DE19611364A1 - Verfahren und Vorrichtung zur Fahrzeugreifenüberwachung - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Fahrzeugreifen­ überwachung, bei dem ein Sollbereich für den durch wenigstens eine Zustandsgröße repräsentierten Betriebszustand eines Reifens vorgegeben und durch laufende Erfassung der Momentanwerte der wenigstens einen Zustandsgröße festgestellt wird, ob der momen­ tane Reifenbetriebszustand innerhalb des vorgegebenen Sollbe­ reichs liegt oder nicht, sowie auf eine zur Durchführung dieses Verfahrens geeignete Vorrichtung. Es sind Verfahren und Vorrich­ tungen dieser Art bekannt, die vor allem dazu dienen, den Fahrer im laufenden Fahrzeugbetrieb vor einem zu niedrigen Reifendruck zu warnen. Als Reifenbetriebszustandsgröße wird dabei der Rei­ fendruck herangezogen, und der zugehörige Sollbereich wird von einem zulässigen Reifendruckintervall gebildet.

In der Offenlegungsschrift DE 32 36 520 A1 ist eine Einrichtung zum Anzeigen des Zustands von Fahrzeugreifen, insbesondere des Reifendrucks und der Profiltiefe, beschrieben. Dazu vergleicht die Einrichtung einen über die Raddrehzahlen gewonnenen Fahr­ zeuggeschwindigkeits-Referenzwert mit der tatsächlichen Fahr­ zeuggeschwindigkeit über Grund, die von einem entsprechenden Sensor gemessen wird. Ein plötzlicher Druckabfall in einem Rei­ fen äußert sich bei gegebener Fahrzeuggeschwindigkeit in einer entsprechend raschen Änderung der Raddrehzahl und damit des Fahrzeuggeschwindigkeits-Referenzwertes und kann auf diese Weise von der Einrichtung erkannt werden. Um auch langfristige Reifen­ zustandsänderungen aufgrund Reifenabriebs überwachen zu können, besitzt ein zentrales elektronisches Steuergerät der Einrichtung einen Speicher, in welchem die laufend gemessenen Raddrehzahlen abgespeichert werden können. Durch Vergleich der laufend ermit­ telten Raddrehzahlen mit den zu Beginn nach Aufziehen neuer Rei­ fen gemessenen Raddrehzahlen kann der Reifenabrieb und damit die Profiltiefe der Reifen über längere Zeiträume überwacht werden.

Aus der Patentschrift DE 30 29 563 C3 ist ein Verfahren zur Rei­ fendruckermittlung bei Fahrzeugrädern bekannt, mit welchem sich ein zu niedriger Reifendruck unter Berücksichtigung der Umge­ bungstemperatur, des Beladungszustands des Fahrzeugs und des at­ mosphärischen Luftdrucks mittels einer speziellen Sensorik und Auswerteschaltung erkannt werden kann.

In dem Zeitschriftenaufsatz "Reifendruck im Blickfeld", Automo­ bil-Elektronik, September 1990, Seite 30 sind Überwachungssyste­ me für Fahrzeugreifen offenbart, bei denen ein zentrales Steuer­ gerät die Daten einer Reifendrucksensorik mit weiteren Sensorsi­ gnalen, die über die Außentemperatur, die Bremsentemperatur, die Fahrzeuggeschwindigkeit und den Fahrzeugbeladungszustand infor­ mieren, verknüpft und dadurch erkennt, wenn der Druck in einem Reifen zu weit unterhalb eines vorgegebenen Solldruckes liegt, woraufhin der Fahrer über eine optische Anzeige eine entspre­ chende Warnmeldung erhält.

Es ist bekannt und wird beispielsweise in der Publikation "European Tire and Rim Technical Organization - Standards Manual - 1995", insbesondere Seiten P.6 bis P.10, beschrieben, daß der Zustand eines Fahrzeugreifens zur Erzielung eines sicheren Rei­ fenbetriebs über eine möglichst lange Nutzungsdauer hinweg be­ stimmte, vorgegebene Spezifikationen einhalten sollte. Dies be­ trifft neben der Einhaltung bestimmter geometrischer Toleranzen, z. B. hinsichtlich Reifenbreite, Reifendurchmesser und Sturzwin­ kel, vor allem die Einhaltung bestimmter Reifendrücke sowie Tragfähigkeits- und Geschwindigkeitsgrenzen. So nimmt z. B. die empfohlene Tragfähigkeit mit fallendem Reifendruck sowie im Be­ reich sehr hoher Geschwindigkeiten mit steigender Fahrzeugge­ schwindigkeit ab.

