DE4009540A1

DE4009540A1 - Verfahren und system zur reifendruckueberwachung

Info

Publication number: DE4009540A1
Application number: DE19904009540
Authority: DE
Inventors: Hubertus Von Dr Gruenberg; Michael Dr Hoffmann; Ulrich Neumann; Peter Dr Rieth
Original assignee: Alfred Teves GmbH
Current assignee: ITT Automotive Europe GmbH
Priority date: 1990-03-24
Filing date: 1990-03-24
Publication date: 1991-09-26
Also published as: WO1991014586A1

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und auf ein Sy stem zur Überwachung des Luftdrucks in den an einem Fahrzeug montierten Reifen.

Die Einhaltung und Überwachung des vorgeschriebenen Luft druckes in den Reifen eines Fahrzeugs ist vor allem für das Fahrverhalten des Fahrzeugs, für die Lebensdauer des Reifens und für den Treibstoffverbrauch von großer Bedeutung. Ein zu geringer Luftdruck, der zu einer Übererwärmung und Zerstö rung des Reifens führen kann, stellt außerdem eine Gefahr dar.

Die herkömmliche Kontrolle des Luftdruckes mit einem an das Ventil angesetzten Manometer ist relativ umständlich. Die an sich vorgeschriebene regelmäßige Reifendruckkontrolle wird daher häufig vernachlässigt.

Es ist bereits bekannt, zur Überwachung des Reifendruckes in die Felge jedes Rades einen Druck- und einen Temperatursen sor einzubauen, deren Ausgangssignale über eine ebenfalls in der Felge eingebaute Antenne und über einen am Rad festste henden Empfänger zu einer zentralen elektronischen Auswerte schaltung übertragen werden. Der Ausgang der Auswerteschal tung führt schließlich zu einer Anzeige im Armaturenbrett des Fahrzeugs, die die im Inneren der einzelnen Reifen ge messenen Druckwerte wiedergibt und bei zu großen Abweichun gen vom Sollwert des Druckes ein Warnsignal auslöst. Der für ein solches Überwachungssystem erforderliche Aufwand ist - schon wegen der Vielzahl der benötigten Sensoren, der berüh rungslosen Signalübertragung und der erforderlichen Empfän gersysteme - vergleichsweise hoch. Schon aus diesem Grund kommt ein solches System nur für teuere Fahrzeuge, nicht je doch für Fahrzeuge der mittleren und unteren Preisklassen in Frage.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, diesen Nach teil zu überwinden und ein Verfahren zur Reifendrucküberwa chung zu entwickeln, das zuverlässig arbeitet und sich den noch mit einer preisgünstigen Anordnung bzw. preisgünstigen Bauteilen durchführen läßt.

Es hat sich nun herausgestellt, daß diese Aufgabe durch ein Verfahren gelöst werden kann, das darin besteht,

- daß das vertikale Schwingungsverhalten der einzelnen Fahrzeugräder gemessen wird,
- daß die Eigenfrequenzen der Radvertikalbewegungen er mittelt werden,
- daß aus den Eigenfrequenzen die Federraten der einzel nen Reifen ermittelt werden und
- daß aus der jeweiligen Federrate unter Berücksichti gung fahrzeugspezifischer Meßdaten, wie Beladung, Fahrzeuggeschwindigkeit, Schräglaufwinkel, Sturzwinkel oder dergl., auf den Luftdruck in den Reifen geschlos sen wird.

Der momentane Luftdruck in den einzelnen Reifen kann z. B. auf einem Anzeigefeld in dem Armaturenbrett eines Kraftfahr zeuges unmittelbar angezeigt werden. Es ist nach einer Aus führungsart der Erfindung jedoch auch möglich, den ständig ermittelten momentanen Luftdruck mit vorgegebenen Sollwerten des Reifendruckes zu vergleichen und ein Warnsignal auszulö sen, sobald die Abweichung zwischen dem momentanen Luftdruck und den Sollwerten vorgegebene Grenzwerte überschreitet.

