DE602004012903T2

DE602004012903T2 - Verfahren und system zur bestimmung des schräglauf-winkels eines reifens während des fahrens eines fahrzeugs

Info

Publication number: DE602004012903T2
Application number: DE602004012903T
Authority: DE
Inventors: Federico Mancosu; Massimo Brusarosco; Daniele Arosio
Original assignee: Pirelli SpA; Pirelli Tyre SpA
Current assignee: Pirelli and C SpA; Pirelli Tyre SpA
Priority date: 2004-09-29
Filing date: 2004-09-29
Publication date: 2009-04-09
Anticipated expiration: 2024-09-30
Also published as: ATE391027T1; CN101027198A; US8024087B2; CN100560390C; EP1794007B1; WO2006034731A1; DE602004012903D1; BRPI0419077A; EP1794007A1; US20080103659A1; BRPI0419077B1

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und ein System zum Bestimmen eines Schräglaufwinkels eines an einem Fahrzeug angebrachten Reifens, während das Fahrzeug auf einer Rollfläche fährt.
Ein solches Verfahren und ein solches System, die den Oberbegriffen von Anspruch 1 bzw. 13 entsprechen, sind aus dem Dokument US-B1-6 539 295 bekannt.
Zur Steuerung eines Fahrzeugs sollten für ein Fahrzeugsteuersystem Informationen bereitgestellt werden, die sich auf Reifenzustände beziehen. Beispielsweise können zu Informationen solche gehören, die sich auf die auf die Reifen ausgeübte Last oder auf die Länge des Kontaktbereichs zwischen dem Reifen und dem Boden beziehen.
Die PCT-Patentanmeldung WO 03/016115 offenbart ein Verfahren zum Bestimmen der Ladung oder Last, die auf einen Reifen eines Kraftfahrzeugs ausgeübt wird, und/oder zur Überwachung des Reifendrucks, wobei der Druck in jedem Reifen während des Fahrzeugbetriebs erfasst und das Drehverhalten der einzelnen Räder beobachtet wird. Es werden auch Lastverteilungsparameter dadurch bestimmt, dass das Drehverhalten und/oder Änderungen im Drehverhalten der einzelnen Räder während vorgegebener Fahrzustände verglichen werden, wobei vorgegebene und/oder vorbestimmte und/oder gelernte Variablen berücksichtigt werden. Die Reifendruck- und Lastverteilungsparameter werden zum Bestimmen der auf die Reifen ausgeübten Last oder Ladung und/oder eines Druckverlustes verwendet.
Die US-Patentanmeldung 2003/0058118 offenbart ferner ein Fahrzeug- und ein Fahrzeugreifenüberwachungssystem sowie eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Bestimmen der lastinduzierten Einbiegung oder Verformung eines Fahrzeugreifens. Basierend darauf werden sich auf die Einbiegung beziehende Informationen bereitgestellt, wie die Reifenlast, der molare Luftgehalt, die gesamte Fahrzeugmasse und die Verteilung der Fahrzeugmasse.
US 6,538,566 beschreibt ein Verfahren für die In-Betrieb-Überwachung des Zustands eines Reifens eines bodenläufigen Rades, wobei der Reifen eine Lauffläche hat. Das Verfahren weist die Schritte auf, in dem Reifen nahe der Lauffläche einen Miniatursensor zum Erfassen einer Radialbeschleunigung vorzusehen, die Änderungen in der Messung aus dem Sensor zu überwachen, eine Abnahme der Radialbeschleunigung zu erfassen, wobei die Abnahme einer Zone der Lauffläche entspricht, die in Kontakt mit dem Boden steht, und einen Zeitraum mit niedrigen Radialbeschleunigungsphasen und einen Bruchteil dieses Zeitraums zu messen, während dem die Radialbeschleunigung niedrig ist, wobei der Bruchteil in jedem Zeitraum zu einer Länge der Zone in Beziehung gesetzt wird, in der die Lauffläche in Kontakt mit dem Boden steht, und dadurch den Zustand des Reifens zu bestimmen.
Die EP 0 887 211 bezieht sich auf Luftreifen für Fahrzeuge, und insbesondere auf ein System zum Überwachen von Reifen durch Überwachen ihrer Einbiegung. Das System hat eine Sensorvorrichtung, die bezüglich des Reifens funktionsmäßig so angeordnet ist, dass ein elektrischer Impuls während des Aufstandsflächendurchgangs erzeugt wird, der einer Verformung des Reifens entspricht; Einrichtungen zum Berechnen eines Verhältnisses der zwischen der Dauer des elektrischen Impulses und der Dauer einer Reifenumdrehung; und Einrichtungen zum Senden dieses Verhältnisses zu einer Bewertungseinheit, die in dem Fahrzeug angeordnet ist, wobei die Sensorvorrichtung in dem Laufflächenbereich des Reifens angeordnet ist, damit der elektrische Impuls ein erstes Maximum beim Eintritt in den Aufstandsflächendurchgang und ein zweites Maximum bei seinem Verlassen liefert.
Nach der Anmelderin wäre es günstig, den Schräglaufwinkel eines an einem Fahrzeug angebrachten Reifens zu messen, während ein solches Fahrzeug auf einer rollenden Fläche fährt. Für die Zwecke der vorliegenden Erfindung soll der "Schräglaufwinkel eines Reifens" der (momentan bestimmte) Winkel zwischen der Äquatorialebene des Reifens und der Vorwärtsbewegungsrichtung des Fahrzeugs sein, an dem der Reifen angebracht ist. Zu erwähnen ist, dass während der Kurvenfahrt eines Fahrzeugs die Vorwärtsbewegungsrichtung zu jedem Zeitpunkt der Richtung entspricht, die die Kurvenbahn tangiert, der das Fahrzeug folgt. Der Schräglaufwinkel ist ein Grundparameter zum Steuern eines Fahrzeugs und zur Vermeidung irgendwelcher Instabilitäten an ihm, beispielsweise von Gierinstabilitäten. Zu erwähnen ist, dass ein bestimmter Lenkwinkel, der in einem Fahrzeug eingestellt ist, zu einem anderen Schräglaufwinkel eines Reifens führen kann. Dies hat mehrere Gründe, einschließlich der Tatsache, dass ein Reifen aus einem sich verformenden Kautschuk hergestellt ist. Deshalb kann der Schräglaufwinkel, dem die Reifen während eines Lenkmanövers unterworfen werden, nicht leicht aus einer an dem Fahrzeug ausgeführten Messung abgeleitet werden.
Die Anmelderin hat sich dem Problem zugewandt, in Realzeit, d. h. bei fahrendem Fahrzeug, auf zuverlässige und leichtere Weise den Schräglaufwinkel zu bestimmen, dem ein an dem Fahrzeug angebrachter Reifen unterliegt.
Gemäß einem ersten Aspekt stellt die vorliegende Erfindung ein Verfahren zum Bestimmen eines Schräglaufwinkels eines an einem Fahrzeug angebrachten Reifens bereit, während das Fahrzeug auf einer rollenden Fläche fährt, wobei bei dem Verfahren eine Beschleunigung in seitlicher Richtung, der ein einer Lauffläche des Reifens entsprechender Abschnitt ausgesetzt wird, in einer Entfernung von einer Äquatorialebene des Reifens, eine Drehgeschwindigkeit des Reifens und der Schräglaufwinkel aus der seitlichen Beschleunigung und der radialen (richtig: Dreh-, Anmerkung des Übersetzers) Geschwindigkeit bestimmt werden.
Vorzugsweise weist der Schritt des Bestimmens der Beschleunigung in seitlicher Richtung das Erfassen eines seitlichen Beschleunigungssignals, wenn der Abschnitt des Reifens außerhalb eines Kontaktbereichs zwischen dem Reifen und der Rollfläche liegt, und das Erfassen eines seitlichen Beschleunigungssignals auf, wenn der Teil des Reifens innerhalb des Kontaktbereichs liegt.
Insbesondere weist der Schritt des Bestimmens der Beschleunigung in seitlicher Richtung das Berechnen eines Mittelwerts des seitlichen Beschleunigungssignals außerhalb des Kontaktbereichs und das Berechnen eines Spitzenwertes des seitlichen Beschleunigungssignals in dem Kontaktbereich auf.
Vorzugsweise weist der Schritt des Bestimmens der Beschleunigung in seitlicher Richtung das Berechnen einer seitlichen Beschleunigungsamplitude als Differenz zwischen dem Mittelwert und dem Spitzenwert auf.
Vorzugsweise ist ein Schritt einer Tiefpassfilterung des seitlichen Beschleunigungssignals vorgesehen.
Vorzugsweise weist der Schritt des Bestimmens der Drehgeschwindigkeit des Reifens das Erfassen eines radialen Beschleunigungssignals auf.
Üblicherweise weist der Schritt des Erfassens eines Radialbeschleunigungssignals den Schritt des Erfassens eines solchen Radialbeschleunigungssignals auf der oder in unmittelbarer Nähe der Äquatorialebene des Reifens auf.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform weist der Schritt des Bestimmens der Drehgeschwindigkeit des Reifens das Berechnen einer mittleren Radialbeschleunigung außerhalb des Kontaktbereichs zwischen dem Reifen und der Rollfläche auf.
