WO2020216395A1 - VERFAHREN ZUR BESTIMMUNG EINER TATSÄCHLICHEN REIFENGRÖßE DER REIFEN EINES FAHRZEUGES - Google Patents

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    • B60W2556/50—External transmission of data to or from the vehicle of positioning data, e.g. GPS [Global Positioning System] data

Definitions

  • the invention relates to a method for determining an actual tire size of the tires of a vehicle.
  • the invention is based on the object of specifying a method for determining an actual tire size of the tires of a vehicle.
  • the object is achieved in that the actual tire size of the vehicle is determined while the vehicle is moving with the aid of a GPS signal, in which a sum of the distance traveled by the vehicle and an accuracy of the GPS signal by the number of revolutions of the Wheels is shared.
  • This has the advantage that the real tire size is determined without a high-quality measuring system, since GPS systems are now included in all vehicles.
  • the proposed solution is therefore based only on the use of software, which reduces the costs for determining the tire size.
  • a tire size stored in the vehicle is advantageously corrected automatically with the actual tire size. This correction means that many driver assistance systems or safety systems in the vehicle have the correct tire size available, which means that the vehicle can be reliably controlled.
  • the stored tire size is replaced by the actual tire size when a difference between the stored and the actual tire size exceeds a predetermined limit value.
  • the choice of the limit value ensures that the two tire sizes can be clearly distinguished.
  • a current driving speed of the vehicle is determined using the actual tire size.
  • the determination of the vehicle speed is based on the engine speed, the tire radius and other parameters.
  • the vehicle speed is always correctly determined by the actually determined tire size and is thus correctly made available to the assistance and safety systems and also correctly displayed to the driver on the dashboard.
  • the GPS signal is checked for the presence of a predetermined accuracy. The more precisely the GPS signal, the more precisely the tire size can be determined.
  • the actual tire size is determined as a function of the accuracy of a speed sensor.
  • the actual tire size is advantageously determined as a function of a load difference on the tires. This is of particular importance as the real tire deformation changes depend on the load change and initial deformations. Thus, deformations of the tires due to different loads on the vehicle can also be taken into account when determining the tire size, which improves the accuracy of the tire size when determining.
  • the actual tire size is determined as a function of a lane assessment when the vehicle changes lanes. The distance traveled by the vehicle is taken into account by means of the lane evaluation in order to improve the GPS evaluation of the tire size.
  • an evaluation error is taken into account in the lane evaluation. This evaluation error must be as small as possible so that it is reliably included when determining the tire size.
  • Fig. 1 shows an embodiment of a vehicle for performing the fiction, contemporary method
  • FIG. 2 shows an embodiment of the method according to the invention
  • 3 shows a basic diagram for determining a lane change
  • Fig. 4 is a schematic diagram for determining a deformation of the vehicle tire
  • Fig. 1 an embodiment of a vehicle for performing the method according to the invention is shown.
  • the vehicle 1 comprises a control unit 2 which is coupled to a GPS receiver 3.
  • the control unit 2 is coupled to a speed sensor 4 for determining the wheel speeds.
  • a tire size determination unit 5, which is coupled to a vehicle speed determination unit 6, is arranged in the control device 2.
  • both units 5 and 6 are connected to a storage unit 7.
  • block 100 the quality of the GPS signal received by the GPS receiver 2 is estimated and the traffic conditions are assessed.
  • block 110 it is checked whether all conditions correspond to the specifications. If this is not the case, a return is made to block 100. If all the conditions are properly met, the implemented real-time program is started in block 120 in the tire size determination unit 5.
  • the actual tire size R cai of the vehicle 1 is thus calculated in block 130.
  • the amount of a difference between the actually determined tire size R cai and a predetermined tire size R egent which is stored in the memory unit 7, is then formed. The amount of this difference is compared in block 140 with a predetermined threshold value ⁇ .
  • the process goes to block 150, where the determined actual tire size R cai is stored in the memory unit 7 instead of the currently stored tire size R current .
