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Die
Erfindung betrifft ein Verfahren sowie eine Vorrichtung zur Überwachung
einer physikalischen Größe, insbesondere
des Reifendrucks, eines in einem Fahrzeug montierten Rades während der Fahrt
nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 bzw. 12.
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Es
ist ein etabliertes Verfahren, bestimmte physikalische Größen der
Räder eines
Fahrzeuges mit Hilfe eines am Rad montierten Sensors mit angeschlossenem
Sender zu überwachen.
Der Sensor bestimmt dabei die Überwachungsgröße, beispielsweise
den Reifendruck, und sendet die ermittelten Daten an einen fahrzeugseitig
angebrachten Empfänger.
Der Empfänger
ist mit dem elektronischen Steuerungssystem des Fahrzeuges verbunden,
das die empfangenen Daten auswertet.
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Handelt
es sich dabei, wie im genannten Beispiel, um Reifendruckdaten, so
ist die Fahrzeugelektronik in der Lage, dem Fahrer Informationen über den
Reifendruck zur Verfügung
zu stellen und ihn etwa im Falle eines zu niedrigen Reifendruckes
zu einer Wartung aufzufordern oder ihn bei einer Gefahrensituation
("platzender Reifen") zu alarmieren.
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Es
ist sinnvoll, diese Information einem Rad an einer bestimmten Position
zuzuordnen, wie etwa "vorne
rechts" oder "hinten links". Dadurch erhöht sich
die Nutzbarkeit der Informationen – der Fahrer kann in einer
Gefahrensituation zielgerichtet reagieren, und für eine notwendige Wartungsarbeit
kann unmittelbar das betroffene Rad festgestellt werden.
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Nun
ist es zwar ein Leichtes, den gesendeten Daten einen Identifizierungscode
des Senders und somit des Rades hinzuzufügen. Daraus allein lässt sich
aber noch nicht feststellen, an welcher Position das Rad montiert
ist. Selbst wenn die Steuerungselektronik die Zuordnung zwischen
Identifizierungscode und Radposition kennt, deren manuelle Bestimmung
ein zusätzlicher
Aufwand ist, kann diese Zuordnung etwa nach einem Radwechsel variieren und
ist deshalb unzuverlässig.
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Deshalb
wurden schon Verfahren entwickelt, um die Position eines Rades innerhalb
eines Fahrzeugs allein aus den gesendeten Daten zu ermitteln. Dazu
wurde eine ganze Reihe von Ansätzen
verfolgt. Entsprechende Verfahren und Vorrichtungen wurden hierzu
in den deutschen Patentanmeldungen
DE 102 23 214 A1 und
DE 101 40 146 A1 sowie
der amerikanischen Offenlegungsschrift US 2003/0001735 A1 offenbart.
So zeigt die erstgenannte Druckschrift beispielsweise ein Verfahren
zur Überwachung
des Reifendrucks eines an einem Fahrzeug montierten Rades während der
Fahrt. Bei diesem Verfahren wird die physikalische Größe an dem
Rad gemessen und im Wege einer Funkmeldung, welche eine Information über die
gemessene physikalische Größe aufweist,
an eine Steuereinheit übermittelt
und dort von dieser empfangen und verarbeitet. Dabei wird vorab eine
erste Vergleichs-Intensitätsverteilung
der Empfangsstärke
der Funksignale ermittelt und gespeichert, und es wird im Betrieb
durch wiederholtes Senden und Empfangen einer Vielzahl von Funkmeldungen
eine Stichprobe der tatsächlichen
Intensitätsverteilung
der Empfangsstärke
der Funksignale aufgenommen. Abschliessend wird mit Hilfe eines
statistischen Tests ermittelt, ob die Stichprobe der ersten Vergleichs-Intensitätsverteilung
entnommen sein könnte
und anhand des Testergebnisses wird die Entscheidung getroffen,
an welcher Radposition das Rad montiert ist. Eine teilweise Positionsbe stimmung ist
bereits auf mindestens drei Arten versucht worden. So ist es denkbar,
anhand der unterschiedlichen Beschleunigungen, denen die inneren
und äußeren Räder in einer
Kurve unterworfen sind, eine Rechts-Links-Positionsbestimmung vorzunehmen. Dies
erfordert aber neben den Beschleunigungsdetektoren eine unabhängige Information
darüber,
ob sich das Fahrzeug in einer Rechts- bzw. Linkskurve befindet.
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Weiterhin
kann man anhand des unterschiedlichen Reifendrucks der vorderen
und hinteren Räder
eine teilweise Positionsbestimmung (vorn/hinten) vornehmen. Dieses
Verfahren ist aber, wenn auch die Überwachungsgröße der Reifendruck
ist, zirkulär
und in jedem Falle nicht besonders zuverlässig.
