DE102007021918A1

DE102007021918A1 - Verfahren zur Überwachung des Reifenzustands in Fahrzeugen

Info

Publication number: DE102007021918A1
Application number: DE102007021918A
Authority: DE
Inventors: Norbert Polzin
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2007-05-10
Filing date: 2007-05-10
Publication date: 2008-11-20
Also published as: FR2915928A1; FR2915928B1; US7870781B2; US20080276700A1

Abstract

Bei einem Verfahren zur Überwachung des Reifenzustands in Fahrzeugen wird die Vertikalbeschleunigung an einer Achse des Fahrzeugs gemessen, wobei aus der Vertikalbeschleunigung ein Referenz-Steifigkeitswert bestimmt wird, dem ein Reifendruck zugeordnet wird. Im Falle eines festgestellten Druckverlusts wird der Reifendruck dem Reifen des mit Druckverlust behafteten Rades zugeordnet.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Überwachung des Reifenzustands in Fahrzeugen nach dem Oberbegriff des Anspruches 1.
Stand der Technik
Aus der DE 103 03 492 A1 ist es bekannt, zur Überwachung des Reifenzustands die Raddrehgeschwindigkeiten der angetriebenen Räder eines Kraftfahrzeugs zu erfassen, wobei ein Reifendruckverlust in einem Rad vorliegt, falls dieses Rad über längere Zeit eine abweichende Radgeschwindigkeit aufweist. Dem liegt die Erkenntnis zugrunde, dass abgeplattete Reifen eine höhere Drehgeschwindigkeit aufweisen. Zur Verbesserung der Ergebnisse und sichereren Erkennung eines Reifendruckverlustes können zusätzliche Informationen in die Druckverlusterkennung einfließen, insbesondere das Antriebsmoment.
Offenbarung der Erfindung
Von diesem Stand der Technik ausgehend liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, kritische Fahrzustände bei einem Reifendruckverlust zu verhindern. Dies soll zweckmäßigerweise mit einfach durchzuführenden Maßnahmen zu erreichen sein.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mit den Merkmalen des Anspruches 1 gelöst. Die Unteransprüche gegen zweckmäßige Weiterbildungen an.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zur Überwachung des Reifenzustands in Fahrzeugen wird als Fahrzeugkenngröße, die der Erkennung des Reifendruckverlustes zugrunde gelegt wird, bevorzugt der Abrollumfang der Räder bestimmt. Ein Druckverlust liegt vor für den Fall, dass die Abrollumfangsänderung eines Rades einen Grenzwert überschreitet.
Um den Absolutdruck des mit einem Druckverlust behafteten Reifens feststellen zu können, wird erfindungsgemäß die Vertikalbeschleunigung an einer Achse des Fahrzeugs gemessen, wobei aus der Vertikalbeschleunigung ein zugehöriger Reifensteifigkeitswert ermittelt wird, dem ein Reifendruck zugeordnet wird. Da das Rad bzw. die Achse bei Fahrbahnanregungen als Feder-Masse-System reagiert und die Federkonstante des Reifens durch die Reifensteifigkeit festgelegt ist, kann bei Kenntnis der Vertikalbeschleunigung ein Reifensteifigkeitswert rechnerisch ermittelt werden. Der Reifeninnendruck kann als Funktion der Reifensteifigkeit dargestellt werden, so dass letztlich aus der Messung der Vertikalbeschleunigung ein Reifeninnendruckwert bestimmt werden kann. Damit ist eine Bezugnahme des mit Druckverlust behafteten Reifens zu einem absoluten Druckwert möglich.
Der Begriff Reifensteifigkeit kennzeichnet dabei die Feder- und Dämpfungseigenschaften des Reifens, d. h. die Reifensteifigkeit stellt ein Maß für die Verformung des Reifens abhängig von der auf ihn einwirkenden Kraft dar.
