DE4300677A1 - Verfahren zur Überwachung des Luftdruckes in den Reifen und des Gewichts der Ladung bei einem Fahrzeug - Google Patents

Description

Vor allem Nutzfahrzeuge wie Omnibusse und Lastkraftwagen werden unter rein betriebswirtschaftlichen Aspekten eingesetzt. Die pro gefahrene Strecke für das Fahrzeug entstehenden Kosten müssen für einen Betreiber so niedrig wie möglich gehalten werden, damit ein Einsatz des Fahrzeugs rentabel möglich ist.

Zu diesen Kosten gehören auch die Aufwendungen für die Unterhal­ tung der Bereifung des Fahrzeugs bzw. deren Neubeschaffung. Unter den vorgenannten Überlegungen ist es für jeden wirtschaft­ lich denkenden Unternehmer erstrebenswert, die Standzeit für die Bereifung eines Fahrzeugs unter Einhaltung der vorgegebenen Randbedingungen für die Betriebssicherheit und der gesetzlichen Vorschriften bis an die Grenze des Möglichen zu erhöhen.

Dies ist aber bekanntermaßen nur möglich, wenn während der ge­ samten Nutzungsdauer des Reifens der Luftdruck im Reifen auf dem optimalen Wert gehalten werden kann. Abweichungen von diesem optimalen Luftdruck bedeuten zumindest deutlich erhöhten Ver­ schleiß der Profilfläche des Reifens. Weicht der Luftdruck all­ zusehr von den Optimalwerten ab, so kann dies ein Heißlaufen des Reifens mit drastisch verstärktem Abrieb der Gummifläche bedeu­ ten, wobei in Extremfällen eine so starke Erwärmung des Reifen­ körpers auftraten kann, daß dieser sich durch diese Eigenerwär­ mung entzündet und danach wertlos ist. In diesen Fällen, die immer wieder vorkommen, besteht darüber hinaus die Gefahr, daß in Folge das Fahrzeug Feuer fängt und ausbrennt. Zu den oben benannten Effekten ergibt sich natürlich eine unter Umständen erhebliche Beeinträchtigung der Fahrsicherheit eines Fahrzeugs, wenn die montierten Reifen verschiedenen Druck aufweisen bzw. der Luftdruck insgesamt zu niedrig ist.

Die Vermeidung aller dieser benannten Fakten ist nur möglich, wenn der Druck in den Rädern eines Fahrzeugs während des Be­ triebs ständig überwacht werden kann und, falls sich Abweichun­ gen von den Sollwerten ergeben, die nicht mehr innerhalb der Toleranzgrenzen liegen, dem Fahrer über eine geeignete Einrich­ tung im Fahrerhaus diese Abweichungen unverzüglich in nicht zu übersehender Form mitgeteilt werden.

Stand der Technik

Zur Lösung dieses Problems sind in der Vergangenheit verschiede­ ne Ansätze gemacht worden, die letztlich zu einsetzbaren Überwachungsgeräten geführt haben.

Bekannt ist eine Lösung, die darin besteht, auf das Ventil eines jeden am Fahrzeug befindlichen Rades ein im wesentlichen mechanisch wirkendes, einfaches Meßgerät für den Druck aufzuset­ zen. Diese Meßvorrichtungen müssen dann vom Fahrer bei Stop′s abgelesen und die ermittelten Meßwerte untereinander verglichen werden.

Der Nachteil dieses Verfahrens ist der, daß während des Betriebs keine Messung erfolgen kann und demzufolge Änderungen des Rei­ fendrucks erst beim nächsten Halt ermittelt werden können.

Ein zweites, bekanntes Verfahren besteht darin, daß in den Rei­ fen bei dessen Montage ein aktiver, elektronischer Drucksensor eingesetzt wird, der sich über einen einfachen Generator die zu seinem Betrieb erforderliche elektrische Energie durch die Rota­ tion des Rades selbst erzeugt und dann die gemessenen Druckwerte über eine Funkstrecke zu einem zentral am Fahrzeug angeordneten Empfänger weitergibt, von wo aus die weitere Verarbeitung und Überwachung der laufend gemessenen Druckwerte erfolgt.