  • the vehicle speed determination unit 6 now determines the vehicle speed with the new actually determined tire size R cai .
  • the real-time program is then ended.
  • the program is also terminated in block 160 if the amount of the tire size difference determined in block 140 is less than the threshold value.
  • the real-time program for determining the actual tire size R cai will be explained in more detail below.
  • there are many sources of influence on the calculation of tire size Some of them, like temperature and humidity, are very small and can therefore remain unconsidered.
  • Other effects such as the accuracy of a speed sensor, the GPS accuracy, a load difference and an estimation error when changing lanes are taken into account in the calculation.
  • the tire size R cai is calculated as follows:
  • the number of revolutions N is linearized using approximation equation 3.
  • an accurate speed sensor should be selected.
  • the accuracy should not exceed 0.5%.
  • the effect of the GPS signal depends on the distance traveled and the quality of the GPS signal.
  • PLC GPS system
  • PPS Precise Positioning Service
  • the accuracy can be improved to 0.02 m with an additional differential measuring system.
  • the effect of GPS inaccuracy can be reduced to 0.5% after driving a distance of 2340 m.
  • the error BQI_ describes the actual distance of the drive to the measured distance
  • Equation 14 shows a basic illustration of the variables for a deformation of the tire. The relationship between tire deformation and load is approximated by Equation 14.
  • Equation 15 this Equation 14 is written as an equivalent
  • F LO is the initial load on the vehicle
  • x is the deformation of the tire
  • Equation 19 is shown in simplified form in.
  • the tire size can be increased or decreased by approximately 1 inch. Therefore, as shown in Equation 24, the measurement system requires an accuracy of 1 inch. 5 shows the relationship between the tire size and the required distal accuracy. If the tire size is 17 inches, an accuracy of 2.4% is assumed, assuming that the total relative system error of 2.37 was expected in the last part of this description.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Bestimmung einer tatsächlichen Reifengröße der Reifen eines Fahrzeuges. Bei einem Verfahren, bei welchem die Reifengröße besonders genau bestimmt werden kann, wird die tatsächliche Reifengröße des Fahrzeuges während der Fahrt des Fahrzeuges mithilfe eines GRS-Signales ermittelt.

Description

Verfahren zur Bestimmung einer tatsächlichen Reifenqröße der Reifen eines
Fahrzeuqes
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Bestimmung einer tatsächlichen Reifengröße der Rei fen eines Fahrzeuges.
Es ist bekannt, dass in der Wintersaison andere Reifen benutzt werden als in der Sommersai son. Diese Reifen können sich in der Fahrzeuggröße unterscheiden. Daher ist eine auf einem Armaturenbrett des Fahrzeuges angezeigte Fahrzeuggeschwindigkeit, die auf einer Standard reifengröße berechnet wird, nicht immer korrekt.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Bestimmung einer tatsächlichen Reifengröße der Reifen eines Fahrzeuges anzugeben.
Erfindungsgemäß ist die Aufgabe dadurch gelöst, dass die tatsächliche Reifengröße des Fahrzeuges während der Fahrt des Fahrzeuges mithilfe eines GPS-Signales ermittelt wird, in dem eine Summe aus der von dem Fahrzeug gefahrenen Distanz und einer Genauigkeit des GPS-Signales durch die Anzahl der Umdrehungszahl der Räder geteilt wird. Dies hat den Vor teil, dass die reale Reifengröße ohne ein qualitativ hochwertiges Messsystem ermittelt wird, da GPS-Systeme heute in allen Fahrzeugen enthalten sind. Die vorgeschlagene Lösung be ruht somit nur auf einem Softwareeinsatz, wodurch die Kosten für die Bestimmung der Rei fengröße reduziert werden.
Vorteilhafterweise wird mit der tatsächlichen Reifengröße eine im Fahrzeug abgespeicherte Reifengröße automatisch korrigiert. Durch diese Korrektur steht vielen im Fahrzeug vorhan denen Fahrerassistenzsystemen bzw. Sicherheitssystemen die korrekte Reifengröße zur Ver fügung, wodurch das Fahrzeug zuverlässig gesteuert werden kann.