Der Erfindung liegt als technisches Problem die Bereitstellung eines Verfahrens und einer Vorrichtung der eingangs genannten Art zugrunde, mit denen sich bei möglichst geringem Aufwand eine hohe Reifenbetriebssicherheit erzielen läßt und eine Beurteilung möglich ist, ob ein abgefahrener Reifen runderneuert werden kann und warum im Fall eines erkannten Reifenschadens dieser Schaden aufgetreten ist und ob er reparabel ist.

Die Erfindung löst dieses Problem durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und eine Vorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 3. Bei diesem Verfahren und dieser Vorrichtung wird über den gesamten Betrieb des Reifens hinweg die Häufigkeit und/oder der Betriebsanteil derjenigen Betriebsphasen ermittelt, in denen der momentane Reifenbetriebszustand außerhalb eines vorgegebenen Sollbereichs liegt, der so gewählt ist, daß Be­ triebssicherheit und Lebensdauer des Reifens nicht nennenswert beeinträchtigt werden, solange der Betriebszustand des Reifens in diesem Sollbereich liegt. Dies macht es dann beispielsweise möglich, im Fall eines Reifenausfalls eine Hilfestellung bei der Suche nach der Ursache für diesen Ausfall zu geben, so daß diesbezügliche aufwendige Untersuchungen durch Sachverständige jedenfalls teilweise ersetzt werden können. Des weiteren erlaubt diese Vorgehensweise eine vergleichsweise sichere Beurteilung darüber, ob ein aufgetretener Reifenschaden reparabel ist und ob ein abgefahrener Reifen aufgrund seiner Vorgeschichte noch rund­ erneuerungsfähig ist. Die Reparierbarkeit und Runderneuerbarkeit eines Reifens ist selbstverständlich umso günstiger einzuschät­ zen, je geringer die Häufigkeit bzw. der Betriebsanteil, d. h. der Anteil an der gesamten Betriebsdauer oder Laufstrecke des Reifens, derjenigen Betriebsphasen ist, in denen der Reifenbe­ triebszustand außerhalb des vorgegebenen Sollbereichs liegt.

Bei einer nach Anspruch 2 oder 4 weitergebildeten Fahrzeugrei­ fenüberwachung werden als den Reifenzustand charakterisierende Zustandsgrößen zusätzlich zum Reifendruck eine oder mehrere der Größen Reifentemperatur, Umgebungstemperatur, Fahrzeuggeschwin­ digkeit, Fahrzeugbeladung und Reifenlaufstrecke verwendet.

Bei einer nach Anspruch 5 weitergebildeten Vorrichtung basiert die Reifenzustandsbeurteilung zudem darauf, daß für diese Beur­ teilung die während Betriebsphasen, in denen der Reifenbetriebs­ zustand außerhalb des vorgegebenen Sollbereichs liegt, vorlie­ genden Werte der Reifenbetriebszustandsgrößen abgespeichert und später abgerufen werden, was eine besonders genaue Kenntnis der Reifenvorgeschichte ermöglicht.

Eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung ist in den Zeich­ nungen dargestellt und wird nachfolgend beschrieben. Hierbei zeigen:

Fig. 1 ein Blockdiagramm eines zentralen Mikroprozessorteils ei­ ner Vorrichtung zur Fahrzeugreifenüberwachung und

Fig. 2 ein Diagramm zur Veranschaulichung eines in dem Mikropro­ zessor von Fig. 1 abgespeicherten Sollbereichs für den Reifenbetriebszustand.