Dieses Verfahren ist aus mehreren Gründen sehr aufwendig:

• - bereits bei der Montage des Reifens muß das sensorische Element eingesetzt werden. Muß es überprüft oder ausge­ tauscht werden, ist jeweils die Demontage des gesamten Reifens am Fahrzeug notwendig.
• - zur Übertragung der Daten an ein zentrales Steuergerät ist in jedem Falle eine Funkstrecke notwendig, die einer­ seits technisch anfällig ist und andererseits zur Bela­ stung der Umwelt durch den bekannten "Wellensalat" bei trägt.
• - durch den Abrieb der elektrisch leitenden Gummimasse im Inneren des Reifens kann eine Beeinflussung des Sensors bzw. eine Verfälschung der Sensordaten eintreten.

Eine wesentliche Vereinfachung der Meßmethode bei mindestens gleicher Leistungsfähigkeit wäre also in jedem Falle wünschens­ wert.

Diese Aufgabe soll durch das hier vorzustellende, erfindungs­ gemäße Verfahren so gelöst werden, daß am Fahrzeug selbst mög­ lichst keine Veränderungen notwendig werden, insbesondere aber im Reifen oder direkt an den Reifen keine zusätzlichen Teile installiert werden müssen, die der Drucküberwachung dienen. Andererseits aber arbeitet das erfindungsgemäße Verfahren so, daß während der Fahrt der Reifendruck ständig überwacht und beim Fahrer eine Alarmmeldung ausgelöst wird, sofern sich nicht mehr zu tolerierende Abweichungen von einem Solldruck ergeben.

Außerdem soll es durch Anwendung des erfindungsgemäßen Verfah­ rens möglich werden, über die Druckmessung in den Rädern hinaus ohne weitere Meßmittel an weitere Informationen über den Status des Fahrzeugs zu gelangen.

Allgemeine Betrachtung eines auf einer Straße fahrenden Fahrzeugs

Ein Fahrzeug ist, physikalisch gesehen, ein ziemlich komplizier­ tes Gebilde. Die Reifen des Fahrzeugs rollen mit veränderlicher Geschwindigkeit über eine keineswegs ebene Straßenoberfläche. Grobe Stöße, von Unebenheiten in der Straßenoberfläche ausge­ löst, werden bereits von den Reifen abgefangen, bevor diese über die elastische Ankopplung der Achse in gedämpfter Form auf den Achskörper mit Felge übertragen werden. Der Grund für diese elastische Ankopplung ist das Vorhandensein von Luft mit Über­ druck im Reifen selbst.

Über die Federung zwischen Achse und Karosserie, die zu Teilen elastisch (Blattfeder, Federbalg), zu anderen Teilen unelastisch wirkt (Stoßdämpfer) wird ein Teil der ursprünglichen Stoßenergie auf die Karosserie übertragen und diese zu gedämpften Schwingun­ gen angeregt.

Betrachtet man ein solches Fahrzeug analytisch, so besteht es aus mindestens zwei schwingungsfähigen Teilsystemen, die mitein­ ander gekoppelt sind. Es sind dies

• - die Achse oder Achsstummel mit den über Lager starr daran befestigten Rädern, die federnd auf der unebenen Straße abrollen und
• - die teilweise elastisch mit der Achse gekoppelte Karosse­ rie, die ausschließlich über diese teilweise elastische Kopplung zu Schwingungen angeregt werden kann.

Berücksichtigt man jetzt noch, daß sowohl die Achse mit Felge als auch die Karosserie wiederum elastische Körper sind, die von äußeren Krafteinwirkungen zu Eigenschwingungen verschiedenster Art angeregt werden können, so würde man zur Beschreibung des Gesamtsystems eine Anzahl komplizierter, gekoppelter Differenti­ algleichungen bekommen, deren Lösungen das zeitliche Verhalten beider beteiligten Teilsysteme vollständig wiedergeben würden. Eine Lösung dieses Systems gekoppelter Differentialgleichungen mit dem Ziel, hieraus die Parameter der beteiligten Schwingungen und letztlich hierüber z. B. den Druck in den verschiedenen Rei­ fen zu bestimmen, ist selbst mit der heute zur Verfügung stehen­ den Rechenleistung von in Fahrzeugen ortsfest einsetzbaren Rech­ nern in Echtzeit nicht möglich.

