DE60303873T2

DE60303873T2 - Reifendrucküberwachungssystem und Verfahren mit Beschleunigungsmesser

Info

Publication number: DE60303873T2
Application number: DE60303873T
Authority: DE
Inventors: Markus Palo Alto Lutz; Aleksandar Cupertino Kojic; Jean-Pierre San Jose Harthout; Aaron Palo Alto Partridge; Jasim Palo Alto Ahmed
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2002-04-01
Filing date: 2003-01-08
Publication date: 2006-09-21
Anticipated expiration: 2023-01-09
Also published as: EP1350642A2; ATE319581T1; US6725136B2; EP1350642B1; EP1350642A3; DE60303873D1; US20030187555A1

Description

Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrachtet im Allgemeinen die Überwachung von Fahrzeugdaten, die von einem Beschleunigungsmesser gesammelt werden. Insbesondere betrachtet die vorliegende Erfindung ein Verfahren und ein System zum Überwachen des Reifendrucks und von Reifenparametern unter Verwendung eines nahe bei einem Rad montierten Beschleunigungsmessers.
Hintergrundinformationen
Signifikante Auswirkungen auf die Reifen/Rad/Aufhängungs-Baugruppe und die gesamte Fahrsicherheit können bewirkt werden durch irgendeines von: Reifenluftverlust oder Reifenunterdruck; Reifenaufstandsflächenverschleiß, -ablösung oder -alterung; Aufhängungsalterung und -ausfall; externe Umgebungsbedingungen (z. B. Temperatur, Feuchtigkeit); und Radunwucht. Verschiedene Systeme wurden entwickelt, um insbesondere den Reifendruck zu überwachen, einschließlich sowohl direkter als auch indirekter Systeme.
Direkte Messsysteme umfassen Drucksensoren und Temperatursensoren, die im Reifen montiert sind, wobei die Signale drahtlos zu einer Steuereinheit übertragen werden. Die Nachteile eines solchen Systems liegen darin, dass es Batterien erfordern kann, die einen Ausfall, wenn sich die Batterien vollständig entladen, Probleme bei niedrigen Temperaturen und Entsorgungsprobleme verursachen können. Es können Kommunikationsprobleme in einem solchen System aufgrund der Schwierigkeit entstehen, die von verschiedenen Reifen empfangenen Signale aufgrund der drahtlosen Verbindungen zu unterscheiden. Außerdem können in einem solchen System ESD-Probleme (Probleme der elektrostatischen Entladung) entstehen.
Verfügbare indirekte Systeme umfassen Algorithmen, die ABS-Sensorsignale wie z. B. die Raddrehzahl und Trägheitssensoren verwenden. Verschiedene Probleme können mit diesen indirekten Messsystemen verbunden sein. Einige Fahrbedingungen können beispielsweise keine signifikanten Informationen erzeugen. Die Genauigkeit kann potentiell auch während des Einbremsens eines neuen Reifens oder nach einem Reifenwechsel verringert werden. Zusätzliche Sensorsignale von aktiven Dämpfern (z. B. Vertikalverlagerungssensoren) können in indirekten Überwachungssystemen verwendet werden, um die Genauigkeit zu erhöhen, und können eine dynamische Frequenzauswertung von Raddrehzahlsensoren unter Verwendung von schnellen Fouriertransformationen (FFTs) verwenden. Es kann jedoch eine unzureichende Erregung auf glatten Straßen bestehen, um unter Verwendung dieses Verfahrens gute Daten zu ergeben. Außerdem besteht noch eine signifikante Ungenauigkeit bei diesem Verfahren und potentiell anomale Messwerte können unzureichende Informationen ergeben, um eine Schlussfolgerung zu ziehen.
EP 925 960 A2 erörtert eine Reifenluftdruck-Abschätzungsvorrichtung, bei der Raddrehzahlen von jeweiligen Rädern nacheinander berechnet werden, wenn ein Fahrzeug fährt. Mindestens eine von einer Reifenresonanzfrequenz und einer Reifenfederkonstante wird aus Schwingungsfrequenzkomponenten, die in einem Raddrehzahlsignal enthalten sind, bezüglich jedes der Reifen gewonnen. Reifenluftdrücke von Antriebsrädern werden auf der Basis der gewonnenen Reifenresonanzfrequenzen oder der Reifenfederkonstanten abgeschätzt. Drehzustandswerte (z. B. Raddrehzahlwerte) von Reifen von angetriebenen Rädern werden auf der Basis der erfassten Raddrehzahlen berechnet. Reifenluftdrücke von angetriebenen Rädern werden auf der Basis einer Abweichung der Drehzustandswerte der Reifen von angetriebenen Rädern abgeschätzt.
EP 489 562 erörtert ein pneumatisches Reifendruck-Bestimmungssystem an einem Kraftfahrzeug, das eine aktuelle Drehzahldifferenz zwischen Drehzahlen von vorderen oder hinteren, linken und rechten Straßenrädern des Kraftfahrzeugs erfasst, einen Betriebszustand des Kraftfahrzeugs erfasst und eine angemessene Drehzahldifferenz zwischen Drehzahlen der vorderen oder hinteren, linken und rechten Straßenräder auf der Basis des erfassten Betriebszustandes des Kraftfahrzeugs berechnet. Das System vergleicht die angemessene Drehzahldifferenz und die aktuelle Drehzahldifferenz, und wenn die Differenz zwischen den verglichenen aktuellen und angemessenen Drehzahldifferenzen einen vorbestimmten Wert übersteigt, bestimmt das System eine pneumatische Reifendruckverringerung.
Was daher erforderlich ist, ist ein Verfahren zum Messen des Reifendrucks, des Reifenaufstandsflächenzustandes, des Aufhängungszustandes und anderer Fahrzeugdynamik unter Verwendung von Sensoren, die sich bereits an vielen Fahrzeugen befinden (einschließlich Raddrehzahlsensoren), Systemen, die bereits in einigen Fahrzeugen vorhanden sind (elektronische Stabilitätsprogramme (ESP) und Antiblockiersysteme (ABS)), und kostengünstigen zusätzlichen Sensoren, die die Genauigkeit durch Messen der fehlenden Dynamik erhöhen.