Nach einer vorteilhaften Ausführungsart des erfindungsge mäßen Verfahrens werden den Reifendruck beeinflussende rei fenspezifische und fahrzeugspezifische Daten, wie Reifentem peratur, Beladung des Fahrzeugs, Fahrzeuggeschwindigkeit, Betriebszeit, Bremsenbetätigung usw. gemessen, und es werden in Abhängigkeit von diesen Meßwerten die Reifendruck-Soll werte bzw. die Grenzwerte des Solldruckes variiert.

Nach einem anderen Ausführungsbeispiel der Erfindung werden die den Reifendruck beeinflussenden Daten - anstelle einer direkten Messung mit Hilfe von entsprechenden Sensoren - aus der Fahrzeuggeschwindigkeit, der Bremsenbetätigung oder aus anderen ohnehin vorhandenen Daten näherungsweise errechnet und diese errechneten Werte dann bei der Ermittlung des Rei fendruck-Sollwertes bzw. der Grenzwerte berücksichtigt.

Eine weitere Vereinfachung der Reifendrucküberwachung und Einsparung ergibt sich dann, wenn zunächst, wie zuvor, das vertikale Schwingungsverfahren der einzelnen Fahrzeugräder gemessen und die Eigenfrequenzen der Radvertialbewegungen ermittelt werden und wenn dann direkt das Schwingungsverhal ten der einzelnen Fahrzeugräder bzw. die jeweils ermittelten Eigenfrequenzen achsweise verglichen und Warnsignale ausge löst werden, sobald die Abweichungen vorgegebene Grenzwerte überschreiten. Es wird also in diesem Fall auf die Errech nung und Anzeige des Luftdruckes in den einzelnen Reifen zu gunsten eines geringeren Aufwandes verzichtet, und statt dessen ein voneinander abweichendes Verhalten der beiden Rä der einer Achse zum Erkennen eines Reifendefektes oder Druckverlustes ausgewertet.

Eine Anordnung bzw. ein Luftdrucküberwachungssystem zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens besteht im we sentlichen aus Sensoren zur direkten oder indirekten, radin dividuellen Messung der Radvertikalbeschleunigungen oder entsprechender Größen, wie der Federwege oder Einfederwege, sowie aus einer elektronischen Schaltung zur Auswertung der Meßsignale und zur Erzeugung von Warnsignalen bei unzulässi gem Reifendruck.

An die elektronische Auswerteschaltung des Überwachungssy stems sind zweckmäßigerweise Sensoren zur Ermittlung einer oder mehrerer der folgenden Meßgrößen angeschlossen:

- Fahrzeuggeschwindigkeit
- Radgeschwindigkeit, achsweise oder radindividuell
- Beladung, Achslasten
- Schräglaufwinkel
- Sturzwinkel
- Reifentemperatur
- Außentemperatur
- Betriebszeit
- Bremsenbetätigung.

Ferner ist es nach einer weiteren Ausführungsart der Erfin dung vorgesehen, daß in der Auswerteschaltung Kennwerte und Kennfelder für eine oder mehrere der folgenden Größen ge speichert sind:

- Radmassen
- Schwingungsdämpfung
- Reifentyp, Reifencharakteristika.

Ein besonders geringer Herstellungsaufwand für das Luft drucküberwachungssystem nach der Erfindung ergibt sich dann, wenn es mit einem 4-Kanal-Dämpfkraftregelsystem und/oder mit einem Blockierschutz- oder Antriebsschlupfregelsystem kombi niert ist. Einige der für die Reifendrucküberwachung benö tigten Informationen lassen sich nämlich in diesem Fall mit Hilfe der bereits für das Dämpfkraftregelsystem oder ABS/ASR benötigten Sensoren, wie Radsensoren, Beschleunigungssenso ren usw., gewinnen. Die Auswerteelektronik kann ebenfalls weitgehend mit der Reglerelektronik kombiniert werden.