Vorzugsweise weist der Schritt des Bestimmens des Schräglaufwinkels das Bereitstellen von Kennlinien der seitlichen Beschleunigungsamplitude abhängig von vorgegebenen Werten des Schräglaufwinkels für wenigstens eine Drehgeschwindigkeit auf.
Gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung weist das Verfahren weiterhin den Schritt auf, eine Anpassgleichung bereitzustellen, die die Kennlinien approximiert.
Vorzugsweise weist der Schritt des Bereitstellens einer Anpassgleichung eine Gleichung einer Geraden in einer Ebene auf, wobei das Verfahren weiterhin das Zuordnen von Werten für die Steigung und den Koordinatenabstand der Anpassgeraden für wenigstens einen Wert der Reifendrehgeschwindigkeit aufweist.
Nach einem zweiten Aspekt stellt die vorliegende Erfindung ein System zum Bestimmen eines Schräglaufwinkels eines an einem Fahrzeug angebrachten Reifens bereit, während das Fahrzeug auf einer Rollfläche fährt, wobei das System wenigstens eine Vorrichtung, die zum Bestimmen einer Beschleunigung in seitlicher Richtung eines der Lauffläche des Reifens entsprechenden Abschnitts angepasst ist, wobei sich der Abschnitt in einer Entfernung von einer Äquatorialebene des Reifens befindet, wenigstens eine Vorrichtung, die zum Bestimmen einer Drehgeschwindigkeit des Reifens angepasst ist, und wenigstens eine Verarbeitungseinheit aufweist, die zum Bestimmen des Schräglaufwinkels aus der seitlichen Beschleunigung und der Radial-(richtig: Dreh-, Anmerkung des Übersetzers)Geschwindigkeit angepasst ist.
Vorzugsweise weist die wenigstens eine Vorrichtung zum Bestimmen der Beschleunigung in seitlicher Richtung wenigstens einen seitlichen Beschleunigungsmesser auf, der zum Erzeugen wenigstens eines seitlichen Beschleunigungssignals angepasst ist.
Gemäß einer Ausführungsform hat die wenigstens eine Vorrichtung zum Bestimmen der Drehgeschwindigkeit wenigstens einen Radialbeschleunigungsmesser, der zum Erzeugen wenigstens eines Radialbeschleunigungssignals angepasst ist.
Vorzugsweise hat die wenigstens eine Vorrichtung zum Bestimmen der Beschleunigung in seitlicher Richtung und die wenigstens eine Vorrichtung zum Bestimmen der Drehgeschwindigkeit des Reifens wenigstens eine Abtastvorrichtung, die zum Abtasten von Signalen bei einer Frequenz von wenigstens 5 kHz angepasst ist.
Vorzugsweise ist die wenigstens eine Abtastvorrichtung an das Abtasten von Signalen bei einer Frequenz von wenigstens 7 kHz angepasst.
Vorzugsweise hat das System der Erfindung weiterhin wenigstens einen Speicher, der der Verarbeitungseinheit zugeordnet ist.
Gemäß einer Ausführungsform hat der wenigstens eine Speicher vorgespeicherte Kennfunktionen des Schräglaufwinkels über seitlichen Beschleunigungsamplituden, die vorgegebenen Werten der Reifendrehgeschwindigkeit entsprechen.
Vorzugsweise ist die wenigstens eine Vorrichtung zum Bestimmen der Beschleunigung in seitlicher Richtung in wenigstens eine Sensorvorrichtung eingeschlossen, die dem Abschnitt des Reifens zugeordnet ist.
Gewöhnlich ist die wenigstens eine Sensorvorrichtung in einer Entfernung von der Äquatorialebene des Reifens angeordnet, die zwischen 15% und 30% der Laufflächenbreite, bevorzugt zwischen 18% und 28% der Laufflächenbreite und besonders bevorzugt zwischen 20% und 25% liegt.
Vorzugsweise ist die wenigstens eine Sensorvorrichtung an einer Innenauskleidung des Reifens festgelegt.
Vorzugsweise hat die wenigstens eine Sensorvorrichtung weiterhin wenigstens eine Sendevorrichtung. Gewöhnlich ist die wenigstens eine Sendevorrichtung funktionsmäßig mit einer ersten Antenne verbunden.
Optional hat das System nach der Erfindung weiterhin eine Filtervorrichtung, die für ein Tiefpassfiltrieren des Beschleunigungssignals angepasst ist.
Die wenigstens eine Sensorvorrichtung hat vorzugsweise weiterhin wenigstens eine Stromquelle. Die wenigstens eine Stromquelle weist gewöhnlich wenigstens eine Batterie auf.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform hat die wenigstens eine Stromquelle wenigstens eine Eigenversorgungsvorrichtung, die zur Erzeugung von elektrischem Strom als Folge von mechanischen Spannungen angepasst ist, denen die wenigstens eine Sensorvorrichtung während des Fahrens des Fahrzeugs unterliegt.
Die wenigstens eine Eigenversorgungsvorrichtung kann wenigstens ein piezoelektrisches Element aufweisen.
Die wenigstens eine Eigenversorgungsvorrichtung kann wenigstens eine elektrische Speicherschaltung aufweisen. Gewöhnlich hat die wenigstens eine elektrische Speicherschaltung wenigstens einen Widerstand und einen Kondensator.
Vorzugsweise ist wenigstens eine Verarbeitungseinheit in wenigstens einer Sensorvorrichtung eingeschlossen.
Vorzugsweise hat das System weiterhin eine feststehende Einheit, die für ein Positionieren an dem Fahrzeug angepasst ist und eine Empfangsvorrichtung zum Empfangen von Daten von der wenigstens einen Sensorvorrichtung aufweist.
Gewöhnlich hat die Empfangsvorrichtung eine zweite Antenne.
Die erste und die zweite Antenne sind vorzugsweise für eine Datenübertragung bei einer Frequenz zwischen 400 und 450 MHz angepasst.
Nach einem dritten Aspekt stellt die vorliegende Erfindung ein Verfahren zum Steuern eines Fahrzeugs bereit, das wenigstens einen an ihm angebrachten Reifen aufweist und bei welchem der Schräglaufwinkel des Reifens wie vorstehend ausgeführt bestimmt wird, der bestimmte Schräglaufwinkel zu einem Fahrzeugsteuersystem des Fahrzeugs geliefert und wenigstens ein Parameter in dem Fahrzeugsteuersystem basierend auf dem bestimmten Schräglaufwinkel eingestellt wird.
Gemäß einer Ausführungsform weist das Fahrzeugsteuersystem ein Bremssteuersystem auf, wobei der Schritt des Einstellens wenigstens eines Parameters den Schritt aufweist, eine Bremskraft an dem Reifen einzustellen.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform hat das Fahrzeugsteuersystem ein Lenksteuersystem, wobei der Schritt des Einstellens wenigstens eines Parameters den Schritt des Auswählens einer maximalen Änderung aufweist, die von den Lenkbefehlen zugelassen wird.
Gemäß einer weiteren Ausgestaltung hat das Fahrzeugsteuersystem ein Federungssteuersystem, wobei der Schritt des Einstellens wenigstens eines Parameters den Schritt aufweist, eine Steifigkeit einer Aufhängungsfeder einzustellen, die dem Reifen zugeordnet ist.
Weitere Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden durch die folgende nähere Beschreibung eines Beispiels veranschaulicht, das hier unter Bezug auf die beiliegenden Zeichnungen angegeben wird, in denen
1 einen Querschnitt eines Reifens mit einer Dreieranordnung von Sensorvorrichtungen gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung zeigt,
2 ein Schema einer Ausführungsform einer feststehenden Einheit mit einem System nach der Erfindung zeigt,
3 ein Schema einer Ausführungsform einer Sensorvorrichtung nach der Erfindung zeigt, die in einem Reifen eingeschlossen ist,
4 eine beispielsweise Seitenbeschleunigungskurve zeigt, die nach dem Filtern eines Seitenbeschleunigungssignals erhalten wird, das von einem externen Sensor genommen wird,
5 eine beispielsweise Seitenbeschleunigungskurve zeigt, die nach dem Filtern eines Seitenbeschleunigungssignals erhalten wird, das von einem internen Sensor genommen wird,
6 eine beispielsweise Radialbeschleunigungskurve zeigt, die nach dem Filtern eines Radialbeschleunigungssignals erhalten wird,
7 ein Diagramm mit Kurven für seitliche Beschleunigungsspitzen, gemessen von einem externen Sensor, abhängig von der Reifenlast zeigt,
8 ein Diagramm für Kurven von Seitenbeschleunigungsspitzen, gemessen von einem internen Sensor, abhängig von der Reifenlast zeigt,
9 ein Diagramm mit Kurven von Seitenbeschleunigungsspitzen, gemessen von einem externen Sensor abhängig vom Sturz zeigt,
10 ein Diagramm mit Kurven von Seitenbeschleunigungsspitzen, gemessen von einem internen Sensor, abhängig vom Sturz zeigt,
11 ein Diagramm mit Kurven von seitlichen Beschleunigungsspitzen, gemessen von einem externen Sensor, abhängig von der Drehzahl ω zeigt,
12 ein Diagramm mit Kurven von Seitenbeschleunigungsspitzen, gemessen von einem internen Sensor, abhängig von der Drehzahl ω zeigt,
13 ein Diagramm mit Kurven von Seitenbeschleunigungsspitzen, gemessen von einem externen Sensor, abhängig vom Schräglaufwinkel zeigt und
14 ein Diagramm mit Kurven von Seitenbeschleunigungsspitzen, gemessen von einem internen Sensor, abhängig vom Schräglaufwinkel zeigt.