Zusammenfassung der Erfindung
Ein Verfahren zum Überwachen eines Betriebszustandes eines Fahrzeugs mit den Schritten des Messens einer Längs-, einer Quer- und/oder einer Vertikalbeschleunigung sowie einer Raddrehzahl wird geschaffen. Das Verfahren beinhaltet das Bestimmen eines Reifenzustandes, eines Radzustandes und/oder eines Aufhängungszustandes aus der Raddrehzahl und der Längs-, der Quer- und/oder der Vertikalbeschleunigung. Zwei Verfahren zur Datenanalyse werden geschaffen, die allein oder in Kombination verwendet werden können. Die Verfahren sind On line-Beobachtungen auf Modellbasis (Online-Abschätzungen) und eine Signalverarbeitung auf Datenbasis unter Verwendung von Leistungsspektralmethodologien (ein mögliches Verfahren ist die Überwachung von Hüllkurven von schnellen Fouriertransformationen (FFTs)).
Eine Vorrichtung mit einem Beschleunigungsmesser an einem Rad eines Fahrzeugs, einem Raddrehzahlsensor und einem Mikroprozessor zum Bestimmen eines Betriebszustandes wird geschaffen. Der Beschleunigungsmesser misst eine Längs-, eine Quer- und/oder eine Vertikalbeschleunigung. Der Raddrehzahlsensor misst eine Drehzahl des Rades. Der Mikroprozessor ist mit dem Beschleunigungsmesser und dem Raddrehzahlsensor elektrisch gekoppelt.
Ein System zum Überwachen eines Betriebszustandes eines Fahrzeugs wird geschaffen, das einen Beschleunigungsmesser (eindimensional, zweidimensional oder dreidimensional) für jedes Rad des Fahrzeugs an einem Achsenende umfasst. Jeder der Beschleunigungsmesser misst eine Längs-, eine Quer- und/oder eine Vertikalbeschleunigung. Ein Raddrehzahlsensor für jedes Rad des Fahrzeugs ist an einem Achsenende angeordnet und misst eine Drehzahl für jedes Rad. Ein Mikroprozessor bestimmt den Betriebszustand, der einen Reifenzustand, einen Radzustand und/oder einen Aufhängungszustand umfassen kann. Der Mikroprozessor ist mit jedem der Beschleunigungsmesser und jedem der Raddrehzahlsensoren elektrisch gekoppelt.
Die Vorteile der vorliegenden Erfindung liegen darin, dass ausreichend Erregung der Sensorsysteme von einer normalen Reifenaufstandsfläche und einem korrekten Aufblasen selbst auf einer glatten Straße bestehen kann. Keine drahtlose Verbindung kann erforderlich sein und daher können weniger Kommunikationsprobleme und daher bessere Daten und eine erhöhte Genauigkeit vorhanden sein. Der (die) Beschleunigungsmesser kann (können) mit den Raddrehzahlsensoren, die bereits für ABS verwendet werden, integriert werden. Die Signale können durch Modulieren des Signals oder durch irgendein anderes geeignetes Verfahren zur simultanen Signalübertragung über denselben Ausgang wie der Raddrehzahlsensor übertragen werden. Dies kann eine zusätzliche Montage und Verdrahtung und die damit verbundenen Kosten vermeiden.
Kurzbeschreibung der Zeichnungen
1 ist ein Ablaufplan, der das Verfahren zum Bestimmen eines Reifendrucks oder eines anderen Reifenparameters unter Verwendung eines nahe einem Rad eines Fahrzeugs montierten Beschleunigungsmessers darstellt.
2 stellt schematisch ein System unter Verwendung von Beschleunigungsmessern, die nahe jedem Rad eines Fahrzeugs montiert sind, zur Verwendung beim Modellieren des Reifendrucks und der Reifenparameter dar.
3 stellt schematisch eine erfindungsgemäße Vorrichtung unter Verwendung eines nahe einem Rad eines Fahrzeugs montierten Beschleunigungsmessers dar.
Ausführliche Beschreibung
Die vorliegende Erfindung wendet sich dem Problem des Identifizierens von sich ändernden Fahrzeug-Reifen/Rad/Aufhängungs-Parametern aufgrund von Druckverlust, Temperatur und Alterung zu. Außerdem können die Radunwucht und die Aufstandsflächenablösung durch das Verfahren und das System der vorliegenden Erfindung erfasst werden. Das Verfahren verwendet eine oder beide von zwei Methodologien. Die erste Methodologie basiert auf einem Modell und die zweite Methodologie basiert auf Daten.
Unter Verwendung der ersten Methodologie kann das erfindungsgemäße Verfahren das Vergleichen eines mathema tischen Modells des Aufhängungssystems und/oder der Fahrzeugdynamik beinhalten, um einen Fehler zu identifizieren. Dieser Fehler könnte auf einen Reifenluftverlust oder Reifenaufstandsflächen-Ablösungsprobleme hindeuten.
Unter Verwendung der zweiten Methodologie sieht die vorliegende Erfindung eine direkte Messung der Radresonanzfrequenzen und des Dämpfungskoeffizienten unter Verwendung eines kostengünstigen Beschleunigungsmessers, der an der Aufhängung montiert ist, vor. Leistungsspektralverfahren (z. B. Überwachung von FFT-Hüllkurven) können verwendet werden, um die Eigenfrequenzen oder Resonanzfrequenzen der Systeme zu identifizieren. Der Reifenaufstandsflächenverschleiß kann durch eine Änderung der charakteristischen Frequenz der Aufstandsfläche erfasst werden.
Eindimensionale, zweidimensionale oder dreidimensionale Beschleunigungsmesser (die z. B. in einer Längs-, Quer- und vertikalen Richtung arbeiten) können verwendet werden. Der Beschleunigungsmesser kann an der Achse nahe dem Rad montiert werden und kann sich in der Nähe des Raddrehzahlsensors befinden. Der Beschleunigungsmesser kann ein kleiner, kostengünstiger Beschleunigungsmesser mit einem MEMS- (mikroelektromechanisches System) Beschleunigungsmesser sein, der als Masse-Feder arbeitet und der leicht in Masse produziert werden kann.