In einer Ausgestaltung wird die abgespeicherte Reifengröße durch die tatsächliche Reifengrö ße ersetzt, wenn eine Differenz zwischen der abgespeicherten und der tatsächlichen Reifen größe einen vorgegebenen Grenzwert überschreitet. Durch die Wahl des Grenzwertes wird sichergestellt, dass die zwei Reifengrößen deutlich zu unterscheiden sind.
In einer Variante wird mit der tatsächlichen Reifengröße eine aktuelle Fahrgeschwindigkeit des Fahrzeuges bestimmt. Die Bestimmung der Fahrzeuggeschwindigkeit basiert auf der Mo tordrehzahl, dem Reifenradius und anderen Parametern. Durch den Ersatz der vorgegebenen Reifengröße durch die tatsächlich ermittelte Reifengröße wird die Fahrzeuggeschwindigkeit immer korrekt ermittelt und somit den Assistenz- und Sicherheitssystemen korrekt zur Verfü gung gestellt und auch dem Fahrer im Armaturenbrett korrekt angezeigt.
In einer Ausführungsform wird vor der Bestimmung der tatsächlichen Reifengröße das GPS- Signal auf Vorhandensein einer vorgegebenen Genauigkeit geprüft. Je genauer das GPS- Signal umso genauer lässt sich die Reifengröße ermitteln.
In einer weiteren Ausgestaltung wird die tatsächliche Reifengröße in Abhängigkeit einer Ge nauigkeit eines Geschwindigkeitssensors bestimmt.
Vorteilhafterweise wird die tatsächliche Reifengröße in Abhängigkeit einer Lastdifferenz auf den Reifen ermittelt. Dies ist von besonderer Bedeutung, da die realen Reifenverformungsän derungen von der Laständerung und anfänglichen Verformungen abhängen. Somit lassen sich auch Verformungen der Reifen aufgrund unterschiedlicher Beladungen des Fahrzeuges bei der Bestimmung der Reifengröße berücksichtigen, wodurch die Genauigkeit der Reifen größe bei der Bestimmung verbessert wird.
In einer weiteren Ausführungsform wird die tatsächliche Reifengröße in Abhängigkeit von ei ner Spurbewertung bei einem Spurwechsel des Fahrzeuges ermittelt. Mittels der Spurbewer tung wird die gefahrene Entfernung des Fahrzeuges berücksichtigt, um die Auswertung des GPS auf die Reifengröße zu verbessern.
In einer Ausführungsform wird bei der Spurbewertung ein Bewertungsfehler berücksichtigt. Dieser Bewertungsfehler muss möglichst klein sein, damit er bei der Bestimmung der Reifen größe zuverlässig eingeht.
Die Erfindung lässt zahlreiche Ausführungsformen zu. Eine davon soll anhand der in der Zeichnung dargestellten Figuren näher erläutert werden.
Es zeigen:
Fig. 1 ein Ausführungsbeispiel eines Fahrzeuges zur Durchführung des erfindungs gemäßen Verfahrens,
Fig. 2 ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens, Fig. 3 eine Prinzipdarstellung für die Bestimmung eines Spurwechsels,
Fig. 4 eine Prinzipdarstellung zur Bestimmung einer Deformation des Fahrzeugrei fens,
Fig. 5 ein Ausführungsbeispiel der Abhängigkeit eines Fehlers in Abhängigkeit von der Reifengröße.
In Fig. 1 ist ein Ausführungsbeispiel eines Fahrzeuges zur Durchführung des erfindungsge mäßen Verfahrens gezeigt. Das Fahrzeug 1 umfasst eine Steuereinheit 2, welche mit einem GPS-Empfänger 3 gekoppelt ist. Darüber hinaus ist die Steuereinheit 2 mit einem Dreh zahlsensor 4 zur Bestimmung der Raddrehzahlen gekoppelt. In dem Steuergerät 2 ist eine Reifengrößen-Ermittlungseinheit 5 angeordnet, die mit einer Fahrzeuggeschwindigkeits- Bestimmungseinheit 6 gekoppelt ist. Darüber hinaus sind beide Einheiten 5 und 6 mit einer Speichereinheit 7 verbunden.