Eher eine Chance hätte man bei einem vereinfachten Modell, das z. B. einmal die Achse mit Felge und zum anderen die Karosserie als starre Gebilde betrachten würde, die aber elastisch bzw. teilweise elastisch aneinander gekoppelt sein müßten. Die Zeit­ funktionen der Schwingungen sind jedoch nur mühsam und zeitauf­ wendig handhabbar, weshalb hier ein anderes Verfahren der Be­ stimmung der Schwingungsparameter bevorzugt werden soll.

Betrachtung der Parameter der sich ausbildenden Eigenschwingungen a) Teilsystem Achskörper/Achsstummel mit Felge und Reifen

Beim stehenden Fahrzeug wird dessen Gewicht anteilig über Vorder- und Hinterachse und die daran montierten, luftge­ füllten Reifen an die Straße weitergegeben. Im statischen Fall werden dabei die elastischen Reifen an der Auflage­ stelle gerade soweit eingedrückt, daß das Produkt aus Rei­ fendruck und Auflagefläche des jeweiligen Reifens über alle Reifen summiert, gerade gleich dem Gewicht des gesamten Fahrzeugs ist.

Wird nun das Gewicht des Fahrzeugs durch Zuladung erhöht, wobei der Luftdruck in den Reifen näherungsweise unverän­ dert bleiben soll, so wird dieses zusätzliche Gewicht im wesentlichen durch ein weiteres "Eindrücken" der Reifen, d. h. durch die Erhöhung der Auflagefläche zwischen Reifen und Straße kompensiert.

Würde es einem jetzt (theoretisch) gelingen, direkt an der als starr gedachten Achse Schwingungen anzuregen, so würden sich Eigenfrequenzen der Achse ausbilden. Würde man sich dann die Karosserie wegdenken und diese in ihrer Wirkung durch eine entsprechend große, aber konstante Gewichtskraft auf die Achse ersetzen, so würde sich ergeben, daß die Eigenfrequenz der schwingenden, in sich starren Achse ein­ mal von deren Masse, zum anderen aber vom Luftdruck im Reifen abhängig sein würde.

In grober Näherung gilt

wobei p der Luftdruck im Inneren des Reifens und A die Auflagefläche des Reifens auf der Straße sein soll.

Festzuhalten ist an dieser Stelle, daß der Luftdruck im Reifen in die Eigenfrequenz der als starr betrachteten Achse des Fahrzeugs eingeht. Kennt man demnach diese Eigen­ frequenz bei einem bestimmten Luftdruck im Reifen, so kann durch eine Messung eben dieser Eigenfrequenz der im Reifen herrschende Druck über die oben angegebene Proportionalität bestimmt werden.

Die Amplitude dieser Eigenschwingung ist gedämpft, einmal durch das nichtelastische Verhalten des Reifens selbst, zum anderen dadurch, daß die angekoppelte Karosserie Schwin­ gungsenergie aufnimmt und diese damit der Achse entzieht.

Diese Betrachtungen gehen zunächst von idealisierten Vorausset­ zungen aus. Die Wirklichkeit beim tatsächlichen Betrieb eines Fahrzeugs liegt aber nicht sehr weit entfernt.

Beim Abrollen eines Rades über einem unebenen Untergrund wird eine zeitabhängige Anregungsfunktion zunächst für den Reifen generiert, über die dann dieser mehr oder weniger elastische Reifen die Achse zu einer Vielzahl von Eigenschwingungen anregt. diejenige Eigenschwingung mit der tiefsten Frequenz und nicht verschwindend kleiner Intensität entspricht der einer starren Achse, die aufgrund des elastischen Verhaltens des luftgefüllten Reifens schwingt.
Die Frequenz dieser Eigenschwingung ist abhängig vom augen­ blicklichen Gewicht der auf der Achse "gelagerten" Karosse­ rie und von dem Luftdruck im Reifen.
Die Dämpfung dieser Eigenschwingung ist ebenfalls abhängig vom augenblicklichen Gewicht der auf der Achse "gelagerten" Karosserie.

