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Die
Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Überwachung des Reifendruckes
gemäß dem Oberbegriff
des Anspruchs 1 sowie ein zugehöriges
Verfahren.
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Aus
der
DE 102 37 699
A1 ist eine Vorrichtung zur elektrischen Reifendruckkontrolle
bekannt, umfassend eine Radelektronik, mittels derer Ist-Druck und
Ist-Temperatur in einem Fahrzeugreifen bestimmbar ist, ein zentrales
Steuergerät,
eine Anzeigeeinheit zur Darstellung der auf eine Referenztemperatur
genormten Ist-Drücke
mit vorgebbaren Soll-Drücken
und eine Befüllanzeige
zur Darstellung von Informationen zur Befüllung eines Fahrzeugreifens
in Abhängigkeit
von den erfassten Ist-Drücken,
wobei die eingestellten Soll-Drücke
bei der Referenztemperatur auf Soll-Drücke bei der aktuellen Ist-Temperatur
der Fahrzeugreifen durch das Steuergerät umrechenbar und auf einer
Befüllanzeige
darstellbar sind.
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Neben
einer direkten Messung des Ist-Drucks der Fahrzeugreifen sind verschiedene
Methoden vorgeschlagen worden, den Ist-Druck indirekt zu bestimmen.
Beispielsweise wird in der
DE
40 09 540 vorgeschlagen, zur Überwachung des Reifendruckes
das vertikale Schwingungsverhalten der einzelnen Fahrzeugräder zu messen
und zu analysieren. Hierzu werden die Eigenfrequenzen der Radvertikalbewegungen
ermittelt und aus diesen Eigenfrequenzen auf eine Federrate und
von dieser auf einen Kennwert des Reifendrucks geschlossen. Der
momentane Reifendruck wird mit dem Reifendruck-Sollwert verglichen
und bei markanten Abweichungen ein Warnsignal ausgelöst.
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Aus
der
DE 100 60 392
A1 ist ein kombiniertes Verfahren bekannt, bei dem direkte
und indirekte Bestimmung kombiniert werden. Hierzu umfasst die Vorrichtung
zur Überwachung
des Luftdrucks in den Reifen eines Kraftfahrzeuges Einrichtungen
zur Bestimmung der Raddrehzahlen oder anderer die Geschwindigkeiten
der Räder
des Kraftfahrzeuges charakterisierende Größen, eine Einrichtung zum Berechnen
von Differenzgrößen aus
den Raddrehzahlen bzw. den Radgeschwindigkeitsgrößen, eine Einrichtung zur Auswertung
der Differenzgrößen im Hinblick
auf eine Sollwertabweichung und der Generierung eines Warnsignals,
sofern die Sollwertabweichung einen Schwellenwert überschreitet,
wobei eine Einrichtung zur direkten Messung des Luftdrucks in einem
Reifen eines Rades und zur Übertragung
einer den Luftdruck charakterisierenden Größe an die Auswerteeinrichtung vorgesehen
ist, in der weiterhin ein Warnsignal generiert wird, wenn die Abweichung
der den Luftdruck charakterisierenden Größe von einem Sollwert einen
zugehörigen
Schwellenwert überschreitet.
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Aus
der
DE 198 53 126
A1 ist ein Verfahren zur Niveauregelung bei einem Radfahrzeug
bekannt, bei dem der Abstand zwischen einem Fahrzeugaufbau und einer
Radaufhängung
für wenigstens
ein mit einem gasgefüllten
Reifen versehenen Rad auf einen wenigstens in Abhängigkeit
von der Fahrzeugbeladung variabel vorgebbaren Abstandssollwert eingeregelt
wird, wobei der Reifendruck des Rades erfasst und der Abstandssollwert
zusätzlich
in Abhängigkeit vom
erfassten Reifendruck variabel vorgegeben wird.
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Aus
der
EP 10 88 700 A2 ist
ein System zur Leichtweitenregelung der Scheinwerfer bei Kraftfahrzeugen
bekannt, mit zwei in Längsrichtung
versetzten Höhensensoren
zur Messung des Karosserie-Nickwinkels in Form einer Höhendifferenz
und mit einem elektronischen Steuergerät zur Bestimmung des Sollwertes
zur Scheinwerfereinstellung in Abhängigkeit von der gemessenen
Höhendifferenz,
wobei das Steuergerät
derart ausgestaltet ist, dass der Sollwert abhängig von der ersten Ableitung
der direkt gemessenen oder einer weiterverarbeiteten Höhendifferenz
bestimmt wird.