1 zeigt einen Querschnitt eines Rads mit einem Reifen 11 und einer tragenden Felge 12. Der in 1 gezeigte Reifen hat eine herkömmlich als "schlauchlos" bekannte Bauweise, d. h. keinen Innenschlauch. Dieser Reifen kann mit Hilfe eines Aufpumpventils 13 aufgepumpt werden, das beispielsweise an dem Kanal der Felge 12 angeordnet ist. Der Reifen ist an einem Fahrzeug (nicht gezeigt) angebracht.
Der Reifen 11 hat eine Karkasse 16, die in zwei Wulsten 14 und 14' endet, von denen jeder längs eines inneren Umfangsrandes der Karkasse 16 zum Befestigen des Reifens 11 an einer entsprechenden tragenden Felge 12 ausgebildet ist. Die Wulste 14, 14' haben jeweils verstärkende Ringkerne 15 und 15', die als Wulstkerne bekannt sind. Die Karkasse 16 wird von wenigstens einer Verstärkungslage mit textilen oder metallischen Korden gebildet, die sich axial von einem Wulst 14 zum anderen 14' in einem torusförmigen Profil erstrecken und deren Enden mit den jeweiligen Wulstkernen 15 und 15' verbunden sind. Bei Reifen in der als Gürtelreifen bekannten Bauweise liegen die erwähnten Korde im Wesentlichen in Ebenen, die die Drehachse des Reifens enthalten. In einer radial äußeren Position bezüglich der Karkasse 16 ist ein als Gurtaufbau ringförmiger Aufbau 17 angeordnet, der als Gurtaufbau bekannt ist. Gewöhnlich hat der Gurtaufbau 17 einen oder mehrere Streifen aus einem elastomeren Material, das Korde aus Metall und/oder Textil einschließt, die einander überlappen. Um den Gurtaufbau 17 ist ein Laufflächenband 18 aus elastomerem Material gewickelt und durch Einprägung mit einem Reliefmuster für den Rollkontakt des Reifens mit dem Boden versehen. An dem Karkassenaufbau 16 sind auf axial gegenüberliegenden seitlichen Positionen zwei Seitenwände 19 und 19' aus elastomerem Material angeordnet, von denen sich jede radial von dem äußeren Rand des entsprechenden Wulstes 14 und 14' nach außen erstreckt. Bei schlauchlosen Reifen ist die Innenfläche der Karkasse 16 normalerweise mit einer Ausklei dung 111 abgedeckt, d. h. mit einer oder mehreren Schichten aus einem für Luft undurchlässigen elastomeren Material. Es können andere bekannte Elemente, beispielsweise Wulstfüller, bei der speziellen Auslegung des Reifens 11 vorgesehen werden.
Dem Reifen 11 ist wenigstens eine Sensorvorrichtung 3i, 3e zugeordnet, die in der nachstehenden Beschreibung näher erläutert ist. Die wenigstens eine Sensorvorrichtung 3i, 3e wird zum Bestimmen wenigstens einer Beschleunigung in seitlicher Richtung (in 1 mit Y angezeigt) des Reifens verwendet, wenn letzterer auf einer rollenden Fläche rollt. Die wenigstens eine Sensorvorrichtung 3i, 3e ist in einem Abstand von der Äquatorialebene des Reifens angeordnet, was nachstehend erörtert wird. Die wenigstens eine Sensorvorrichtung 3i, 3e kann zweckmäßigerweise in einem Reifenabschnitt angeordnet sein, der der Lauffläche des Reifens 11 entspricht, d. h. in dem Abschnitt des Reifens 11, der sich axial zwischen den Seitenwänden des Reifens 11 erstreckt. Insbesondere ist ein solcher Sensor in einem Schulterbereich des vorstehenden Reifenabschnitts angeordnet, d. h. in einem bestimmten Abstand von der Äquatorialebene E des Reifens.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform können zwei Sensorvorrichtungen 3i, 3e auf gegenüberliegenden Seiten bezogen auf die Äquatorialebene des Reifens 11, besonders bevorzugt im Wesentlichen symmetrisch bezüglich der Äquatorialebene des Reifens 11, angeordnet werden. Diese Ausführungsform ist insbesondere für eine Gegenkontrolle der Messungen zweckmäßig, die von den Sensorvorrichtungen 3i, 3e ausgeführt werden. Vorzugsweise sind die beiden Sensorvorrichtungen im Wesentlichen längs der gleichen Meridianebene des Reifens angeordnet, d. h. in einer Ebene, die die Reifendrehachse enthält.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform ist eine dritte Sensorvorrichtung 3c an dem Reifen, besonders bevorzugt im Wesentlichen längs der gleichen Meridianebene des wenigstens einen Sensors 3i, 3e angeordnet. Die dritte Sensorvorrichtung ist im Wesentlichen auf der Äquatorialebene E des Reifens 11 angeordnet. Bei der vorliegenden Beschreibung wird auf die Sensorvorrichtung 3i, die sich näher zum Fahrzeug befindet, als die "innere Sensorvorrichtung" Bezug genommen, während auf die Sensorvorrichtung 3e, die sich am äußersten Teil des Reifens befindet, als "äußere Sensorvorrichtung" Bezug genommen wird. Für die Zwecke der vorliegenden Erfindung betrifft der Ausdruck "im Wesentlichen längs der gleichen Meridianebene" eine bestimmte Größe einer Fehlausrichtung der Sensoren bezüglich der Meridianebe ne, was in Größen des Winkels zwischen Meridianebenen ausgedrückt werden kann, die von den Sensorpositionen gebildet werden. Vorzugsweise kann die tolerierte Fehlausrichtung einem Winkel von nicht mehr als 5°, bevorzugt von nicht mehr als 3° und besonders bevorzugt von nicht mehr als 1° entsprechen. Vorzugsweise sind die äußere und/oder die inneren Sensorvorrichtungen in einer Entfernung von der Äquatorialebene E des Reifens 11 zwischen 15% und 30% der Laufflächenbreite, bevorzugt zwischen 18% und 28% der Laufflächenbreite und besonders bevorzugt zwischen 20% und 25% der Laufflächenbreite angeordnet. Beispielsweise können bei einem Reifen mit einer Laufflächenbreite von 195 mm zwei Sensorvorrichtungen 3i, 3e auf gegenüberliegenden Seiten bezogen auf die Äquatorialebene jeweils in einem Abstand von 45 mm von ihr angeordnet werden.