Gelingt es daher, die Eigenfrequenz der hier auftretenden Schwingung und deren Dämpfung unabhängig voneinander zu messen bzw. zu bestimmen, können die Parameter

• - Luftdruck im Reifen und
• - Gewicht der Karosserie mit Ladung eindeutig bestimmt werden.

Die Schwierigkeit dabei ist, daß während des Abrollens des Rades auf dem Untergrund ständig eine zeitabhängige Anregungsfunktion auf dieses einwirkt und zur Messung der Dämpfung eine in be­ stimmten Zeitintervallen freie Schwingung ohne äußere Anregung notwendig wäre.

Diese Schwierigkeit kann dadurch umgangen werden, daß man zur Bestimmung der Dämpfung die Linienbreite der oben benannten Eigenschwingung der Achse heranzieht. Die Messung bzw. die Be­ stimmung der Frequenz dieser Eigenschwingung muß also mit der hierfür notwendigen Auflösung durchgeführt werden.

Eine andere Möglichkeit, auf mehr indirektem Wege die Dämpfung im System zu messen, wäre die, aus der Summe bzw. dem Integral über die Intensitäten sämtlicher Linien im Frequenzspektrum die Anregungsfunktion im jeweils betrachteten Zeitintervall zu be­ stimmen und aus der gemessenen Schwingung des Systems die vor­ handene Dämpfung zu bestimmen. Hierzu müßte die Fouriertrans­ formation so angelegt werden, daß sie mit möglichst hoher Zeit­ auflösung arbeiten würde.

b) Teilsystem Karosserie

Die Karosserie eines Fahrzeugs ist ebenfalls ein in sich schwin­ gungsfähiges Gebilde, auf dem sich bei entsprechender Anregung eine Vielzahl von Eigenfrequenzen ausbilden können.

Im Zusammenhang mit der erfindungsgemäß zu lösenden Aufgabe ist aber zunächst diejenige Eigenfrequenz interessant, die sich aus der elastischen Kopplung der Karosserie zur Achse des Fahrzeugs ergibt.

Diese Eigenfrequenz wird in erster Näherung ausschließlich durch die Eigenmasse der Karosserie und die "Federkonstanten" der Blatt- oder Luftfederung zwischen Karosserie und Fahrzeugachse bestimmt.

Die hier angesprochene Eigenfrequenz liegt erfahrungsgemäß bei allen Fahrzeugen sehr tief und unterscheidet sich auf jeden Fall von der Eigenfrequenz der Achse, die im vorigen Abschnitt dis­ kutiert wurde; beide Eigenfrequenzen würden also als separate Linien in einem aufgenommenen Frequenzspektrum auftauchen.

Geht man näherungsweise von einer gleichbleibenden "Federkon­ stanten" der Blatt- bzw. Luftfederung bei einem Fahrzeug aus, so ist die Eigenfrequenz, mit der Schwingungen der Karosserie als starres Gebilde gegenüber der Achse erfolgen nur von der Masse des Karosseriekörpers abhängig. Dieser Karosseriekörper besteht aus der Eigenmasse der Karosserie, die bekannt ist und i.a. konstant bleibt und der Masse der Ladung als zeitlich variabler Größe.

Aus diesen Betrachtungen ergibt sich, daß über die Messung der Eigenfrequenz, mit der die Karosserie gegen die Achse schwingt, (elastisches Element ist die Federung) bei bekannter Masse des Aufbaus, (der Karosserie) die augenblickliche Masse der Ladung bestimmbar ist.

Betrachtung des Fahrzeugs als Gesamtsystem

Das Gesamtsystem Fahrzeug besteht aus den beiden zuvor disku­ tierten Teilsystemen

• - Teilsystem Achskörper/Achsstummel mit Felge und Reifen und
• - Teilsystem Karosserie mit Ladung

die in erster Linie elastisch mit Dämpfung untereinander gekop­ pelt sind, wobei das erstere Teilsystem über das mehr oder weni­ ger elastische Rad wiederum mit der Abrollfläche (Straße) gekop­ pelt ist.

Physikalisch bedeutet dies, daß, solange in Näherung alle betei­ ligten elastischen Elemente als linear betrachtet werden können, nicht nur die Eigenfrequenzen der Teilsysteme selbst auftreten werden, sondern auch Summen bzw. Differenzen der Eigenfrequenzen dieser Teilsysteme.