Die in Fig. 1 mit ihrem zentralen, zur Erläuterung der Erfindung relevanten Mikroprozessorteil dargestellte Vorrichtung dient zur Langzeitüberwachung der Reifen eines Fahrzeugs, mit der eine Be­ urteilung über die Betriebssicherheit der Reifen sowie darüber möglich ist, ob ein aufgetretener Reifenschaden voraussichtlich reparabel ist und ob sich ein abgefahrener Reifen noch in einem ausreichend guten Zustand befindet, um runderneuert werden zu können. Der die Belastung und damit die Betriebssicherheit und Lebensdauer eines Reifens grundlegend bestimmende Parameter ist die Reifeneinfederung während des Betriebs. Mit dem von der vor­ liegenden Vorrichtung durchgeführten Überwachungsverfahren wird die Reifenbelastung vergleichsweise genau erfaßt, indem neben dem Reifendruck auch die Reifentemperatur im Vergleich zur Umge­ bungstemperatur, die Fahrzeugbeladung sowie die Fahrzeugge­ schwindigkeit berücksichtigt werden.

Zu diesem Zweck beinhaltet die verfahrensdurchführende Vorrich­ tung einen Mikroprozessor (1) als zentrale Rechnereinheit, dem eingangsseitig die Drücke (p_R1, p_R2, . . . ) und Temperaturen (T_R1, T_R2, . . . ) der einzelnen Fahrzeugreifen sowie die Umgebungstempe­ ratur (T_U), die Fahrzeuggeschwindigkeit (v), die bisher mit den betreffenden Reifen zurückgelegte Laufstrecke (s) und die Infor­ mation über die Fahrzeugbeladung (B) zugeführt sind. Diese Ein­ gangsgrößen können von geeigneten Sensoren herkömmlicher Bauart erfaßt werden, was hier keiner näheren Erläuterung bedarf. Die Sensormeßwerte können drahtgebunden oder drahtlos, beispielswei­ se per Funkverbindung, von den Sensoren zum Mikroprozessor (1) übermittelt werden. Die Laufstrecke kann alternativ zur Erfas­ sung über einen Kilometerzähler auch rechnerisch aus der zuge­ führten Geschwindigkeitsinformation (v) ermittelt werden. Es versteht sich, daß der Mikroprozessor (1) so eingerichtet ist, daß er die Fahrzeugreifenüberwachung abgestimmt auf den jeweili­ gen Fahrzeugtyp und den verwendeten Reifentyp vornimmt.

Im Mikroprozessor (1) ist ein mehrdimensionales Kennfeld (2) ab­ gelegt, das einen Sollbereich für den Reifenbetriebszustand de­ finiert, indem es für die physikalischen Größen, die für den Reifenbetriebszustand relevant sind, jeweils ein Sollintervall angibt, in welchem der Momentanwert der betreffenden Größe beim Betrieb der Reifen liegen sollte, um einen schonenden Reifenbe­ trieb mit langer Reifenlebensdauer zu ermöglichen. Diese den Reifenbetriebszustand repräsentierenden Reifenbetriebszustands­ größen umfassen insbesondere die dem Mikroprozessor (1) zuge­ führten Eingangsgrößen, d. h. den Reifendruck (p_R1, p_R2, . . . ), die Reifentemperatur (T_R1, T_R2, . . . ), die Umgebungstemperatur (T_U), die Fahrzeuggeschwindigkeit (v), die Fahrzeugbeladung (B) und die Laufstrecke (s). Darüber hinaus können bei Bedarf noch geo­ metrische Reifengrößen berücksichtigt werden, beispielsweise die Reifenbreite, der Reifendurchmesser und der Sturzwinkel. Die Werte dieser geometrischen Reifengrößen können je nach Anwen­ dungsfall von Hand eingegeben oder mittels entsprechender, her­ kömmlicher Sensoren laufend, d. h. periodisch in vorgebbaren Zeitabständen, gemessen werden.

