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Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Ermitteln einer relativen Position einzelner Reifen eines Mehrfachreifens.
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Ferner betrifft die Erfindung ein Fahrzeug.
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Die Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zum Ermitteln einer relativen Position einzelner Reifen eines Mehrfachreifens.
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Darüber hinaus betrifft die Erfindung ein Programm-Element.
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Die Erfindung betrifft ferner ein Computerlesbares Speichermedium.
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Moderne Kraftfahrzeuge bilden komplexe Systeme von Hardware und Software. Zur Regelung und Steuerung des mechatronischen Systems Automobil kommt eine hohe Anzahl verschiedenster Steuergeräte zum Einsatz. Intelligente Reifensystem integrieren auch den Latsch eines Reifens in den Betrieb eines Kraft-Fahrzeugs.
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Der Latsch eines Reifens bezeichnet die Reifenaufstandsfläche bzw. eine Größe, die für die Reifenaufstandsfläche indikativ ist. Eine solche Größe ist insbesondere die Länge des Latsch, das heißt die in Fahrtrichtung gemessene Länge, entlang welcher der Reifen auf der Straße aufliegt. Beim Fahren ist die Reifenaufstandsfläche beim PKW häufig nur etwa so groß wie eine Handfläche. Beim Motorrad ist sie noch keiner. Der Latsch eines Reifens, genauer gesagt die Latschlänge, kann unter Einsatz eines Piezoelements in dem Reifen ermittelt werden.
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Zur Steuerung eines Fahrzeugs durch eine Fahrzeugelektronik kann es allerdings auch erforderlich sein, Sensorsignale unterschiedlicher Piezoelemente unterschiedlicher Reifen zuverlässig von einander unterscheiden zu können.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Reifensystem bereitzustellen, bei dem Sensorsignale unterschiedlicher Piezoelemente unterschiedlicher Reifen mit vertretbarem Aufwand und zuverlässig von einander unterschieden werden können.
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Diese Aufgabe wird gelöst durch die Gegenstände der unabhängigen Patentansprüche. Vorteilhafte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen beschrieben.
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Gemäß einem ersten Aspekt der Erfindung wird eine Vorrichtung zum Ermitteln einer relativen Position einzelner Reifen eines Mehrfachreifens (zum Beispiel eines Zwillingsreifen) geschaffen, wobei die Vorrichtung eine Empfangseinheit aufweist, die eingerichtet ist, ein erstes Sensorsignal eines einem ersten Reifen des Mehrfachreifens zugeordneten ersten elektromechanischen Wandlers (zum Beispiel ein erstes Piezoelement) zu empfangen, wobei das erste Sensorsignal indikativ für eine Latschlänge des ersten Reifens ist. Die Empfangseinheit ist ferner eingerichtet, ein zweites Sensorsignal eines einem zweiten Reifen des Mehrfachreifens zugeordneten zweiten elektromechanischen Wandlers (zum Beispiel ein zweites Piezoelement) zu empfangen, wobei das zweite Sensorsignal indikativ für eine Latschlänge des zweiten Reifens ist. Die Vorrichtung enthält ferner eine Latschcharakteristikermittlungseinheit, die eingerichtet ist, basierend auf dem ersten Sensorsignal eine Latschlängencharakteristik (insbesondere eine absolute oder relative Latschlänge, weitere insbesondere eine Lauflänge, der einer Reifenaufstandsfläche zugeordnet ist) des ersten Reifens und basierend auf dem zweiten Sensorsignal eine Latschlängencharakteristik des zweiten Reifens zu ermitteln. Eine Positionsermittlungseinheit ist eingerichtet, mittels Auswertens der Latschlängencharakteristik des ersten Reifens und der Latschlängencharakteristik des zweiten Reifens, ermittelt während einer Kurvenfahrt des Fahrzeugs, die Position des ersten Reifens bezüglich des zweiten Reifens des Mehrfachreifens zu ermitteln.
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Gemäß einem anderen Ausführungsbeispiel der Erfindung wird ein Fahrzeug (beispielsweise ein Kraftfahrzeug, insbesondere ein Personenkraftfahrzeug oder ein Lastkraftfahrzeug) mit einer Vorrichtung mit den oben genannten Merkmalen zum Ermitteln einer relativen Position einzelner Reifen eines Mehrfachreifens bereitgestellt.
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Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung wird ein Verfahren zum Ermitteln einer relativen Position einzelner Reifen eines Mehrfachreifens bereitgestellt. Bei dem Verfahren wird ein erstes Sensorsignal eines einem ersten Reifen des Mehrfachreifens zugeordneten ersten elektromechanischen Wandlers empfangen, wobei das erste Sensorsignal indikativ für eine Latschlänge des ersten Reifens ist. Ferner wird ein zweites Sensorsignal eines einem zweiten Reifen des Mehrfachreifens zugeordneten zweiten elektromechanischen Wandlers empfangen, wobei das zweite Sensorsignal indikativ für eine Latschlänge des zweiten Reifens ist. Eine Latschlängencharakteristik des ersten Reifens wird basierend auf dem ersten Sensorsignal und eine Latschlängencharakteristik des zweiten Reifens wird basierend auf dem zweiten Sensorsignal ermittelt. Darüber hinaus wird die Position des ersten Reifens bezüglich des zweiten Reifens mittels Auswertens der Latschlängencharakteristik des ersten Reifens und der Latschlängencharakteristik des zweiten Reifens während einer Kurvenfahrt ermittelt.