Wegen der sehr großen Masse der Karosserie im Vergleich zu der Masse der Achse wird die Karosserie von den Achsen nur relativ wenig Schwingungsenergie aufnehmen, der Ankopplungsgrad also relativ schlecht sein.

Messung des Luftdruckes in den Reifen eines Fahrzeugs und Messung des Gewichts der Ladung

Unter Heranziehung der oben dargelegten Fakten lassen sich der Luftdruck in den Reifen eines Fahrzeugs und dessen Beladungsgrad erfindungsgemäß indirekt über die Messung verschiedener, am Fahrzeug auftretender Frequenzen bestimmen.

Das erfindungsgemäße Verfahren kann demnach in verschiedenen Va­ rianten durchgeführt werden und eignet sich gleichermaßen für motorgetriebene wie für motorlose Fahrzeuge (Anhänger):

Variante 1

An den beiden Achsen eines Fahrzeugs und an der Karosserie in der Nähe der Achsen werden Beschleunigungs- bzw. Schwingungsauf­ nehmer installiert, über die auf elektronischem Wege die Schwin­ gungsbewegung an Achsen und an der Karosserie in ihrem zeitli­ chen Verlauf aufgenommen werden können. Dabei müssen diese Auf­ nehmer so gewählt werden, daß Schwingungen mit Periodendauern von 0,2 Sekunden bis ca. 50 ms sicher erfaßt werden können.

Diese gemessenen, zeitlichen Verläufe der Schwingungen werden, am einfachsten über einen FFT-Algorithmus, jeweils in ein ent­ sprechendes Frequenzspektrum umgerechnet. Dies setzt voraus, daß Zeitintervalle gebildet und innerhalb dieser Zeitintervalle die Umsetzung des Zeitsignals in ein Frequenzspektrum vorgenommen wird.

Im Schwingungsspektrum, das an der Korosserie aufgenommen wurde, ist die Eigenfrequenz der Schwingung der Karosserie gegenüber der Achse enthalten. Da die Wechselwirkung zwischen Karosserie und Achse über die Federung aufgrund der Massenverhältnisse relativ schwach ausgebildet ist, ist die Frequenz dieser Eigen­ schwingung in guter Näherung ausschließlich durch die Masse (das Gewicht) der Karosserie gegeben. Wie oben dargestellt, läßt sich hieraus die Masse der Ladung bestimmen.

Die Zuordnung zwischen der Masse der Ladung und der zu messenden Eigenfrequenz ist einmal dadurch möglich, daß bei bekannter "Federkonstante" der Blatt- oder Luftbalgfederung das ganze Problem als elastische Schwingung behandelt und dann, aus Grün­ den der besseren Verarbeitbarkeit, die Zuordnung zwischen den beiden Größen über eine genügend fein aufgegliederte Tabelle vornimmt.

Zum anderen könnte man so vorgehen, daß die Zuordnung zwischen den beiden Größen für den infrage kommenden Fahrzeugtyp vorab experimentell ermittelt und dann der gefundene Zusammenhang wiederum in einer Zuordnungstabelle abgelegt wird.

Eine dritte Möglichkeit wäre, den Sensor einschließlich der dazugehörenden Elektronik so auszugestalten, daß dieser "lernfä­ hig" wird. Konkret würde dies bedeuten, daß dem Sensor das au­ genblickliche Gewicht der Ladung und der derzeitige Druck in den Reifen etwa über eine einfache Tastatur eingegeben werden müßte; direkt im Anschluß daran müßte das Fahrzeug über eine nicht ganz glatte Fahrbahn bewegt werden. Der Sensor würde dann die sich aus dem gesamten, gemessenen Schwingungsspektrum ergebende Ei­ genfrequenz der Karosserie ermitteln. Diese Eigenfrequenz würde als "angelernter Basiswert" dauerhaft abgespeichert und für alle zu späteren Zeitpunkten gemessenen Eigenfrequenzen der Korosse­ rieschwingung würde zur Berechnung des Gewichtes der Ladung die­ ser Basiswert herangezogen.