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Als
dritte Möglichkeit
kann man die Empfangsantenne in einer nicht mittigen Position des Fahrzeugs
anordnen, so dass zwei der Räder – die linken
oder rechten – deutlich
weiter von der Antenne beabstandet sind als die beiden anderen.
Dann lässt sich
anhand der Empfangsstärke
des vom Rad gesendeten Signals (des sogenannten Signalstärkeindikators
des Empfangs bzw. RSSI = received signal strength indicator) der
Abstand zwischen Rad und Empfangsantenne und daraus wegen der asymmetrischen
Anordnung der Empfangsantenne ermitteln, welchem der beiden oben
genannten Radpaare das Signal zuzuordnen ist, wie eben aus der
DE 102 23 214 A1 bekannt
ist.
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Bei
dem letztgenannten Verfahren ist aber zu beachten, dass wegen der
Rotation der Räder
der RSSI nicht konstant, sondern einer statistischen Variation unterworfen
ist, je nachdem in welchem Rotationszustand das Signal gesendet
wird. Somit lässt sich
also der RSSI nur mit gewissen Toleranzintervallen ermitteln. Die
Position der Empfangsantenne ist so gewählt, dass sich die beiden Toleranzintervalle der
beiden Radpaare nicht überschneiden.
Damit lässt
sich beispielsweise zuverlässig
unterscheiden, ob das hintere oder das vordere Radpaar gesendet hat.
Eine Verallgemeinerung auf eine vollständige Positionsbestimmung aller
vier Räder
dadurch, dass die Antenne auch bezüglich der Fahrzeug-Längsachse
asymmetrisch angeordnet wird, ist nicht möglich, weil sich dann eine Überschneidung
der nunmehr vier Toleranzintervalle nicht vermeiden lässt.
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Eine
vollständige
Positionsbestimmung wurde nur unter Verwendung zusätzlicher
kostspieliger Hardware vorgeschlagen, beispielsweise durch mehrere
Empfangsantennen.
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Sämtliche
genannten Verfahren benötigen somit
entweder zusätzliche
Hardware, um eine eindeutige Positionsbestimmung zu ermöglichen,
oder können
lediglich teilweise Positionsinformationen in einer nicht auf vollständige Positionsinformationen erweiterbaren
Weise liefern.
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Aufgabe
der Erfindung ist es daher, mit möglichst geringem zusätzlichen
Aufwand eine eindeutige Positionsbestimmung von Rädern in
einem fahrenden Fahrzeug zu ermöglichen.
Insbesondere soll es möglich
sein, die Positionsbestimmung ohne zusätzlichen Hardwareaufwand zu
einer vollständigen Positionsbestimmung
ergänzen
zu können.
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Diese
Aufgabe wird erfindungsgemäss
durch ein Verfahren nach Anspruch 1 bzw. durch eine Vorrichtung
nach Anspruch 12 gelöst.
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Die
Lösung
basiert auf dem Prinzip, eine Positionsbestimmung allein auf Softwarebasis
vorzunehmen. Dazu wird die Tatsache ausgenutzt, dass Signale, die
von den rotierenden Rädern
aus gesandt werden, nicht mit konstanter Stärke empfangen werden, sondern
einer statistischen Verteilung folgen. Da diese statistische Verteilung
unter anderem von der Lenkstellung der Räder abhängt, kann aus ihr bestimmt
werden, ob das Signal von einem gelenkten oder einem ungelenkten
Rad gesendet wurde.
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Die
erfindungsgemäße Lösung hat
mehrere Vorteile. Zunächst
werden durch eine reine Software-Lösung Kosten eingespart, bei
gleichzeitig hoher Zuverlässigkeit
durch Verzicht auf zusätzliche,
potentiell störanfällige Hardware.
Dadurch, dass eine Unterscheidung über den Lenkzustand erfolgt,
lässt sich nämlich ein
nach dem Stand der Technik bereits bekanntes Verfahren zur teilweisen
Positionsbestimmung ohne gegenseitige Beeinträchtigung kombinieren. Damit
kann dann eine vollständige
Positionsbestimmung erfolgen, ohne dass die Erfindung dabei zusätzliche
Hardware erforderlich macht.
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Vorteilhafterweise
werden für
den statistischen Test Momente, insbesondere die Standardabweichung,
der Stichprobe berechnet und mit den entsprechenden Momenten der
ersten Vergleichs-Intensitätsverteilung
verglichen. Die Standardabweichung ist ein robustes und einfach
zu bestimmendes Maß, das
somit schnell und mit verhältnismäßig hoher
Sicherheit die Entscheidung ermöglicht,
ob die Stichprobe einer Vergleichs-Verteilung entnommen sein kann oder
nicht.
