahl an Vorder- und Hinterrad ωv , ωh (und damit ihre Ableitungen) sowie die Straßenanregung zs sind von der Zeit t abhängig.
Für die Gleichungen (1) ist modellgemäß angenommen, dass die Straßenanregung zs für das Hinterrad die gleiche ist wie die für das Vorderrad nur mit dem Zeitversatz T versehen. Dies ist insbesondere dann erfüllt, wenn das Hinterrad der gleichen Spur wie das Vorderrad folgt (d.h. bei Geradeausfahrt oder annährender Geradeausfahrt). Der Zeitversatz T ist geschwindigkeits- und radstandsabhängig. Er kann jedoch bestimmt, z.B. berechnet, werden, beispielsgemäß aus den beiden Größen Geschwindigkeit und Radstand, welche (z.B. als Fahrzeugreferenzgeschwindigkeit aus einem Antiblockiersys- tem) bekannt sind. Somit kann der Zeitraum T angegeben werden, nach welchem die Straßenanregung an dem Hinterrad der an dem Vorderrad entspricht.
Aus den Gleichungen (1) für das Vorder- und das Hinterrad wird beispielsgemäß die unbekannte Straßenanregung zs eliminiert und man erhält :
ώv(t) = ^---^-ώh(t + T)+-^--ωv(t)+^--ώv(t: k, J, J, J,
K Jv kh Jv
ώh(t) = ^i-ωv(t + T)+^-ωh(t)+^-ώh(t; kv Jh Jh Jh
—^•■^-•ωv(t + T) —^•^-•ώv(t + T) kv Jv kv Jh
Dadurch, dass die unbekannte Straßenanregung zs modellgemäß für das Vorder- und das Hinterrad mit einem Zeitversatz gleich angesetzt wird, kann diese in einem gemeinsamen Modell des Vorder- und des Hinterreifens eliminiert werden. Jede der Gleichungen (2) und (3) verknüpft die Raddrehzahl des Vorderrades ωv mit der Raddrehzahl des Hinterrades ωh und entspricht so einem gemeinsamen Modell von Vorder- und Hinterrad.
Die Raddrehzahlen ωv , ωh werden z.B. mittels Raddrehzahlsensoren bestimmt. Ihre zeitlichen Ableitungen ώv , ώh , ωv und ώh lassen sich daraus z.B. durch numerische Ableitung bestimmen .
Die Koeffizienten (Vorfaktoren der einzelnen Summanden vor den Raddrehzahlen bzw. ihren Ableitungen, z.B. Ch/Jh) dieses physikalischen Modells setzen sich aus den physikalischen Parametern des Modells cv, ch, dv, dh, Jv, Jh, kv, kh zusammen und enthalten die Torsionssteifigkeiten der beiden Reifen cv, Ch, welche jeweils vom Reifenluftdruck abhängen. Damit sind alle Koeffizienten, welche die Torsionssteifigkeiten cv, ch enthalten, vom Reifenluftdruck abhängig. Die Koeffizienten werden mit Methoden der Parameterschätzung, wie beispielsweise der Methode der kleinsten Quadrate, bestimmt, und aus ihnen kann dann auf einen Reifendruckverlust geschlossen werden. Dabei wird angenommen, dass die anderen Parameter (z.B. die Trägheitsmomente Jv, Jh und) sich nicht ändern.
Abhängig vom verwendeten Modell kann direkt die luftdruckab- c c hängige Eigenfrequenz Jz1 des Reifens, d.h. —— , —— , ermit-
Jv Jh telt werden. In Abhängigkeit von dem verwendeten Modell bzw. der Herleitung der Gleichungen (1) setzt sich die Systemdämpfung d aus der mit dem Luftdruck veränderlichen Torsionssteifigkeit c und dem Fahrbahnreibwert CC sowie (quasi) unveränderlichen Größen wie Trägheitsmomente und Radradius R zusammen. Gemäß eines Ausführungsbeispiels des Modells ergibt sich die Systemdämpfung d aus :
c-J d = a-R*
wobei α der aktuelle Reibwert ist, welcher z.B. dem Gradient der μ-Schlupf-Kurve am aktuellen Arbeitspunkt entspricht.
Durch Bestimmung der Koeffizienten der Gleichung (2) und/oder (3) durch Parameterschätzung ergeben sich somit die Torsionssteifigkeiten cv, ch und die Systemdämpfungen dv, dh. Aus diesen lassen sich mittels Gleichung (4) die Reibwerte CC bestimmen. Somit ist sowohl eine Überwachung des Druckes (direkt über die Torsionssteifigkeit ) als auch des Reibwertes möglich.