Gemäß einer besonders vorteilhaften Ausführung wird die Vertikalbeschleunigung vorzugsweise auf einer Fahrzeugseite an einer Stelle pro Achse ermittelt, insbesondere im seitlichen Bereich der Achse an oder in einem Rad. Zusätzlich wird der Druckverlust der Räder indirekt bestimmt, bevorzugt über die Bestimmung des aktuellen Abrollumfanges der Räder. Grundsätzlich sind aber auch Alternativen zur Abrollumfangbestimmung für die Feststellung eines Druckverlustes denkbar. Bei zwei Referenzrädern liegt bei Druckverlust die Reifensteifigkeitsänderung und die Abrollumfangsänderung vor. Bei diesen Rädern kann dann direkt der Druckverlust erkannt werden. Für die beiden sensorlosen Rädern liegt nur eine Abrollumfangsbestimmung vor. Diese kann auf die Abrollumfänge der Räder mit Vertikalbeschleunigungssensoren referenziert werden. Der Vorteil dieser Vorgehensweise ist darin zu sehen, dass pro Achse lediglich ein Vertikalbeschleunigungssensor ausreicht, um den Absolutdruck in einem mit Druckverlust behafteten Reifen feststellen zu können.
Zweckmäßigerweise werden mindestens ein, insbesondere aber mehrere Referenzwerte während eines vorgeschalteten Initialisierungsschrittes bestimmt, bei denen einem Referenzdruck ein zugeordneter Referenz-Reifensteifigkeitswert und ein entsprechender Referenz-Abrollumfang zugeordnet wird. Bei Druckänderung liegen dann die Änderungen des Abrollumfanges und die zugehörige Änderung der Reifensteifigkeit als Maßstab für einen Druckverlust vor. Als Referenzdruckwerte werden insbesondere der Solldruck, ein Minderdruck, beispielweise 25% unterhalb des Solldrucks, und ein Mindestdruck bestimmt, der aus Sicherheitsgründen nicht unterschritten werden sollte. Jedem dieser Druckreferenzwerte werden Referenz-Reifensteifigkeitswerte und Referenz-Abrollumfänge zugeordnet. Bei der Bestimmung der aktuellen Abrollumfänge/Reifensteifigkeiten kann auf die Referenzwerte Bezug genommen werden, wodurch eine Feststellung des Sollzustandes, eines reduzierten Druckes und eines Mindestdruckes in Absolutwerten durchführbar ist.
Es ist grundsätzlich ausreichend, lediglich einen Vertikalbeschleunigungssensor pro Achse vorzusehen. Die Position dieses Beschleunigungssensors befindet sich beispielsweise in oder an einem Rad im Seitenbereich der Achse; möglich ist aber auch eine Positionierung des Vertikalbeschleunigungssensors im Mittenbereich der Achse mit seitlichem Abstand zu den Rädern. Zweckmäßigerweise ist aber die Position der Vertikalbeschleunigungssensoren an unterschiedlichen Achsen bezogen auf die Fahrzeugquerrichtung jeweils seitengleich, um Störgrößen besser kompensieren zu können.
Reifensteifigkeitsänderungen werden vorteilhaft mithilfe einer Frequenzanalyse, vorzugsweise mit einem Kalman-Filter oder einer Fast-Fourier-Transformation (FFT) berechnet.
Die achsweise Zuordnung von Vertikalbeschleunigungssensoren weist auch den Vorteil auf, dass unterschiedliche Reifen und unterschiedliche Solldruckwerte pro Achse Berücksichtigung finden. Damit sind die Reifen einer Achse unabhängig von den Reifen der anderen Achse und es können die jeweiligen Absolutdruckwerte achsenspezifisch bestimmt werden. Im Falle von gleichen Reifen an allen Achsen ist es grundsätzlich auch möglich, lediglich einen einzigen Beschleunigungssensor an lediglich einer der Achsen für sämtliche Reifen vorzusehen. Die jeweilige Zuordnung zu dem mit Druckverlust behafteten Reifen erfolgt mittels der zweiten, radindividuellen Messung, insbesondere über die Bestimmung der Abrollumfangsänderung jedes Rades, der eine Raddrehzahl- bzw. Radgeschwindigkeitsmessung zugrunde liegt.