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In einem computerlesbaren Speichermedium gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung ist ein Programm zum Ermitteln einer relativen Position einzelner Reifen eines Mehrfachreifens gespeichert, welches Programm zum Durchführen oder Steuern des Verfahrens mit den oben beschriebenen Merkmalen eingerichtet ist, wenn es von einem Prozessor ausgeführt wird.
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Ein Programm-Element (Computerprogramm-Element) gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung zum Ermitteln einer relativen Position einzelner Reifen eines Mehrfachreifens weist die oben beschriebenen Verfahrensschritte auf (bzw. steuert diese oder führt diese durch), wenn es ausgeführt wird.
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Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung können sowohl mittels eines Computerprogramms, das heißt einer Software, als auch mittels einer oder mehrerer spezieller elektrischer Schaltungen, das heißt in Hardware, oder in beliebig hybrider Form, das heißt mittels Software-Komponenten und Hardware-Komponenten, realisiert werden.
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Im Rahmen dieser Anmeldung wird unter einer „relativen Position” zwischen einzelnen Reifen insbesondere eine Information verstanden, welche über die relative Anordnung zweier Reifen zueinander an einem Fahrzeug Auskunft gibt. Zum Beispiel kann diese Information die Anordnung eines Reifens links oder rechts, hinten oder vorne enthalten, und bei einem Mehrlingsreifen zusätzlich die Information, ob dieser Reifen sich zum Beispiel links hinten innen oder links hinten außen befindet.
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Unter dem Begriff „Mehrfachreifen” wird im Rahmen dieser Anmeldung insbesondere eine Anordnung aus zwei oder mehr Reifen verstanden, die aneinander starr befestigt und unmittelbar angrenzend aneinander vorgesehen werden, insbesondere ein Zwillingsreifen oder Drillingsreifen.
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Unter den diversen „Einheiten”, insbesondere der Empfangseinheit, der Latschcharakteristikermittlungseinheit und der Positionsermittlungseinheit, kann im Rahmen dieser Erfindung jeweils ein Prozessor oder ein Teil eines Prozessors verstanden werden, der die jeweiligen Funktionen der entsprechenden Einheit realisiert. Es kann jede Einheit als separater Prozessor ausgestaltet sein, oder es können mehrere oder alle Einheiten als Teile eines gemeinsamen Prozessors ausgestaltet sein.
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Unter einer „Latschlängencharakteristik” kann im Rahmen dieser Anmeldung eine Charakteristik betreffend die Reifenaufstandsfläche auf einer Unterlage wie zum Beispiel einer Straße verstanden werden. Die Charakteristik eines Latsch kann dabei die Fläche aber auch die Geometrie des Umfangs des Latsch bezeichnen, zum Beispiel die Beschreibung einer rechteckförmigen oder im Wesentlichen trapezförmigen Latschkonfiguration. Diese kann ein absolutes oder vorzugsweise ein (mit höherer Genauigkeit ermittelbares) relatives Maß für eine Latschlänge angeben.
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Es kann unter einer „Latschlänge” die Länge eines Oberflächenabschnitts eines Reifens verstanden werden, der in Kontakt mit einer Unterlage wie zum Beispiel einer Straße befindlich ist.
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Unter einem „elektromechanischen Wandler” kann insbesondere ein Transducer verstanden werden, der mechanische Signale wie zum Beispiel Verbiegungen in elektrische Signale umwandelt oder umgekehrt. Zum Beispiel kann ein solches elektromechanisches Wandlerelement als Piezoelement ausgeführt sein, das so an einem Reifen montiert ist, dass es bei Drehen des Reifens bei jedem Latschdurchgang eine charakteristische Sequenz aus Verbiegungen erfährt.
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Gemäß einem exemplarischen Ausführungsbeispiel der Erfindung kann die Tatsache, dass sich eine Latschgeometrie und folglich eine Latschlängencharakteristik von Zwillingsreifen während einer Kurvenfahrt gegenüber einer Geradeausfahrt charakteristisch verändert, dazu verwendet werden, eine Relativposition zwischen einzelnen Reifen des Zwillingsreifens bzw. diesen zugeordneten elektromechanischen Wandlern zu ermitteln. Dieses Prinzip kann auf Drillingsreifen oder allgemein N-lingsreifen (N ≥ 2) verallgemeinert werden. Während bei einer Geradeausfahrt eine Latschgeometrie im Wesentlichen rechteckförmig ist, haben die vorliegenden Erfinder herausgefunden, dass bei Zwillingsreifen oder allgemein Mehrlingsreifen die Einzelreifen jeweils im Wesentlichen trapezförmig verzerrt sind. Diese Verzerrung ist unterschiedlich stark abhängig davon, ob sich der Einzelreifen eines solchen Mehrfachreifens im Kurveninneren oder im Kurvenäußeren befindet. Basierend auf der resultierenden Charakteristik, die mittels eines in dem Reifen integrierten jeweiligen elektromechanischen Wandlerelements sensorisch erfasst werden kann, können einzelne Sensorsignale einzelnen an bestimmten Positionen angeordneten Reifen zugeordnet werden. Dies kann zum Beispiel unter dem Gesichtspunkt einer gewünschten reifenspezifischen Steuerung vorteilhaft sein.