Die Sensorvorrichtungen 3c, 3i, 3d sind vorzugsweise an der Innenauskleidung 111 des Reifens 11 befestigt. Sowohl an jeder Sensorvorrichtung als auch an der Innenauskleidung 111 haftet ein feststehendes Befestigungselement 332 an. Geeignete Materialien für das Befestigungselement 332 können insgesamt flexible Kautschuke, wie beispielsweise Naturkautschuk oder synthetischen Kautschuk, beispielsweise Kautschuke hergestellt aus konjugierten Dienen mit 4 bis 10 Kohlenstoffatomen, beispielsweise Polyisopren, Polybutadien, Styrol-Butadien-Kautschuk und dergleichen aufweisen. Bei bevorzugten Ausführungsformen soll ein in das Befestigungselement 332 eingeschlossenes Material einen Dämpfungseffekt haben, um das Befestigen der Sensorvorrichtungen an der Innenfläche des Reifens abzusichern und um gleichzeitig die mechanischen Spannungen zu reduzieren, die auf die Befestigungsfläche während des Einsatzes des Reifens 11 ausgeübt werden. Ferner reduziert ein Dämpfungsmaterial die Wahrscheinlichkeit von Schäden an den Sensorvorrichtungen, indem eine Übertragung der vorstehenden Spannungen auf die Vorrichtung verhindert wird. Geeignete Dämpfungsmaterialien haben eine Shore-A-Härte (gemessen bei 23°C nach der Norm ASTM D2240) von etwa 1 bis etwa 40 und eine elastische Rückprallhöhe (gemessen bei 23°C nach der Norm ASTM D1054) von weniger als etwa 60. Es können vernetzte Dienelastomere oder Polyurethan-Gelmaterialien angepasst werden, um diesen Dämpfungsspezifizierungen zu entsprechen. Für ein verbessertes Haften zwischen den Sensorvorrichtungen und der Auskleidung 111 kann es vorteilhaft sein, ein weiteres Klebstoffelement, beispielsweise einen doppelseitigen Klebstofffilm zwischen dem Befestigungselement 332 und der Innenfläche der Auskleidung 111 und/oder zwischen dem Befestigungselement 332 und den Sensorvorrichtungen 3e, 3i, 3c anzuordnen. Ein geeigneter doppelseitiger Klebstofffilm kann Scotch^® 300SL HI- Strength, vertrieben von 3M, sein. Bei alternativen Ausführungsformen können die Sensorvorrichtungen 3c, 3i, 3e in dem Aufbau des Reifens in dem Laufflächenbereich, beispielsweise in dem Laufflächenband 18, oder zwischen dem äußeren Gurtstreifen des Gurtaufbaus 17 und dem Laufflächenband 18 eingeschlossen werden.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung (nicht gezeigt) können mehrere Gruppen von Sensorvorrichtungen in dem Reifen 11 an Umfangspositionen angeordnet werden, die voneinander vorzugsweise im Wesentlichen mit gleichem Winkel beabstandet sind. Beispielsweise können drei Gruppen von Sensorvorrichtungen in dem Reifen am Umfang beabstandet voneinander mit einem Winkel von im Wesentlichen 120° angeordnet werden. Jede Gruppe von Sensorvorrichtungen kann eine oder mehrere Sensorvorrichtungen aufweisen. Hinsichtlich der Anzahl, der Anordnung und der Reifenbefestigung der Sensorvorrichtungen in jeder Gruppe wird auf das Vorstehende Bezug genommen. Insbesondere können entsprechende Sensorvorrichtungen, die zu verschiedenen Gruppen gehören, im Wesentlichen auf Ebenen parallel zur Äquatorialebene des Reifens angeordnet werden. Die Verwendung mehrerer Gruppen von Sensorvorrichtungen, die am Umfang in beabstandeten Positionen in dem Reifen angeordnet sind, ermöglicht es, eine höhere Genauigkeit und Zuverlässigkeit der ausgeführten Messungen sowie eine bessere Überwachung des Reifens während der ganzen Reifenumdrehung zu erhalten.
Die Sensorvorrichtungen 3c, 3i, 3e sind für eine Verbindung mit einer Einheit außerhalb des Reifens 11 angepasst. Auf eine solche externe Einheit wird in der vorliegenden Beschreibung als "feststehende Einheit" Bezug genommen. Die feststehende Einheit kann sich an dem Fahrzeug befinden, an dem der Reifen 11 angebracht ist.
2 zeigt beispielsweise ein Blockschema einer feststehenden Einheit 2 mit einer Vorrichtung zum Empfangen aus der Sensorvorrichtung 3c und/oder 3i und/oder 3e, die in dem Reifen 11 eingeschlossen sind. Vorzugsweise hat die feststehende Einheit 2 auch eine Vorrichtung zum Senden zu der Sensorvorrichtung 3c und/oder 3i und/oder 3e. Die Empfangsvorrichtung kann einen Radiofrequenzempfänger 26 aufweisen, der mit einer Antenne 25 verbunden ist, auf die nachstehend als "feststehende Antenne" Bezug genommen wird. Vorzugsweise hat die Empfangsvorrichtung auch eine elektrische Demodulatorvorrichtung 27. Die von der Sensorvorrichtung 3c und/oder 3i und/oder 3e empfangenen Daten kann ein Speicher 28, beispielsweise ein EPROM, speichern und durch den Demodulator 27 demodulieren. Bei bevorzugten Ausführungsformen ist der Speicher 28 einer zentralen Verarbeitungseinheit (CPU – Central Processing Unit, in 2 nicht gezeigt) zugeordnet, um Berechnungen aus den von der Sensorvorrichtung 3c und/oder 3i und/oder 3e empfangenen und/oder im Speicher 28 gespeicherten Daten auszuführen. Der Speicher 28 kann auch historische Daten speichern, beispielsweise Messungen der Fahrzeuginstabilität oder Schritte, die das System zur Steuerung des Fahrzeugs vorgenommen hat, oder von für den Fahrzeugfahrer angezeigten Alarmen. Die Sendevorrichtung hat vorzugsweise eine Oszillatorschaltung 23, die eine Treiberschaltung 24 für die feststehende Antenne 25 speist. Wenn sich die feststehende Einheit 2 in dem Fahrzeug befindet, kann die elektrische Energie, die für die Aktivierung der feststehenden Einheit erforderlich ist, direkt aus der Fahrzeugbatterie eingespeist werden.
Jede Sensorvorrichtung 3c, 3e oder 3i, für die ein beispielsweises Blockschema in 3 gezeigt ist, hat allgemein ausgedrückt eine Vorrichtung 31 für die Datenübertragung zu der feststehenden Einheit und eine Messvorrichtung 32. In den inneren/äußeren Sensorvorrichtungen 3i, 3d ermöglicht die Messvorrichtung 32 die Bestimmung von wenigstens der Seitenbeschleunigung, der der Reifenteil ausgesetzt ist, der den Sensorvorrichtungen 3i, 3e zugeordnet ist. Vorzugsweise hat die Messvorrichtung 32 einen Beschleunigungsmesser, der zum Messen von wenigstens einer solchen Seitenbeschleunigung angepasst ist. In der Sensorvorrichtung 3c ermöglicht die Messvorrichtung 32 die Bestimmung einer Radialbeschleunigung, der der Reifenabschnitt unterworfen wird, der der Sensorvorrichtung 3c zugeordnet ist. Die Messvorrichtung kann vorzugsweise einen Radialbeschleunigungsmesser aufweisen. Ein solcher Beschleunigungsmesser sollte in der Lage sein, sehr hohe Beschleunigungswerte auszuhalten und korrekt zu messen, wenn die von der Reifenlauffläche des Reifens ausgehaltenen Radialbeschleunigungen bei hoher Geschwindigkeit Drehzahlwerte von 500 bis 1000 g erreichen können, wenn g die Erdbeschleunigung ist.
Zur Ausführung einer Realzeitbestimmung des Reifenschräglaufwinkels muss das von der Messvorrichtung 32 bereitgestellte Signal mit hoher Genauigkeit vorzugsweise für jede Umdrehung des Reifens erfasst werden. Zu diesem Zweck und unter Berücksichtigung der Drehfrequenz eines rollenden Reifens (insbesondere bei hoher Geschwindigkeit) hat die Messvorrichtung vorzugsweise eine Abtastvorrichtung (nicht gezeigt), die in der Lage ist, das Lesen des Signals bei einer Frequenz von wenigstens 5 kHz zu ermöglichen, bevorzugt bei einer Frequenz von wenigstens 7 kHz, um so von ihr ein Abtastsignal davon zu liefern. Jede Sensorvorrichtung 3c, 3i, 3e hat gewöhnlich auch eine Antenne 37, auf die nachstehend als die "mobile Antenne" Bezug genommen wird, die funktionsmäßig mit der Sendevorrichtung 31 für eine Datenübertragung zu der feststehenden Antenne der feststehenden Einheit verbunden ist. Die Übertragung von der mobilen Antenne zur feststehenden Antenne und/oder umgekehrt kann bei herkömmlichen Telemetrie-Radiofrequenzen erfolgen, beispielsweise in einem Band zwischen 400 und 450 MHz (beispielsweise bei 418 MHz oder 433 MHz).
Jede Sensorvorrichtung 3c, 3i, 3e kann weiterhin eine Verarbeitungseinheit (CPU) 34 aufweisen, die mit einer Speichervorrichtung 35 verbunden ist. Diese Speichervorrichtung 35 kann wiederbeschreibbare Speicherstellen enthalten, in denen Informationen von den von der Messvorrichtung 32 gemachten Messungen gespeichert werden können. Sie kann außerdem auch vorgespeicherte Instruktionen für die Verarbeitungseinheit 34 enthalten, die für eine Vorverarbeitung der Signale geeignet sind, die von der Messeinheit 32 vor der Übermittlung kommen, um die Informationsmenge zu verringern, die von dem Reifen 11 aus gesendet wird. Insbesondere kann das von der Messvorrichtung 32 bereitgestellte Signal vorverarbeitet werden, um charakteristische Punkte von ihm zu erfassen, beispielsweise Maxima und Minima, deren Koordinaten zu der Übermittlungsvorrichtung 31 zum Übermitteln zu der feststehenden Einheit gesendet werden können. Dies führt zu einer Ansparung von Sendebandbreite und der erforderlichen Sendeleistung. Außerdem kann zwischen der Messeinheit 32 und der Verarbeitungseinheit 34 eine Filtriervorrichtung (nicht gezeigt) angeordnet werden, um das Verformungssignal tiefpasszufiltern und das verwendbare Signal vom Hochfrequenzrauschen zu unterscheiden, das durch die Interaktion zwischen dem Laufflächenband und der Straße verursacht wird. Ein solches Filtern kann durch in die Messvorrichtung 32 eingeschlossene Elektroniken oder als weitere Vorverarbeitungsinstruktionen erfolgen, die in dem Speicher 35 gespeichert sind.