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Der
Beladungszustand wird bei den meisten bekannten Reifendruckkontrollsystemen
zwar berücksichtigt,
muss jedoch manuell vom Nutzer eingegeben werden, was einerseits
umständlich
ist und andererseits nur näherungsweise
vom Nutzer geschätzt
wird.
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Aus
der
DE 100 07 558
A1 ist eine Vorrichtung oder System zur Ermittlung des
Sollwerts des Reifenluftdrucks und des Reifenzustandes für ein Kraftfahrzeug
oder Luftfahrzeug mit luft- oder gasgefüllten Roll- oder Laufrädern bekannt,
mit mindestens einem Sensor zur Bestimmung des Istwertes des Reifenluftdrucks
und mindestens einem weiteren Sensor zur Bestimmung von Fahrwerks-
oder Umweltmesswerten und mindestens einer Auswerteeinheit, wobei
der Reifenluftdrucksensor ständig
Messwerte an die Auswerteeinheit übermittelt, dass der weitere
Sensor Messwerte liefert, welche sich den Messwerten des Reifenluftdrucksensors
zeitlich zuordnen lassen, dass die Auswerteeinheit die beiden Messwerte
miteinander vergleicht, insbesondere durch Korrelation oder Kennfelder,
oder in ein Fahrwerksmodell einspeist, wobei die Ergebnisse des Vergleichs
oder die aus dem Fahrwerksmodell hergeleiteten Daten genutzt werden,
um dem Fahrer einen Vorschlag für
den für
seine Nutzungsart und Fahrweise sinnvollen Reifenluftdruck oder
Reifentyp zu machen oder Warnhinweise basierend auf den aktuellen
Fahrwerksverhältnissen
zu geben, besonders zur angemessenen Fahrweise oder zu Wartungsmaßnahmen,
insbesondere zur Reduzierung der Höchstgeschwindigkeit bei drohender
Strukturüberlastung
der Reifen oder drohendem Aquaplaning bei schlechtem Reifenzustand.
Dabei ist weiter vorgesehen, dass der weitere Sensor ein Wegsensor
für den Stoßdämpferweg
oder Fahrwerkschwingungsdämpferweg
oder Federweg oder Gasfederdruck ist, aus dem insbesondere der aktuelle
Beladungszustand oder Informationen über den Grad der Schlagdämpfung durch
den Reifen abgeleitet werden können. Nachteilig
an der bekannten Vorrichtung ist, dass diese relativ aufwendig ist
und die Beladungszustände nur äußerst grob
aus dem Stoßdämpferweg
ermittelbar sind.
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Der
Erfindung liegt daher das technische Problem zugrunde, eine Vorrichtung
und ein Verfahren zur Überwachung
des Reifendrucks zu schaffen, mittels derer kostengünstiger
und zuverlässiger
der Beladungszustand bei der Reifendrucküberwachung berücksichtigt
wird.
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Hierzu
ist der Sensor zur Erfassung des Beladungszustandes als Druck- oder
Wegsensor einer Luftfeder einer Niveauregelung oder als Neigungssensor
einer automatischen Leuchtweitenregelung eines Scheinwerfers ausgebildet.
Anhand deren Weg- bzw. Druckänderungen
können
Beladungen relativ genau bestimmt werden, so dass beispielsweise Auflösungen von
ca. 40 kg erreichbar sind. Dabei kann im Einzelfall die Niveauregelung
gleichzeitig auch der Neigungssensor für die Leuchtweitenregelung
sein. Bei der Verwendung der Luftfedern der Niveauregelung werden
vorzugsweise alle Luftfedern sensorisch ausgewertet. Dabei sind
Niveauregelungen mit vier Luftfedern oder mit nur zwei Luftfedern für die Hinterachse
bekannt, die bereits eine ausreichende Erfassung der Beladung gewährleisten. Durch
die Verwendung bereits im Wesentlichen vorhandener Sensorik bedarf
es nur geringer Anpassungen der Software der Auswerteeinheit, um
aus den erfassten Sensorwerten auf den Beladungszustand zu schließen und
dafür einen
Soll-Druck für
die Reifen zu bestimmen, der dann mit dem ermittelten Ist-Druck
verglichen werden kann. Dabei erfolgt vorzugsweise ein temperaturkompensierter
Vergleich, wie dies auch bereits aus dem Stand der Technik bekannt
ist. Als besonders einfach hat sich die Erfassung des Luftfederdrucks
erwiesen, da diese bei den bekannten Niveauregelungen ohnehin bereits
erfasst wird.