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Im Weiteren werden zusätzliche Ausgestaltungen der Vorrichtung beschrieben. Diese gelten auch für das Fahrzeug, für das Verfahren, für das Programmelement und für das computerlesbare Speichermedium.
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Die Positionierermittlungseinheit kann eingerichtet sein, mittels Auswertens einer, während einer Kurvenfahrt, zumindest im Wesentlichen trapezförmigen Verzerrung des Latsch des ersten Reifens gemeinsam mit einer, während einer Kurvenfahrt, zumindest im Wesentlichen trapezförmigen Verzerrung des Latsch des zweiten Reifens die Position zu ermitteln. Aufgrund der einwirkenden Kräfte bei einer Kurvenfahrt, insbesondere Zentrifugal- bzw. Zentripetalkräfte, kommt es bei einer Kurvenfahrt zu einer Verzerrung einer ansonsten zumindest im Wesentlichen rechteckförmigen Geometrie eines Reifenlatsches. Bei einer Kurvenfahrt werden die Reifen gegenüber der rechteckförmigen Latschgeometrie umso stärker verformt, je weiter ein jeweiliger Reifen von dem Kurvenmittelpunkt entfernt ist. Aufgrund der Korrelation zwischen den jeweiligen Latschverformungen und den entsprechenden Latschlängen kann durch eine Latschlängenanalyse die Anordnung des jeweiligen Reifens bezüglich eines Kurvenmittelpunkts ermittelt werden und somit eine positionsbezogene Sortierung der verschiedenen Reifen vorgenommen werden. Da die Art und Weise, wie sich die Latschlängen während einer Kurvenfahrt gegenüber den Latschlängen während einer Geradeausfahrt verändern, von der Position eines elektromechanischen Wandlers an einem Reifen abhängt, sollte die Position eines solchen elektromechanischen Wandlers passend gewählt werden. In vielen Fällen ist die Anordnung eines solchen elektromechanischen Wandlers in der Mitte eines Reifenprofils zweckmäßig.
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Gemäß einem exemplarischen Ausführungsbeispiel kann die Positionsermittlungseinheit eingerichtet sein, als Position des ersten Reifens bezüglich des zweiten Reifens zu ermitteln, welcher des ersten und des zweiten Reifens der kurveninnere Reifen und welcher des ersten und des zweiten Reifens der kurvenäußere Reifen ist. Ein Grund für diese Unterscheidbarkeit ist die Abhängigkeit des Latschverhatens von Zentripetal- bzw. Zentrifugalkräften.
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Gemäß einem exemplarischen Ausführungsbeispiel der Erfindung kann die Positionsermittlungseinheit eingerichtet sein, die Position basierend auf der Prämisse oder Annahme zu ermitteln, dass während einer Kurvenfahrt eine zumindest näherungsweise trapezförmige Verzerrung des Latsch eines Reifens beim kurvenäußeren des ersten und des zweiten Reifens ausgeprägter ist als bei einem kurveninneren des ersten und des zweiten Reifens. Dies kann in einer unterschiedlichen Latschlänge resultieren, wobei zum Beispiel in einer Lookup-Tabelle ein empirischer oder theoretisch abgeleiteter Zusammenhang zwischen der Änderung der trapezförmigen Verzerrung, der Lage bezüglich einer Kurve und einer Anordnung des Reifens bei einem Fahrzeug hinterlegt werden kann. Nach Erfassen entsprechender Sensorsignale kann dann mittels Zugriffs auf eine solche Lookup-Tabelle eine Zuordnung der Reifen zu den einzelnen Positionen erfolgen.
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Die Positionsermittlungseinheit kann eingerichtet sein, mittels Auswertens einer Veränderung der Latschlänge des ersten Reifens gemeinsam mit einer Veränderung der Latschlänge des zweiten Reifens bei Übergang zwischen einer Geradeausfahrt und einer Kurvenfahrt die Relativposition der einzelnen Reifen des Mehrfachreifens zu ermitteln. Gerade das Verhalten einer Latschlängenveränderung beim Übergang von Geradeausfahrt zur Kurvenfahrt oder umgekehrt kann mit hoher Präzision Aufschluss über die Relativposition des Reifens geben. Alternativ zu einer solchen Messung von Latschlängenveränderungen kann auch ein Absolutwert einer während einer Kurvenfahrt ermittelten Latschlänge herangezogen werden, um die Positionsinformation abzuleiten. Bei noch einem anderen Ausführungsbeispiel kann ein Verhältnis oder eine Differenz zwischen Latschlängen verschiedene Reifen verwendet werden, um auf die Position rückzuschließen.