Im Schwingungsspektrum, das an der Achse aufgenommen wurde, muß die Eigenfrequenz der Schwingung der Achse als starrer Körper enthalten sein. Eine exakte Bestimmung ist jetzt durch das be­ kannte Gewicht der Ladung möglich.

Aus dieser Eigenfrequenz läßt sich der im Reifen herrschende Luftdruck bestimmen.

Die Zuordnung zwischen Luftdruck im Reifen und Eigenfrequenz ist, genau wie oben, einmal dadurch möglich, daß man mit den bekannten Massen am Fahrzeug das ganze Problem näherungsweise als elastische Schwingung durchrechnet und dann die Zuordnung letztlich über eine Tabelle vornimmt, oder aber die Zuordnung ist vorab für den bestimmten Fahrzeugtyp experimentell ermittelt worden und wiederum in einer Zuordnungstabelle abgelegt. Schließlich ist die Zuordnung auch über die oben beschriebene Anlernprozedur möglich, sofern man das ganze Problem näherungs­ weise als linear behandelt.

Irgendwelche Kenntnis über den zeitlichen Verlauf der Anregungs­ funktion ist dabei nicht erforderlich, d. h. das Ganze ist anwend­ bar, völlig unabhängig vom Untergrund, auf dem die Räder des Fahrzeugs abrollen und unabhängig von der Geschwindigkeit des Fahrzeugs.

Die Steuerung der erforderlichen Sensorik und die Berechnung der Spektren aus den zeitlichen Verläufen der Schwingungsamplituden an den verschiedenen Stellen würde naheliegenderweise ein ent­ sprechend leistungsfähiger Mikrorechner, etwa ein Single-Chip- Rechner oder aber ein Signalprozessor übernehmen.

Variante 2

Da die beiden vorab definierten Teilsysteme nämlich

• - Achskörper/Achsstummel mit Felge und Reifen und
• - Karosserie mit Ladung

zumindest teilweise elastisch gekoppelt sind, sind die Eigen­ schwingungen des Achskörpers auch an der Karosserie dadurch meßbar, daß Summen- bzw. Differenzfrequenzen der verschiedenen Eigenfrequenzen auftreten.

Damit reicht es aus, zur Überwachung des Druckes in den Reifen und zur Überwachung der Ladung über Vorder- und Hinterachse an der Karosserie jeweils einen Schwingungssensor anzubringen und dessen Ausgangssignal, das den zeitlichen Verlauf der Schwin­ gungsamplituden an dieser Stelle wiedergibt, in ein Frequenz­ spektrum zu transferieren.

In diesem Ausgangssignal finden sich die Frequenzanteile der Eigenschwingung der starren Achse und der Karosserie wieder und werden durch die Frequenztransformation in ein Frequenzspektrum umgerechnet. Auch in diesem Fall ist zwar die Intensität der Linien abhängig vom zeitlichen Verlauf der Anregung des Fahr­ zeugs durch sein Abrollen auf der Fahrbahn; die den Linien zu­ zuordnenden Frequenzen sind jedoch von der Anregungsfunktion völlig unbeeinflußt und sind, exakt wie bei Variante 1, dem Druck in den Reifen bzw. dem Gewicht der Ladung zuzuordnen.

Die Zuordnung zwischen gemessener Frequenz der Eigenschwingung und dem Druck im Reifen geschieht genau auf dieselbe Art wie bei Variante 1; ebenso die Zuordnung zwischen Eigenfrequenz der Karosserieschwingung und der Masse (Gewicht) der Ladung.

Tritt jetzt bei nur einem Reifen ein Druckverlust ein, so wird die Intensität der Eigenschwingung der Achse geringer werden; gleichzeitig wird aber in der Umgebung der alten eine neue Linie auftreten, die der durch den Druckverlust geänderten Eigenfre­ quenz entspricht.

Ändert sich der Druck in einem Reifen nur geringfügig, so mani­ festiert sich dies zunächst durch eine Zunahme der Linienbreite der zuzuordnenden Eigenschwingung; erst bei zunehmender Druck­ abweichung vom Sollwert wird durch die dadurch bedingte, wach­ sende Frequenzabweichung der zugeordneten Linie eine separate, neue Linie im Frequenzspektrum erkennbar werden.