In Fig. 2 ist der im Mikroprozessor (1) abgelegte Sollbereich (2) in vereinfachter Weise in einer zweidimensionalen Projektion dargestellt, wobei auf der Ordinate die besonders relevante Grö­ ße Reifendruck und auf der Abszisse ein Belastungsfaktor abge­ tragen sind, der zur einfacheren Veranschaulichung die übrigen relevanten Reifenbetriebszustandsgrößen repräsentiert. Der 100%- Wert (LI) dieses Belastungsfaktors entspricht dabei der für den betreffenden Reifen bei einem Reifendruck von 2,5 bar normierten Tragfähigkeit. Tabellen dieser Standard-Tragfähigkeit in Abhän­ gigkeit vom Reifendruck für verschiedene Reifentypen, d. h. für Reifen mit verschiedenem sogenanntem Belastbarkeitsindex, finden sich in dem oben genannten Standards Manual der European Tire and Rim Technical Organization. Der in dem Diagramm von Fig. 2 auf diese Weise vereinfacht dargestellte Sollbereich (2) ist dort als schwarze Fläche erlaubter Reifenbetriebszustände wie­ dergegeben. Erkennbar ist der Sollbereich (2) bei Reifendrücken unterhalb von 2,5 bar auf kleiner werdende Belastungsfaktorwerte beschränkt. Der Sollbereich (2) wird bei kleinerem Reifendruck und relativ hohem Belastungsfaktor verlassen, was einen ungün­ stigen Betriebszustand darstellt.

Da die verschiedenen, zur Definition des Sollbereichs (2) ver­ wendeten, relevanten Reifenbetriebszustandsgrößen jedenfalls teilweise voneinander abhängig sind, beispielsweise verändert sich der Reifendruck in Abhängigkeit von der Fahrzeuggeschwin­ digkeit, der Reifentemperatur, der Umgebungstemperatur und der Fahrzeugbeladung, stellt der Sollbereich (2) genauer betrachtet einen bestimmten Teilraum des von den Reifenbetriebszustandsgrö­ ßen aufgespannten Zustandsraums dar. Sobald der momentane Be­ triebszustand eines Reifens diesen Sollbereich-Teilraum (2) ver­ läßt, liegt eine ungünstige Betriebsbedingung vor, d. h. ein Be­ triebszustand, der eine übermäßige Belastung des Reifens bedeu­ tet und dessen Lebenserwartung übermäßig beeinträchtigt. Diese ungünstigen Betriebszustände sollten nach Möglichkeit vermieden werden, da Fahrzeugreifen für daraus resultierende Schädigungs­ einflüsse ein Gedächtnis in dem Sinne haben, daß eine einmal er­ folgte Vorschädigung eines Reifens nach anschließendem Wieder­ erreichen des Sollbereichs (2) nicht wieder gänzlich verschwin­ det, sondern additiv zur Alterung des Reifens aufgrund allmähli­ cher Materialermüdung durch die Walkarbeit beiträgt, die maßgeb­ lich von der Reifendeformation und damit der Reifeneinfederung bestimmt ist.

Die Vorrichtung von Fig. 1 ermöglicht es, den aus obigen Gründen von seiner jeweiligen Vorgeschichte abhängigen Reifenzustand hinsichtlich der Betriebssicherheit des Reifens und im Fall ei­ nes Reifenschadens hinsichtlich dessen Reparierbarkeit ver­ gleichsweise zuverlässig beurteilen zu können. Bei einem abge­ fahrenen Reifen kann durch diese Reifenüberwachung zudem festge­ stellt werden, ob eine Runderneuerung des Reifens noch lohnend möglich ist. Zu diesem Zweck stellt der Mikroprozessor (1) an­ hand der ihm zugeführten Momentanwerte der für die Festlegung des Reifenbetrieb-Sollbereichs (2) verwendeten Zustandsgrößen laufend fest, ob der momentane Reifenbetriebszustand innerhalb des vorgegebenen, abgespeicherten Sollbereichs (2) liegt. Sobald er erkennt, daß dies nicht mehr der Fall ist, weil einer oder mehrere Momentanwerte der Zustandsgrößen ihr jeweiliges, durch den Sollbereich definiertes Sollintervall verlassen haben, gibt er eine entsprechende Warnmeldung ab. So erfolgt beispielsweise über einen ersten Ausgangskanal (A_p) eine Information darüber, ob der Reifendruck innerhalb seines Sollintervalls liegt oder nicht, wobei in letzterem Fall eine Reifendruckwarnmeldung abge­ geben wird. Analog gibt der Mikroprozessor (1) über einen zwei­ ten Ausgangskanal (A_v) ggf. eine Warnmeldung darüber ab, daß die im momentanen Reifenbetriebszustand noch maximal erlaubte Fahr­ zeuggeschwindigkeit überschritten wurde.