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Gemäß einem exemplarischen Ausführungsbeispiel kann die Empfangseinheit eingerichtet sein, ein drittes Sensorsignal eines einem dritten Reifen eines anderen Mehrfachreifens zugeordneten dritten elektromechanischen Wandlers zu empfangen, wobei das dritte Sensorsignal indikativ für eine Latschlänge des dritten Reifens ist. Die Empfangseinheit kann ferner eingerichtet sein, ein viertes Sensorsignal eines einem vierten Reifen des anderen Mehrfachreifens zugeordneten vierten elektromechanischen Wandlers zu empfangen. Das vierte Sensorsignal kann indikativ für eine Latschlänge des vierten Reifens sein. Die Latschcharakteristikermittlungseinheit kann eingerichtet sein, basierend auf dem dritten Sensorsignal eine Latschlängencharakteristik des dritten Reifens und basierend auf dem vierten Sensorsignal eine Latschlängencharakteristik des vierten Reifens zu ermitteln. Ferner kann die Positionsermittlungseinheit eingerichtet sein, mittels Auswertens der Latschlängencharakteristik des dritten Reifens gemeinsam mit der Latschlängencharakteristik des vierten Reifens die Position des dritten Reifens bezüglich des vierten Reifens während einer Kurvenfahrt des anderen Mehrfachreifens zu ermitteln. Bei einer solchen Konfiguration können zum Beispiel zwei Zwillingsreifen einer gemeinsamen Achse (Vorderachse, Hinterachse) eines Fahrzeugs hinsichtlich der Position sortiert werden, indem für alle vier (oder mehr) Reifen die (absolute oder relative) Latschlänge bzw. deren Veränderung bei einer Kurvenfahrt ausgewertet wird und die abgeleitete Latschlängenveränderungscharakteristik einer Position bezüglich der Kurve zugeordnet wird.
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Insbesondere kann die Positionsermittlungseinheit eingerichtet sein, mittels Auswertens der Latschlängencharakteristik des ersten und des zweiten Reifens gemeinsam mit der Latschlängencharakteristik des dritten und des vierten Reifens während einer Kurvenfahrt den jeweils kurveninneren des Mehrfachreifens und des anderen Mehrfachreifens von dem jeweils kurvenäußeren des Mehrfachreifens und des anderen Mehrfachreifens zu unterscheiden. Basis dieser Unterscheidung kann wieder die unterschiedliche Charakteristik des Verhaltens der Latschgeometrie und somit der Latschlängen der einzelnen Reifen abhängig von einer Position des jeweiligen Reifens relativ zu einem Kurvenmittelpunkt sein.
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Bezugnehmend auf das zuvor beschriebene Ausführungsbeispiel kann die Positionsermittlungseinheit ferner vorteilhaft derart eingerichtet sein, mittels Auswertens der Latschlängencharakteristik des ersten und des zweiten Reifens gemeinsam mit der Latschlängencharakteristik des dritten und des vierten Reifens bei einem Übergang von einer Geradeausfahrt zu einer Kurvenfahrt den jeweils kurveninneren als denjenigen des Mehrfachreifens und des anderen Mehrfachreifens zu identifizieren, dessen Latschlänge sich verringert. Der kurvenäußere kann als derjenige des Mehrfachreifens und des anderen Mehrfachreifens identifiziert werden, dessen Latschlänge sich erhöht. Mit der Information „Erhöhung oder Erniedrigung der Latschlänge” können somit die unterschiedlichen Mehrfachreifen voneinander sicher getrennt werden. Innerhalb der Mehrfachreifen kann eine Unterscheidung zwischen den jeweiligen Einzelreifen basierend darauf erfolgen, wie stark eine solche Erhöhung bzw. Erniedrigung ausgeprägt ist.
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Ein jeweiliger der elektromechanischen Wandler kann ein Sensorsignal generieren, das für die Latschlänge in der Mitte des jeweiligen Reifenquerschnitts indikativ ist. Es hat sich gezeigt, dass bei Anordnung eines elektromechanischen Wandlers, zum Beispiel eines Piezoelements, in der Mitte (bezogen auf einen kurveninneren Rand und einen kurvenäußeren Rand des Reifens) eines Reifenquerschnitts dessen charakteristisches Verhalten während einer Kurvenfahrt besonders kennzeichnend für die Position des Reifens ist.
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Die Latschcharakteristikermittlungseinheit kann eingerichtet sein, die jeweilige Latschlängencharakteristik basierend auf dem jeweiligen Sensorsignal infolge einer Verbiegung des jeweiligen elektromechanischen Wandlers während eines Latschdurchgangs des Reifens zu ermitteln. Ist ein elektromechanischer Wandler als Piezoelement ausgeführt, so wird während eines Latschdurchgangs dieser Wandler ausgehend von einer unverbogenen Position zunächst verbogen, dann in einen im Wesentlichen unverbogenen Zustand überführt und schließlich nochmals verbogen, bevor sich die Verbiegung wieder entspannt. Dies führt zu einem Zeitverhalten eines elektrischen Signals, dessen Länge zwischen zwei aufeinanderfolgenden Nulldurchgängen ein Maß für die Latschlänge ist.