Variante 3

Der Druck im Reifen wird wesentlich dafür verantwortlich sein, bis zu welchen Frequenzgrenzen hin die Eigenschwingungen des Achssystems und der Karosserie angeregt werden.

Ist der Druck in den Reifen hoch, so werden "harte" Stöße über­ tragen. Dies bedeutet, daß wesentlich hohe Frequenzen an der Anregung beteiligt sind und entsprechend hohe Eigenfrequenzen angeregt werden.

Ist der Druck in den Reifen niedrig, so werden nur "weiche" Stöße übertragen. Diese enthalten nur zu einem sehr viel kleine­ ren Anteil hohe Anregungsfrequenzen; die im höheren Frequenzbe­ reich zu messenden Frequenzlinien werden gegenüber dem ersteren Fall eine weitaus geringeren Intensitätsanteil haben.

Da auch der Verlauf des Untergrundes, auf dem die Räder abrol­ len, und die Fahrgeschwindigkeit einen wesentlichen Einfluß auf die Frage haben, in welchem Frequenzbereich Eigenfrequenzen angeregt werden, müßte, um auf diese Weise aussagefähige Messun­ gen durchführen zu können

• - ein vom Tachometer des Fahrzeugs abgeleitetes Geschwin­ digkeitssignal mit herangezogen werden und
• - durch vorab erfolgte Messungen an einem Versuchsfahrzeug gleichen Typs die Zuordnung der über bestimmte Frequenz­ bereiche integrierten Intensitäten der auftretenden Ei­ genfrequenzen zu den Reifendrücken per Tabelle bekannt sein.

Da aber immer nur zeitlich gemittelte Werte gemessen werden können, ist es auf diese Art sehr schwierig wenn nicht unmög­ lich, einen langsam vor sich gehenden Druckverlust in einem der vier Reifen zu detektieren.

Der Vorzug ist also in jedem Falle der Variante 1 oder 2 zu geben.

Zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird vorge­ schlagen, eine Mikroprozessorschaltung mit entsprechender Peri­ pherie zu verwenden. Der Mikroprozessor muß einen der vorhande­ nen Schwingungs-Sensoren für ein bestimmtes Zeitintervall aktiv schalten und aus diesem die Zeitfunktion der Schwingungsamplitu­ de auslesen, digitalisieren und abspeichern. Für dieses Zeitin­ tervall muß dann, eventuell unter Anwendung einer Fensterfunk­ tion, eine Frequenztransformation - am einfachsten über einen FFT- Algorithmus - erfolgen.

Die nach den obigen Ausführungen relevanten Frequenzlinien müss­ en aufgesucht, über eine Zuordnungstabelle der zugehörige Rei­ fendruck bzw. das Gewicht der Ladung ermittelt und mit abgespei­ cherten Sollwerten verglichen werden.

Die Messungen mit dem jeweiligen Sensor können in direkt anein­ ander anschließenden Zeitintervallen oder aber in Zeitinterval­ len, die durch Pausen voneinander getrennt sind, erfolgen. Hier­ durch würde es dann möglich, mit einem Prozessor im Zeitmulti­ plexverfahren mehrere Sensoren abzufragen.

Bei Abweichungen, die einen vorgebbaren Toleranzbereich über­ steigen, müßte dann im Fahrerhaus bzw. am Armaturenbrett des infrage kommenden Fahrzeugs eine nicht überseh- bzw. überhörbare Alarmierung des Fahrers erfolgen.

Claims (12)

1. Verfahren zur Messung und Überwachung des Luftdrucks in den Reifen und des Gewichts der Beladung eines Fahrzeugs, dadurch gekennzeichnet, daß ein- oder mehrere Beschleunigungs- oder Schwingungs­ sensoren den zeitlichen Verlauf der senkrecht zur Fahrbahn erfolgenden Schwingungen von Karosserie und Achse beim bewegten Fahrzeug aufnehmen, dieses Zeitsignal jeweils abschnittweise in ein Frequenzspektrum transformiert und hieraus die Eigenfrequenz(en) der als starr betrachteten Karosserie und diejenige(n) der als starr betrachteten Achsen bestimmt wird.