Gleichzeitig mit diesen Warnmaßnahmen registriert der Mikropro­ zessor (1) das Verlassen des Reifenbetrieb-Sollbereichs (2) und vermerkt dies in einem entsprechenden Speicher. Dabei ist es be­ vorzugt, daß der Mikroprozessor (1) nicht nur die Tatsache des Verlassens des Sollbereichs an sich, sondern zusätzlich die Be­ triebsdauer erfaßt und abspeichert, während der sich der Reifen­ betriebszustand außerhalb des Sollbereichs (2) befindet. Äquiva­ lent zur Erfassung der Betriebsdauer kann die während dieser Zeit zurückgelegte Fahrstrecke bzw. Reifenlaufstrecke ermittelt und registriert werden. Eine weitergehend vorteilhafte, optiona­ le Maßnahme besteht darin, daß der Mikroprozessor (1) die Mo­ mentanwerte der erfaßten Reifenbetriebszustandsgrößen während den Betriebszeiten, in denen der Reifenbetriebszustand außerhalb des vorgegebenen Sollbereichs (2) liegt, in einen Speicher ein­ schreibt. Auf diese Weise werden Betriebsphasen, bei denen der Fahrer beispielsweise trotz vorheriger Warnung das Fahrzeug nicht im Reifenbetrieb-Sollbereich (2) betreibt und die sich da­ her nachteilig auf die Reifen auswirken, zuverlässig dokumen­ tiert.

Die verschiedenen, im Mikroprozessor (1) abgespeicherten Daten können dann zu jedem gewünschten Zeitpunkt über einen Datenab­ rufausgang (A_D) ausgelesen werden, um die Beurteilung des derzei­ tigen, von seiner Vorgeschichte abhängigen Reifenzustands vor­ nehmen zu können. Insbesondere kann die Häufigkeit und/oder der Anteil derjenigen Betriebszeit an der gesamten Betriebszeit des Reifens abgerufen werden, während der sich der Reifenbetriebszu­ stand außerhalb des vorgegebenen Sollbereichs (2) befunden hat. Äquivalent oder zusätzlich zu diesem Betriebsdaueranteil kann ggf. der erfaßte Laufstreckenanteil an der gesamten Reifenlauf­ strecke abgerufen werden, während welcher der Reifenbetriebszu­ stand außerhalb des Sollbereichs (2) lag. Diese Information über die Häufigkeit und/oder die Dauer bzw. die Laufstrecke von au­ ßerhalb des vorgegebenen Sollbereichs (2) liegenden Reifenbe­ triebsphasen läßt bereits recht sichere Rückschlüsse darauf zu, ob der Reifen mit ausreichender Betriebssicherheit weiterbetrie­ ben werden kann, ob ein aufgetretener Reifenschaden reparabel ist und ob ein abgefahrener Reifen einer Runderneuerung unterzo­ gen werden kann. Derartige Beurteilungen wurden bislang häufig durch Sachverständige allein aus einer Analyse des momentan vor­ liegenden Reifenzustands mit entsprechend großer Unsicherheit getroffen. Eine noch genauere Beurteilung bzw. Analyse des je­ weiligen Reifenzustands ist dann möglich, wenn durch den Mikro­ prozessor (1) die einzelnen Zustandsgrößen-Momentanwerte während der außerhalb des Sollbereichs (2) liegenden Reifenbetriebspha­ sen erfaßt und abgespeichert werden, so daß auch diese Daten zum gewünschten Zeitpunkt abgerufen werden können, um genauere Kenntnis darüber zu erlangen, wieviele und welche Momentanwerte der Reifenbetriebszustandsgrößen außerhalb ihres durch den Soll­ bereich (2) bestimmten Sollintervalls lagen und in welchem Maße. Dies läßt dann sehr genaue Rückschlüsse über den derzeitigen Reifenzustand zu. Bei Bedarf können die abgespeicherten Daten vor Manipulationen dadurch geschützt werden, daß das Abrufen der Daten nur hierzu beispielsweise mittels eines Paßwortes autori­ sierten Personen gestattet wird.