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Gemäß einem Ausführungsbeispiel kann die Vorrichtung als Reifenmodul ausgestaltet sein. Anders ausgedrückt kann die Vorrichtung als eine modulare Komponente vorgesehen sein, die integral an oder in einem Reifen angeordnet werden kann und zum Beispiel einer Fahrzeugelektronik entsprechende Reifenpositionsinformation weiterleitet. Alternativ kann die Vorrichtung zumindest teilweise als Fahrzeugelektronikmodul ausgestaltet sein, das heißt direkt Teil der Fahrzeugelektronik sein.
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Die erfindungsgemäße Unterscheidbarkeit zwischen Einzelreifen eines Zwillingsreifen kann mit einer oder mehreren weiteren Unterscheidungen kombiniert werden, die zum Beispiel eine Unterscheidung „vorne”/„hinten” bzw. „linksseitig”/„rechtseitig” gestatten. Die Unterscheidung „vorne”/„hinten” kann zum Beispiel dadurch erfolgen, dass die Veränderung der Latschlänge bei einem Beschleunigungs- oder Bremsverhalten untersucht wird. Beschleunigt ein Fahrzeug auf gerader Strecke positiv, so wird die Latschlänge bei den Vorderreifen kleiner und bei den Hinterreifen größer. Somit ist eine Achszuordnung der Reifen möglich. Alternativ kann auch ein Funksender (zum Beispiel ein niederfrequenter Sender, etwa bei 125 kHz) ein Signal aussenden, das von Sensoren an den Einzelreifen erfasst wird. Ist der Funksender am Heck eines Fahrzeugs angebracht, so führt der Laufwegunterschied bis zu den Reifen zu unterschiedlichen detektierten Amplituden, womit eine Unterscheidung „vorne”/„hinten” möglich ist. Zur Unterscheidung „links”/„rechts” können zum Beispiel um einen Winkel (zum Beispiel 90°) zueinander versetzte Beschleunigungssensoren an den Reifen angebracht werden und deren Zeitverhalten ermittelt werden. Einer der beiden Sensoren läuft dem anderen hinsichtlich des Zeitverhaltens hinterher, was ebenfalls eine Zuordnung ermöglicht.
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Im Weiteren werden zusätzliche Ausgestaltungen des Fahrzeugs beschrieben. Diese gelten auch für die Vorrichtung, für das Verfahren, für das Programm-Element und für das computerlesbare Speichermedium.
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Das Fahrzeug kann zum Beispiel ein Automobil (zum Beispiel ein Kraftfahrzeug, insbesondere ein Personenkraftfahrzeug oder Lastkraftfahrzeug) sein. Es ist aber auch möglich, das erfindungsgemäße Reifenpositionserfassungssystem in einem Zug oder dergleichen zu implementieren.
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Es wird darauf hingewiesen, dass Ausführungsformen der Erfindung mit Bezug auf unterschiedliche Erfindungsgegenstände beschrieben wurden. Insbesondere sind einige Ausführungsformen der Erfindung mit Vorrichtungsansprüchen und andere Ausführungsformen der Erfindung mit Verfahrensansprüchen beschrieben. Dem Fachmann wird jedoch bei der Lektüre dieser Anmeldung sofort klar werden, dass, sofern nicht explizit anders angegeben, zusätzlich zu einer Kombination von Merkmalen, die zu einem Typ von Erfindungsgegenstand gehören, auch eine beliebige Kombination von Merkmalen möglich ist, die zu unterschiedlichen Typen von Erfindungsgegenständen gehören.
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Weitere Vorteile und Merkmale der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der folgenden beispielhaften Beschreibung derzeit bevorzugter Ausführungsformen. Die einzelnen Figuren der Zeichnung dieser Anmeldung sind lediglich als schematisch und als nicht maßstabsgetreu anzusehen.
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1A und 1B zeigen schematisch eine Vorrichtung zum Ermitteln einer relativen Position einzelner Reifen eines Zwillingsreifens gemäß einem exemplarischen Ausführungsbeispiel der Erfindung.
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1C zeigt schematisch einen Latschdurchgang eines Reifens und ein Prinzip der Ermittlung einer Latschlänge basierend auf einem Sensorsignal eines elektromechanischen Wandlers während eines solchen Latschdurchgangs.
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2 zeigt ein Fahrzeug mit Zwillingsreifen während einer Geradeausfahrt.
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3 zeigt ein Fahrzeug mit Zwillingsreifen während einer Kurvenfahrt.
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Gleiche oder ähnliche Komponenten in unterschiedlichen Figuren sind mit gleichen Bezugsziffern versehen.
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Gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung ist ein System geschaffen, das es ermöglicht, im Wesentlichen ohne technischen Zusatzaufwand die Position von Sensoren in Zwillingsreifen aufzulösen, das heißt insbesondere eine „links hinten” Information anzureichern um die Information „links hinten innen” bzw. „links hinten außen”.
