DE102010031464A1

DE102010031464A1 - Beladungserkennung bei indirekt oder direkt messenden Reifendrucksystemen

Info

Publication number: DE102010031464A1
Application number: DE102010031464A
Authority: DE
Inventors: Martin Griesser; Stefan Kammann; Andreas Köbe
Original assignee: Continental Teves AG and Co OHG
Current assignee: Continental Teves AG and Co OHG
Priority date: 2010-07-16
Filing date: 2010-07-16
Publication date: 2012-01-19

Abstract

Es wird ein Verfahren bereitgestellt, bei dem eine Erkennung des Beladungszustands eines Kraftfahrzeugs anhand der aus Raddrehzahlinformationen und/oder Informationen direkt messender Reifendrucküberwachungssysteme gewonnenen Reifendrücke durchgeführt wird, wobei eine Auswertung der zwischen den Reifen von Vorder- und Hinterachse bei einer Fahrt entstehenden Druckdifferenz erfolgt, welche aus der durch die unterschiedlich stark erhöhten Radlasten beim Abrollen verursachten Temperaturänderung resultiert.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren gemäß Oberbegriff von Anspruch 1.
Moderne Kraftfahrzeuge sind heute vielfach mit elektronischen Bremssystemen ausgestattet, die mit Funktionen wie Antiblockiersystem (ABS) oder Elektronisches Stabilitätsprogramm (ESP, ESC) die Fahrsicherheit des Fahrzeugs verbessern. Die diesen Systemen zu Grunde liegenden Regelalgorithmen müssen jedoch von Annahmen über die Höhe bzw. Lage des Schwerpunkts sowie über das Gesamtgewicht des Fahrzeugs ausgehen. Eine Kenntnis des Beladungszustands ermöglicht eine Verbesserung der vorstehend erwähnten, durch die Regelalgorithmen durchgeführten Regelungen und somit eine erhöhte Fahrzeugsicherheit bei gleichzeitig hohem Fahrkomfort. Bei bekannter Verlagerung des Schwerpunkts kann darüber hinaus eine Anpassung der Bremskraftverteilung erfolgen, wodurch eine Verkürzung des Bremswegs erreichbar ist.
Wenn ein Fahrzeug bis zu seinem zulässigen Gesamtgewicht oder sogar darüber beladen ist, so ist selbst bei einem (für das gering beladene Fahrzeug) korrekten Reifendruck eine Erhöhung von Kraftstoffverbrauch und Reifenverschleiß zu erwarten. Im Extremfall können sogar Reifenschäden auftreten. Eine automatische Erkennung der Beladung des Fahrzeugs würde eine Warnung des Fahrers rechtzeitig vor dem Eintreten von Reifenschäden ermöglichen. Weiterhin ist eine Kenntnis des Beladungszustands zur Vermeidung von falschen bzw. missverständlichen Warnungen einer Reifendruckverlusterkennung sinnvoll. Der Fahrer kann somit besser über den Zustand seines Fahrzeugs informiert werden, was einen wirtschaftlichen und komfortablen Betrieb erleichtert.
Es gibt bereits mehrere, an sich bekannte Ansätze zur Erkennung des Beladungszustands von Fahrzeugen.
In der DE 10 2007 023 069 A1 wird ein Verfahren vorgeschlagen, welches die Länge der Reifenaufstandsfläche (Latsch) insbesondere während Bremsungen, Beschleunigungen und Kurvenfahrten zur Erkennung der Beladung eines Fahrzeugs analysiert. Um die Latschlänge zu messen, werden in den Reifen befestigte Sensoren zur Messung der Verformung der Lauffläche benötigt; diese sind wegen ihres Preises noch wenig bis gar nicht in Serienfahrzeugen vorhanden.
Aus der DE 100 29 282 A1 ist ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Ermittlung des Beladungszustandes eines Fahrzeugs bekannt, wobei der Beladungszustand anhand eines geeigneten mathematischen Modells aus einem gemessenen Reifendruck errechnet wird. Das Verfahren basiert auf der Annahme, dass in erster Näherung eine Beladungsänderung eine in etwa proportionale Reifendruckänderung zur Folge hat. Um auch Teilbeladungen erkennen zu können, ist dabei ein hochauflösender Drucksensor notwendig. In Personenkraftwagen sind direkt messende Reifendrucksensoren aus Kostengründen kaum verbreitet.