Weitere Vorteile und zweckmäßige Ausführungen sind den weiteren Ansprüchen, der Figurenbeschreibung und den Zeichnungen zu entnehmen, in der ein Verfahrensablauf zur Überwachung des Reifenzustands dargestellt ist.
Zur Durchführung des dargestellten Verfahrens wird vorausgesetzt, dass pro Achse ein Vertikalbeschleunigungssensor benachbart zu oder in einem Rad der Achse angeordnet ist. Des Weiteren werden die Raddrehgeschwindigkeiten ω_ij sämtlicher Räder bestimmt.
Im Verfahrensschritt 1 wird zunächst eine Initialisierung durchgeführt. Hierzu werden pro Beschleunigungssensor bei dem Drucksollwert p_soll der Reifen der betreffenden Achse ein Reifensteifigkeits-Sollwert c_soll und an allen vier Rädern ein zugeordneter Abrollumfangs-Sollwert A_soll bestimmt. Diese Bestimmung erfolgt insbesondere über eine Referenzmessung der Vertikalbeschleunigung pro Achse bei intakten Reifen, die mit dem Solldruck p_soll befüllt sind. Als weitere Referenzwerte werden bei einem so genannten Minderdruck p_red, der beispielsweise 25% unterhalb des Solldruckes p_soll liegt, der zugehörige Reifensteifigkeitswert c_red und der reduzierte Abrollumfang A_red bestimmt. Als dritter Referenzwert wird bei einem Mindestdruck p_min des Reifens ein zugeordneter Reifensteifigkeits-Mindestwert c_min und ein Abrollumfangs-Mindestwert A_min festgelegt. Die Initialisierung dieser Werte erfolgt zweckmäßig vor Aufnahme des regulären Fahrbetriebs und kann beispielsweise unter Labor- bzw. Testbedingungen von Herstellerseite festgelegt werden.
Der reguläre Verfahrensablauf, der mit Aufnahme der Fahrt durchgeführt wird, beginnt mit dem Verfahrensschritt 2. In diesem Verfahrensschritt werden zunächst achsindividuell mithilfe jeweils eines Vertikalbeschleunigungssensors pro Achse zugehörige Vertikalbeschleunigungen a_z1 und a_z2 gemessen. Im darauf folgenden Verfahrenschritt 3 werden aus den Beschleunigungswerten a_z1 und a_z2 Reifensteifigkeiten c₁ bzw. c₂ und daraus jeweils ein zugehöriger Reifendruck p₁ bzw. p₂ ermittelt. Der Zusammenhang zwischen den Vertikalbeschleunigungen a_z1, a_z2 und den Reifensteifigkeiten c₁ und c₂ einerseits und zwischen den Reifensteifigkeiten und den Druckwerten p₁, p₂ andererseits ist bekannt und liegt jeweils als funktionaler Zusammenhang vor.
Im nächsten Verfahrensschritt 4 werden die Raddrehzahlen bzw. Raddrehgeschwindigkeiten ω_ij gemessen und hieraus die Abrollumfänge A_ij jedes einzelnen Rades bestimmt. Durch einen Vergleich zwischen den Abrollumfängen A_ij aus aufeinander folgenden Zyklen können Abrollumfangsänderungen ΔA_ij jedes Rades festgestellt werden. Zudem ist damit der Zusammenhang zwischen den vier Abrollumfängen A_ji, Reifensteifigkeiten c₁ bzw. c₂ und damit der aus den Reifensteifigkeiten berechnete Reifendruck p₁ bzw. p₂ und der aus dem Vergleich der Abrollumfänge berechnete Reifendruck p₃ bzw. p₄ bekannt.
Diese Abrollumfangsänderungen ΔA_ij werden im nächsten Verfahrensschritt 5 einer Abfrage zugrunde gelegt, gemäß der überprüft wird, ob die Abrollumfangsänderung einen zugeordneten Grenzwert ΔA_limit überschreitet. Diese Abfrage erfolgt vor dem Hintergrund, dass eine ein bestimmtes Maß überschreitende Änderung des Abrollumfanges mit einer entsprechenden Druckänderung in dem betreffenden Reifen einhergeht. Mit zunehmender Abplattung des Reifens reduziert sich der Abrollumfang.
Sofern die Abrollumfangänderung ΔA_ij gemäß Verfahrensschritt 5 den zulässigen Grenzwert ΔA_limit nicht überschreitet, ist die Druckänderung in dem betreffenden Reifen noch nicht relevant geworden; in diesem Fall wird der nein-Verzweigung folgend zum Verfahrensschritt 2 zurückgekehrt, es beginnt ein neuer Durchlauf des Verfahrens.
Ergibt die Abfrage in Verfahrensschritt 5, dass die Abrollumfangsänderung das zulässige Maß überschritten hat, wird der ja-Verzweigung folgend zum nächsten Verfahrensschritt 6 fortgefahren, in dem eine Zuordnung des individuellen Reifeninnendrucks p_ij zu dem in Verfahrensschritt 3 berechneten achsspezifischen Druckwert p₁ bzw. p₂ durchgeführt wird, je nach dem, ob es sich um einen Reifen der Vorderachse (Druckwert p₁) oder der Hinterachse (Druckwert p₂) handelt. Im nächsten Verfahrensschritt 7 kann ein Warnsignal ausgegeben werden, um den Fahrer auf einen Druckverlust in dem betreffenden Reifen hinzuweisen.
Im folgenden Verfahrensschritt 8 erfolgt eine Abfrage, ob der aktuelle, im Verfahrensschritt 6 ermittelte radindividuelle Druck p_ij unter den Minderdruck p_red gefallen ist. Alternativ zu dieser Abfrage kann auch eine Abfrage auf der Ebene der Abrollumfänge durchgeführt werden, was im Verfahrensschritt 8' dargestellt ist. Gemäß dieser alternativen Abfrage wird überprüft, ob der radindividuelle Abrollumfang A_ij einen reduzierten Abrollumfang A_red unterschreitet.
Ergibt die Abfrage im Verfahrensschritt 8 bzw. 8', dass eine Unterschreitung des jeweiligen Grenzwertes noch nicht stattgefunden hat, wird der nein-Verzweigung folgend wieder zum Beginn des Verfahrens bei Verfahrensschritt 2 zurückgekehrt, um einen neuen Durchlauf des gesamten Verfahrens zu beginnen. Ergibt jedoch die Abfrage, dass der jeweilige Grenzwert bereits unterschritten wurde, wird der ja-Verzweigung folgend zum nächsten Verfahrensschritt 9 fortgefahren, wo ein weiteres Warnsignal ausgegeben wird.
Im nächsten Verfahrenschritt 10 erfolgt eine weitere Abfrage, gemäß der überprüft wird, ob der radindividuelle Druckwert des mit Druckverlust behafteten Reifens einen Mindestdruck Amin unterschreitet. Alternativ zu dieser Abfrage kann auch gemäß Verfahrensschritt 10' die Abfrage auf der Ebene der Abrollumfänge durchgeführt werden, gemäß der abgeprüft wird, ob der radindividuelle Abrollumfang A_ij einen zugeordneten Abrollumfangs-Mindestwert A_min unterschreitet. Sofern der jeweilige Grenzwert noch nicht unterschritten worden ist, wird der nein-Verzweigung folgend wieder zum Anfang des Verfahrens bei Verfahrensschritt 2 zurückgekehrt. Andernfalls wird der ja-Verzweigung folgend zum letzten Verfahrensschritt 11 fortgefahren, gemäß dem ein drittes Warnsignal ausgegeben wird.
Sämtliche Warnsignale, die in den Verfahrensschritten 7, 9 und 11 erzeugt werden, können zusätzlich oder alternativ zu einer Fahreranzeige auch fahrzeugintern in einem Steuer- bzw. Regelgerät zur Weiterverarbeitung herangezogen werden, insbesondere zur Beeinflussung eines Fahrerassistenzsystems wie ESP, ASR oder ABS.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

- DE 10303492 A1 [0002]

Claims

Verfahren zur Überwachung des Reifenzustands in Fahrzeugen, bei dem eine Fahrzeugkenngröße erfasst und ein Reifendruckverlust erkannt wird, falls die Fahrzeugkenngröße oder eine daraus zu bestimmende Größe außerhalb eines Normbereichs liegt, dadurch gekennzeichnet, dass die Vertikalbeschleunigung (a_z1, a_z2) an einer Achse des Fahrzeugs gemessen und aus der Vertikalbeschleunigung (a_z1, a_z2) ein Reifensteifigkeitswert (c₁, c₂) bestimmt wird, dem ein Reifendruck (p₁, p₂) zugeordnet wird, und dass im Falle eines festgestellten Druckverlusts der Reifendruck (p₁, p₂) dem Reifen (p_ij) des mit Druckverlust behafteten Rades zugeordnet wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass dass der Abrollumfang (A_ij) der Räder bestimmt wird und dass für den Fall, dass die Abrollumfangsänderung (ΔA_ij) eines Rades einen Grenzwert (ΔA_Limit) überschreitet, der Reifendruck (p₁, p₂) dem betreffenden Reifen (p_ij) zugeordnet wird.
Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass mithilfe der Messung der Vertikalbeschleunigung (a_z1, a_z2) bei mindestens einem Referenzdruck ein zugeordneter Referenz-Reifensteifigkeitswert bestimmt wird, dem ein Referenz-Abrollumfang zugeordnet wird.
Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass als erster Referenzdruck der Solldruck (p_soll) der Reifen festgelegt wird, zu dem ein Reifensteifigkeits-Sollwert (c_soll) und ein Abrollumfangs-Sollwert (A_soll) bestimmt wird.
Verfahren nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass als zweiter Referenzdruck der Mindestdruck (p_min) der Reifen festgelegt wird, zu dem ein Reifensteifigkeits-Mindestwert (c_min) und ein Abrollumfangs-Mindestwert (A_min) bestimmt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass als dritter Referenzdruck ein unterhalb des Solldrucks (p_soll), jedoch oberhalb des Mindestdruck (p_min) liegender Minderdruck (p_red) der Reifen festgelegt wird, zu dem ein reduzierter Reifensteifigkeitswert (c_red) und ein reduzierter Abrollumfang (A_red) bestimmt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass pro Achse des Fahrzeugs nur eine Vertikalbeschleunigung (a_z1, a_z2) gemessen wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Vertikalbeschleunigung (a_z1, a_z2) in oder an einem Rad der Achse gemessen wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Vertikalbeschleunigung (a_z1, a_z2) an jeder Achse des Fahrzeugs gemessen wird.
Verfahren nach Anspruch 8 und 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Vertikalbeschleunigung (a_z1, a_z2) jeweils an den gleichen Seiten der Achsen gemessen wird.
Verfahren nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass aus dem zeitlichen Versatz der an unterschiedlichen Achsen gemessenen Vertikalbeschleunigungen (a_z1, a_z2) auf Straßenunebenheiten zurückzuführende Störgrößen ermittelt werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass Reifensteifigkeitsänderungen mittels einer Frequenzanalyse, insbesondere einem Kalman-Filter oder einer Fast-Fourier-Transformation (FFT) berechnet werden.
Regel- bzw. Steuergerät zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 12.