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Das Problem kann mit technisch aufwändigen Methoden, zum Beispiel LF (Low Frequency) Trigger oder Feldstärkemessungen, angegangen werden. Nachteile solcher Systeme sind jeweils ein hoher apparativer Aufwand bzw. ein hoher Applikationsaufwand und eine Abhängigkeit der Sensitivität für unterschiedliche Fahrzeugvarianten.
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Basis eines Ausführungsbeispiels der Erfindung ist ein Reifensystem mit der Möglichkeit, Latschlängen (das heißt die Länge der Reifenaufstandsfläche auf der Fahrbahn) für einzelne Reifen zu messen. Für Einzelreifen ist bei Fahrt ohne Quer- oder Längsbeschleunigung der Reifenlatsch in etwa rechteckig. Bei Kurvenfahrt (Querbeschleunigung) verzerrt sich die rechteckige Form in eine etwa trapezförmige Form, wobei die längere Seite des Trapezes zur Kurvenaußenseite hin zu liegen kommt. Im Reifenmodul des Systems misst zum Beispiel ein (Piezo-)Sensor die Latschlänge, zum Beispiel etwa in der Mitte des Reifenquerschnittes.
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Erfindungsgemäß wird die trapezförmige Verzerrung eines Einzelreifens vorteilhaft auf die Lokalisierung von einzelnen Reifen eines Zwillingsreifens angewandt. Dort besteht der effektive Reifenlatsch effektiv aus zwei Latschflächen der beiden Einzelreifen. Die trapezförmige Verzerrung tritt nun auf beiden Reifenlatschflächen auf und ist auf der Latschfläche des kurvenäußeren Reifens insgesamt ausgeprägter als auf der Latschfläche des kurveninneren Reifens. Bei Kurvenfahrt messen die Sensoren in den beiden kurvenäußeren Zwillingen nun insgesamt erhöhte Latschlängen, die beiden Sensoren in den kurveninneren Zwillingen insgesamt verringerte Latschwerte. Ausgenutzt wird nun aber der Effekt, dass innerhalb der beiden kurvenäußeren Zwillinge der hier äußere Zwilling einen noch mal erhöhten Latschwert gegenüber dem inneren Partnerzwilling meldet. Grund ist die oben angesprochene, sich über beide Zwillinge erstreckende trapezförmige Verzerrung.
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Bei einem beispielsweise sechsrädrigen Fahrzeug stellt sich die Aufgabe, die beiden Identitäten der „hinten links” Position nach innen/außen zu sortieren. Dazu werden die relativen Änderungen der gemessenen Latschlängen analysiert und ein bei Kurvenfahrt vergleichsweise stärker zunehmender bzw. abnehmender Latschmesswert dem äußeren Zwilling zugeordnet, der vergleichsweise schwächer zunehmende bzw. abnehmende Latschwert dem inneren Zwilling. Durch diese Analyse von ohnehin übertragenen Messwerten in Verbindung mit vorhandenen Fahrzeugdaten kann die Zusatzinformation ohne apparativen Mehraufwand gewonnen werden.
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Die Latschlängen der Reifen in absoluter Form sind in manchen Fällen nur bedingt geeignet für einen Vergleich untereinander. Toleranzen in der Ermittlung der absoluten Latschlänge würden einen quantitativen Vergleich von Latschlängen, die in unterschiedlichen Reifen von unterschiedlichen Sensoren ermittelt wurden, in ungünstigen Fällen schwierig oder sogar praktisch unmöglich machen. Vorteilhaft ist es in einem solchen Szenario dann, einen Vergleich der Signale untereinander auf relative Signale zu basieren. Dazu wird für jeden Reifen die Latschlänge bei Geradeausfahrt ohne Beschleunigung/Verzögerung – also in einem statischen Fahrzustand – ermittelt, sozusagen die Basis-Latschlänge. Während eines dynamischen Fahrzustandes (das heißt während einer Kurve oder bei Gasgeben bzw. Bremsen) werden dann dynamische Latschlängen gemessen und mit der Basis-Latschlänge in Bezug gesetzt. So ist es möglich, ein Maß für die Latschveränderung während des fahrdynamischen Zustandes (Verlängerung/Verkürzung) zu ermitteln. Dieses Maß für die Veränderung lässt sich nun unter verschiedenen Reifen vergleichen. Bauteiltoleranzen, systematische Ungenauigkeiten durch unterschiedliche Montage, etc. kürzen sich bei dem Vorgehen heraus.