Weitere Merkmale, Vorteile und Anwendungsmöglichkeiten der Erfindung gehen aus der folgenden Beschreibung von Ausfüh rungsbeispielen anhand der beigefügten Abbildungen hervor. Es zeigt

Fig. 1 in Blockdarstellung die prinzipielle Funktion eines Überwachungssystems nach der Erfindung,

Fig. 2 in gleicher Darstellungsweise ein vollständiges Reifendrucküberwachungssystem und

Fig. 3 in gleicher Darstellungsweise ein vereinfachtes Reifendrucküberwachungssystem nach der Erfindung.

Zur Erläuterung des grundsätzlichen Aufbaus und der Wir kungsweise eines Reifendrucküberwachungssystems zur Durch führung des erfindungsgemäßen Verfahrens dient Fig. 1.

Die Erfindung beruht auf der Erkenntnis, daß sich die ge wünschten Informationen über dem Reifendruck aus einer Ana lyse des vertikalen Schwingungsverhaltens der einzelnen Rä der gewinnen lassen. Daher wird in einer ersten Stufe, die durch den Funktionsblock 1 symbolisiert ist, das vertikale Schwingungsverhalten des Rades analysiert. Es werden mittels einer Frequenzanalyse der Radvertikalbeschleunigungen oder analoger Größen, wie der Federwege, die Eigenfrequenzen der Radvertikalbewegungen bestimmt. Aus diesen Eigenfrequenzen wird dann im Funktionsblock 2 die Reifenfederrate c_R er mittelt. Diese Reifenfederrate läßt sich näherungsweise mit der Formel
c_R = K(D)×m_R×ωR²
bestimmen. Dabei ist K(D) eine von dem Dämpfungsmaß abhängi ge Konstante; m_R ist ein Maß für die ungefederte Masse des Rades, ω_R ist die Radeigenfrequenz. Da K(D)×m_R eine fahrzeugspezifische Kontante ist, läßt sich aus der Radeigenfrequenz ω_R direkt auf die Reifenfederrate c_R schließen.

Aus der Reifenfederrate c_R wird sodann gemäß Funktions block 3 der Reifendruck errechnet. Es wird die Erkenntnis ausgenutzt, daß die Reifenfederrate im wesentlichen von fol genden Einflußfaktoren abhängig ist, nämlich von

- konstruktionsbedingten Merkmalen
- Radaufstandskraft (Beladung)
- Luftdruck
- Fahrzeug- bzw. Radgeschwindigkeit
- Schräglaufwinkel und
- Sturzwinkel.

In einem Funktionsblock 4 wird der vorgeschriebene Betriebs druck bzw. der Sollwert des Reifendruckes ermittelt und mit dem momentanen Reifendruck verglichen. Der Sollwert des Rei fendruckes ist abhängig vom Typ und Aufbau des jeweiligen Reifens und von der Reifentemperatur, also von reifenspezi fischen Daten, außerdem von der Beladung des Fahrzeugs bzw. Belastung des Rades und von der Fahrgeschwindigkeit. Dies sind die wesentlichsten Einflußgrößen.

Ergibt der Vergleich des Reifendruckes mit dem Solldruck ei ne erhebliche Abweichung, wird ein Warnsignal ausgelöst.

In Fig. 2 sind nochmals die bereits erläuterten Funktions blöcke 1 bis 4 und zusätzlich die wesentlichen Meßgrößen und Kennwerte wiedergegeben.

Dem Funktionsblock 1, der für die Frequenzanalyse zuständig ist, werden im vorliegenden Ausführungsbeispiel die mit Hil fe von radindividuellen Vertikalbeschleunigungssensoren ge wonnenen Meßgrößen, symbolisiert durch den Block 5, zugelei tet. Durch Messung der Federwege lassen sich die gleichen Informationen gewinnen.

Kennwerte über die Radmasse und über die Dämpfung des Rades werden bei der Errechnung der Reifenfederrate benötigt. Die se Kennwerte, symbolisiert durch den Block 6, sind in der Elektronik gespeichert.