Die vorliegende Erfindung kann unter Verwendung der elektronischen Steuereinheit (ECU), die bereits in vielen Fahrzeugen zum Betreiben eines ABS- und/oder ESP-Systems vorhanden ist, wirtschaftlich implementiert werden. Keine zusätzlichen Drähte können erforderlich sein. Das erfindungsgemäße System kann auch vorteilhafterweise verwendet werden, um die Radunwucht am Rad durch Überwachen einer durch die Unwucht induzierten Frequenz zu messen. Zusätzliche Informationen, die für andere Systeme (z. B. ESP, ABS usw.) nützlich sein kön nen, wie z. B. Straßenzustand, Stoßdämpferkoeffizient, verschiedene Reifenmoden (longitudinal, quer und vertikal), können durch das erfindungsgemäße Verfahren insbesondere in Kombination mit dem Fahrzeugmodell abgeschätzt werden. Diese Parameter können die Steuerung des Fahrzeugs signifikant verbessern.
Das erfindungsgemäße System sieht einen Raddrehzahlsensor an jedem Rad am Ende der Achse vor. Einige Fahrzeugsysteme verwenden bereits Raddrehzahlsensoren mit ESP- und ABS-Systemen. Die Ausgabe aus diesen Sensoren, die bereits im Fahrzeug vorhanden sind, kann bei dem erfindungsgemäßen Verfahren verwendet werden, wodurch der Bedarf für eine zusätzliche Ausrüstung zum Implementieren des Verfahrens verringert wird. Außerdem kann ein Beschleunigungsmesser in den Raddrehzahlsensor integriert sein und kann dieselbe Signalverbindung mit der ECU verwenden, wodurch die Kosten zur Implementierung des Systems weiter verringert werden. Die Signale des Beschleunigungsmessers und des Raddrehzahlsensors können auf derselben Signalverbindung durch irgendeines von mehreren Verfahren zur gleichzeitigen Kommunikation, einschließlich Modulation der Signale, übertragen werden.
1 zeigt einen Ablaufplan, der das erfindungsgemäße Verfahren darstellt. Der Ablauf beginnt im Kreis 10 und geht zum Kasten 11 weiter, in dem eine Beschleunigung an einem Rad gemessen wird. Der in dem Verfahren verwendete Beschleunigungsmesser kann die Beschleunigung in irgendeiner der Längs-, Quer- und/oder vertikalen Richtung messen und kann ein eindimensionaler, zweidimensionaler oder dreidimensionaler Beschleunigungsmesser sein. Außerdem kann das erfindungsgemäße Verfahren an irgendeinem oder allen Rädern eines Fahrzeugs mit einer beliebigen Anzahl von Rädern implementiert werden. Der Ablauf geht dann zum Kasten 12 weiter, in dem die Raddrehzahl gemessen wird. Der in dem Verfahrensschritt des Kastens 11 verwendete Beschleunigungsmesser kann in den Raddrehzahlsensor, der im Verfahrensschritt des Kastens 12 verwendet wird, integriert sein oder die zwei Sensoren können separat montiert sein. Vom Kasten 12 geht der Ablauf zum Diamanten 13 weiter, der fragt, ob das System eine Modellierung verwendet. Wenn die Antwort auf die vom Diamanten 13 gestellte Frage bejahend ist, geht der Ablauf zum Kasten 14 weiter. Im Kasten 14 wird die Wellenform der gemessenen Beschleunigung mit der modellierten Wellenform für eine vergleichbare Raddrehzahl verglichen.
Das Beobachtungsverfahren auf Modellbasis verwendet die Messungen eines Beschleunigungsmessers, eines Raddrehzahlsensors und irgendeines anderen geeigneten Sensors für dasselbe Modellfahrzeug mit guten Reifen auf dem zweckmäßigen Druck (d. h. Nennbedingungen). Das durch das Modell angezeigte Nennverhalten stellt einen Bezugspunkt zum Vergleich der vom System gesammelten Daten bereit. Wenn eine Abweichung vom Bezugspunkt, entweder zeitlich gemittelt, momentan oder durch irgendein anderes vorbestimmtes Verfahren, festgestellt wird, dann kann eine Warnung für den Benutzer/Fahrer in Form eines Warnlichts oder eines Warntons bereitgestellt werden. Das System kann die Ursache der Abweichung (z. B. Reifenluftverlust, Aufstandsflächenverschleiß, Aufhängung usw.) bestimmen können und kann daher ein Warnsignal liefern können, das für die Art des identifizierten Problems eindeutig ist. Außerdem kann die Abweichung notiert und als Eingabe in das ABS- und/oder ESP-System verwendet werden, um die Fahrleistung und/oder -sicherheit zu verbessern.
Nach dem Vergleich im Kasten 14 geht der Ablauf zum Diamanten 15 weiter, der fragt, ob sich die gemessene Wellenform um mehr als ein vorbestimmtes Ausmaß vom Modell unterscheidet. Das vorbestimmte Ausmaß kann von verschiedenen Faktoren abhängen, einschließlich der Art von Fahrzeug, der Genauigkeit der Sensoren, des Modells und des Zwecks der Messung (z. B. ob die Warnung, die für die Abweichung beispielsweise im Kasten 16 ausgegeben werden würde, eine Warnung hoher Ebene ist, die auf eine unmittelbare Gefahr hinweist, oder stattdessen eine Warnung niedriger Ebene ist, die darauf hinweist, dass eine Untersuchung oder Vorsicht erforderlich oder ratsam ist).
Wenn die Antwort auf den Diamanten 15 bejahend ist, dann geht der Ablauf zum Kasten 16 weiter, in dem eine Warnung an den Fahrer ausgegeben wird. Die im Kasten 16 ausgegebene Warnung kann hörbar oder visuell sein und kann skaliert sein, um das Ausmaß der in dem im Kasten 14 durchgeführten Vergleich erfassten Abweichung anzugeben. Ein skaliertes hörbares Signal könnte sich im Ton und/oder in der Lautstärke unterscheiden, wenn die Abweichung zunimmt, und ein skaliertes visuelles Signal kann sich in der Farbe und/oder Intensität ändern oder kann als Balkendiagramm konfiguriert sein, das das Ausmaß der erfassten Abweichung angibt. Außerdem kann eine Kombination von hörbaren und visuellen Warnsignalen verwendet werden. Die im Kasten 16 ausgegebene Warnung kann entweder eine momentane Warnung sein oder kann eine kontinuierliche Warnung sein, die weiterhin ausgesandt werden würde, bis ein Vergleich durchgeführt wird, bei dem die gemessene Beschleunigung nicht um mehr als ein vorbestimmtes Ausmaß vom Modell abweicht. Außerdem kann eine manuelle Abschaltung für das Warnsignal vorgesehen sein. Nachdem die Warnung im Kasten 16 ausgegeben wird, geht der Ablauf zum Kasten 11 zurück, in dem der Mess- und Analyseprozess erneut beginnt. Wenn die Antwort auf die im Diamanten 15 gestellte Frage verneinend ist, dann geht der Ablauf zum Kasten 11 zurück. In einem alternativen Verfahren, in dem sowohl Beobachtungen auf Modellbasis als auch Leistungsspektralverfahren (z. B. Überwachung von FFT-Hüllkurven) verwendet werden, könnte der Ablauf von einer verneinenden Antwort im Diamanten 15 zum Diamanten 17 weitergehen.