Im Zusammenhang mit Fig. 2 soll ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfah rens erläutert werden. In Block 100 wird die Qualität des von dem GPS-Empfänger 2 empfan genen GPS-Signales geschätzt und die Verkehrsbedingungen eingeschätzt. Im Block 110 wird geprüft, ob alle Bedingungen den Vorgaben entsprechen. Ist dies nicht der Fall, so wird zum Block 100 zurückgegangen. Liegen alle Bedingungen ordnungsgemäß vor, so wird im Block 120 in der Reifengrößen-Ermittlungseinheit 5 das implementierte Realzeitprogramm ge startet. Damit wird im Block 130 die tatsächliche Reifengröße Rcai des Fahrzeuges 1 berech net. Anschließend wird der Betrag einer Differenz zwischen der tatsächlich ermittelten Reifen größe Rcai und einer vorgegebenen Reifengröße Regent, die in der Speichereinheit 7 abgespei chert ist, gebildet. Der Betrag dieser Differenz wird im Block 140 mit einem vorgegebenen Schwellwert ß verglichen. Ist diese Betragsdifferenz größer als der Schwellwert ß, wird zum Block 150 übergegangen, wo die ermittelte tatsächliche Reifengröße Rcai anstelle der aktuell abgespeicherten Reifengröße Rcurrent in der Speichereinheit 7 abgelegt wird. Die Fahrzeugge schwindigkeitsbestimmungseinheit 6 ermittelt nun die Fahrzeuggeschwindigkeit mit der neuen tatsächlich ermittelten Reifengröße Rcai. Anschließend wird das Realzeitprogramm beendet. Eine Beendigung des Programmes im Block 160 erfolgt auch, wenn der Betrag der Reifen größendifferenz, der im Block 140 bestimmt wird, kleiner ist als der Schwellwert.
Das Realzeitprogramm zur Ermittlung der tatsächlichen Reifengröße Rcai soll im Weiteren nä her erläutert werden. Im Allgemeinen gibt es viele Einflussquellen für die Berechnung der Rei fengröße. Einige von ihnen, wie Temperatur und Luftfeuchtigkeit, sind sehr klein und können daher unberücksichtigt bleiben. Andere Auswirkungen wie die Genauigkeit eines Geschwin digkeitssensors, die GPS-Genauigkeit, eine Lastdifferenz und ein Schätzfehler bei einem Spurwechsel werden bei der Berechnung berücksichtigt. Die Reifengröße Rcai wird wie folgt berechnet:
Figure imgf000006_0001
Diese Gleichung 1 ist in Gleichung 2 vereinfacht.
Figure imgf000006_0002
Die Umdrehungszahl N wird mithilfe der Näherungsgleichung 3 linearisiert.
Figure imgf000006_0003
In diesen Gleichungen gilt:
S Distanz, welche durch das Fahrzeug gefahren wurde
SGPS Genauigkeitszustand des GPS-Signals
£CL Fehlerabschätzung des Spurwechsels
Genauigkeit des Drehzahlsensors
n Anzahl der Fahrspurwechsel
N Umdrehungszahl
ÄRp|_ Lastabhängige Fehlerabschätzung
In Gleichung 5 sind die Parameter e^, BQI_ und BQPS kleiner als 1 , weshalb das Produkt zweier dieser Parameter sehr klein ist und bei der weiteren Betrachtung vernachlässigt wer den kann.
Figure imgf000007_0001
(6).