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Bevorzugt
wird vorab zumindest eine zweite Vergleichs-Intensitätsverteilung
bei einem Auslenkungswinkel aufgenommen, der von dem Auslenkungswinkel
für die
erste Vergleichs-Intensitätsverteilung
abweicht. Die Nutzung mehrerer Vergleichs-Intensitätsverteilungen ist geeignet,
die Zuverlässigkeit
und Genauigkeit des Verfahrens zu erhöhen.
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Sinnvollerweise
ist der Auslenkungswinkel für
eine der Vergleichs-Intensitätsverteilungen
die Nullstellung, bei der Radebene und Fahrzeug-Längsachse
parallel zueinander stehen. Diese Nullstellung ist besonders charakteristisch,
da nicht gelenkte Räder
immer in ihr verharren, und deshalb ist diese Vergleichs-Intensitätsverteilung
besonders trennscharf.
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Von
Vorteil ist es, wenn zusätzlich
auf unabhängigem
Wege der tatsächliche
Auslenkungswinkel der gelenkten Räder des Fahrzeuges ermittelt
und zu jedem Datenpunkt der Stichprobe gespeichert wird, mittels
des tatsächlichen
Auslenkungswinkels Untermengen der Stichprobe mit untereinander
gleichem oder ähnlichem
Auslenkungswinkel gebildet werden und diese Untermengen jeweils
gegen diejenige Vergleichs-Intensitätsverteilung getestet werden,
die für einen
bestmöglich
mit dem tatsächlichen
Auslenkungswinkel übereinstimmenden
Auslenkungswinkel bestimmt worden ist.
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Da
die Vergleichs-Verteilungsfunktion eigentlich von dem Auslenkwinkel
funktional abhängt, wird
die Auswertegenauigkeit erhöht,
wenn dieser Auslenkwinkel ebenfalls ermittelt und berücksichtigt wird.
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Bevorzugt
werden dabei Untermengen verworfen, falls der tatsächliche
Auslenkungswinkel über
ein bestimmtes Maß hinaus
von dem Auslenkungswinkel abweicht, für den die Vergleichs-Intensitätsverteilung
bestimmt worden ist. Solche Untermengen können die Auswertung verfälschen,
weil ohnehin a priori klar ist, dass sie nicht der Vergleichs-Intensitätsverteilung
entnommen sind.
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Werden – in vorteilhafter
Ausgestaltung des Verfahrens – zusätzlich an
dem Rad die Beschleunigung, die Geschwindigkeit und/oder die Reifenprofiltiefe
gemessen und gesendet, so werden für den Benutzer und die Steuerungselektronik
zusätzliche
Parameter überwacht,
welche dem Benutzer bessere Übersicht
und der Steuerungselektronik weitere Sicherheitsüberprüfungen ermöglichen.
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Vorteilhafterweise
werden in einem Fahrzeug, bei dem jedes Rad eine Funkmeldung mit
einer für
das Rad charakteristischen Identifizierungsinformation sendet und
die Räder
sich in gelenkte und ungelenkte Räder und zum anderen in bezüglich der Fahrzeug-Längsachse
des Fahrzeugs rechts und links angeordnete Räder klassifizieren lassen,
die Räder
anhand der Funkmeldungen in vier Positionen eingeteilt, indem
- – auf
die oben erläuterte
Weise mittels statistischem Test der Stichprobe gegen die Vergleichs-Intensitätsverteilung
entschieden wird, ob das Rad ein gelenktes oder ein nicht gelenktes Rad
ist,
- – die
Funkmeldungen an einem nicht auf der Fahrzeug-Längsachse gelegenen Ort empfangen werden,
- – mittels
eines Vergleichs der empfangenen Funksignalstärken der Abstand zu dem Empfangsort ermittelt
wird und
- – somit
entschieden wird, ob das Rad rechts oder links der Fahrzeug-Längsachse
angeordnet ist.
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Bevorzugt
ist eine Kalibrierungsphase vorgesehen, während derer die Positionsbestimmung
der Räder
vorgenommen wird, wobei nach Abschluss der Kalibrierungsphase die
Identifikationsinformation jedes Rades der ermittelten zugehörigen Position
zugeordnet wird und diese Zuordnung insbesondere auch dauerhaft
gespeichert wird. Hat nämlich
das erfindungsgemäße Verfahren
einmal die Positionen der Räder
bestimmt, so kann entweder zusätzlich
oder alternativ auf die bereits früher ermittelten Positionen zugegriffen
werden. Das erhöht
die Ge nauigkeit; zumindest kann unnötiger Rechenaufwand vermieden werden.
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Ebenfalls
bevorzugt ist eine Anlaufphase vorgesehen, wobei die Anlaufphase
beendet ist, wenn eine Mindestfahrtzeit abgelaufen oder eine Mindestanzahl
von Auslenkwinkeln erreicht ist und wobei innerhalb der Anlaufphase
die Positionsinformationen als ungenau oder nicht ermittelbar eingestuft
werden. Solange die gelenkten Räder
während einer
Fahrt nicht ausgelenkt wurden, kann keine zuverlässige Positionsbestimmung stattfinden.
Die Anlaufphase stellt sicher, dass dies nicht zu Fehlern führt.
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Noch
bevorzugter wird die Anlaufphase und/oder ihr Ende dem Benutzer
angezeigt. Dann besteht jederzeit Übersicht, ob die Positionsbestimmung
gültig
ist bzw. ob wann sie zur Verfügung
stehen wird.
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In
dem erfindungsgemäßen System
weist vorteilhafterweise die Recheneinheit einen Integrierer zur
Ermittlung statistischer Momente auf, und die Vergleichseinrichtung
ist ausgelegt zu entscheiden, ob ein gegebener wert in einem Toleranzintervall
liegt oder nicht. Damit lassen sich die Momente ohne Aufwand berechnen
und rasch prüfen.
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Bevorzugt
weist das System einen im Rad, am Radkasten oder am Lenksystem montierten
Auslenkungsdetektor auf, der mit der Recheneinheit verbunden ist.
Dieser Auslenkungsdetektor liefert unabhängige Daten über den
Auslenkungswinkel, der für eine
bessere statistische Auswertung verwendet werden kann.
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Weiter
bevorzugt weist das System einen Beschleunigungssensor, einen Geschwindigkeitssensor
und/oder einen Reifenpro filsensor auf, welcher Beschleunigung, Geschwindigkeit
bzw. Reifenprofiltiefe messen kann und mit dem Sender verbunden
ist, um die Daten in der Funkmeldung zu übermitteln. Diese Anordnung
liefert raschen Zugriff auf weitere wichtige physikalische Größen, die
der Sicherheit und der Wartungsfreundlichkeit dienen.
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Vorteilhafterweise
weist jeder Reifen des Fahrzeuges einen Sender und einen Identifikationsspeicher
zur dauerhaften Speicherung einer für das Rad charakteristischen
Identifizierungsinformation auf, und es ist eine Empfangsantenne
des Empfängers
nicht auf der Fahrzeug-Längsachse
angebracht, wobei die Auswertungs-/Speichereinheit des Empfängers empfangene
Funkmeldungen mittels der Identifizierungsinformation jedem Sender
zuordnen und anhand der Intensität
der empfangenen Funkmeldung eine Rechts-Links-Zuordnung des zu der Funkmeldung
gehörigen
Senders vornehmen kann. Durch diese Anordnung wird ohne zusätzliche
Hardware eine vollständige
Positionsbestimmung der Räder
ermöglicht.
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Bevorzugt
gibt es einen Positionsspeicher der Recheneinheit, welcher die Zuordnung
von Identifikationsinformationen zu Positionen der Räder insbesondere
auch dauerhaft speichern kann. Durch diesen Speicher lassen sich
jederzeit frühere
Positionsdaten abrufen, die zum Vergleich oder zum besonders raschen
Zugriff ohne jegliche Auswertung führen.
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Vorteilhafterweise
ist eine Uhr, welche das Andauern und Ablaufen einer Anlaufphase
direkt misst, oder ein Zähler
für verschiedene
Auslenkwinkel vorgesehen, der das Andauern und Ablaufen einer Anlaufphase
anhand einer Mindestzahl und -dauer aufgetretener Auslenkwinkel
zählt,
wobei nach Ablauf der Anlaufphase ein Signal an die angeschlossene
Auswertungs- /Speichereinheit
abgegeben wird. Dabei ist bevorzugt eine mit der Auswertungs-/Speichereinheit
verbundene Anzeige vorgesehen, welche das Andauern oder den Ablauf
der Anlaufphase anzeigen kann. Damit weiß auch der Benutzer, ob die angezeigten
Positionsdaten gültig
sind bzw. wann er mit gültigen
Daten rechnen kann.
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Die
Erfindung wird nachstehend, auch hinsichtlich weiterer Merkmale
und Vorteile, anhand von Ausführungsbeispielen
und unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben.
Die Zeichnungen zeigen in:
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1 ein
Diagramm, das den Zusammenhang zwischen Lenkstellung eines Rades
und der Intensitätsverteilung
der Empfangsstärke
eines von dem Rad ausgesendeten Signal darstellt;
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2 eine
Schemazeichnung eines Fahrzeuges, bei dem die Rechts-Links-Position
der Räder anhand
einer bezüglich
der Fahrzeug-Längsachse asymmetrisch
angeordneten Empfangsantenne ermittelt werden kann;
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3a eine
Blockdarstellung einer Überwachungseinheit
mit einem Sender zum Senden von Überwachungssignalen,
die an einem Rad montiert wird;
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3b eine
Blockdarstellung einer Empfangs- und Auswerteeinheit für empfangene Überwachungssignale.
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Zunächst wird
anhand der 1 das erfindungsgemäße Verfahren
veranschaulicht, in einem Fahrzeug 1 zwischen gelenkten
und nicht gelenkten Rädern 10 zu
unterscheiden. Ist das Fahrzeug 1 ein Pkw herkömmlicher
Bauart, so sind die beiden gelenkten Räder 10 die Vorderräder und
die beiden nicht gelenkten Räder 10 die
Hinterräder.
Die Erfindung ist aber keines wegs auf Pkws beschränkt, sondern
lässt sich
ebenso vorteilhaft bei anderen Rad-Fahrzeugen einsetzen.
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Die
obere Hälfte
der 1 zeigt das in einem Fahrzeug 1 montierte
Rad 10 in einer nicht gelenkten, parallelen Ausrichtung
zur Fahrzeug-Längsachse,
während
die untere Hälfte
der Figur das Rad 10 in einer gelenkten Ausrichtung zeigt,
wobei das Rad mit der Fahrzeug-Längsrichtung
einen Auslenkwinkel ω einschließt. Die
linke Spalte der Figur ist eine Seitenansicht des Rades 10.
An dem Rad ist eine Radeinheit 11 montiert, welche eine
physikalische Größe messen
und senden kann. Diese Radeinheit 11 wird später im Zusammenhang
mit 3a genauer beschrieben.
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Bei
der Fahrt des Fahrzeuges 1 rotiert das Rad 10,
und die Radeinheit 11 ändert
ihre Position. Dabei kommt sie in verschiedene Rotationswinkelstellungen ρ, von denen
eine Ruhestellung 11a bei einem Rotationswinkel ρ0 sowie
zwei der möglichen weiteren
Stellungen 11b, 11c bei Rotationswinkeln ρ1 bzw. ρ2 dargestellt
sind.
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In
der mittleren Spalte der 1 ist das Rad 10 in
einer Draufsicht zu sehen. Es sind wiederum einige der Stellungen 11a, 11b, 11c der
Radeinheit 11 bei Rotation des Rades 10 dargestellt.
Das Rad 10 oben ist nicht ausgelenkt, es steht parallel
zur Längsrichtung
des Fahrzeugs 1. Dagegen ist das Rad 10 unten
mit einem Auslenkwinkel ω gegen
die Längsrichtung
des Fahrzeugs 1 ausgelenkt.
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In
der rechten Spalte der 1 ist oben für das nicht ausgelenkte Rad
und unten für
das mit dem Auslenkwinkel ω ausgelenkte
Rad ein Beispiel für
die Stärke
der empfangenen Sig nale bzw. des RSSI bei verschiedenen Rotationswinkeln ρ dargestellt.
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Der
RSSI des nicht ausgelenkten Rades 10 liegt in einem relativ
engen Toleranzintervall. Die Schwankungen des RSSI kommen maßgeblich
dadurch zustande, dass Signale von der Radeinheit 11 bei
unterschiedlichen Stellungen 11a, 11b, 11c in
unterschiedlicher Weise durch das Rad selbst abgeschirmt werden.
Bei dem ausgelenkten Rad 10 ist das Toleranzintervall des
RSSI deutlich breiter, weil zusätzlich
zu der Abschirmung durch das Rad 10 selbst auch Teile des
Fahrzeugs 1, wie etwa der Radkasten, je nach Stellung 11a, 11b, 11c der
Radeinheit 11 das ausgesendete Signal unterschiedlich stark abschirmen.
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Die
Verteilungsfunktionen des RSSI eines ausgelenkten und eines nicht
ausgelenkten Rades 10 unterscheiden sich also in einer
Weise, die durch statistische Verfahren erkannt werden kann. Auf
ein entsprechendes statistisches Auswertungsverfahren wird unten
im Zusammenhang mit 3b noch genauer eingegangen.
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2 zeigt
das Fahrzeug 1 schematisch in einer Draufsicht, um die
bevorzugte Rechts-Links-Positionsbestimmung der Räder 10 bezüglich der
Längsachse
zu erläutern.
Ein fahrzeugseitig montierter Empfänger 20 empfängt die
Signale der Radeinheiten 11 über eine Empfangsantenne 21, die
gegenüber
der Längsachse
des Fahrzeugs 1 asymmetrisch angeordnet ist. Im gezeigten
Beispiel ist die Empfangsantenne 21 ganz auf der in Fahrtrichtung
linken Seite des Fahrzeugs 1 angebracht.
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Eine
Auswertungs-/Speichereinheit 30 ist mit dem Empfänger 20 verbunden,
und der Auswertungs-/Speichereinheit 30 werden vom Empfänger 20 die
Signale sowie die zugehörigen
RSSI-Werte übermittelt.
Jedes Signal weist neben der Information über die physikalische Größe, welche
die Radeinheit 11 überwacht,
auch eine Identifizierungsinformation des Senders auf. Die Auswertungs-/Speichereinheit erhält somit
senderspezifische RSSI-Werte. Die RSSI-Werte tragen eine Information über den
Abstand der Sendequellen, sie nehmen aufgrund von höheren Abschirmverlusten
und der entfernungsabhängigen Energieverluste
jedes elektromagnetischen Signals mit dem Abstand ab. Größere RSSI-Werte
werden deshalb den näher
gelegenen Rädern,
im gezeigten Beispiel also den in Fahrtrichtung linken zugeordnet, während kleinere
RSSI-Werte den rechten Rädern zugeordnet
werden. Auf diese Weise ist eine Rechts-Links-Positionsbestimmung
erfolgt.
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Anhand
von 3 wird nunmehr das erfindungsgemäße Verfahren
zur Unterscheidung zwischen gelenkten und nicht gelenkten Rädern in
einer erfindungsgemäßen Vorrichtung
im Detail beschrieben.
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3a zeigt
die Radeinheit 11, welche einen Sensor 12 zur
Bestimmung einer physikalischen Größe wie etwa des Reifendrucks,
der Beschleunigung, der Geschwindigkeit oder der Profiltiefe aufweist.
Der Sensor 12 ist mit einem Sender 13 verbunden,
welcher über
eine Sendeantenne 14 eine von dem Sensor 12 gemessene
physikalische Größe sowie
einen Identifizierungscode des Senders als Funkmeldung sendet, der
in einem ID-Speicher 15 abgelegt ist.
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Die
Radeinheit 11 kann die Funkmeldung dauerhaft oder nach
vorgegebenen Kriterien senden. Solche Kriterien könnten ein
periodisches Senden oder etwa ein Senden bei jeder Lenkbewegung
oder bei bestimmten Rotationsstellungen des Rades 10 oder
jedes andere zweckdienliche Kriterium sein. Es ist auch denkbar,
die Radeinheit 11 mit einem Empfänger auszustatten, so dass
sie auf Anfrage senden kann. Ein Vorteil des nicht dauerhaften Sendens
ist eine Schonung der nicht dargestellten Energieversorgung sowie
ein Vermeiden unnötigen
Funkverkehrs.
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Der
Sensor 12 kann ein Reifendrucksensor sein. Er kann aber
auch alternativ oder zusätzlich weitere
physikalische Größen wie
die Beschleunigung, die Geschwindigkeit oder die Reifenprofiltiefe messen.
Solche Informationen mehren die Übersicht des
Benutzers über
sein Fahrzeug und können
Fahrkomfort und Sicherheit erhöhen.
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In 3b sind
der Empfänger 20 und
die Auswertungs-/Speichereinheit 30 dargestellt. Die von der
Radeinheit 11 gesendete Funkmeldung wird mittels der Empfangsantenne
21 vom Empfänger 20 empfangen.
Ein an den Empfänger 20 angeschlossener
Intensitätsdetektor 22 bestimmt
die Stärke
des empfangenen Signals, beispielsweise unmittelbar als Energie
oder als RSSI.
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Die
Funkmeldung und der RSSI werden dann an die Auswertungs-/Speichereinheit 30 übertragen.
Es soll an dieser Stelle darauf hingewiesen werden, dass die einzelnen
Komponenten der Empfangs- und Auswertungs-/Speichereinheit und ihre Verbindungen
untereinander nur beispielhaft zu verstehen sind. Als minimale Hardwareumsetzung
würde nämlich bereits
ein Empfänger
und ein Intensitätsdetektor
genügen,
der an den Computer der elektronischen Steuerungseinheit (ECU) angeschlossen
ist, die ohnehin in jedem modernen Fahrzeug vorhanden ist.
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In
der dargestellten Vorrichtung übermittelt der
Empfänger 20 die
Funkmeldung und den RSSI einer Recheneinheit 31 der Auswertungs-/Speichereinheit 30.
Der RSSI wird dann von der Re cheneinheit 31 in einem angeschlossenen
Intensitätsspeicher 32 als
erster senderspezifischer Datenpunkt abgelegt. Für die Zuordnung zu einem Sender
dient der in der Funkmeldung übertragene
Identifizierungscode. Es soll im folgenden nur noch von einem Sender
gesprochen werden, da das Verfahren für die anderen Sender völlig analog
ist.