Wenn die Antwort auf die vom Diamanten 13 gestellte Frage verneinend ist, geht der Ablauf zum Diamanten 17 weiter, der fragt, ob das System Leistungsspektralverfahren verwendet. Wenn die Antwort auf die im Diamanten 17 gestellte Frage bejahend ist, geht der Ablauf zum Kasten 18 weiter, der die Resonanzfrequenzen für den Beschleunigungsmesser bestimmt. Diese Bestimmung kann mehrere Resonanzfrequenzen ergeben, wobei jede Resonanzfrequenz einem anderen System entspricht. Die niedrigste Resonanzfrequenz kann der Fahrzeugkarosserie entsprechen. Eine mittlere Resonanzfrequenz kann dem Fahrzeugaufhängungssystem entsprechen und kann auch Informationen bezüglich der Radwucht und/oder des Radfelgenzustandes umfassen. Eine höchste Resonanzfrequenz kann dem Fahrzeugreifensystem entsprechen und kann Informationen bezüglich des Reifendrucks und des Reifenaufstandsflächenverschleißes umfassen. Vom Kasten 18 geht der Ablauf zum Kasten 19 weiter, der die Resonanzfrequenzen für den Beschleunigungsmesser mit den Resonanzfrequenzen für eine vergleichbare Raddrehzahl vergleicht.
Leistungsspektralverfahren (z. B. Überwachung von FFT-Hüllkurven) können verwendet werden, um einen Luftverlust, einen Unterdruck, einen Aufstandsflächenverschleiß, einen Aufstandsflächenausfall und/oder eine Unwuchtsituation zu identifizieren. Eine Leistungsspektralverfahrensanalyse würde die Resonanzfrequenzen (Eigenfrequenzen) der Signale bestimmen, die vom Beschleunigungsmesser erhalten werden. Die gemessenen Resonanzfrequenzen können mit Bezugspunkt-Resonanzfrequenzen (Nenn-Resonanzfrequenzen) verglichen werden, die in einer Speichervorrichtung gespeichert sind, die in der ECU enthalten sein kann. Wenn eine Abweichung von irgendwelchen Bezugspunkt- oder Nenn-Resonanzfrequenzen um ein Ausmaß von mehr als einer vorbestimmten Abweichungsgrenze identifiziert wird, dann kann eine Warnung (visuell oder hörbar) und/oder eine Einstellung der Fahrdynamik (im ABS, ESP, aktiven Dämpfer oder ir gendeinem anderen geeigneten System) eingeleitet werden. Die Resonanzfrequenzen können verschiedenen Fahrzeugsystemen entsprechen. Die Fahrzeugkarosserie kann die niedrigste Resonanzfrequenz darstellen, das Aufhängungssystem und die Felgen können eine mittlere Resonanzfrequenz darstellen und die Reifen (einschließlich Reifendruck und Aufstandsflächenzustand) können eine hohe Resonanzfrequenz darstellen.
Der Ablauf geht vom Kasten 19 zum Diamanten 20 weiter, der fragt, ob sich die Resonanzfrequenzen von den Resonanzfrequenzen um mehr als ein vorbestimmtes Ausmaß unterscheiden. Wie mit Bezug auf den Diamanten 15 angegeben, kann das vorbestimmte Ausmaß des Diamanten 20 von verschiedenen Faktoren abhängen, einschließlich der Art des Fahrzeugs, der Genauigkeit der Sensoren, des Modells und des Zwecks der Messung. Wenn die Antwort auf die durch den Diamanten 20 gestellte Frage bejahend ist, geht der Ablauf zum Kasten 16 weiter, der vorstehend beschrieben wurde. Vom Kasten 16, wie vorstehend angegeben, geht der Ablauf zum Kasten 11 zurück, um den Prozess erneut zu starten. Wenn die Antwort auf die vom Diamanten 20 gestellte Frage verneinend ist, geht der Ablauf direkt zum Kasten 11 weiter, um den Prozess erneut zu starten.
Wenn die Antwort auf die im Diamanten 17 gestellte Frage verneinend ist, geht der Ablauf zum Kreis 21 weiter, der das Ende des Verfahrens ist.
2 stellt schematisch ein erfindungsgemäßes System dar. 2 zeigt ein Fahrzeug 30 mit Reifen 31, 32, 33 und 34. Die Reifen 31 und 32 sind jeweils an einem Rad (nicht dargestellt) montiert, die jeweils an einem Ende einer Achse 44 über eine Aufhängungseinheit 35 bzw. 36 angebracht sind. Ebenso sind die Reifen 33 und 34 jeweils an einem Rad (nicht dargestellt) montiert, die jeweils an einem Ende einer Achse 45 über eine Aufhängungseinheit 37 bzw. 38 angebracht sind. Die Aufhän gungseinheiten 35, 36, 37 und 38 können aktive Dämpfungseinheiten und/oder Vertikalverlagerungssensoren umfassen oder nicht. Aktive Dämpfungseinheiten wurden in Fahrzeugen verwendet, um Fahrzeugaufhängungssysteme in Reaktion auf manuelle Eingaben vom Fahrer und/oder elektronische Eingaben von einem Mikroprozessor einzustellen. Vertikalverlagerungssensoren wurden an Stoßdämpfern oder anderen Aufhängungseinheiten verwendet, um das Ausmaß der Bewegung eines Stoßdämpfers oder einer anderen Aufhängungseinheit zu messen. Die von einem Vertikalverlagerungssensor erhaltenen Daten können als Eingabe in eine beliebige Art von Fahrzeugsystem, einschließlich eines ESP oder ABS, verwendet werden. Eine Sensoreinheit 40 ist an einem Ende der Achse 44 nahe dem Reifen 31 angebracht. Ebenso ist eine Sensoreinheit 41 an einem Ende der Achse 44 nahe dem Reifen 32 angebracht, eine Sensoreinheit 42 ist am Ende der Achse 45 nahe dem Reifen 33 angebracht und eine Sensoreinheit 43 ist an einem Ende der Achse 45 nahe dem Reifen 34 angebracht.