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In
einer bevorzugten Ausführungsform
ist die Vorrichtung mit einer Anzeigeeinheit ausgebildet. Auf der
Anzeigeeinheit können
der Ist- und Soll-Druck und/oder deren Abweichung dargestellt werden,
wobei dabei die Drücke
entweder auf eine Referenztemperatur von beispielsweise 20°C oder auf
die aktuelle Ist-Temperatur normiert werden. Daher erfolgt die Erfassung
des Ist-Drucks vorzugsweise
mittels einer direkten Messung des Ist-Drucks sowie einer zusätzlichen
Messung der Ist-Temperatur am Fahrzeugreifen, wie dies beispielsweise
in der
DE 102 37 699
A1 beschrieben ist.
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In
einer weiteren bevorzugten Ausführungsform
ist eine Grenzgeschwindigkeit angebbar, die bei erfasstem Ist-Druck
und erfasstem Beladungszustand nicht überschritten werden sollte.
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In
einer weiteren bevorzugten Ausführungsform
erzeugt die Vorrichtung ein Stellsignal zur Abregelung der Motorleistung,
so dass ein Überschreiten der
Grenzgeschwindigkeit verhindert wird.
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In
einer weiteren bevorzugten Ausführungsform
erfolgt eine Warnmeldung in Abhängigkeit
eines Schwellwertes für
die erfasste Ist-Geschwindigkeit des Kraftfahrzeuges. Dabei kann
einerseits vorgesehen sein, dass diese Funktion vom Nutzer manuell aktivierbar
oder deaktivierbar ist. Des Weiteren kann dieser Schwellwert für ein gestuftes
Warnszenario verwendet werden. So kann beispielsweise vorgesehen
sein, unterhalb des Schwellwertes nur eine Status-Meldung oder keine
Meldung auf der Anzeigeeinheit darzustellen, wohingegen bei Überschreitung des
Schwellwertes eine Warnmeldung und/oder eine akustische und/oder
haptische Warnung erfolgt. Dabei wird ausgenutzt, dass teilweise
Fahrten mit einem Kraftfahrzeug unternommen werden, wo die kritischen
Geschwindigkeiten bei dem ermittelten Ist-Druck und Beladung nicht
auftreten können,
so dass eine permanente Bewarnung für den Kraftfahrzeugführer nur
störend
wäre, ohne
ein größeres Maß an Sicherheit
zu gewinnen.
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In
einer weiteren bevorzugten Ausführungsform
wird der Federdruck der Luftfeder in der eingestellten Soll-Niveaulage
gemessen. Diese Maßnahme
besitzt einige Vorteile gegenüber
einer Messung während
der Regelung. Zum einen liegt während
der Regelung eine Druckdifferenz zwischen der Luftfeder und dem
Kompressor bzw. dem Druckspeicher vor, so dass aufgrund des typischen
Einbauwertes des Drucksensors vor den Magnetventilen die Messung verfälscht wird.
Zum anderen hat es sich gezeigt, dass der Luftfederdruck als Funktion
der Standhöhe bei
konstanter Beladung keine Gerade ist, was die Auswertung komplizierter
machen würde.