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All diese fahrzustandsabhändigen Funktionen funktionieren auch mit regelmäßig messenden und sendenden Sensoren. Der Sensor selbst hat zwar keine Kenntnis, ob sich das Fahrzeug in einem stationären Fahrzustand befindet oder in einem dynamischen. Seine Übertragungen werden jedoch von einem Empfänger und Bordcomputer verarbeitet, der über das Datennetz des Fahrzeuges sehr wohl den Fahrzustand beurteilen kann (Zeitstempel des Empfangs, Rückrechnung auf den Messzeitpunkt basierend auf dem Wissen der internen Sensorabläufe (AD-Wandler-Zeit, Verarbeitungszeit, Übertragungszeit), Rückschau auf zeitsynchrone Fahrzeug-Daten wie zum Beispiel Quer- und Längsbeschleunigung, Motormoment, Bremslichter, Lenkradwinkel, etc.) und die Übertragungen der Reifensensoren entsprechend dem Fahrzustand unterschiedlich auswerten kann. Dadurch verlängert sich zwar unter Umständen die Konvergenzzeit der Funktion auf Fahrzeug-Ebene etwas, es können jedoch sehr einfache und aufs Nötigste reduzierte Sensoren verwendet werden, die keine komplizierte Daten(vor)verarbeitung leisten müssen.
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Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ermöglicht die Anwendung der Ermittlungsergebnisse für Reifendruckkontrolle. Es kann in diesem Zusammenhang vorteilhaft sein, Reifendrucksensoren bezüglich ihrer Position zuordnen zu können.
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Im Weiteren wird bezugnehmend auf 1A und 1B eine Vorrichtung 100 zum Ermitteln einer relativen Position einzelner Reifen 102, 104 eines Zwillingsreifens 110 gemäß einem exemplarischen Ausführungsbeispiel der Erfindung beschrieben.
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Wie in 1B gezeigt, basiert die Vorrichtung 100 darauf, dass der erste Reifen 102 an einer Reifenmittelposition 132 mit einem Piezoelement 114 ausgestattet ist. Entsprechend ist der zweite Reifen 104 entlang einer Reifenmittelposition 134 mit einem zweiten Piezoelement 116 ausgestattet.
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Am Beispiel des ersten Reifens 102 wird in 1C gezeigt, wie sich der Biegungszustand des Piezoelements 114 während eines Latschdurchgangs, das heißt eines Zeitraums zwischen den Punkten 2 und 4 in 1C verändert, wenn sich der Reifen entlang einer Richtung 136 dreht und somit einen Teil des Reifens 102 jeweils in Berührung mit einer Unterlage 138, wie zum Beispiel einer Straße, steht. Vor Beginn des Latschdurchgangs, Position 1, ist das Piezoelement 114 ungebogen. Bei Beginn des Latschdurchgangs, siehe Position 2, biegt sich das Piezoelement 114, was zu einem elektrischen Signal führt. Dem folgt ein Zustand 3, während dem das Piezoelement 114 wieder ungebogen ist, bevor es am Ende des Latschdurchgangs, siehe Position 4, erneut gebogen wird. Dies führt zu einem zeitabhängigen elektrischen Signal des Piezoelements 114, bei dem ein Abstand zwischen zwei Nulldurchgängen ein Maß für die Latschlänge 140 ist.
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Wie ferner in 1A gezeigt, übermitteln die elektromechanischen Wandlerelemente 114 bzw. 116 einer Empfangseinheit 112 der Vorrichtung 100 die jeweiligen Sensorsignale. Ein erstes Sensorsignal des ersten Reifens 102 des Zwillingsreifens 110 ist dem ersten elektromechanischen Wandler 114 zugeordnet, so dass das erste Sensorsignal indikativ für eine Latschlänge des ersten Reifens 102 ist. Die Empfangseinheit 112 empfängt ferner ein zweites Sensorsignal des zweiten Reifens 104 des Zwillingsreifens 110, welchem zweiten Reifen der zweite elektromechanische Wandler 116 zugeordnet ist. Dieses zweite Sensorsignal ist indikativ für eine Latschlänge des zweiten Reifens 104.
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Die Empfangseinheit 112 führt das Signal, das von dieser zum Beispiel vorverarbeitet werden kann, einer Latschcharakteristikermittlungseinheit 118 zu. Diese ist eingerichtet, basierend auf dem ersten Sensorsignal die Latschlängencharakteristik des ersten Reifens 102 und basierend auf dem zweiten Sensorsignal die Latschlängencharakteristik des zweiten Reifens 104 zu ermitteln. Die Latschlänge kann hierbei unmittelbar ermittelt werden, oder es kann vorteilhaft ein für die Latschlänge indikativer Parameterwert, zum Beispiel ein relativer Wert der Latschlänge, ermittelt werden. Wie zuvor beschrieben worden ist, ist die Länge eines Signals zwischen zwei Nulldurchgängen charakteristisch für die jeweilige Latschlänge.
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Die ermittelten Latschlängeninformationen werden einer Positionsermittlungseinheit 120 zugeführt, die mittels Auswertens der Latschlängencharakteristik des ersten Reifens 102 und der Latschlängencharakteristik des zweiten Reifens 104 die Relativposition des ersten Reifens 102 bezüglich des zweiten Reifens 104 ermittelt. Dies basiert darauf, dass bei einer Kurvenfahrt sich die Latschlängen der Reifen 102, 104 in unterschiedlicher Weise verändern, und zwar abhängig davon, wie die Relativposition des jeweiligen Reifens, genauer gesagt des jeweiligen Piezoelements 114 oder 116, bezüglich eines Kurvenmittelpunktes liegt.