Die Sensoreinheiten 40, 41, 42 und 43 umfassen einen Beschleunigungsmesser, der ein eindimensionaler, zweidimensionaler oder dreidimensionaler Beschleunigungsmesser sein kann, der in der Lage ist, die Beschleunigung in einer Längs-, Quer- und/oder vertikalen Richtung zu messen. Der Beschleunigungsmesser kann eine mikroelektromechanische (MEMS) Vorrichtung sein, die eine Masse- und Federkonfiguration verwendet. Alternativ kann eine beliebige andere Art von Beschleunigungsmesser für eine beliebige Anzahl von Dimensionen und in einer beliebigen gewünschten Orientierung in den Sensoreinheiten 40, 41, 42 und 43 verwendet werden. Die Sensoreinheiten 40, 41, 42 und 43 können auch einen Raddrehzahlsensor umfassen, der die Anzahl von Umdrehungen der Reifen 31, 32, 33 bzw. 34 pro Einheitszeit misst. In alternativen Ausführungsformen sind die Raddrehzahlsensoren ein Teil einer separaten Sensoreinheit (nicht dargestellt). Sowohl in den dargestellten als auch alternativen Ausführungsformen können die Raddrehzahlsensoren Daten zu anderen Fahrzeugsystemen liefern, beispielsweise einem elektronischen Stabilitätsprogramm (ESP) und/oder einem Antiblockiersystem (ABS).
Die Sensoreinheiten 40, 41, 42 und 43 sind mit der elektronischen Steuereinheit 52 über Drähte 46, 47, 48 bzw. 49 elektrisch gekoppelt. Die Sensoreinheiten 40, 41, 42 und 43 können eine zweckgebundene Kopplung mit der elektronischen Steuereinheit 52 verwenden oder können einen Draht verwenden, der bereits als Teil eines anderen elektrischen Systems vorhanden ist. Alternativ können die Sensoreinheiten 40, 41, 42 und 43 mit der elektronischen Steuereinheit 52 über eine optische Verbindung, eine drahtlose Verbindung oder irgendein anderes geeignetes Mittel zum Übertragen von Informationen kommunizieren. Außerdem können die Drähte 46 und 47 von den Sensoreinheiten 40 und 41 zu einem zentralen Punkt an der Achse 44 verlaufen und sich mit einem Netzwerkdraht 50 vereinigen. Ebenso können die Drähte 48 und 49 von den Sensoreinheiten 42 und 43 zu einem zentralen Punkt an der Achse 45 verlaufen und sich mit dem Netzwerkdraht 51 vereinigen. Die Netzwerkdrähte 50 und 51 können von ihren jeweiligen Achsen zur elektronischen Steuereinheit 52 verlaufen, die in einer zentralen Position im Fahrzeug angeordnet sein kann. In einer zentralen Position innerhalb des Fahrzeugs 30 und möglicherweise im Schwerpunkt des Fahrzeugs 30 kann ein Trägheitssensor 53 angeordnet sein. Der Trägheitssensor 53 kann als zusätzliche Eingabe in die elektronische Steuereinheit 52 verwendet werden.
Die elektronische Steuereinheit 52 kann ein elektronisches Stabilitätsprogramm (ESP) und/oder ein Antiblockiersystem (ABS) betreiben. Außerdem kann die elektronische Steuereinheit 52 die Sensorsignale von den Sensoreinheiten 40, 41, 42 und 43 verwenden, um festzustellen, ob ein Reifenluftverlustproblem, ein Problem einer verschlissenen Aufstandsfläche, ein Radunwucht problem, ein Radfelgenproblem, ein Aufhängungsproblem und/oder ein Problem mit der Fahrzeugkarosserie besteht.
3 stellt schematisch eine erfindungsgemäße Vorrichtung dar. Ein Reifen 31 ist an einem Ende einer Achse 44 über eine Aufhängungseinheit 35 in einer ähnlichen Weise zur Darstellung von 2 montiert. Anstelle der Sensoreinheit 40 stellt jedoch 3 einen Raddrehzahlsensor 54 und einen Beschleunigungsmesser 55, die an der Achse 44 befestigt sind, dar. Der Beschleunigungsmesser 55 kann ein eindimensionaler, zweidimensionaler oder dreidimensionaler Beschleunigungsmesser sein und kann die Beschleunigung in der vertikalen, Längs- und/oder Querrichtung messen. Alternativ können wie in der mit Bezug auf 2 beschriebenen Ausführungsform der Raddrehzahlsensor 54 und der Beschleunigungsmesser 55 in eine Einheit kombiniert sein. Wie in 3 dargestellt, sind der Raddrehzahlsensor 54 und der Beschleunigungsmesser 55 jeweils elektrisch mit dem Draht 46 verbunden, der entlang der Achse 44 zu einem Punkt (nicht dargestellt) läuft, an dem sich der Draht 46 mit dem Draht (nicht dargestellt) verbindet, der vom anderen Ende der Achse 44 und den dort angeordneten Sensoreinheiten (nicht dargestellt) läuft. Die Signale vom Raddrehzahlsensor 54 und Beschleunigungsmesser 55 können moduliert werden, um zu ermöglichen, dass die Signale ohne Störung auf einem Draht übertragen werden. Außerdem kann ein Infrarotsensor 56 in der Nähe des Reifens 31 angeordnet sein, wobei eine Erfassungskomponente (nicht dargestellt) auf den Reifen 31 gerichtet ist. Die Erfassungskomponente des Infrarotsensors 56 kann Infrarotstrahlung erfassen, die vom Reifen 31 in Richtung des Pfeils 57 emittiert wird. Der Infrarotsensor 56 kann auch einen Infrarotsignaldraht 58 aufweisen, der mit dem Draht 46 gekoppelt ist. Daher kann das Signal vom Infrarotsensor 56 auch zusammen mit den Signalen vom Raddrehzahlsensor 54 und Beschleunigungsmesser 55 moduliert werden, um zu ermöglichen, dass alle drei Signale ohne Störung zur ECU (nicht dargestellt) übertragen werden. Die zusätzlichen Daten bezüglich der Temperatur des Reifens, die von einem solchen IR-Sensor erhalten werden, können verwendet werden, um Temperatureffekte zu kompensieren und dadurch die Genauigkeit der vom System erhaltenen Informationen zu verbessern.