Eine Stromquelle 33 ermöglicht die Aktivierung der Elemente, die in den Sensorvorrichtungen 3c und/oder 3i und/oder 3e eingeschlossen sind. Die Stromquelle 33 kann eine Batterie aufweisen. Für eine Realzeitbestimmung des Reifenschräglaufwinkels kann jedoch durch die Messvorrichtung 32 (insbesondere durch eine Hochfrequenz-Abtastvorrichtung), durch die Verarbeitungseinheit 34 und durch die Übertragungsvorrichtung 31 ein hoher elektrischer Leistungsverbrauch erforderlich werden, wodurch eine Batterie eine kurze Lebensdauer ver glichen mit der Gesamtlebensdauer des Reifens hätte. Deshalb ist bei bevorzugten Ausgestaltungen die Stromquelle 33 eine Eigenversorgungsvorrichtung, die als Ergebnis der mechanischen Spannungen Elektrizität erzeugt, denen die Eigenerzeugungsvorrichtung ausgesetzt ist (beispielsweise der Zentrifugalkraft oder Verformungen der Auskleidung oder Bewegungen infolge des Laufs auf unebenen Straßen). Beispielsweise können piezoelektrische Materialien in der Eigenversorgungsvorrichtung für diesen Zweck verwendet werden. Die Eigenversorgungsvorrichtung kann auch eine Speicherschaltung für elektrische Energie (nicht gezeigt) aufweisen, die gewöhnlich einen Widerstand und einen Kondensator hat. Als weitere Alternative können die Sensorvorrichtungen 3c und/oder 3i und/oder 3e durch die feststehende Einheit 2 mit Hilfe einer geeigneten Empfangsvorrichtung (nicht gezeigt) aktiviert werden, die mit der mobilen Antenne 31 verbunden ist.
Eine Vorrichtung 36 zum Verteilen der elektrischen Leistung verteilt vorzugsweise die elektrische Leistung in geeigneter Weise, die von der Stromquelle 33 bereitgestellt wird, auf die Verarbeitungseinheit 34, die Speichervorrichtung 35, die Vorrichtung 31 zum Übertragen und die Messvorrichtung 32 entsprechend ihrer Anforderungen.
Zu erwähnen ist, dass es nicht erforderlich ist, die Messvorrichtung, den Übertragungsteil zu der feststehenden Einheit und die Steuerelektronik in eine einzige gepackte Sensorvorrichtung einzuschließen. Beispielsweise können die Steuerelektronik und der Sendeabschnitt zu der feststehenden Einheit in eine gesonderte Vorrichtung gepackt werden, die an anderen Teilen des Reifens oder des Rads (beispielsweise der Felge oder der Seitenwand) festgelegt wird, die durch eine Kabel- oder Drahtlosverbindung (beispielsweise Glasfaser oder durch Radiofrequenz) mit einer Messvorrichtung verbunden ist, die sich in dem Laufflächenabschnitt des Reifens befindet.
4 zeigt beispielsweise einen Teil einer typischen Seitenbeschleunigungskurve, die man durch eine äußere Sensorvorrichtung mit einem Seitenbeschleunigungsmesser, der an der Innenauskleidung eines Reifens festgelegt ist, in einer Entfernung von einer Äquatorialebene nach einem Abtasten und Filtrieren des entsprechenden Beschleunigungssignals erhält. Zu erwähnen ist, dass bei dem Durchgang der Sensorvorrichtung in Übereinstimmung mit dem Kontaktbereich (d. h. dem Bereich zwischen Reifen und rollender Fläche) der Wert der Seitenbeschleunigung, die von dem äußeren Beschleunigungsmesser erfasst wird, ausgehend von einem Mittelwert etwas zunimmt, wenn die Sensorvorrichtung ihren Durchgang unter dem Kontaktbereich beginnt, dann abrupt auf einen Minimalwert abfällt, wenn sie sich etwa in der Mitte des Kontaktbereichs befindet, und schließlich auf in etwa den Mittelwert zurückkehrt. Der Mittelwert der Seitenbeschleunigung außerhalb des Kontaktbereichs braucht aufgrund der Reifenkrümmung in der Nähe der Schultern nicht null zu sein.
Ähnlich 4 zeigt 5 beispielsweise einen Abschnitt einer typischen Seitenbeschleunigungskurve, die von einer inneren Sensorvorrichtung mit einem Seitenbeschleunigungsmesser, der an der Innenauskleidung eines Reifens in einer Entfernung von einer Äquatorialebene festgelegt ist, nach einem Abtasten und einem Filtern des entsprechenden Beschleunigungssignals erhalten wird. Zu erwähnen ist, dass beim Durchgang der Sensorvorrichtung in Übereinstimmung mit dem Kontaktbereich (d. h. dem Bereich zwischen dem Reifen und der rollenden Fläche) der Wert der von dem äußeren Beschleunigungsmesser erfassten Seitenbeschleunigung ausgehend von einem Mittelwert etwas abnimmt, wenn die Sensorvorrichtung ihren Durchgang unter dem Kontaktbereich beginnt, dann abrupt von einem Mittelwert auf einen Maximalwert ansteigt, wenn sie sich etwa in der Mitte des Kontaktbereichs befindet, und schließlich abnimmt und in etwa zu dem Mittelwert zurückkehrt.
Für die Zwecke der vorliegenden Erfindung wird die Entfernung zwischen dem Spitzenwert (Minimalwert in 4, Maximalwert in 5) und dem Mittelwert als Seitenamplitude (kurz LA) bezeichnet. Andere Werte der Seitenamplitude können sich aus Messungen ergeben, die an Signalen ausgeführt werden, die von inneren und äußeren Sensorvorrichtungen erfasst werden.
Die Kurven von 4 und 5 zeigen, dass, wenn der Reifenabschnitt, der der Position einer Sensorvorrichtung entspricht, seinen Durchgang unter dem Kontaktbereich beginnt und beendet, ein solcher Reifenabschnitt einer Seitenverformung unterworfen wird, die ein Maximum in der Nähe der Mitte des Kontaktbereichs (entsprechend den in den Kurven gezeigten Spitzen) wird und die viel stärker ist als die Seitenbeschleunigung, der der Reifenabschnitt an deren Positionen ausgesetzt wird (entsprechend dem Mittelwert des Beschleunigungswerts außerhalb des Kontaktbereichs).
Zusätzlich zu in Seitenrichtung durch die inneren und/oder äußeren Sensorvorrichtungen 3i, 3e ausgeführten Messungen kann die Drehgeschwindigkeit des Reifens aus einem Radialbeschleunigungssignal aus der zentralen Sensorvorrichtung 3c berechnet werden. 6 zeigt beispielsweise einen Teil einer typischen Radialbeschleunigungskurve, die von einer zentralen Sensorvorrichtung 3c mit einem Radialbeschleunigungsmesser, der an der Innenauskleidung eines Reifens auf der Äquatorialebene des Reifens befestigt ist, nach einem Abtasten und einem Filtern des entsprechenden Beschleunigungssignals erhalten wird. Zu erwähnen ist, dass beim Durchgang der Sensorvorrichtung 3c in Entsprechung des Kontaktbereichs der Wert der radialen Zentrifugalbeschleunigung, die von dem Beschleunigungsmesser erfasst wird, ein erstes Mal abrupt abfällt, dann auf im Wesentlichen null abfällt, wenn sie sich in etwa in der Mitte des Kontaktbereichs befindet, und schließlich ein zweites Mal abrupt zunimmt. In anderen Positionen hat die von dem Beschleunigungsmesser erfasste Radialbeschleunigung einen Mittelwert bezogen auf die Drehgeschwindigkeit des rollenden Reifens. Je höher die Geschwindigkeit ist, desto höher ist die erfasste Beschleunigung. Die Drehgeschwindigkeit des Reifens kann durch
abgeleitet werden, wenn a_i die mittlere Radialbeschleunigung ist, die vor oder nach dem Eintritt der Kontaktfläche mit der rollenden Fläche berechnet wird (d. h. unter Verwendung eines Teils des Radialbeschleunigungssignals außerhalb der in 6 gezeigten Spitzen).
Bei einer bevorzugten Ausführungsform, bei der eine Vielzahl von Sensorvorrichtungen verwendet werden, die sich in dem Reifen an verschiedenen Umfangspositionen befinden, kann eine erste Sensorvorrichtung, die auf der Äquatorialebene des Reifens (beispielsweise der Sensor 3c in 1) angeordnet ist und sich außerhalb des Kontaktbereichs befindet, zum Messen des mittleren Radialbeschleunigungswerts a (und somit die momentane Drehgeschwindigkeit des Reifens ableiten) in Realzeit in dem gleichen Zeitintervall verwendet werden, in welchem eine zweite Sensorvorrichtung, die in einer Entfernung von der Äquatorialebene des Reifens angeordnet ist (beispielsweise die Sensoren 3i, 3e in 1) und die Seitenbeschleunigung misst, mit dem Kontaktbereich übereinstimmt. In den Sensorvorrichtungen oder in die feststehende Einheit können einfache Steuerelektroniken implementiert werden, um die benötigten Messungen zu koordinieren.