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Wie ferner in 1A ferner gezeigt ist, ist eine Datenbank 142 bereitgestellt, auf welche die Einheiten 112, 118, 120 zum Abrufen oder Speichern von Daten zugreifen können. Ferner ist die Positionsermittlungseinheit 120 mit einer Ausgabeeinheit 144 gekoppelt, der das Ergebnis der Positionsbestimmung bereitgestellt werden kann. Die Ausgabeeinheit 144 kann zum Beispiel eine Fahrzeugelektronik sein, welche die ermittelten Positionen der Einzelreifen 102, 104 zu Steuerungszwecken des Fahrzeugs verwenden kann. Es ist auch möglich, dass die Ausgabeeinheit 144 eine graphische Benutzeroberfläche ist, mittels welcher ein Benutzer über die Sensorwerte der einzelnen Reifen informiert werden kann. Es ist auch möglich, dass die Ausgabeeinheit 144 direkt eine Maßnahme auslöst, zum Beispiel einen Alarm, falls Werte außerhalb eines zusätzlichen Toleranzintervalls festgestellt werden.
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2 zeigt eine schematische Ansicht 200 einer Straße 220, auf der sich ein nicht im Detail gezeigtes Automobil bewegt. Dieses Automobil hat eine Hinterachse 222 und eine Vorderachse 224 und bewegt sich gemäß 2 geradlinig und gerade beschleunigungsfrei entlang einer Richtung 226. An der Hinterachse 222 ist der Zwillingsreifen 110, der aus den unmittelbar benachbarten Einzelreifen 102, 104 gebildet ist, gemäß 2 rechts positioniert. Ferner ist ein anderer Zwillingsreifen 206, gebildet aus unmittelbar benachbarten weiteren Reifen 202, 204, an der Hinterachse 222 positioniert. Die Einzelreifen 102, 104 des Zwillingsreifens 110 sind gemeinsam und starr aneinander montiert, ebenso wie die Einzelreifen 202, 204 des anderen Zwillingsreifens 206. Die beiden Zwillingsreifen 110, 206 können entweder gemeinsam an der Achse 222 aufgehängt sein, oder einzeln und unabhängig aufgehängt sein. Entsprechend verhält es sich mit den weiteren Reifen, die entlang der Vorderachse 224 positioniert sein können und hier nicht näher betrachtet werden.
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Wie 2 zeigt, sind die Latschflächen der Reifen 102, 104, 202, 204 im Wesentlichen rechteckförmig, da es sich um eine Geradeausfahrt ohne Beschleunigung handelt.
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3 zeigt ein anderes Szenario 300 während einer Kurvenfahrt, in welcher die Fahrbahn 220 eine Kurve macht. Nun bewegt sich das Fahrzeug entlang einer Kurvenfahrtrichtung 302. Wie 3 zeigt, führt dies zu einer trapezförmigen Verzerrung der Latschflächen der Reifen 102, 104, 202, 204. Zwei Einzelreifen 102, 104 eines Zwillingsreifen bilden näherungsweise ein gemeinsames Trapez. Bei hoher Auflösung betrachtet können die zwei Einzelreifen 102, 104 des Zwillingsreifen eine unterschiedliche trapezförmige Verzerrung aufweisen derart, dass jeder Einzelreifen 102, 104 eine überlagerte separate trapezförmige Verzerrung erfährt. Die einzelnen Latschflächen zeigen eine allerdings unterschiedliche trapezförmige Verzerrung, so dass auch die gemessene Latschlänge der Einzelreifen sich verändert. Es soll angemerkt werden, dass die trapezförmigen Verzerrungen gemäß 3 lediglich schematisch und nicht maßstäblich sind. 3 zeigt, dass das Verhalten der Reifen in einem kurvenäußeren Bereich 310 sich von jenem der Reifen in einem kurveninneren Bereich 320 unterscheidet. Die Verzerrung ist auf den jeweiligen kurvenäußeren Reifen 204, 104 ausgeprägter als auf den jeweiligen kurveninneren Reifen 202, 102. Ferner sind die Latschlängen der beiden kurvenäußeren Zwillinge 204, 202 erhöht, wohingegen jene Latschlänge der kurveninneren Zwillinge 102, 104 erniedrigt sind.
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Die Auswertung der Veränderung der jeweiligen Latschlängen der Einzelreifen 202, 204 bzw. 102, 104 ermöglicht eine eindeutige Zuordnung der einzelnen Sensorsignale zur Position der jeweiligen Reifen 204, 202, 104, 102.
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Es wird darauf hingewiesen, dass die hier beschriebenen Ausführungsformen lediglich eine beschränkte Auswahl an möglichen Ausführungsvarianten der Erfindung darstellen. So ist es möglich, die Merkmale einzelner Ausführungsformen in geeigneter Weise miteinander zu kombinieren, so dass für den Fachmann mit den hier expliziten Ausführungsvarianten eine Vielzahl von verschiedenen Ausführungsformen als offensichtlich offenbart anzusehen sind.