Ein Verfahren, eine Vorrichtung und ein System, die einen Beschleunigungsmesser und einen Raddrehzahlsensor verwenden, die nahe einem Rad eines Fahrzeugs angeordnet sind, um einen Fahrzeugbetriebszustand zu bestimmen, werden hierin geschaffen.

Claims

Verfahren zum Überwachen eines Betriebszustandes eines Fahrzeugs, wobei das Verfahren das Bestimmen einer ersten Beschleunigung bei einem ersten Rad, das Bestimmen einer Drehzahl des ersten Rades und das Bestimmen des Betriebszustandes als Funktion wenigstens der Drehzahl des ersten Rades und der ersten Beschleunigung umfasst, wobei der Betriebszustand einen Zustand eines ersten Reifens und/oder einen Zustand eines ersten Rades und/oder einen Zustand einer ersten Aufhängung umfasst, wobei das Verfahren zum Überwachen eines Betriebszustandes dadurch gekennzeichnet ist, dass das Bestimmen des Betriebszustandes das Bestimmen einer Resonanzfrequenz des ersten Rades und/oder einer Resonanzfrequenz der ersten Aufhängung umfasst.
Verfahren nach Anspruch 1, das ferner umfasst: Bestimmen einer zweiten Längsbeschleunigung und/oder einer zweiten Querbeschleunigung und/oder einer zweiten Vertikalbeschleunigung bei einem zweiten Rad; Bestimmen einer Drehzahl des zweiten Rades; und Bestimmen des Betriebszustandes als Funktion wenigstens der Drehzahl des zweiten Rades und der zweiten Längsbeschleunigung und/oder der zweiten Querbeschleunigung und/oder der zweiten Vertikalbeschleunigung; wobei der Betriebszustand einen Zustand des zweiten Reifens und/oder einen Zustand des zweiten Rades und/oder einen Zustand der zweiten Aufhängung umfasst.
Verfahren nach Anspruch 2, das ferner umfasst: Bestimmen einer dritten Längsbeschleunigung und/oder einer dritten Querbeschleunigung und/oder einer dritten Vertikalbeschleunigung bei einem dritten Rad; Bestimmen einer Drehzahl des dritten Rades und Bestimmen des Betriebszustandes als Funktion wenigstens der Drehzahl des dritten Rades und der dritten Längsbeschleunigung und/oder der dritten Querbeschleunigung und/oder der dritten Vertikalbeschleunigung; wobei der Betriebszustand einen Zustand des dritten Reifens und/oder einen Zustand des dritten Rades und/oder einen Zustand der dritten Aufhängung umfasst.
Verfahren nach Anspruch 3, das ferner umfasst: Bestimmen einer vierten Längsbeschleunigung und/oder einer vierten Querbeschleunigung und/oder einer vierten Vertikalbeschleunigung bei einem vierten Rad; Bestimmen einer Drehzahl des vierten Rades; und Bestimmen des Betriebszustandes als Funktion wenigstens der Drehzahl des vierten Rades und der vierten Längsbeschleunigung und/oder der vierten Querbeschleunigung und/oder der vierten Vertikalbeschleunigung; wobei der Betriebszustand einen Zustand des vierten Reifens und/oder einen Zustand des vierten Rades und/oder einen Zustand der vierten Aufhängung umfasst.
Verfahren nach Anspruch 1, bei dem der Zustand des ersten Reifens einen ersten Reifendruck und/oder einen ersten Reifenaufstandsflächenverschleiß umfasst.
Verfahren nach Anspruch 1, bei dem der Zustand des ersten Rades eine erste Radunwucht und/oder einen ersten Radfelgenzustand umfasst.
Verfahren nach Anspruch 1, bei dem das Bestimmen des Betriebszustandes das Bestimmen einer Resonanzfrequenz des ersten Reifens umfasst.
Verfahren nach Anspruch 7, bei dem das Bestimmen des Betriebszustandes umfasst: Vergleichen der Resonanzfrequenz des ersten Reifens mit einer Nenn-Reifenresonanzfrequenz; und/oder Vergleichen der Resonanzfrequenz des ersten Rades mit einer Nenn-Radresonanzfrequenz; und/oder Vergleichen der Resonanzfrequenz der ersten Aufhängung mit einer Nenn-Aufhängungsresonanzfrequenz.
Verfahren nach Anspruch 8, das ferner das Ausgeben einer Warnung umfasst, falls eine Abweichung bei dem ersten Reifen zwischen der Resonanzfrequenz des ersten Reifens und der Nenn-Reifenresonanzfrequenz größer als eine vorgegebene Reifenabweichung ist; und/oder eine Abweichung bei dem ersten Rad zwischen der Resonanzfrequenz des ersten Rades und der Nenn-Radresonanzfrequenz größer als eine vorgegebene Radabweichung ist; und/oder eine Abweichung bei der ersten Aufhängung zwischen der Resonanzfrequenz der ersten Aufhängung und der Nenn-Aufhängungsresonanzfrequenz größer als eine vorgegebene Aufhängungsabweichung ist.
Verfahren nach Anspruch 9, bei dem das Ausgeben einer Warnung das Einschalten einer Warnleuchte und/oder das Aktivieren einer Warnton-Ausgabeeinrichtung umfasst.
Verfahren nach Anspruch 1, bei dem die erste Beschleunigung eine erste Längsbeschleunigung und/oder eine erste Querbeschleunigung und/oder eine erste Vertikalbeschleunigung umfasst.