_ s
Rreal 2-7G N (7)
Wird die Gleichung 7 in die Gleichung 6 eingefügt, ergibt sich für die Reifengröße Rcai folgen des:
Figure imgf000007_0002
Um eine hohe Genauigkeit zu erhalten, soll ein genauer Drehzahlsensor gewählt werden. Die Genauigkeit sollte dabei 0,5% nicht überschreiten. Die Auswirkung des GPS-Signales hängt von der gefahrenen Entfernung und der Qualität des GPS-Signals ab. Im Allgemeinen hat das Standard-GPS-System (SPS) eine Genauigkeit von 22,5 m. Ein besseres GPS-Signal Precise Positioning Service (PPS) liefert eine Genauigkeit von 9 m. Außerdem kann mit einem zusätz lichen Differentialmesssystem die Genauigkeit auf 0,02 m verbessert werden. Bei normaler Verwendung, wenn die Signalqualität 1 1 ,7 m beträgt, kann die Auswirkung der GPS- Ungenauigkeit nach einer Fahrdistanz von 2340 m auf 0,5% reduziert werden.
In Fig. 3 ist eine Prinzipdarstellung für eine Spuränderung des Fahrzeuges dargestellt. Ange nommen, die Frequenz des Spurwechsels K(S) liegt unter einem Grenzwert, beispielsweise t/km, dann kann mithilfe n=K(S)*s (9) die Fehlerart beschrieben werden als
P = k(S) eCL (10), wobei gilt:
Sw Distanz in Fahrtrichtung während des Spurwechsels, SL Distanz senkrecht zu der Fahrtrichtung,
SRW Tatsächlicher Weg für den Spurwechsel
SRWR Vereinfachter Weg für den Spurwechsel
Vsciar Schätzfaktor für den real geschätzten Weg zum tatsächlichen Weg
SCLM Genauigkeit des Drehratensensor.
Der Fehler BQI_ beschreibt die tatsächliche Entfernung des Antriebs zur gemessenen Entfer nung
Figure imgf000008_0001
Andererseits kann die reale Fahrstrecke SRW als SRWR angenähert werden:
Figure imgf000008_0002
Wird die Gleichung 12 in Gleichung 11 eingesetzt, ergibt sich:
Figure imgf000008_0003
Bei einem Ausführungsbeispiel wird bei einer Distanz SL senkrecht zur Fahrspur von 3,5 m und einer Distanz Sw in Fahrtrichtung während des Spurwechsels von 50 m, sowie einer Fre quenz des Spurwechsels K(S) von 1/km, einem Skalierfaktor Vsciar = 1 , 1 und der Genauigkeit des Drehratensensors BQUVI von 1 % die Auswirkung des Schätzfehlers auf 0,75% verringert.
Darüber hinaus hat eine Lastdifferenz einen großen Einfluss auf die Bestimmung der Reifen größe, da durch eine Laständerung die realen Reifenverformungsänderungen verändert wer den. In Fig. 4 ist eine Prinzipdarstellung der Größen für eine Deformation des Reifens gezeigt. Die Beziehung zwischen der Verformung von Reifen und Last wird durch Gleichung 14 ange nähert dargestellt.
FR = 2pob\/2rx— x2 (1 4)
In Gleichung 15 ist diese Gleichung 14 als Äquivalent geschrieben
FR = 4 pQb2 (rx — x 2 )
Figure imgf000009_0001
wobei
FL die Last auf dem Fahrzeugreifen,
FLO die Anfangslast auf dem Fahrzeug,
p0 den Anfangsdruck,
b die Breite des Reifens,
x die Deformation des Reifens,
xo die Anfangsdeformation,
r Radius des undeformierten Reifens
ÄFL Lastdifferenz und
a Koeffizient der Lastdifferenz
darstellt.
Da die Deformation x des Reifens kleiner als der Radius r des Reifens sein muss, ergibt sich in Gleichung 16 die Lösung, wobei die Änderung des Radius r von der aktuellen Last SL zur Anfangslast FL0 in d(r— x)
D RFL dFL AFL
FL =FL 0 (17) beschrieben ist. Die Änderung der Last wird in Gleichung 18 beschrieben.
Figure imgf000009_0002
a stellt dabei den Faktor dar, um wieviel die Anfangslast verglichen wird. Werden die Gleichungen 16 und 18 in die Gleichung 17 eingesetzt, ergibt sich
Figure imgf000010_0001
(19).