Die Fahrzeug- oder Radgeschwindigkeit, die Beladung, der Schräglauf- und der Sturzwinkel - diese Meßgrößen werden durch den Block 7 symbolisiert - lassen sich mit Hilfe von entsprechenden Sensoren bestimmen. Zur Errechnung des Rei fendruckes im Funktionsblock 3 werden diese Informationen benötigt. Bei der Berechnung des Reifendruckes müssen natür lich auch reifenspezifische Größen berücksichtigt werden, die in Form eines Reifenkennfeldes 8 in der Elektronik ge speichert sind.

Zur Ermittlung des vorgeschriebenen Betriebsdruckes bzw. des Sollwertes des Reifendruckes werden ebenfalls die Reifen kennfelder, symbolisiert durch 8′, benötigt. Außerdem werden dem Funktionsblock 4 Meßgrößen 9, nämlich über die Fahr zeug- und/oder Radgeschwindigkeit, Beladung und Reifentempe ratur, zugleitet.

Die Genauigkeit bei der Ermittlung des Reifendruckes und des Luftdruck-Sollwertes kann durch weitere Informationen, z. B. über die Bremsenbetätigung, Außentemperatur usw., noch er höht werden. Diese Informationen lassen sich grundsätzlich, wie auch andere, entweder durch Messung mit Hilfe entspre chender Sensoren gewinnen oder aus anderen Informationen ab leiten bzw. näherungsweise bestimmen. Z. B. kann die Reifen temperatur näherungsweise aus der Fahrzeuggeschwindigkeit, der Betriebszeit, Informationen über die Bremsbetätigung usw. abgeleitet werden. Mit solchen Maßnahmen lassen sich ggf. Sensoren einsparen oder durch ohnehin vorhandene Senso ren ersetzen; dies ist insbesondere von Bedeutung, wenn das Fahrzeug bereits mit einem Regelsystem, wie mit einer Dämp fungsregelung, mit einem ABS oder einer ASR, ausgerüstet ist.

Als Ergebnis der beschriebenen Funktionen und Berechnungen wird schließlich, wie der Block 10 symbolisiert, der Reifen druck, d. h. der tatsächliche Reifendruck, ggf. zusätzlich der jeweilige Sollwert des Betriebsdruckes und/oder die Ab weichung zwischen beiden Größen, zur Anzeige gebracht. Über schreitet die Abweichung zwischen dem ermittelten Reifen druck und dem Luftdruck-Sollwert vorgegebene Grenzwerte, werden optische und/oder akustische Warnsignale ausgelöst.

Eine Vereinfachung des beschriebenen Überwachungsverfahrens und eines entsprechenden Überwachungssystems veranschaulicht Fig. 3. Nach diesem Ausführungsbeispiel werden ebenfalls in dem Funktionsblock 1, an den wiederum Sensoren zur radindi viduellen Messung der Radvertikalbeschleunigungen oder der Federwege angeschlossen sind, die Eigenfrequenzen der Rad vertikalbewegungen ermittelt. In einem Funktionsblock 11 wird dann jedoch lediglich achsweise festgestellt, ob die Eigenfrequenzen der beiden Räder einer Achse (näherungswei se) gleich sind. Überschreiten die Abweichungen vorgegebene Grenzen, wird dies als Hinweis auf fehlerhaften Reifendruck in einem der beiden verglichenen Räder aufgefaßt und signa lisiert. Auf eine Anzeige des tatsächlichen Reifendruckes wird verzichtet. Auf diese Weise läßt sich die Elektronik und damit das ganze Reifendrucküberwachungssystem erheblich vereinfachen und verbilligen.

Das erfindungsgemäße Verfahren läßt sich besonders vorteil haft mit Hilfe entsprechend programmierten Microprozessoren bzw. Microcomputern realisieren. Durch Änderung der gespei cherten Kennwerte läßt sich in diesem Fall bei Austausch des Reifens oder Änderung anderer Parameter sehr einfach eine Anpassung an die speziellen Bedingungen vornehmen.