Aus der DE 10 2007 047 399 A1 ist ein Verfahren zur Erkennung eines Beladungszustands von Kraftfahrzeugen bekannt, welches die von einem indirekt messenden Reifendruckkontrollsystem bestimmten Raddrehzahlen mit den gemessenen Drücken eines direkt messenden Reifendruckkontrollsystems vergleicht, um zumindest eine Schwerpunktlage zu bestimmen. Bei Kenntnis der absoluten Fahrzeuggeschwindigkeit lässt sich die Gesamtbeladung zumindest näherungsweise ermitteln. Da neben einem direkt messenden Reifendrucksensor auch die zur Übermittlung der Daten benötigte Empfangs- und Auswerteelektronik vorhanden sein muss, ist dieses System aufwändig.
In der DE 10 2006 053 827 A1 wird ein Verfahren zur Erkennung der Beladung eines Kraftfahrzeugs offenbart, bei dem die Beladung und/oder eine Änderung der Beladung anhand einer Analyse des Drehverhaltens der Räder unter Verwendung von Raddrehzahlsensoren erkannt wird. Bei diesem Verfahren wird eine Information einer Abrollumfangsanalyse der Räder mit einer Information einer Frequenzanalyse des Eigenschwingverhaltens eines Rades verknüpft. Eine Änderung des Reifendrucks verändert die Eigenfrequenz der torsionalen Eigenschwingung des Reifens, während eine Änderung der Beladung in einem veränderten spektralen Inhalt bzw. einer veränderten Amplitude bei der Eigenfrequenz resultiert. Ändern sich der Abrollumfang der Reifen auf der Hinterachse und der relative spektrale Inhalt von Vorder- und Hinterachse, während die Eigenfrequenz der hinteren Räder gleich bleibt, deutet dies auf eine mögliche Beladungsänderung hin. Eine Warnung vor Reifenschäden durch Überhitzung der Reifen ist allerdings nicht vorgesehen.
Aus der DE 10 2005 031 157 A1 ist ein Verfahren zur Erkennung des Beladungszustands eines Kraftfahrzeugs bekannt, welches die aus den Radantriebsmomenten und Reifenradien ermittelte Zugkraft mit der Fahrzeuglängsbeschleunigung vergleicht. Der bei kleinen Änderungen von Fahrzeuggeschwindigkeit und Fahrbahnsteigung näherungsweise lineare Zusammenhang zwischen Zugkraftänderung und Beschleunigungsänderung wird genutzt, um aus der nach der Methode der kleinsten Fehlerquadrate abschätzbaren Geradensteigung die Fahrzeugmasse zu erhalten. Viele der zur Berechnung benötigten Größen sind nicht genau bekannt, wodurch die Fahrzeugmasse nur mit einem großen Fehler bestimmt werden kann.
Die DE 10 2006 012 246 A1 schlägt vor, ein Verfahren zur Stabilisierung eines Fahrzeugs an den Beladungszustand bzw. die Fahrzeugmasse anzupassen, wobei diese aus einer Bilanz der an das Fahrzeug angreifenden Kräfte und/oder anhand einer von Gierrate und Lenkwinkel abhängigen charakteristischen Geschwindigkeit des Fahrzeugs bestimmt wird. Vorzugsweise werden beim Beschleunigen in Geradeausfahrt aus einer Kräftebilanz Werte für die Fahrzeugmasse ermittelt und der gewichtete Mittelwert gebildet. Da die aus der Kräftebilanz ermittelte Masse vielen Störeinflüssen unterliegt, dauert es längere Zeit (d. h. Tage), bis der Mittelwert durch die Streuung der berechneten Werte nicht mehr deutlich verfälscht wird.
In der DE 10 2005 031 853 A1 werden verschiedene Möglichkeiten offenbart, aus der Verknüpfung der Daten eines Reifendrucküberwachungssystems mit den Informationen zumindest eines weiteren elektronischen Systems die Beladung eines Fahrzeugs zu ermitteln und diese dann zur Anpassung von Regelalgorithmen von Fahrdynamiksystemen oder ähnlichen Vorrichtungen zu nutzen. Es wird vorgeschlagen, die Temperatur der vorderen und hinteren Fahrzeugreifen zu messen und mit einem zeitbasierten Modell für die beladungsabhängige Erwärmung der Reifen beim Abrollen zu vergleichen. Da hierzu in den Reifen Temperatursensoren angebracht werden müssen, ist dieses System nur in Verbindung mit einem direkt messenden Reifendrucküberwachungssystem wirtschaftlich interessant.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Erkennung des Beladungszustands unter Verwendung üblicherweise bereits im Fahrzeug vorhandener Sensoren zu ermöglichen und vor der Gefahr einer Beschädigung der Reifen zu warnen.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch das