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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Detektieren eines drohenden Radverlusts an einem Fahrzeug mittels einer an dem Rad montierten Reifendrucküberwachungseinheit. Aus
DE 10 2007 046 492 A1 ist ein Verfahren zum Detektieren eines drohenden Radverlusts bekannt, bei dem eine Induktivität zwischen einem Metallteil der Reifendrucküberwachungseinheit und einer Felge des Rades überwacht wird. Wenn dabei Werte außerhalb eines Normbereichs erfasst werden, wird ein Warnsignal erzeugt, um einen drohenden Radverlust anzuzeigen. Weitere Verfahren zum Detektieren eines drohenden Radverlusts sind aus
DE 103 16 705 A1 ,
DE 10 2018 128 453 A1 und
US 2008 / 0 243 327 A1 bekannt.
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Reifendrucküberwachungseinheiten werden an Rädern von Fahrzeugen montiert, in der Regel an einem Reifenventil oder an der Felge. Derartige Reifendrucküberwachungseinheiten sind beispielsweise aus
DE 10 2020 120 052 A1 bekannt und enthalten einen Drucksensor, einen Beschleunigungssensor sowie einen Sender zur drahtlosen Übermittlung von Druckdaten an eine Empfangseinheit des Fahrzeugs.
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Bei mit Reifendrucküberwachungseinheiten ausgestatten Fahrzeugen kann ein zu hoher oder zu niedriger Reifendruck einem Fahrer angezeigt werden, etwa durch eine Kontrollleuchte am Armaturenbrett. Reifendrucküberwachungseinheiten werden aber zunehmend auch in Fahrzeugsicherheitssysteme integriert, d.h. von ihnen gemeldete Daten werden von einer Zentraleinheit des Fahrzeugs ausgewertet, die in kritischen Situationen korrigierend eingreift, etwa um bei einem platzenden Reifen das Fahrzeug in der Spur zu halten und zu bremsen.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, einen Weg aufzuzeigen, wie mit Reifendrucküberwachungseinheiten die Fahrzeugsicherheit noch weiter verbessert werden kann.
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Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren mit den im Anspruch 1 angegebenen Merkmalen sowie durch eine Reifendrucküberwachungseinheit gemäß Anspruch 8 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand von Unteransprüchen.
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Bei einem erfindungsgemäßen Verfahren wird mittels einer an einem Rad montierten Reifendrucküberwachungseinheit eine elektrische Kapazität zwischen einem Metallteil der Reifendrucküberwachungseinheit und einer Felge des Rades überwacht und dann mit der Kapazität korrelierende Messignale mit einem Normbereich verglichen. Wenn diese Messignale außerhalb des Normbereichs liegen, wird auf einen drohenden Radverlust geschlossen und ein Warnsignal erzeugt. Indem ein drohender Radverlust frühzeitig erkannt wird, lässt sich die Fahrzeugsicherheit wesentlich verbessern. Das Warnsignal kann beispielsweise von einem Fahrzeugsicherheitssystem verarbeitet werden und/oder eine Warnleuchte am Armaturenbrett aktivieren.
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Zur Überwachung der Kapazität ist es nicht erforderlich, die Kapazität direkt zu messen oder absolute Werte der Kapazität zu ermitteln. Da bei einem drohenden Radverlust eine Änderung der Kapazität auftritt, genügt es Messsignale zu ermitteln, die mit der Kapazität korrelieren. Derartige Messsignale können beispielsweise die Resonanzfrequenz eines Schwingkreises sein, der die Kapazität enthält, oder Abweichungen der Resonanzfrequenz von einer vorgegebenen Anregungsfrequenz des Schwingkreises.
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Die Auswertung von Messignalen zur Bestimmung der Kapazität und insbesondere der Vergleich mit dem Normbereich kann in der Reifendrucküberwachungseinheit oder auch in einer zentralen Einheit des Fahrzeugs, die per Funk mit den Reifendrucküberwachungseinheiten kommuniziert, vorgenommen werden. Bevorzugt wird die Auswertung von einer Steuereinheit der Reifendrucküberwachungseinheit vorgenommen. Vorteilhaft kann so das zu sendendende Datenvolumen reduziert werden.
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Die Felge eines Fahrzeugrads bildet zusammen mit der Achse gewissermaßen eine Antenne, die kapazitiv mit einem Metallteil der Reifendrucküberwachungseinheit, beispielsweise einer metallisierten Fläche einer Leiterplatte, gekoppelt ist. Wenn sich ein Fahrzeugrad löst und relativ zu der Achse bewegt, ändert sich diese Antennenkonfiguration, d.h. die an dem Metallteil messbare Kapazität ändert sich.
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Eine vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass zur Messung der Kapazität von der Reifendrucküberwachungseinheit eine Wechselspannung erzeugt und an das Metallteil angelegt wird. Die Kapazität kann dann beispielsweise gemessen werden, indem die Resonanzfrequenz eines Schwingkreises gemessen wird, der diese Kapazität enthält. Diese Resonanzfrequenz beträgt in der Regel zwischen 500 Hz und 10 MHz. Eine Wechselspannung zur Messung der Kapazität kann beispielsweise durch Zerhacken einer Batteriespannung oder mittels PLL (phase locked loop) erzeugt werden. Änderungen der Resonanzfrequenz und somit der Kapazität können beispielsweise mittels einer Spannungsteiler-Schaltung gemessen werden.
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Die gemessene Kapazität bzw. die Resonanzfrequenz eines Schwingkreises, der diese Kapazität enthält, wird mit einem Normbereich verglichen, der durch historische Messwerte festgelegt ist. Beispielsweise kann der Normbereich bei jedem Fahrtbeginn erneut festgelegt werden, etwa dahingehend, dass eine Abweichung um mehr als einen vorgegebenen Prozentsatz einen drohenden Reifenverlust indiziert.
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Die Empfindlichkeit einer Erkennung eines drohenden Radverlustes lässt sich erhöhen und falsch positive Warnsignale lassen sich vermeiden, indem zusätzlich auch Signale eines Beschleunigungssensors der Reifendrucküberwachungseinheit ausgewertet werden. Wenn sich nämlich ein Rad von einer Achse zu lösen beginnt, treten zunehmend größere Bewegungen des Rades relativ zu der Achse auf. Dies führt zu zunehmenden Vibrationen des Rades und somit zu entsprechenden Beschleunigungssignalen. Um dies zu erfassen, kann beispielsweise aus einer vorgegebenen Anzahl von Messwerten eines Beschleunigungssensors der Reifendrucküberwachungseinheit das quadratische Mittel berechnet werden und der Normbereich in Abhängigkeit hiervon festgelegt werden, beispielsweise als Kennfeld. Beispielsweise kann das quadratische Mittel aus den letzten 10 bis 50 Werten berechnet werden.
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Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung werden an einem Ausführungsbeispiel unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen erläutert. Es zeigen:
- 1 ein Ausführungsbeispiel einer Reifendrucküberwachungseinheit mit einem Ventil und einer Felge;
- 2 eine Explosionsansicht der Reifendrucküberwachungseinheit; und
- 3 eine Schaltskizze zur Überwachung der von einem Metallteil der Reifendrucküberwachungseinrichtung und einer Felge gebildeten Kapazität.
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In 1 ist eine Felge 1 in einer Schnittansicht zusammen mit einem Reifenventil 2 und einer daran montierten Reifendrucküberwachungseinheit 3 dargestellt. Diese Reifendrucküberwachungseinheit ist in 2 in einer Explosionsansicht dargestellt.
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Die Reifendrucküberwachungseinheit 3 hat ein mit einem Deckel 31 verschlossenes Gehäuse 32, in dem eine Spannungsquelle 34, beispielsweise eine Batterie, eine Leiterplatte 33 mit einer Drucksensor, einem Temperatursensor, einem Beschleunigungssensor, einer Sendeinheit und einer Steuereinheit angeordnet sind. Die Sendeeinheit zum drahtlosen Übertragen von Druckdaten und anderen Informationen ist mit einer Antenne 35 versehen, beispielsweise in Form eines Bügels.
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Die Leiterplatte 33 hat eine metallisierte Fläche 36, die zusammen mit der Felge 1 eine Kapazität bildet. Im Betrieb misst die Steuereinheit in regelmäßigen Zeitabständen diese Kapazität. Beispielsweise indem an die metallisierte Fläche 36 eine Wechselspannung angelegt wird, etwa im Bereich von 500 Hz bis 10 MHz, insbesondere im Bereich von 1 MHz bis 10 MHz. Diese Wechselspannung kann beispielsweise durch Zerhacken einer von der Spannungsquelle 34 gelieferten Spannung erzeugt werden, also durch Zerhacken einer Batteriespannung.
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Bei der Fahrt besteht grundsätzlich die Möglichkeit, dass sich ein Rad von der Achse eines Fahrzeugs löst. Sobald sich ein Rad von der Achse zu lösen beginnt, ändert sich die Kapazität, welche die metallisierte Fläche 36 mit der Felge 1 des Rades bildet, löst. Durch Messen und Auswerten der Kapazität, welche die metallisierte Fläche 36 mit der Felge 1 des Rades bildet, lässt sich die Gefahr eines Radverlusts erkennen. Dazu wird von der Steuereinheit die gemessene Kapazität mit einem Normbereich verglichen, und bei Detektion einer Kapazität außerhalb des Normbereichs ein Warnsignal erzeugt, um einen drohenden Radverlust anzuzeigen. Dieses Warnsignal kann einem Fahrzeugsicherheitssystem zur Verfügung gestellt werden und/oder eine Warnlampe an einem Armaturenbrett des Fahrerzeugs betätigen.