Claims

1. Verfahren zur Überwachung des Luftdruckes in den an ei nem Fahrzeug montierten Reifen, dadurch gekenn zeichnet,

- daß das vertikale Schwingungsverhalten der einzelnen Fahrzeugräder gemessen wird (Funktionsblock 5),
- daß die Eigenfrequenzen der Radvertikalbewegungen er mittelt werden (Funktionsblock 1),
- daß aus den Eigenfrequenzen die Federraten der einzel nen Reifen ermittelt werden (Funktionsblock 2) und
- daß aus der jeweiligen Federrate unter Berücksichti gung fahrzeugspezifischer Meßdaten, wie Beladung, Fahrzeuggeschwindigkeit, Schräglaufwinkel, Sturzwinkel oder dergl., der Luftdruck in den Reifen bestimmt wird (Funktionsblock 3).

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekenn zeichnet, daß der momentane Luftdruck in den einzelnen Reifen angezeigt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn zeichnet, daß der momentane Luftdruck mit vorge gebenen Sollwerten des Reifendruckes verglichen (Funk tionsblock 4) und ein Warnsignal (Block 10) ausgelöst wird, wenn die Abweichung zwischen dem momentanen Luft druck und den Sollwerten vorgegebene Grenzwerte über schreitet.

4. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1-3, dadurch gekennzeichnet, daß den Reifen druck beeinflussende Daten, wie Reifentemperatur, Bela dung, Fahrzeuggeschwindigkeit, Betriebszeit, Bremsenbe tätigung etc., gemessen werden (Funktionsblock 9), und daß in Abhängigkeit von diesen Meßwerten der Reifen druck-Sollwert bzw. die Grenzwerte des Solldruckes vari iert bzw. den jeweiligen Gegebenheiten angepaßt werden.

5. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1-3, dadurch gekennzeichnet, daß die den Rei fendruck beeinflussenden Daten aus der Fahrzeuggeschwin digkeit, der Bremsenbetätigung und aus anderen ohnehin vorhandenen Meßdaten näherungsweise errechnet und bei der Ermittlung des Reifendrucksollwertes bzw. der Grenz werte berücksichtigt werden.

6. Verfahren zur Überwachung des Luftdruckes in Fahrzeug reifen, dadurch gekennzeichnet,

- daß das vertikale Schwingungsverhalten der einzelnen Fahrzeugräder gemessen wird (Funktionsblock 5),
- daß die Eigenfrequenzen der Radvertikalbewegungen er mittelt werden (Funktionsblock 1),
- daß das Schwingungsverhalten der Fahrzeugräder bzw. die jeweils ermittelten Eigenfrequenzen achsweise ver glichen und Warnsignale (10) ausgelöst werden, wenn die Abweichungen vorgegebene Grenzwerte überschreiten.

7. Luftdrucküber achungssystem zur Durchführung des Verfah rens nach einem oder mehreren der Ansprüche 1-6, da durch gekennzeichnet, daß dieses im we sentlichen aus Sensoren (5) zur direkten oder indirek ten, radindividuellen Messung der Radvertikalbeschleuni gungen oder entsprechender Größen, wie der Federwege, und aus einer elektronischen Schaltung (1-4, 6, 8, 8′, 10) zur Auswertung der Meßsignale sowie zur Erzeugung von Warnsignalen bei unzulässigem Reifendruck besteht.

8. Luftdrucküberwachungssystem nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß zusätzlich Sensoren (7, 9) zur Ermittlung einer oder mehrerer der folgenden Meßgrößen vorhanden und an die elektronische Auswerte schaltung angeschlossen sind:

9. Luftdrucküber achungssystem nach Anspruch 7 oder 8, da durch gekennzeichnet, daß in der Auswer teschaltung Kennwerte und Kennfelder für eine oder meh rere der folgenden Größen speicherbar sind:

- Radmassen (6)
- Schwingungsdämpfung (6)
- Reifentyp, Reifencharakteristik (8, 8′).

10. Luftdrucküberwachungssystem nach einem oder mehreren der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeich net, daß dieses mit einem 4-Kanal-Dämpfkraftregelsy stem kombiniert ist.

11. Luftdrucküberwachungssystem nach einem oder mehreren der Ansprüche 7 bis 10, dadurch gekennzeich net, daß dieses mit einem Antiblockier- und/oder An triebsschlupfregelsystem kombiniert ist.