Verfahren nach Anspruch 11, bei dem das Bestimmen des Betriebszustandes umfasst: Vergleichen der ersten Längsbeschleunigung mit einer modellierten Längsbeschleunigung, wobei die modellierte Längsbeschleunigung wenigstens durch die Zeit und die Drehzahl des ersten Rades bestimmt ist; und/oder Vergleichen der ersten Querbeschleunigung mit einer modellierten Querbeschleunigung, wobei die modellierte Querbeschleunigung wenigstens durch die Zeit und die Drehzahl des ersten Rades bestimmt ist; und/oder Vergleichen der ersten Vertikalbeschleunigung mit einer modellierten Vertikalbeschleunigung, wobei die modellierte Vertikalbeschleunigung wenigstens durch die Zeit und die Drehzahl des ersten Rades bestimmt ist.
Verfahren nach Anspruch 12, das ferner das Ausgeben einer Warnung umfasst, falls eine erste Längsabweichung zwischen der ersten Längsbeschleunigung und der modellierten Längsbeschleunigung größer als eine vorgegebene Längsabweichung ist; und/oder eine erste Querabweichung zwischen der ersten Querbeschleunigung und der modellierten Querbeschleunigung größer als eine vorgegebene Querabweichung ist; und/oder eine erste Vertikalabweichung zwischen der ersten Vertikalbeschleunigung und der modellierten Vertikalbeschleunigung größer als eine vorgegebene Vertikalabweichung ist.
Verfahren nach Anspruch 13, bei dem das Ausgeben einer Warnung das Einschalten einer Warnleuchte und/oder das Aktivieren einer Warnton-Ausgabeeinrichtung umfasst.
Verfahren nach Anspruch 1, das ferner umfasst: Bestimmen einer ersten Temperatur durch einen Infrarotsensor bei dem ersten Rad; und/oder Bestimmen eines Trägheitsmoments im Schwerpunkt und/oder Bestimmen einer Vertikalverlagerung bei der Aufhängung.
Verfahren nach Anspruch 1, bei dem der Betriebszustand der Zustand des ersten Reifens ist.
Verfahren nach Anspruch 1, bei dem der Betriebszustand der Zustand des ersten Rades ist.
Verfahren nach Anspruch 1, bei dem der Betriebszustand der Zustand der ersten Aufhängung ist.
Vorrichtung, die einen Beschleunigungsmesser bei einem Rad eines Fahrzeugs, um eine Beschleunigung zu bestimmen, einen Raddrehzahlsensor, um eine Drehzahl des Rades zu bestimmen, und einen Mikroprozessor zum Bestimmen eines Betriebszustandes als Funktion der Drehzahl und der Beschleunigung umfasst, wobei der Mikroprozessor mit dem Beschleunigungsmesser und dem Raddrehzahlsensor elektrisch gekoppelt ist, wobei der Betriebszustand einen Reifenzustand und/oder einen Radzustand und/oder einen Aufhängungszustand umfasst, wobei die Vorrichtung gekennzeichnet ist durch: eine Speichervorrichtung, die mit dem Mikroprozessor elektrisch gekoppelt ist, wobei die Speichervorrichtung wenigstens eine Nenn-Resonanzfrequenz und/oder ein Zeitbereichsmodell speichert.
Vorrichtung nach Anspruch 19, die ferner umfasst: einen Infrarotsensor, um eine Temperatur bei dem Rad zu bestimmen, der mit dem Mikroprozessor elektrisch gekoppelt ist; und/oder einen Trägheitssensor im Schwerpunkt, der mit dem Mikroprozessor elektrisch gekoppelt ist; und/oder einen Vertikalverlagerungssensor bei dem Aufhängungssystem für das Rad, der mit dem Mikroprozessor elektrisch gekoppelt ist.
Vorrichtung nach Anspruch 19, bei der der Reifenzustand einen Reifendruck und/oder einen Reifenaufstandsflächenverschleiß umfasst.
Vorrichtung nach Anspruch 19, bei der der Radzustand eine Radunwucht und/oder einen Radfelgenzustand umfasst.
Vorrichtung nach Anspruch 19, bei der: die Speichervorrichtung die wenigstens eine Nenn-Resonanzfrequenz speichert; und der Mikroprozessor eine Reifenresonanzfrequenz und/oder eine Radresonanzfrequenz und/oder eine Aufhängungsresonanzfrequenz bestimmt.
Vorrichtung nach Anspruch 23, bei der der Mikroprozessor die Reifenresonanzfrequenz mit einer Nenn-Reifenresonanzfrequenz vergleicht und/oder die Radresonanzfrequenz mit einer Nenn-Radresonanzfrequenz vergleicht und/oder die Aufhängungsresonanzfrequenz mit einer Nenn-Aufhängungsresonanzfrequenz vergleicht.
Vorrichtung nach Anspruch 24, die ferner eine Warnleuchte und/oder eine Warnton-Ausgabeeinrichtung umfasst, wobei die Warnleuchte und/oder die Warnton-Ausgabeeinrichtung eine Warnung ausgeben, falls eine Reifenabweichung zwischen der Reifenresonanzfrequenz und der Nenn-Reifenresonanzfrequenz größer als eine vorgegebene Reifenabweichung ist und/oder eine Radabweichung zwischen der Radresonanzfrequenz und der Nenn-Radresonanzfrequenz größer als eine vorgegebene Radabweichung ist und/oder eine Aufhängungsabweichung zwischen der Aufhängungsresonanzfrequenz und der Nenn-Aufhängungsresonanzfrequenz größer als eine vorgegebene Aufhängungsabweichung ist.
Vorrichtung nach Anspruch 19, bei der der Beschleunigungsmesser eine Längsbeschleunigung und/oder eine Querbeschleunigung und/oder eine Vertikalbeschleunigung bestimmt.
Vorrichtung nach Anspruch 26, bei der die Speichervorrichtung das Zeitbereichsmodell speichert und der Mikroprozessor die Längsbeschleunigung mit einer modellierten Längsbeschleunigung vergleicht, wobei die modellierte Längsbeschleunigung wenigstens durch die Zeit und eine Raddrehzahl bestimmt ist; und/oder die Querbeschleunigung mit einer modellierten Querbeschleunigung vergleicht, wobei die modellierte Querbeschleunigung wenigstens durch die Zeit und die Raddrehzahl bestimmt ist; und/oder die Vertikalbeschleunigung mit einer modellierten Vertikalbeschleunigung vergleicht, wobei die modellierte Vertikalbeschleunigung wenigstens durch die Zeit und die Raddrehzahl bestimmt ist.