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Vorzugsweise
werden zu mindestens zwei Soll-Niveaulagen Kennlinien zur Beladung über den Federdruck
abgelegt. Dabei sind die beiden Soll-Niveaulagen vorzugsweise „die Normalstellung" und „die Hochstellung". Bei üblichen
Niveauregelungen wird zumeist zwischen drei Soll-Niveaulagen unterschieden,
nämlich „tief", „normal" und „hoch", wobei letztere
insbesondere bei Off-Road-Fahrten zur Anwendung kommen, wohingegen
die „Tiefstellung" insbesondere bei
schnellen Autobahnfahrten verwendet wird. Daher ist die „Tiefstellung" für die Bestimmung
der Beladung auch etwas weniger interessant als die beiden anderen
Soll-Niveaulagen,
da dann der Nutzer quasi an einer Autobahnauffahrt das Kraftfahrzeug
beladen müsste,
um anschließend
auf Höchstgeschwindigkeit
zu beschleunigen. Daher sind die beiden anderen Soll-Niveaulagen
von ihrer praktischen Relevanz höher
einzustufen.
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In
einer weiteren bevorzugten Ausführungsform
wird der Federdruck während
der Fahrt ermittelt, wobei hochfrequente Schwankungen des Federdrucks
gefiltert werden und die tieffrequenten Schwankungen gemittelt werden.
Dabei kann die Messung während
der Fahrt ergänzend
oder alternativ zur Messung im Stand erfolgen. Hinsichtlich der ergänzenden
Messung ist anzumerken, dass dadurch beispielsweise auch Änderungen
der Beladung aufgrund des Kraftstoffverbrauchs berücksichtigt
werden können.
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In
einer weiteren bevorzugten Ausführungsform
wird der Federdruck nur oberhalb einer zweiten Grenzgeschwindigkeit
ermittelt, wobei die zweite Grenzgeschwindigkeit kleiner als die
erste Grenzgeschwindigkeit ist. Dadurch wird nur gemessen, wenn aus
dem Verlauf der Geschwindigkeit abschätzbar ist, dass die Fahrzeuggeschwindigkeit
in den Bereich der kritischen Werte kommt. Des Weiteren kann die zweite
Grenzgeschwindigkeit in Abhängigkeit
der Abweichung des Ist-Drucks des Fahrzeugreifens vom Soll-Druck
unterschiedlich gewählt
werden.
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Die
Erfindung wird nachfolgend anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispieles
näher erläutert. Die
Fig. zeigen:
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1 ein
schematisches Blockschaltbild einer Vorrichtung zur Überwachung
des Reifendrucks,
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2 eine
schematische Darstellung des Sollluftdrucks über der Geschwindigkeit und
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3 eine
schematische Darstellung der erlaubten Betriebsbedingungen beim
Zusammenhang zwischen Luftdruck und Beladung.
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In
der 1 ist schematisch eine Vorrichtung 1 zur Überwachung
des Reifendrucks dargestellt, wobei die Vorrichtung 1 ein
Steuergerät 2,
eine Ein- und Ausgabeeinheit 3, einen Kompressor 4 und
ein Motorsteuergerät 5 umfasst.
Des Weiteren umfasst die Vorrichtung Radelektroniken 6, 7,
die jeweils einem Fahrzeugreifen 8, 9 zugeordnet
sind, wobei aus Gründen
der Übersicht
nur zwei Fahrzeugreifen 8, 9 dargestellt sind.
Die Radelektroniken umfassen jeweils einen Drucksensor zur Erfassung
des Ist-Druckes des Fahrzeugreifens und einen Temperatur-Sensor
zur Erfassung der Ist-Temperatur der Luft im Fahrzeugreifen. Die Radelektroniken 6, 7 sind
jeweils mit einer Antenne ausgebildet, über die drahtlos die ermittelten
Ist-Werte an eine karosserieseitige Antenne 10 übertragen
werden. Des Weiteren ist jedem Fahrzeugreifen 8, 9 eine
Höhenzustandssensorik 11, 12 sowie
eine Luftfeder 13, 14 zugeordnet.
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Über die
Ein- und Ausgabeeinheit 3 kann dann der Nutzer eine gewünschte Soll-Niveaulage einstellen
bzw. es kann auch vorgesehen sein, dass die Vorrichtung 1 automatisch
eine zur ermittelten Fahrzeuggeschwindigkeit passende Soll-Niveaulage einstellt,
wobei nachfolgend nur von drei möglichen Soll-Niveaulagen „tief", „normal" und „hoch" ausgegangen wird.