Die Anmelderin hat gefunden, dass die Seitenbeschleunigung, der ein Teil des Reifens entsprechend der Reifenlauffläche in einer Entfernung von der Äquatorialebene während des Durchgangs in dem Kontaktbereich unterliegt, in einer Beziehung zu dem Schräglauf-(oder Slip-)Winkel eines Reifens besteht, der auf einer rollenden Fläche läuft. Insbesondere hat die Anmelderin gefunden, dass die Seitenamplitude gemessen in einer Entfernung von der Äquatorialebene im Wesentlichen eine Funktion nur von der Reifendrehgeschwindigkeit und von dem Schräglauf-(oder Slip-)Winkel ist.
Dieses Ergebnis wird nun im Folgenden unter Bezug auf die Beschreibung der Ergebnisse einer Anzahl von Versuchen gezeigt, die von der Anmelderin unter Verwendung eines Reifens Pirelli^® P6 195/65R15 durchgeführt wurden. In einer ersten Versuchsreihe hat die Anmelderin Werte von LA_e und LA_i gemessen, nämlich die Seitenamplitude, jeweils gemessen von einem äußeren und einem inneren Seitenbeschleunigungsmesser 3e, 3i, abhängig von einer an den Reifen angelegten Last. An den Reifen wurden verschiedene Schräglaufwinkel (–2°, –1°, 0°, +1°, +2°) angelegt. Der Reifen wurde mit verschiedenen Geschwindigkeiten laufen gelassen. Der Sturzwinkel war auf 0° eingestellt.
7 zeigt ein Diagramm mit Kurven der Seitenbeschleunigung LA_e gemessen von dem äußeren Beschleunigungsmesser (Ordinate) abhängig von der Reifenlast (Abszisse) für verschiedene Schräglaufwinkel bei einer konstanten Geschwindigkeit (in diesem speziellen Fall 40 km/h). Die verschiedenen Linien entsprechen verschiedenen Schräglaufwinkeln. Wie man sieht, ändert sich der Seitenamplitudenwert nicht wesentlich mit der Reifenlast.
8 zeigt ein Diagramm mit Kurven einer Seitenamplitude LA_i, gemessen von dem inneren Beschleunigungsmesser (Ordinate), abhängig von der Reifenlast (Abszisse) für verschiedene Schräglaufwinkel bei konstanter Geschwindigkeit (die gleiche wie bei 7). Die verschiedenen Linien entsprechen verschiedenen Schräglaufwinkeln. Wie zu sehen ist, ändert sich auch in diesem Fall der Seitenamplitudenwert nicht wesentlich mit der Reifenlast.
In einer zweiten Versuchsreihe hat die Anmelderin Werte von LA_e und LA_i gemessen, nämlich der Seitenamplitude, gemessen von einem äußeren bzw. einem inneren Beschleunigungsmesser 3e, 3i, abhängig vom Sturzwinkel bei einer konstanten Reifenlast, bei einem Nennaufpumpdruck und bei einer konstanten Geschwindigkeit. Es wurden verschiedene Schräglaufwinkel (–2°, –1°, 0°, +1°, +2°) eingesetzt. 8 zeigt ein Diagramm mit Kurven für LA_e, gemessen von dem äußeren Beschleunigungsmesser (Ordinate), abhängig vom Sturz- Winkel (Abszisse) für verschiedene Schräglaufwinkel bei einer Geschwindigkeit von 40 km/h und einer Reifenlast von 3500 N. Die verschiedenen Linien entsprechen verschiedenen Schräglaufwinkeln. Wie zu sehen ist, hängt LA_e kaum von dem Sturzwinkel in dem Bereich von –2° bis +2° ab, d. h. in einem für Sturzwinkel ausreichend weiten Bereich. Deshalb kann die Abhängigkeit von LA_e vom Sturzwinkel praktisch vernachlässigt werden.
Ähnlich zeigt 10 ein Diagramm mit Kurven für LA_i, gemessen von dem inneren Beschleunigungsmesser (Ordinate), abhängig vom Sturzwinkel (Abszisse) für verschiedene Schräglaufwinkel bei der gleichen Geschwindigkeit und Reifenbelastung wie von 9. Verschiedene Linien entsprechen verschiedenen Schräglaufwinkeln. Wie zu sehen ist, hängt auch in diesem Fall LA_i kaum von dem Sturzwinkel wenigstens im Bereich von –2° bis +2° ab. Deshalb kann wiederum die Abhängigkeit von LA_i vom Sturzwinkel praktisch vernachlässigt werden.
In einer dritten Versuchsreihe hat die Anmelderin Werte von LA_e und LA_i gemessen, nämlich die Seitenamplitude, gemessen von einem äußeren bzw. inneren Beschleunigungsmesser 3e, 3i, abhängig von der Drehgeschwindigkeit bei einer konstanten Reifenlast bei einem Schräglaufwinkel von 0 und einem Nennaufpumpdruck.
11 zeigt ein Diagramm mit einer Kurve LA_e (Ordinate) abhängig von der Drehzahl ω (Abszisse). 12 zeigt ein Diagramm mit einer Kurve von LA_i (Ordinate) abhängig von der Drehzahl ω (Abszisse). Wie man sieht, hängt LA stark von der Drehzahl ab. Insbesondere hängt LA wesentlich von ω² ab.
Schließlich hat die Anmelderin in einer vierten Versuchsreihe Werte von LA_e und LA_i gemessen, nämlich die Seitenamplitude, gemessen von einem äußeren bzw. inneren Beschleunigungsmesser 3e, 3i, abhängig vom Schräglaufwinkel bei einer konstanten Reifenlast, bei Nennaufpumpdruck und bei einer konstanten Geschwindigkeit. Es wurden verschiedene Sturzwinkel (–2°, –1°, 0, +1°, +2°) gesetzt.
13 zeigt ein Diagramm mit Kurven von LA_e, gemessen von dem äußeren Beschleunigungsmesser (Ordinate), abhängig vom Schräglaufwinkel (Abszisse) für unterschiedliche Sturzwinkel bei einer Reifenlast von 5000 N und einer Geschwindigkeit von 40 km/h. 14 zeigt ein Diagramm mit Kurven für LA_i, gemessen von dem inneren Beschleunigungsmesser (Ordinate), abhängig vom Schräglaufwinkel (Abszisse) für verschiedene Sturzwinkel bei der gleichen Reifenlast und Geschwindigkeit wie 13. Die verschiedenen Kurven sowohl in 13 als auch in 14 entsprechen verschiedenen Sturzwinkeln. Man stellt fest, dass

– die Kurven von 13 durch Gerade in einer Ebene dargestellt werden können, nämlich LAe = Ke(ω)*α + Qe(ω) (1)wobei LA_e die Amplitude der Seitenbeschleunigung gemessen durch den äußeren Beschleunigungsmesser, K_e(ω) die Steigung (nur abhängig von der Reifendrehzahl ω), α der Schräglaufwinkel, Q_e(ω) der Koordinatenabstand (nur abhängig von der Drehzahl ω) sind,
– die Kurven von 14 ebenfalls durch Gerade in einer Ebene dargestellt werden können, nämlich LAi = Ki(ω)*α + Qi(ω) (2)wobei LA_i die Amplitude der Seitenbeschleunigung, gemessen von dem inneren Beschleunigungsmesser, K_i(ω) die Steigung (nur von der Reifendrehzahl ω abhängig), α der Schräglaufwinkel, Q_i(ω) der Koordinatenabstand (nur abhängig von der Drehzahl ω) sind, und
– die Steigung der Kurven von 13 bezogen auf die Steigung der Kurven von 14 entgegengesetzt ist und ihre Absolutwerte |K_e| und |K_i| insgesamt voneinander bei der gleichen Drehzahl verschieden sein können.

Die vorstehend beschriebenen Ergebnisse zeigen, dass es möglich ist, den Schräglaufwinkel aus einem Seitenbeschleunigungssignal und aus der Drehzahl des Reifens abzuleiten.
Insbesondere wurde gefunden, dass die Seitenamplitude und der Schräglaufwinkel bei konstanter Drehzahl durch eine lineare Abhängigkeit in Bezug gesetzt werden können. Die Steigung und der Koordinatenabstand der linearen Beziehung können in einem Reifencharakteri sierungstest durch eine lineare Anpassung von Werten der Seitenamplitude, gemessen von den inneren und/oder äußeren Sensorvorrichtungen, abhängig von vorgegebenen Schräglaufwinkeln bei konstanter Geschwindigkeit bestimmt werden. Um die Drehzahl zu berücksichtigen, können der vorstehende Charakterisierungstest und die lineare Anpassung für vorgegebene Werte der Drehzahl ω des im Test befindlichen Reifens wiederholt werden, um die entsprechenden Steigungs- und Koordinatenabstandswerte zu bestimmen.