Nach einer Initialisierungsanforderung, z.B. durch Betätigung eines Reset-Tasters durch den Fahrer, werden die rele-
C C vanten Koeffizienten (z.B. —— , —— ) und/oder physikalischen
Jv Jh
Parameter (Torsionssteifigkeiten cv, ch) eingelernt. Reduzieren sich ein oder mehrere dieser Werte nach der Lernphase, deutet dies auf einen Luftdruckverlust hin, was zu einer Warnung des Fahrers und/oder Informationsverleitung an weitere Systeme führt. Zusätzlich kann die Systemdämpfung (dv, dh) überwacht werden, die ebenfalls von der Torsionssteifig- keit (cv, ch) abhängt (siehe z.B. Gleichung (4)) und somit druckabhängig ist, und zur Reifendruckverlustbewarnung herangezogen werden. Hierzu kann angenommen werden, dass sich der Reibwert nicht ändert, oder der Reibwert ist aus einem anderen Verfahren bekannt und wird berücksichtigt (z.B. gemäß Gleichung (4) ) .
Das beispielsgemäße Verfahren wird radindividuell angewandt, so dass ein Luftdruckverlust an bis zu allen Reifen gleichzeitig erkannt werden kann.
Um die Identifikation des Schwingungsmodells zu unterstützen, werden die Raddrehzahlsignale beispielsgemäß vorverarbeitet. Hierzu gehört z.B. die Bandpassfilterung jedes Signals im relevanten Frequenzbereich von ca. 20-80 Hz.
Für die Berechnung des Zeitversatzes T zwischen Vorder- und Hinterrad kann der Achsstand und die Fahrzeuggeschwindigkeit herangezogen werden.
Alternativ kann die Kreuzkorrelationsfunktion zwischen den Drehzahlen der Vorder- und der Hinterräder gebildet werden. Die Position des Maximums dieser Funktion gibt direkt den Zeitversatz T an.
Der Betrag des Maximums der Korrelationsfunktion kann auch als Gütekriterium Max für die Schätzung des Luftdruckverlustes herangezogen werden. Bei Unterschreiten eines bestimmten Wertes kann die Bestimmung der Koeffizienten/ Parameter ausgesetzt werden. Ebenfalls kann die Warnstrategie abhängig von diesem Gütekriterium Max ausgelegt werden. So kann eine Warnung W nur bei einem hohen Gütewert erfolgen.
Ein beispielgemäßes Verfahren umfasst die folgenden Schritte:
- Auswertung der Raddrehzahlsignale von Vorder- und Hinterrad ωv , ωh in einem Modell zur Bestimmung der luftdruckabhängigen Torsionssteifigkeit cv bzw. ch des Reifens,
- Verwendung der Kreuzkorrelationsfunktion zwischen den Drehzahlen ωv , ωh der Vorder- und der Hinterräder zur Bestimmung des zeitlichen Versatzes T, und
- Steuerung der Parameterschätzung über den Betrag des Maximums der Korrelationsfunktion (Gütemaß Max) .
Ein beispielsgemäßes Reifendrucküberwachungssystem zur Durchführung eines beispielsgemäßen Verfahrens umfasst die folgenden Mittel:
- Sensorik, z.B. Raddrehzahlsensoren, und elektronische Steuereinheit (ECU) eines Antiblockiersystems (ABS) und/oder eines elektronischen Stabilitätsprogrammes (ESP) ,
- ein gemeinsames Schwingungsmodell der Reifen, welches in der elektronischen Steuereinheit abgelegt ist, und
- ein Verfahren zur Parameterschätzung, welches in der e- lektronischen Steuereinheit durchgeführt wird.
In Fig. 1 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Verfahrens schematisch dargestellt. Die Raddrehzahlsignale der Räder 0VL, «VR, 03HL und ωHR (VL: vorne links, VR: vorne rechts, HL: hinten links, HR: hinten rechts) werden in einem Bandpassfilter 1 vorverarbeitet. Im Rahmen eines Rotationsmodells 2 wird gemäß der oben beschriebenen Gleichungen (2), (3) für das Vorder- und das Hinterrad jeder Fahrzeugseite eine Parameterschätzung 3 durchgeführt. Aus den so bestimmten Koeffizienten werden in einer Kenngrößenermittlung 5 Kenngrößen, z.B. die luftdruckabhängigen Steifigkeiten Ch, cv oder Eigenfrequenzen f, der Reifen bestimmt. Außerdem werden aus den Raddrehzahlsignalen der Räder GVL, «VR, 03HL und ωHR Kreuzkorrelationsfunktionen zwischen den Drehzahlen der Vorder- und der Hinterräder (einer Seite) gebildet (Block 6) . Daraus lässt sich der Zeitversatz T zwischen Vorder- und Hinterrad sowie ein Gütekriterium Max für die Schätzung des Luftdrucks, z.B. der Betrag des Maximums der Korrelationsfunktion, bestimmen. Der Zeitversatz T geht in das Schwingungsmodell 2 ein. Das Gütekriterium Max wird zum Einen zur Steuerung der Parameterschätzung 3 und zum Anderen gemeinsam mit den bestimmten Kenngrößen (z.B. Steifigkeit c) in einem Warnsystem 7 zur Bewarnung W eines Reifendruckverlustes herangezogen.