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Der
beschriebene Sende- und Empfangsvorgang wird vor der ersten Auswertung
vielfach wiederholt. Auf diese Weise wird eine Stichprobe der RSSI-Verteilungsfunktion
bestimmt, deren statistische Aussagekraft sich mit jedem weiteren
RSSI-Datenpunkt erhöht.
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In
einem Verteilungsspeicher 33, der mit der Recheneinheit 31 verbunden
ist, sind schon vor dem Betrieb erwartete RSSI-Verteilungen abgelegt.
Dabei sind verschiedenen Auslenkwinkel ω des Rades 10 jeweils
eine erwartete RSSI-Verteilung zugeordnet. Genaugenommen ist wegen
der kontinuierlichen Werte des Auslenkwinkels ω die RSSI-Verteilung auch eine
Funktion von ω,
was diskret durch eine Vielzahl von RSSI-Verteilungen bei jeweils
festem ω angenähert wird.
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Die
abgelegten erwarteten RSSI-Verteilungen können aufgrund theoretischer Überlegungen
ermittelt sein. Sie können
aber auch ergänzend
oder alternativ geschätzt
werden, indem bei festgelegtem Auslenkwinkel ω eine Stichprobe ganz analog
zu dem Verfahren im Betrieb genommen wird und diese Stichprobe als
diskrete Schätzung
der tatsächlichen Verteilung
vor dem Betrieb in dem Verteilungsspeicher abgelegt wird.
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Eine
Vergleichseinrichtung 34, die mit der Recheneinheit 31 verbunden
ist, vergleicht nun die in dem Verteilungsspeicher abgelegte erwartete
RSSI-Verteilung und die im Betrieb genom mene Stichprobe von RSSI-Datenpunkten.
Hier gibt es nun verschiedene Implementierungsmöglichkeiten. Die eine lautet,
dass wenn die Stichprobe mit der RSSI-Verteilung für ω = 0 unverträglich ist,
also einem nicht gelenkten Rades, festgelegt wird, dass das Rad
ein gelenktes Rad ist. Alternativ kann die Hypothese getestet werden,
dass das Rad ein gelenktes Rad ist, und es können auch zugleich mehrere
RSSI-Verteilungen für
verschiedene ω herangezogen
werden. Letztlich hängt
diese Wahl der Implementierung davon ab, welche Fehler 1.
oder 2. Art als gravierender für
die Funktionstüchtigkeit
des Überwachungssystems
angesehen werden. Die statistische Umsetzung ist dann ein Standardverfahren,
welches der mathematischen Standardliteratur entnommen werden kann.
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Ein
sehr einfacher Test ist es, die Momente der Verteilung aus der Stichprobe
zu schätzen
und mit aus den Momenten der Verteilung abgeleiteten Kriterien zu
vergleichen. Dafür
eignet sich besonders das 2. Moment, die Standardabweichung. Überschreitet
sie einen Schwellwert, so wird das Rad 10 als gelenkt eingestuft,
da, wie in 1 dargestellt, das Toleranzintervall
eines ausgelenkten Rades 10 größer ist als das eines nicht
ausgelenkten Rades 10.
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Die
Genauigkeit des Verfahrens wird noch dadurch verbessert, dass das
System einen Auslenkungsdetektor 35 aufweist, der die tatsächliche
Auslenkung des Rades 10 bestimmt und an die verbundene
Recheneinheit 31 übermittelt.
Ein solcher Detektor kann etwa am Lenkrad, am Rad oder am Radkasten
montiert sein und ermittelt unabhängig den Auslenkwinkel ω. Dieser
tatsächliche
Auslenkwinkel ω wird
mit dem RSSI-Datenpunkt gespeichert, so dass bei der statistischen
Auswertung die Information einfließt, aus welcher erwarteten
Intensitätsverteilung
der RSSI-Datenpunkt gezogen wurde. Somit kann man Un termengen der
RSSI-Datenpunkt-Stichprobe bilden und sie jeweils nur gegen die
zugehörige
RSSI-Verteilung gleichen oder ähnlichen
Auslenkwinkels ω testen,
oder man kann auch Untermengen verwerfen, falls keine RSSI-Verteilung
gespeichert ist, deren zugehöriger
Auslenkwinkels ω zu
der Untermenge passt.
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Mit
dem Vergleich ermittelt die Auswertungs-/Speichereinheit 30 insgesamt,
ob die Funkmeldung von einem ausgelenkten oder einem nicht ausgelenkten
Rad 10 stammt. Es kann dann bei einem Pkw herkömmlicher
Bauart davon ausgegangen werden, dass es sich bei einem ausgelenkten
Rad um ein Vorderrad und bei einem nicht ausgelenkten Rad um ein
Hinterrad handelt.