2. Verfahren nach 1, dadurch gekennzeichnet, daß aus der Eigenfrequenz der Karosserie das Gewicht der Ladung be­ stimmt, mit einem abgespeicherten Maximalwert verglichen und dann im Sichtfeld des Fahrers eine entsprechende Anzei­ ge erfolgt bzw. ein Alarmsignal ausgelöst wird, wenn der ermittelte Wert des Ladungsgewichts den Maximalwert um mehr als einen vorgebbaren Toleranzwert überschreitet.

3. Verfahren nach 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Zuordnung zwischen Gewicht der Ladung und ermittelter Ei­ genfrequenz über eine Tabelle oder über ein Funktion er­ folgt, die zuvor per Versuch und anschließender Näherungs­ rechnung erstellt und abgespeichert worden ist.

4. Verfahren nach 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Zuordnung zwischen Gewicht der Ladung und bestimmter Ei­ genfrequenz über eine Tabelle oder ein Polynom erfolgt, das über eine am Fahrzeug durchgeführte "Anlernprozedur" er­ mittelt und abgespeichert wurde.

5. Verfahren nach 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Gewicht der Ladung aus der gemessenen Eigenfrequenz und der Dämpfung der freien Schwingung der Karosserie bestimmt wird.

6. Verfahren nach 1 und 2 und 3 bis 5, dadurch gekenn­ zeichnet, daß nach Ermittlung des Gewichts der Ladung aus der Eigenfrequenz der Achsen der Druck in den Reifen des Fahrzeugs bestimmt, im Sichtfeld des Fahrers angezeigt, mit einem abgespeicherten Sollwert verglichen und dann ein Alarmsignal ausgelöst wird, wenn der ermittelte Druckwert in einem Reifen um mehr als einen vorgebbaren Toleranzwert von dem abgespeicherten Sollwert abweicht.

7. Verfahren nach 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Zuord­ nung zwischen der bestimmten Eigenfrequenz der Achsschwin­ gung und dem Druck in den Reifen über eine Tabelle oder eine Funktion erfolgt, die zuvor per Versuch und anschlie­ ßender Näherungsrechnung ermittelt wurde.

8. Verfahren nach 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Zuord­ nung zwischen der bestimmten Eigenfrequenz der Achsschwin­ gung und dem Druck in den Reifen über eine Tabelle oder ein Polynom erfolgt, das zuvor am fahrenden Fahrzeug durch eine vorgegebene "Anlernprozedur" ermittelt und abgespeichert wurde, wobei eine festgelegte Anzahl von Parametern vor der Durchführung der Anlernprozedur dem System durch separates Eingeben bekannt gemacht werden mußten.

9. Verfahren nach einem der vorgenannten Punkte, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Eigenfrequenz der Achsschwingung nach einem der obigen Prozeduren einem Luftdruck im Reifen zu­ geordnet wird, ohne daß dabei ein variables Gewicht der Ladung des Fahrzeugs berücksichtigt wird.

10. Verfahren nach einem der vorgenannten Punkte, dadurch ge­ kennzeichnet, daß zusätzlich die Breite der ermittelten Frequenzlinien der Eigenschwingungen von Karosserie bzw. Achsen zur Bestimmung des Druckes in den Reifen mit her­ angezogen wird.

11. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der vorgenannten Punkte, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens ein Schwingungs- bzw. Beschleunigungssensor an Karosserie bzw. Achse des Fahrzeugs befestigt ist, die Zeitfunktion der Schwingung von Karosserie und Achsen von einem Rechner in nacheinander angeordneten Zeitabschnitten in periodi­ scher Wiederholung aufgenommen, daraus ein Frequenzspektrum berechnet, die relevanten Eigenfrequenzen von Karosserie und Achsen bestimmt und anschließend der gewünschte Gewichts- und die Werte des Luftdrucks in den Reifen er­ mittelt und mit den Sollwerten verglichen werden.

12. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der vorgenannten Punkte, dadurch gekennzeichnet, daß das Aus­ gangssignal des Tachometers herangezogen wird, um das Ver­ fahren in Gang zu setzen bzw. dann abzuschalten, wenn das Tachosignal keine Bewegung des Fahrzeugs anzeigt.