Gleichung 19 ist vereinfacht dargestellt in.
Figure imgf000010_0002
Der tatsächliche Radius des Reifens wird beschrieben durch
Figure imgf000010_0003
(21).
Wird die Gleichung 21 in Gleichung 20 eingetragen, wird eine normierte Gleichung 22 erhal ten.
Figure imgf000010_0004
Das bedeutet, dass die tatsächlichen Reifenverformungsänderungen von der Laständerung und der anfänglichen Verformung abhängen. Angenommen, dass leere Fahrzeug wiegt 1 t mit einem Passagier und das aktuelle Fahrzeug hat ein Gewicht von 1 ,2 t, da 4 Personen in dem Fahrzeug Platz genommen haben, beträgt der Koeffizient der Lastdifferenz a=1 ,2. Die anfäng liche Verformung des Reifens beträgt 2%, weshalb eine relative Änderung der Verformungs änderung von 0,8 erwartet wird. Mit einem präzisen Gewichtssensor kann dieser Fehler un terbunden werden.
Bei einer Transformation der Gleichung 8 kann der gesamte relative Messfehler des beschrie benen Systems dargestellt werden in
Figure imgf000010_0005
Nach einem Reifenwechsel kann die Reifengröße um etwa 1 Zoll vergrößert oder verkleinert werden. Daher erfordert das Messsystem eine Genauigkeit von 1 Zoll, was aus Gleichung 24 hervorgeht. Fig. 5 zeigt die Abhängigkeit der Reifengröße und der erforderlichen distalen Genauigkeit. Be- trägt die Reifengröße 17 Zoll, wird eine Genauigkeit von 2,4% angenommen, unter der An nahme, dass in dem letzten Teil dieser Beschreibung der gesamte relative Systemfehler mit 2,37 erwartet wurde.
Bezuqszeichenliste
1 Fahrzeug
2 Steuereinheit
3 G PS- Empfänger
4 Drehzahlsensor
5 Reifengrößen-Ermittlungseinheit
6 Fahrzeuggeschwindigkeitsbestimmungseinheit 7 Speichereinheit

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zur Bestimmung einer tatsächlichen Reifengröße der Reifen eines Fahrzeu ges, dadurch gekennzeichnet, dass die tatsächliche Reifengröße des Fahrzeuges wäh rend der Fahrt des Fahrzeuges mithilfe eines GPS-Signales ermittelt wird, indem eine Summe aus der von dem Fahrzeug gefahrenen Distanz und einer Genauigkeit des GPS-Signales durch die Anzahl der Umdrehungszahl der Räder geteilt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass mit der tatsächlichen Rei fengröße eine im Fahrzeug abgespeicherte Reifengröße korrigiert wird.
3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die abgespeicherte Reifen größe durch die tatsächliche Reifengröße ersetzt wird, wenn ein Betrag einer Differenz zwischen der gespeicherten und der tatsächlichen Reifengröße einen vorgegebenen Schwellwert überschreitet.
4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass mit der tatsächlichen Rei fengröße eine aktuelle Fahrgeschwindigkeit des Fahrzeuges bestimmt wird.
5. Verfahren nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekenn zeichnet, dass vor der Bestimmung der tatsächlichen Reifengröße das GPS-Signal auf Vorhandensein einer vorgegebenen Genauigkeit geprüft wird.
6. Verfahren nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekenn zeichnet, dass die tatsächliche Reifengröße in Abhängigkeit einer Genauigkeit eines Geschwindigkeitssensors bestimmt wird.
7. Verfahren nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 5, dadurch ge kennzeichnet, dass die tatsächliche Reifengröße in Abhängigkeit einer Lastdifferenz auf dem Reifen ermittelt wird.
8. Verfahren nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 5, dadurch ge kennzeichnet, dass die tatsächliche Reifengröße in Abhängigkeit von einer Spurbewer tung bei einem Spurwechsel des Fahrzeuges ermittelt wird.
9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass bei der Spurbewertung ein Bewertungsfehler berücksichtigt wird.
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