Vorrichtung nach Anspruch 27, die ferner eine Warnleuchte und/oder eine Warnton-Ausgabeeinrichtung umfasst, wobei die Warnleuchte und/oder die Warnton-Ausgabeeinrichtung eine Warnung ausgeben, falls eine Längsabweichung zwischen der Längsbeschleunigung und der modellierten Längsbeschleunigung größer als eine vorgegebene Längsabweichung ist; und/oder eine Querabweichung zwischen der Querbeschleunigung und der modellierten Querbeschleunigung größer als eine vorgegebene Querabweichung ist; und/oder eine Vertikalabweichung zwischen der Vertikalbeschleunigung und der modellierten Vertikalbeschleunigung größer als eine vorgegebene Vertikalabweichung ist.
Vorrichtung nach Anspruch 19, bei der der Beschleunigungsmesser und der Raddrehzahlsensor in eine Einheit integriert sind.
Vorrichtung nach Anspruch 19, bei der der Betriebszustand der Reifenzustand ist.
Vorrichtung nach Anspruch 19, bei der der Betriebszustand der Radzustand ist.
Vorrichtung nach Anspruch 19, bei der der Betriebszustand der Aufhängungszustand ist.
System zum Überwachen eines Betriebszustandes eines Fahrzeugs, wobei das Fahrzeug umfasst: wenigstens ein an einer entsprechenden Achse angeordnetes Rad, einen Beschleunigungsmesser für jedes Rad des Fahrzeugs, wovon sich jeder an einem Ende der entsprechenden Achse befindet und eine Beschleunigung bestimmt, einen Raddrehzahlsensor für jedes entsprechende Rad des Fahrzeugs, wovon sich jeder am Ende der entsprechenden Achse befindet und eine Drehzahl des entsprechenden Rades bestimmt, und einen Mikroprozessor, der den Betriebszustand bestimmt und mit jedem der Beschleunigungsmesser und mit jedem der Raddrehzahlsensoren elektrisch gekoppelt ist, wobei der Betriebszustand einen Reifenzustand und/oder einen Radzustand und/oder einen Aufhängungszustand umfasst, wobei das System gekennzeichnet ist durch: einen Infrarotsensor, der eine Temperatur bei jedem Rad bestimmt und mit dem Mikroprozessor elektrisch gekoppelt ist; und/oder einen Trägheitssensor im Schwerpunkt, der mit dem Mikroprozessor elektrisch gekoppelt ist; und/oder einen Vertikalverlagerungssensor bei einem Aufhängungssystem für jedes Rad, der mit dem Mikroprozessor elektrisch gekoppelt ist.
System nach Anspruch 33, bei dem der Beschleunigungsmesser und der Raddrehzahlsensor in eine Einheit integriert sind.
System nach Anspruch 33, bei dem der Reifenzustand einen Reifendruck und/oder einen Reifenaufstandsflächenverschleiß umfasst und der Radzustand eine Radunwucht und/oder einen Radfelgenzustand umfasst.
System nach Anspruch 33, bei dem die Beschleunigungsmesser eine Längsbeschleunigung und/oder eine Querbeschleunigung und/oder eine Vertikalbeschleunigung bestimmen.
System nach Anspruch 36, das ferner umfasst: eine Speichervorrichtung, die mit dem Mikroprozessor elektrisch gekoppelt ist und eine Nenn-Resonanzfrequenz und/oder ein Zeitbereichsmodell speichert; und eine Warnleuchte und/oder eine Warnton-Ausgabeeinrichtung, die mit dem Mikroprozessor elektrisch gekoppelt sind.
System nach Anspruch 37, bei dem die Speichervorrichtung die wenigstens eine Nenn-Resonanzfrequenz speichert; und der Mikroprozessor für jedes Rad eine Reifenresonanzfrequenz und/oder eine Radresonanzfrequenz und/oder eine Aufhängungsresonanzfrequenz bestimmt.
System nach Anspruch 38, bei dem der Mikroprozessor die Warnleuchte und/oder die Warnton-Ausgabeeinrichtung aktiviert, falls eine Reifenabweichung zwischen der Reifenresonanzfrequenz und der Nenn-Reifenresonanzfrequenz größer als eine vorgegebene Reifenabweichung ist; und/oder eine Radabweichung zwischen der Radresonanzfrequenz und der Nenn-Radresonanzfrequenz größer als eine vorgegebene Radabweichung ist; und/oder eine Aufhängungsabweichung zwischen der Aufhängungsresonanzfrequenz und der Nenn-Aufhängungsresonanzfrequenz größer als eine vorgegebene Aufhängungsabweichung ist.
System nach Anspruch 37, bei dem die Speichervorrichtung das Zeitbereichsmodell speichert; der Mikroprozessor die Warnleuchte und/oder die Warnton-Ausgabeeinrichtung aktiviert, falls die Längsbeschleunigung von einer modellierten Längsbeschleunigung um mehr als eine vorgegebene Längsabweichung abweicht, wobei die modellierte Längsbeschleunigung wenigstens durch die Zeit und eine Raddrehzahl bestimmt wird; der Mikroprozessor die Warnleuchte und/oder die Warnton-Ausgabeeinrichtung aktiviert, falls die Querbeschleunigung von einer modellierten Querbeschleunigung um mehr als eine vorgegebene Querabweichung abweicht, wobei die modellierte Querbeschleunigung wenigstens durch die Zeit und die Raddrehzahl bestimmt wird; und der Mikroprozessor die Warnleuchte und/oder die Warnton-Ausgabeeinrichtung aktiviert, falls die Vertikalbeschleunigung von einer modellierten Vertikalbeschleunigung um mehr als eine vorgegebene Vertikalabweichung abweicht, wobei die modellierte Vertikalbeschleunigung wenigstens durch die Zeit und die Raddrehzahl bestimmt wird.
System nach Anspruch 33, bei dem der Betriebszustand der Reifenzustand ist.
System nach Anspruch 33, bei dem der Betriebszustand der Radzustand ist.
System nach Anspruch 33, bei dem der Betriebszustand der Aufhängungszustand ist.