Die Niveau-Regelung
erfolgt dabei derart, dass über
die Höhenzustandssensorik 11, 12 die Ist-Höhe bzw.
das Ist-Niveau erfasst wird und an das Steuergerät 2 übertragen
wird. Das Steuergerät 2 führt dann
einen Soll-Ist-Vergleich durch und regelt die Abweichung aus. Hierzu
wird dann der Kompressor 4 oder ein nicht dargestellter
Druckspeicher über nicht
dargestellte Magnetventile mit der jeweiligen Luftfeder 13, 14 verbunden
und in dieser der Luftdruck derart angepasst, dass das Ist-Niveau
gleich dem Soll-Niveau ist. Dabei ist ein nicht dargestellter Drucksensor
zwischen Kompressor und den Magnetventilen angeordnet, der den Regelvorgang überwacht.
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Zur Überwachung
des Reifenluftdrucks vergleicht das Steuergerät die ermittelten Ist-Drücke der Radelektroniken 6, 7 mit
im Steuergerät
abgelegten Soll-Drücken
für die
Fahrzeugreifen. Da der Druck im Fahrzeugreifen von der Temperatur
abhängig
ist, muss für
eine Vergleichbarkeit Ist- und
Soll-Druck bei der gleichen Temperatur verglichen werden. Dies kann
prinzipiell dadurch erfolgen, dass der Soll-Druck als Funktion der
Temperatur abgelegt ist oder aber einer der Drücke auf eine Referenztemperatur
umgerechnet wird. So kann entweder der Ist-Druck auf die Referenztemperatur
von beispielsweise 20°C
oder der Soll-Druck auf die Ist-Temperatur des Fahrzeugreifens umgerechnet
werden, was jeweils Vorteile haben kann. Nach der Umrechnung sind
Ist- und Soll-Druck vergleichbar und eine Abweichung kann bestimmt
werden.
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Nun
ist es weiter bekannt, dass der notwendige Luftdruck auch von der
Beladung abhängt.
Dies ist qualitativ in 3 dargestellt, wo der Zusammenhang
zwischen Fülldruck
des Reifens über
der Auslastung bzw. Beladung des Kraftfahrzeuges darstellt ist,
wobei mit „+" die erlaubten bzw.
mit „-„ die nicht erlaubten
Zustände
dargestellt sind. Des Weiteren ist in 2 qualitativ
der Soll-Druck der
Fahrzeugreifen über
der Geschwindigkeit V dargestellt. Dabei ist deutlich zu erkennen,
dass der Soll-Druck bis zu einer Geschwindigkeit V1 konstant ist,
um danach bis zu einer Geschwindigkeit V2 linear anzusteigen, um danach
mit einer noch größeren Steigung
linear anzuwachsen. Ergänzend
sei angemerkt, dass die Soll-Drücke
für die
Hinterachse und Vorderachse zwar differieren können, hinsichtlich der Abhängigkeit über der
Geschwindigkeit sich aber gleich verhalten.
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Daher
wird erfindungsgemäß zunächst die Beladung
bestimmt. Hierzu wird der Federdruck der Luftfedern 13, 14 in
einer eingestellten Soll-Niveaulage ermittelt. Dem liegt die Erkenntnis
zugrunde, dass bei einer bestimmten Soll-Niveaulage ein nahezu linearer
Zusammenhang zwischen Beladung und Federdruck vorliegt, was die
Auswertung erheblich vereinfacht. Dabei wurde empirisch festgestellt,
dass die aufgenommenen Kennlinien bei zunehmender Beladung und abnehmender
Beladung nicht deckungsgleich sind (bei stehendem Fahrzeug), jedoch
nur parallel verschoben sind. Daher wird vorzugsweise eine gemittelte
Kennlinie verwendet. Prinzipiell wäre es jedoch auch möglich, mit
den beiden Kennlinien zu arbeiten, wobei dann aus der Historie ermittelt
werden müsste,
ob es sich um eine Zuladung oder Abladung handelt. Nachfolgend wird
jedoch nur noch der Fall der gemittelten Kennlinie betrachtet. Weiter
ist festzuhalten, dass zu jeder Soll-Niveaulage eine eigene Kennlinie
existiert, wobei jedoch die Kennlinie für die Soll-Niveaus „tief", „normal" und „hoch" ebenfalls nahezu
als Parallelverschiebung ausgebildet sind. Im Gegensatz zu den beschriebenen
linearen Zusammenhängen
bei einem festen Soll-Niveau als Parameter ist der Zusammenhang
zwischen Federdruck und Standhöhe
bei einer festen Beladung als Parameter nicht linear, da vermutlich
die Federkennungen der einzelnen Federn über dem Federweg unterschiedlich
zum Einsatz kommen. Eine Berücksichtigung
dieser nichtlinearen Zusammenhänge
ist zwar möglich,
aber rechentechnisch aufwendiger. Ein weiterer Vorteil der Messung
am Soll-Niveau ist, dass während
des Regelvorgangs eine Druckdifferenz zwischen Luftfeder und Kompressor
bzw. Druckspeicher vorliegt, die nicht konstant ist. Aufgrund des
Einbauwertes des Drucksensors zwischen Kompressor bzw. Druckspeicher
und Magnetventil würde
aber während
des Regelvorganges der Druck am Kompressor und nicht an der Luftfeder
gemessen werden. Am Ende des Regelvorganges liegt ein statischer
Federdruck an. Werden dann Kompressor und Druckspeicher abgeschaltet
und das zugeordnete Magnetventil kurz geöffnet, so wird der tatsächliche
Federdruck gemessen. Alternativ kann den Luftfedern ein eigener
Drucksensor zugeordnet werden, was jedoch den Bauteileaufwand etwas
erhöht.
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Das
Steuergerät 2 kann
dann also bei bekannter Soll-Niveaulage aus dem Federdruck auf die Beladung
schließen.
Anhand der Zusammenhänge gemäß 3 kann
dann eine Warnung erfolgen, wenn der erfasste Ist-Druck der Fahrzeugreifen
nicht mehr im erbrachten Bereich unter Berücksichtigung der Beladung ist.
Wie jedoch aus der 2 zu entnehmen ist, sind Abweichungen
des Luftdrucks möglich,
die erst bei höheren
Geschwindigkeiten zum Tragen kommen können. Daher kann beispielsweise auf
der Eingabe- und Ausgabeeinheit 3 eine Warnung angezeigt
werden, dass bei den vorliegenden Druckverhältnissen die Geschwindigkeit
V1 nicht überschritten
werden sollte. Zudem kann das Steuergerät 2 an das Motorsteuergerät 5 ein
Stellsignal übertragen,
um die Motorleistung derart abzuregeln, dass diese Grenzgeschwindigkeit
nicht überschritten werden
kann.
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Da
gegebenenfalls erst bei Überschreitung bestimmter
Geschwindigkeiten der Ist-Druck der Fahrzeugreifen kritisch ist,
kann weiter vorgesehen sein, dass weitere Messungen der Beladung
während
der Fahrt erfolgen, wobei diese Messungen erst bei Überschreitung
eines Schwellwertes erfolgen, der ausreichend vor dem Grenzwert
für die
Geschwindigkeit gewählt
wird. Somit können
auch die Warnungen an das Überschreiten
des Schwellwertes geknüpft
werden. Der Vorteil einer Messung während des Fahrtbetriebes oberhalb
einer Schwellwert-Geschwindigkeit
ist darüber
hinaus, dass für
die Messung kritische Fahrzustände
ausgeblendet werden. Es hat sich nämlich gezeigt, dass längere Bergfahrten
bzw. Fahrten auf unebener Strecke zu starken Verfälschungen
der ermittelten Beladung führen
können.
Durch die Begrenzungen der Messungen auf Geschwindigkeiten größer der
Schwellwert-Geschwindigkeit werden diese kritischen Ereignisse ausgeblendet,
da in den beiden Situationen diese Schwellwert-Geschwindigkeiten
nicht überschritten werden
können.
Andere für
die Messung der Beladung kritische Fahrzustände, wie beispielsweise lange
Kurvenfahrten sowie längere
Brems- oder Beschleunigungsvorgänge,
sind weniger kritisch, da in diesen fahrdynamisch relevanten Betriebsbedingungen
die Luftfederregelung unterdrückt
wird und somit praktisch ohnehin nicht gemessen werden kann.