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Der Normbereich für die Kapazität kann beispielsweise aus historischen Messdaten definiert werden, insbesondere aus Messungen der Kapazität bei parkendem Fahrzeug. Der Normbereich kann so für jede Fahrt neu festgelegt werden. Beispielsweise kann der Normbereich dahingehend definiert sein, dass eine Abweichung von einem Normwert bei parkendem Fahrzeug um mehr als einen vorgegebenen Prozentsatz einen drohenden Reifenverlust indiziert.
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Beispielsweise kann die Kapazität bei parkendem Fahrzeug in relativ großen Zeitabständen gemessen werden, beispielsweise in Zeitabständen von 1 Stunde oder mehr. Wenn mit dem Beschleunigungssensor ein Fahrtbeginn detektiert wird, können die Zeitabstände zwischen Messungen der Kapazität verkürzt werden, beispielsweise auf 1 Sekunde bis 1 Minute.
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Die Empfindlichkeit einer Erkennung eines drohenden Radverlustes lässt sich erhöhen und falsch positive Warnsignale lassen sich vermeiden, indem zusätzlich auch Signale eines Beschleunigungssensors der Reifendrucküberwachungseinheit ausgewertet werden. Wenn sich nämlich ein Rad von einer Achse zu lösen beginnt, treten zunehmend größere Bewegungen des Rades relativ zu der Achse auf. Dies führt zu zunehmenden Vibrationen des Rades und somit zu entsprechenden Beschleunigungssignalen. Um dies zu erfassen, kann beispielsweise aus einer vorgegebenen Anzahl von Messwerten eines Beschleunigungssensors der Reifendrucküberwachungseinheit das quadratische Mittel berechnet werden und der Normbereich in Abhängigkeit hiervon festgelegt werden, beispielsweise als Kennfeld. Beispielsweise kann das quadratische Mittel aus den letzten 10 bis 50 Werten berechnet werden.
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Wenn beispielsweise ein Normbereich der Kapazität aus historischen Messdaten definiert wird, etwa aus Messungen der Kapazität bei parkendem Fahrzeug, kann die maximal zulässige Abweichung von einem Normwert der Kapazität umso mehr reduziert wird, je größer die von dem Beschleunigungssensor gemessenen Vibrationen sind. Der zulässige Normbereich kann so also als Kennfeld festgelegt werden.
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3 zeigt eine Skizze einer Schaltung zur Messung der Kapazität C, die von einem Metallteil der Reifendrucküberwachungseinrichtung, etwa der metallisierten Fläche 36 der Leiterplatte 33, und der Felge 1 gebildet wird. Die Felge 1 bildet zusammen mit einer damit verbundenen Fahrzeugachse gewissermaßen eine Antenne. Die Kapazität C kann also als Teil eines Schwingkreises bzw. einer Antennenschaltung aufgefasst werden. Diese Antennenschaltung wird von einem Hochfrequenzgenerator 4 über einen Widerstand R1 gespeist, d.h. eine Wechselspannung an die Kapazität angelegt. Der Hochfrequenzgenerator 4 ist dazu mit dem Widerstand R1 und der Kapazität C in Reihe geschaltet. Die Kapazität C ist also leitend mit einem Punkt zwischen den beiden Widerständen R1, R2 verbunden.
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Der Widerstand R1 bildet zusammen mit einem Widerstand R2 einen Spannungsteiler. Die zwischen den beiden Widerständen R1, R2 anliegende Spannung hängt davon ab, wie viel Energie von der Antenne abgestrahlt wird, also insbesondere davon, wie nahe die Anregungsfrequenz des Hochfrequenzgenerators 4 an der Resonanzfrequenz des Schwingkreises ist. Wenn sich die Kapazität C ändert, ändert sich deshalb auch die Spannung zwischen den Widerständen R1 und R2. Die Kapazität C kann somit überwacht werden, indem die Spannung zwischen den beiden Widerständen R1 and R2 mit einem Spannungsmessgerät überwacht wird, beispielsweise einem Analog-Digitalwandler AD. Die Spannung zwischen den beiden Widerständen R1 and R2 ist somit ein Messignal, das mit der Kapazität C korreliert. Wenn diese Spannung außerhalb eines vorgegebenen Normbereichs liegt, kann somit auf einen drohenden Reifenverlust geschlossen werden.
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Die beiden Widerstände R1 und R2 sind bei dem gezeigten Ausführungsbeispiel gleich groß, können aber auch voneinander abweichen. Abweichungen von bis zu 20% sind in der Regel unproblematisch.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Felge
- 2
- Ventil
- 3
- Reifendrucküberwachungseinheit
- 31
- Deckel
- 32
- Gehäuse
- 33
- Leiterplatte
- 34
- Spannungsquelle
- 35
- Antenne
- 36
- metallisierte Fläche