Mit der gezeigten Vorrichtung und dem beschriebenen Verfahren ist folglich eine individuelle Überwachung der Reifen eines Fahrzeugs hinsichtlich kumulierter Einflüsse auf den Reifenzu­ stand zur zuverlässigen, aktuellen Beurteilung desselben mög­ lich.

Claims (7)

1. Verfahren zur Fahrzeugreifenüberwachung, bei dem

• - ein Sollbereich (2) für den durch wenigstens eine Reifenbe­ triebszustandsgröße (p_R1, T_R1, T_U, v, s, B) repräsentierten Betriebszustand eines Reifens vorgegeben wird und
• - die Momentanwerte der wenigstens einen Reifenbetriebszu­ standsgröße laufend erfaßt und durch Vergleich derselben mit dem vorgegebenen Sollbereich festgestellt wird, ob der momen­ tane Reifenbetriebszustand innerhalb oder außerhalb des vor­ gegebenen Sollbereichs liegt,

dadurch gekennzeichnet, daß

• - über den gesamten Betrieb des Reifens hinweg die Häufigkeit und/oder der Betriebsanteil derjenigen Betriebsphasen ermit­ telt wird, in denen der momentane Reifenbetriebszustand au­ ßerhalb des vorgegebenen Sollbereichs (2) liegt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, weiter dadurch gekennzeichnet, daß als Reifenbetriebszustandsgrößen der Reifendruck (p_R1) sowie we­ nigstens eine der Größen Reifentemperatur (T_R1), Umgebungstempe­ ratur (T_U), Fahrzeuggeschwindigkeit (v), Fahrzeugbeladung (B) und Reifenlaufstrecke (s) verwendet werden.

3. Vorrichtung zur Fahrzeugreifenüberwachung, mit

• - einer Rechnereinheit (1), in der ein vorgegebener Sollbereich (2) für den durch wenigstens eine Reifenbetriebszustandsgröße (p_R1, T_R1, T_U, v, s, B) repräsentierten Betriebszustand eines Reifens abgespeichert ist und welche laufend erfaßte Momen­ tanwerte der wenigstens einen Reifenbetriebszustandsgröße empfängt und mit dem Sollbereich zwecks Feststellung ver­ gleicht, ob der momentane Reifenbetriebszustand innerhalb oder außerhalb des vorgegebenen Sollbereichs liegt,

dadurch gekennzeichnet, daß

• - die Rechnereinheit (1) über den gesamten Betrieb des Reifens hinweg die Häufigkeit und/oder den Betriebsanteil derjenigen Betriebsphasen ermittelt und abspeichert, in denen der momen­ tane Reifenbetriebszustand außerhalb des vorgegebenen Sollbe­ reichs (2) liegt.

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, weiter dadurch gekennzeichnet, daß der Rechnereinheit (1) die Momentanwerte des Reifendrucks (p_R1) sowie wenigstens eine der Reifenbetriebszustandsgrößen Reifen­ temperatur (T_R1), Umgebungstemperatur (T_U), Fahrzeuggeschwindig­ keit (v), Fahrzeugbeladung (B) und Reifenlaufstrecke (s) zuge­ führt werden und der vorgegebene Sollbereich (2) als ein Teil­ raum des von diesen Reifenbetriebszustandsgrößen aufgespannten Zustandsraums in der Rechnereinheit abgespeichert ist.

5. Vorrichtung nach Anspruch 3 oder 4, weiter dadurch gekennzeichnet, daß die Rechnereinheit (1) die zugeführten Momentanwerte der Reifen­ betriebszustandsgrößen (p_R1, T_R1, T_U, v, s, B) während derjenigen Betriebsphasen, in denen der momentane Reifenbetriebszustand au­ ßerhalb des vorgegebenen Sollbereichs (2) liegt, abrufbar ab­ speichert.