Aus der vorstehenden Charakterisierung kann, wenn die Radialgeschwindigkeit bestimmt ist, der Schräglaufwinkel direkt durch Verwendung von Gleichung (1) und/oder (2) abgeleitet werden. α = [LAe – Qe(ω)]/Ke(ω) (3) α = [LAi – Qi(ω)]/Ki(ω) (4)
Der Wert von LA_e oder LA_i kann aus dem Seitenbeschleunigungssignal abgeleitet werden, das jeweils aus der Sensorvorrichtung 3e oder 3i emittiert wird. Die vorstehenden Gleichungen für die Berechnung des Schräglaufwinkels sowie die Anpasskoeffizienten K und Q für vorgegebene Werte der Drehzahl können in dem Speicher der feststehenden Einheit oder in den Sensorvorrichtungen 3e oder 3i gespeichert werden. Die vorstehend beschriebene Charakterisierung des Reifens kann einmal pro Reifenmodell, beispielsweise durch Innenraumversuche, ausgeführt werden.
Bei einer Sensoranordnung mit einem zentralen Sensor 3c kann, wie vorstehend erörtert, die Radialgeschwindigkeit des Reifens durch das Radialbeschleunigungssignal aus der zentralen Sensorvorrichtung 3c abgeleitet werden. Es kann jedoch auch jedes andere Verfahren für die Zwecke der vorliegenden Erfindung verwendet werden, das dem Fachmann zur Bestimmung der Reifendrehgeschwindigkeit zur Verfügung steht.
Es sollte klar sein, dass das vorstehende Verfahren zum Ableiten des Schräglaufwinkels des Reifens nicht nur durch Verwendung der beschriebenen Verfahren und Anordnung von Sensorvorrichtungen 3c, 3i, 3e, sondern auch mit jedem anderen Verfahren oder jeder anderen Anordnung ausgeführt werden kann, die zur Berechnung oder Ableitung der Seitenbeschleu nigung geeignet sind, der ein Teil des Reifens, der der Reifenlauffläche entspricht und sich in einer Entfernung von der Äquatorialebene befindet, während des Rollens ausgesetzt wird.
Die Anmelderin geht davon aus, dass die Anpassungskoeffizienten sich mit dem Reifendruck nicht beträchtlich verändern, wenigstens in einem Bereich um den Nennwert herum, der durch das Fahrzeug und die Reifenhersteller bestimmt ist. Für eine vollständigere und erschöpfendere Reifencharakterisierung können auf jeden Fall die gleichen Versuche, wie sie hier für einen Druck beschrieben sind, der dem Nenndruck entspricht oder sehr nahe dazu liegt, bei verschiedenen Druckwerten ausgeführt werden, um einen entsprechenden Satz von Anpasskoeffizienten zu finden, die auf derartige Druckwerte bezogen sind.
Ein Realzeit-bestimmter Schräglaufwinkel eines Reifens, der an einem Fahrzeug angebracht ist, ist ein wesentlicher Parameter, der einem Fahrzeugsteuersystem eingegeben werden kann, um das Verhalten des Fahrzeugs, insbesondere in kritischen Zuständen, zu steuern. Ein Fahrzeugsteuersystem kann eine Bremssteuerung (beispielsweise eine Antiblockierbremseinheit) und/oder eine Lenksteuerung und/oder eine Aufhängungssteuerung und/oder ein Fahrzeugstabilitätskontrollsystem aufweisen.
Beispielsweise kann ein Fahrzeugbremssteuersystem die Bremskraft an jedem Reifen entsprechend dem Realzeit-bestimmten Schräglaufwinkel einstellen.
Bei einem anderen Beispiel kann der Fahrzeugstabilitätsbereich durch das Fahrzeugsteuersystem erfasst werden, um die von den Lenkbefehlen zugelassene maximale Störung auszuwählen. Diese Informationen können mit dem Istzeit-bestimmten Schräglaufwinkel verglichen werden, um zu verstehen, wann eine gefährliche Gierrate erreicht werden könnte. Gegebenenfalls kann einem Lenksteuersystem (elektrisch gestützte Lenksysteme) auch ein Korrekturbefehl aufgegeben werden.
Die Fahrzeugzustände können anzeigen, dass die Leistung des Fahrzeugs verringert ist und dass der Fahrer seine Fahrmanöver einschränken sollte. Das Fahrzeugsteuersystem kann beispielsweise aktiv werden, um die maximale Fahrzeuggeschwindigkeit zu begrenzen, damit die Stabilität aufrechterhalten wird und die Reifenspezifikationen nicht überschritten werden, oder um die Lenkgierrate zu begrenzen, damit kein Überschlagen eintritt. Der Fahrer kann vor dem vorliegenden Zustand des Fahrzeugsteuersystems und vor Aktionen gewarnt werden, die das Fahrzeugsteuersystem zur Sicherung des Fahrzeugs vorgenommen hat (Reduzieren der Geschwindigkeit, der Lenkrate, der Motorleistung, die maximal erreichbar sind), erforderlichenfalls auf einer Anzeigevorrichtung. Auf der gleichen Anzeigevorrichtung kann auch gezeigt werden, ob er eine weitere Eigenaktion vornehmen muss (Änderung der Masseverteilung, Beschränkung von Fahrmanövern und Geschwindigkeit). Die Anzeigevorrichtung kann eine visuelle und/oder eine hörbare Einheit aufweisen und beispielsweise im Armaturenbrett des Fahrzeugs angeordnet sein.
Es wurden ein neues System und ein neues Verfahren gezeigt und beschrieben, die alle die dafür gesuchten Ziele und Vorteile erfüllen. Viele Änderungen, Modifizierungen, Variationen und andere Einsätze und Anwendungen der vorliegenden Erfindung werden jedoch für den Fachmann nach Durchsicht der Beschreibung und der beiliegenden Zeichnungen ersichtlich, die bevorzugte Ausgestaltungen offenbaren.
Beispielsweise kann die aktuelle Speicherung der Anpassfunktionen und/oder der Anpasskoeffizienten K und Q innerhalb des der Sensorvorrichtung und/oder der feststehenden Einheit zugeordneten Speichers durch Speichern in einer Datenbank ersetzt werden, die den Schräglaufwinkelwert abhängig von vorgegebenen Werten von Seitenamplituden und der Drehzahl (und gegebenenfalls des Drucks) sammelt. Als weiteres Beispiel kann eine Anpassung auch zum Auffinden einer Funktion ausgeführt werden, die die Steigung K und/oder den Koordinatenabstand Q abhängig von der Drehgeschwindigkeit beschreibt. Außerdem wurde nicht ausgeschlossen, dass verschiedene Funktionen die Seitenamplitude und den Schräglaufwinkel in Beziehung setzen, wobei sie durch Anpassung oder durch irgendein dem Fachmann zur Verfügung stehendes Verfahren bestimmt werden können.
Wie vorstehend unter Bezug auf 9 und 10 erwähnt wurde, hängen sowohl LA_e als auch LA_i kaum von dem Sturzwinkel ab, so dass die Abhängigkeit von LA_e und LA_i vom Sturzwinkel praktisch vernachlässigt werden kann. Auf jeden Fall können für eine vollständigere und erschöpfendere Reifencharakterisierung die gleichen Versuche, die hier für einen Sturzwinkel beschrieben wurden, bei verschiedenen Sturzwinkeln ausgeführt werden, um einen entsprechenden Satz von Anpasskoeffizienten zu finden, die auch in Beziehung zu solchen Sturzwinkeln stehen.
Alle Änderungen, Modifizierungen, Variationen und andere Einsätze und Anwendungen, die nicht vom Umfang der Erfindung abweichen, sollen durch die Erfindung umfasst sein, die nur durch die nachstehenden Ansprüche begrenzt ist.

Claims

Verfahren zum Bestimmen eines Schräglaufwinkels eines an einem Fahrzeug angebrachten Reifens (11), während das Fahrzeug auf einer Rollfläche fährt, dadurch gekennzeichnet, dass bei dem Verfahren – eine Beschleunigung in seitlicher Richtung, der ein einer Lauffläche des Reifens entsprechender Abschnitt ausgesetzt wird, in einer Entfernung von einer Äquatorialebene des Reifens, – eine Drehgeschwindigkeit des Reifens und – der Schräglaufwinkel aus der seitlichen Beschleunigung und der Drehgeschwindigkeit bestimmt werden.
Verfahren nach Anspruch 1, bei welchem beim Bestimmen der Beschleunigung in seitlicher Richtung ein seitliches Beschleunigungssignal erfasst wird, wenn der Abschnitt des Reifens außerhalb eines Kontaktbereichs zwischen dem Reifen und der Rollfläche liegt, und ein seitliches Beschleunigungssignal erfasst wird, wenn der Abschnitt des Reifens innerhalb des Kontaktbereichs liegt.
Verfahren nach Anspruch 2, bei welchem beim Bestimmen der Beschleunigung in seitlicher Richtung ein Mittelwert des seitlichen Beschleunigungssignals außerhalb des Kontaktbereichs berechnet wird.
Verfahren nach Anspruch 2, bei welchem beim Bestimmen des seitlichen Beschleunigungssignals ein Spitzenwert des seitlichen Beschleunigungssignals in dem Kontaktbereich berechnet wird.