Das erfindungsgemäße Verfahren kann vorteilhafterweise mit einem anderen Verfahren zur indirekten Reifendrucküberwachung kombiniert werden. Z.B. kann es mit einem Verfahren, welches auf der Analyse der relativen Abrollumfänge der Reifen basiert (DDS), kombiniert werden.

Claims

Patentansprüche :
1. Verfahren zur indirekten Reifendrucküberwachung eines Fahrzeugreifens eines Kraftfahrzeugs, in welchem das Raddrehverhalten mindestens eines Rades ausgewertet wird, dadurch gekennzeichnet, dass ein Druckverlust an einem Fahrzeugreifen durch eine modellbasierte, gemeinsame Analyse (2, 3) des Torsionsschwingungsverhaltens mindestens zweier Fahrzeugräder ermittelt wird, wobei in dem verwendeten Modell (2) zumindest ein Vorderrad und ein Hinterrad, insbesondere der selben Fahrzeugseite, gemeinsam betrachtet werden.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Modell (2) direkt auf dem zeitlichen Verlauf der, insbesondere signaltechnisch aufbereiteten, Winkelgeschwindigkeiten (ωv(t), ωh(t)) der beiden Räder basiert, welche insbesondere mit Hilfe von Raddrehzahlsensoren bestimmt werden.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Modell (2) darauf basiert, dass Anregungen (zs), welche über die Fahrbahn auf die Räder übertragen werden, für das Vorderrad und das Hinterrad als gleich und versetzt um eine zeitliche Differenz (T) betrachtet werden.
4. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Modell (2) zu mindestens einer Gleichung führt, in welcher zumindest eine messbare Raddrehbewegungsgröße ( ωv ) und ein Parameter
(cv) des Vorderrades mit einer messbaren Raddrehbewe- gungsgröße ( ωh ) und einem Parameter (ch) des Hinterrades verknüpft wird.
5. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Parameter des verwendeten Modells (2), insbesondere eine Reifen- torsionssteifigkeit (cv, Ch) und/oder eine Systemdämpfung (dv, dh) , und/oder mindestens eine mit einem Parameter des verwendeten Modells (2) zusammenhängende Koeffizientengröße (cv/Jv, ch/Jh) durch ein Schätzungsverfahren (3), insbesondere anhand der Gleichung, bestimmt wird, und der Reifendruckverlust anhand einer Änderung des/der Parameter (s) und/oder der Koeffizientengröße (n) erkannt wird.
6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Änderung des Parameters oder der Koeffizientengröße anhand eines Vergleichs eines aktuell ermittelten Parameters oder einer aktuell ermittelten Koeffizientengröße mit einem in einer Lernphase, welche insbesondere durch den Fahrer oder automatisch durch ein Fahrzeugsystem ausgelöst wird, eingelernten Parameter oder einer eingelernten Koeffizientengröße erkannt wird.
7. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Parameter des verwendeten Modells (2), insbesondere eine Systemdämpfung (dv, dh) , und/oder mindestens eine mit einem Parameter des verwendeten Modells (2) zusammenhängende Koeffizientengröße durch ein Schätzungsverfahren (3), insbesondere anhand der Gleichung, bestimmt wird, und daraus ein Reibwert (OC) oder eine Reibwertänderung bestimmt wird.
8. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 3 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die zeitliche Differenz (T) aus
- dem Achsstand und der Fahrzeuggeschwindigkeit, oder
- der Korrelation (6) zwischen den Winkelgeschwindigkeiten des gemeinsam betrachteten Vorder- und Hinterrades, oder
- der Korrelation (6) zwischen den Winkelgeschwindigkeiten der Vorderräder und der Hinterräder bestimmt wird.
9. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass ein Gütemaß (Max) für die Erkennung eines Druckverlustes, insbesondere aus der Korrelation zwischen den Winkelgeschwindigkeiten der Vorder- und Hinterräder, bestimmt wird (6) und dass dieses zur Entscheidung,
- ob eine Bewarnung eines Druckverlustes stattfindet (7), und/oder
- ob in der vorliegenden Situation eine Bestimmung eines Parameters und/oder einer Koeffizientengröße durchgeführt wird (3, 5), herangezogen wird.
10. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Modell (2) nur bei Ge- radeausfahrt oder bei annährender Geradeausfahrt ausgewertet wird.
11. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass zusätzlich eine indirekte Reifendrucküberwachung der Fahrzeugräder anhand einer Änderung des Drehverhaltens der Fahrzeugräder, insbesondere einer Änderung des Abrollumfangs, mittels eines Vergleichs von eingelernten Referenzwerten mit aktuell ermittelten Referenzwerten durchgeführt wird.
12. Reifendrucküberwachungssystem, in welchem die Raddrehzahlen der Räder oder Größen, welche mit den Raddrehzahlen der Räder zusammenhängen, ermittelt und zur Erkennung eines Reifendruckverlustes ausgewertet werden, dadurch gekennzeichnet, dass in diesem ein Verfahren gemäß mindestens einem der Ansprüche 1 bis 11 durchgeführt wird.
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