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Das
ist aber nicht notwendigerweise der Fall. Zum einen könnten auch
die Hinterräder
gelenkt sein. Ein auf einen solchen Pkw zugeschnittenes Verfahren
würde einen
zeitabhängigen
statistischen Test erfordern, um die Hinterräder mit dem beschriebenen Verfahren
anhand der jederzeit geringeren Auslenkung der Hinterräder im Vergleich
zu den Vorderrädern
zu erkennen. Prinzipiell kann man aber die Messzeitpunkte der RSSI-Datenpunkte
mit speichern und das Verfahren entsprechend auf gelenkte Hinterräder erweitern.
Zum anderen kann es zwei Gründe dafür geben,
dass ein Rad nicht ausgelenkt ist. Der eine ist der, von dem das
bisher beschriebene Verfahren ausgeht: Das nicht ausgelenkte Rad
ist ein nicht gelenktes Rad. Es kann aber auch einfach sein, dass
das Fahrzeug sich auf der bisherigen Fahrt ausschließlich geradeaus
bewegt hat.
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Um
den zweiten Fehler auszuschließen, kann
ein Zähler 36 vorgesehen
werden, der ebenfalls mit der Recheneinheit 31 verbunden
ist und der zu Beginn einer Fahrt die Länge einer Anlaufphase festlegt.
Dieser Zähler
ist im einfachsten Fall ei ne Uhr, kann aber auch zählen, wie
viele verschiedene Auslenkwinkel ω der Auslenkungsdetektor 35 auf
der aktuellen Fahrt schon ermittelt hat. Vor Ablauf einer festgelegten
Zeit oder dem Erreichen einer bestimmten Anzahl von Auslenkwinkeln ω ist die
Positionsbestimmung unsicher.
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Dies
kann dem Benutzer auf verschiedene Arten auf einer Anzeige 37 dargestellt
werden: Es werden gar keine Informationen über die physikalische Größe angezeigt,
oder es wird eine Information angezeigt, dass die Daten noch nicht
verfügbar
sind, oder die Informationen über
die physikalische Größe und die
Positionsbestimmung werden ausgewertet und angezeigt, aber als unsicher
beispielsweise farblich kenntlich gemacht. Natürlich ist dabei der Ablauf einer
festen Zeit nur ein Indiz, aber noch keine Sicherheit für eine verlässliche
Positionsbestimmung.
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Nachdem
mittels des Verfahrens einerseits die Vorne-Hinten-Position und andererseits
die Rechts-Links-Position jeden Rades festgelegt ist, ist die genaue
Position des Rades 10 bestimmt. Von diesem Zeitpunkt an
genügt
bereits der Identifizierungscode jedes Senders für eine eindeutige Positionsbestimmung.
Diese Zuordnung zwischen Sender und Position kann in einem Positionsspeicher 38 vorübergehend
oder auch halbdauerhaft (z.B. Flash) abgelegt werden. Eine Positionsbestimmung
kann von diesem Speicherungszeitpunkt an ausschließlich oder
ergänzend
mittels eines einfachen Auslesens der Zuordnung erfolgen.
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Diese
Zuordnung ist verlässlich
so lange, bis die Montagepositionen der Räder 10 oder die Räder 10 selbst
verändert
werden, etwa durch Radwechsel. Deshalb kann man eine Kalibrierungsphase
vorsehen, während
derer eine Positionsbestimmung nach dem erfindungsgemäßen Verfahren
stattfindet, und anschließend
stehen zuverlässige
Zuordnungsdaten im Positionsspeicher 38 bereit. Die Kalibrierungsphase
kann werkseitig vorgenommen oder vom Benutzer eingeleitet werden,
indem die Auswertungs-/Speichereinheit 30 einen entsprechenden
Befehl über
ein nicht dargestelltes Eingabegerät erhält. Die Kalibrierungsphase
wird automatisch gestartet, wenn das Fahrzeug länger als eine vorbestimmte
Zeit, z.B. 15 Minuten, geparkt war (insbesondere Motor aus bzw. Zündung aus).
Hintergrund ist, dass der Bemutzer zwischenzeitlich einen Radwechsel
vorgenommen haben kann, der automatisch detektiert bzw. neu kalibriert
werden soll.
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Abschließend sei
noch darauf hingewiesen, dass, obwohl die Erfindung hauptsächlich in
Bezug auf einen vierrädrigen
Pkw beschrieben wurde, das Verfahren sich ohne wesentliche Änderungen
auch auf Motorräder
oder dreirädrige
Fahrzeuge anwenden lässt.
Für alle
diese Fahrzeuge wird genauso zwischen gelenkten und nicht gelenkten
Rädern
unterschieden, was in nahezu allen Fällen mit der Zuordnung zu vorderen
und hinteren Rädern übereinstimmt.