Verfahren nach Anspruch 3 und 4, bei welchem beim Bestimmen der Beschleunigung in seitlicher Richtung eine seitliche Beschleunigungsamplitude als Differenz zwischen dem Mittelwert und dem Spitzenwert berechnet wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 5, welches weiterhin eine Tiefpassfilterung für das seitliche Beschleunigungssignal aufweist.
Verfahren nach Anspruch 1, bei welchem beim Bestimmen der Drehgeschwindigkeit des Reifens ein radiales Beschleunigungssignal erfasst wird.
Verfahren nach Anspruch 7, bei welchem beim Erfassen eines radialen Beschleunigungssignals ein solches radiales Beschleunigungssignal an der Äquatorialebene des Reifens oder in der Nähe davon erfasst wird.
Verfahren nach Anspruch 7, bei welchem beim Bestimmen der Drehgeschwindigkeit des Reifens eine mittlere radiale Beschleunigung außerhalb des Kontaktbereichs zwischen dem Reifen und der Rollfläche berechnet wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 5 bis 9, bei welchem beim Bestimmen des Schräglaufwinkels Kennlinien der seitlichen Beschleunigungsamplitude über vorgegebenen Schräglaufwinkelwerten für wenigstens eine Drehgeschwindigkeit bereitgestellt werden.
Verfahren nach Anspruch 10, welches weiterhin eine Anpassgleichung aufweist, die die Kennlinien approximiert.
Verfahren nach Anspruch 11, bei welchem beim Bereitstellen einer Anpassgleichung eine Gleichung einer Geraden in einer Ebene bereitgestellt wird und weiterhin Werte der Steigung K und des Koordinatenabstands Q der Anpassgeraden für wenigstens einen Wert der Reifendrehgeschwindigkeit zugeordnet werden.
System zum Bestimmen eines Schräglaufwinkels eines an einem Fahrzeug angebrachten Reifens (11), während das Fahrzeug auf einer Rollfläche fährt, dadurch gekennzeichnet, dass das System – wenigstens eine Vorrichtung, die zum Bestimmen einer Beschleunigung in seitlicher Richtung eines der Lauffläche des Reifens entsprechenden Ab schnitts angepasst ist, wobei sich der Abschnitt in einer Entfernung von einer Äquatorialebene (E) des Reifens befindet, – wenigstens eine Vorrichtung, die zum Bestimmen einer Drehgeschwindigkeit des Reifens angepasst ist, und – wenigstens eine Verarbeitungseinheit aufweist, die zum Bestimmen des Schräglaufwinkels aus der seitlichen Beschleunigung und der Drehgeschwindigkeit angepasst ist.
System nach Anspruch 13, bei welchem die wenigstens eine Vorrichtung zum Bestimmen der Beschleunigung in seitlicher Richtung wenigstens einen seitlichen Beschleunigungsmesser (3c, 3i, 3e) aufweist, der zum Erzeugen wenigstens eines seitlichen Beschleunigungssignals angepasst ist.
System nach Anspruch 13 oder 14, bei welchem die wenigstens eine Vorrichtung zum Bestimmen der Drehgeschwindigkeit wenigstens einen radialen Beschleunigungsmesser aufweist, der zum Erzeugen wenigstens eines radialen Beschleunigungssignals angepasst ist.
System nach einem der Ansprüche 13 bis 15, bei welchem die wenigstens eine Vorrichtung zum Bestimmen der Beschleunigung in seitlicher Richtung und die wenigstens eine Vorrichtung zum Bestimmen der Drehgeschwindigkeit des Reifens wenigstens eine Abtastvorrichtung aufweist, die zum Abtasten von Signalen bei einer Frequenz von wenigstens 5 kHz angepasst ist.
System nach Anspruch 16, bei welchem die wenigstens eine Abtastvorrichtung an das Abtasten von Signalen bei einer Frequenz von wenigstens 7 kHz angepasst ist.
System nach einem der Ansprüche 13 bis 17, welches weiterhin wenigstens einen Speicher (28) aufweist, der der Verarbeitungseinheit zugeordnet ist.
System nach Anspruch 18, bei welchem der wenigstens eine Speicher (28) vorgespeicherte Kennfunktionen des Schräglaufwinkels über seitlichen Beschleunigungsamplituden aufweist, die vorgegebenen Werten der Reifendrehgeschwindigkeit entsprechen.
System nach einem der Ansprüche 13 bis 19, bei welchem die wenigstens eine Vorrichtung zum Bestimmen der Beschleunigung in seitlicher Richtung in wenigstens einer Sensorvorrichtung (3c, 3i, 3e) eingeschlossen ist, die dem Abschnitt des Reifens zugeordnet ist.
System nach Anspruch 20, bei welchem die wenigstens eine Sensorvorrichtung (3c, 3i, 3e) in einer Entfernung von der Äquatorialebene (E) des Reifens angeordnet ist, die zwischen 15% und 30% der Laufflächenbreite, bevorzugt zwischen 18% und 28% der Laufflächenbreite und besonders bevorzugt zwischen 20% und 25% liegt.
System nach Anspruch 20 oder 21, bei welchem die wenigstens eine Sensorvorrichtung (3c, 3i, 3e) an einer Innenauskleidung des Reifens festgelegt ist.
System nach Anspruch 22, bei welchem wenigstens ein Dämpfungselement zwischen dem wenigstens einen Sensor und der Innenauskleidung angeordnet ist.
System nach einem der Ansprüche 20 bis 23, bei welchem die wenigstens eine Sensorvorrichtung weiterhin wenigstens eine Sendevorrichtung (31) hat.
System nach Anspruch 24, bei welchem die wenigstens eine Sendevorrichtung (31) funktionsmäßig mit einer ersten Antenne (37) verbunden ist.
System nach einem der Ansprüche 14 bis 25, welches weiterhin eine Filtervorrichtung aufweist, die für ein Tiefpassfiltrieren des Beschleunigungssignals angepasst ist.
System nach einem der Ansprüche 20 bis 26, bei welchem die wenigstens eine Sensorvorrichtung weiterhin wenigstens eine Stromquelle (33) aufweist.
System nach Anspruch 27, bei welchem die wenigstens eine Stromquelle (33) wenigstens eine Batterie aufweist.
System nach Anspruch 27, bei welchem die wenigstens eine Stromquelle wenigstens eine Eigenversorgungsvorrichtung aufweist, die zur Erzeugung von elektrischem Strom als Folge von mechanischen Spannungen angepasst ist, denen die wenigstens eine Sensorvorrichtung während des Fahrens des Fahrzeugs unterliegt.
System nach Anspruch 29, bei welchem die wenigstens eine Eigenversorgungsvorrichtung wenigstens ein piezoelektrisches Element aufweist.
System nach Anspruch 29 oder 30, bei welchem die wenigstens eine Eigenversorgungsvorrichtung wenigstens eine elektrische Speicherschaltung aufweist.
System nach Anspruch 31, bei welchem die wenigstens eine elektrische Speicherschaltung wenigstens einen Widerstand und einen Kondensator aufweist.
System nach einem der Ansprüche 20 bis 32, bei welchem die wenigstens eine Verarbeitungseinheit in wenigstens einer Sensorvorrichtung (3c, 3i, 3e) eingeschlossen ist.
System nach einem der Ansprüche 20 bis 33, welches weiterhin eine festgelegte Einheit aufweist, die für ein Positionieren an dem Fahrzeug angepasst ist und eine Empfangsvorrichtung zum Empfangen von Daten von der wenigstens einen Sensorvorrichtung aufweist.
System nach Anspruch 34, bei welchem die Empfangsvorrichtung eine zweite Antenne (25) aufweist.
System nach den Ansprüchen 25 bis 35, bei welchem die erste Antenne (37) und die zweite Antenne (25) für eine Datenübertragung bei einer Frequenz zwischen 400 und 450 MHz angepasst sind.
Verfahren zum Steuern eines Fahrzeugs, das wenigstens einen an ihm angebrachten Reifen aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren die Schritte aufweist: – Bestimmen eines Schräglaufwinkels des Reifens mit einem Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 12, – Liefern des bestimmten Schräglaufwinkels zu einem Fahrzeugsteuersystem des Fahrzeugs und – Einstellen wenigstens eines Parameters in dem Fahrzeugsteuersystem basierend auf dem bestimmten Schräglaufwinkel.
Verfahren nach Anspruch 37, bei welchem das Fahrzeugsteuersystem ein Bremssteuersystem aufweist und bei welchem das Einstellen wenigstens eines Parameters das Einstellen einer Bremskraft an dem Reifen aufweist.
Verfahren nach Anspruch 37 oder 38, bei welchem das Fahrzeugsteuersystem ein Lenksteuersystem aufweist und bei welchem das Einstellen wenigstens eines Parameters das Auswählen einer maximalen Änderung aufweist, die von den Lenkbefehlen zugelassen wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 37 bis 39, bei welchem das Fahrzeugsteuersystem ein Aufhängungssteuersystem aufweist und bei welchem das Einstellen des wenigstens einen Parameters das Einstellen einer Steifigkeit einer Aufhängungsfeder aufweist, die dem Reifen zugeordnet ist.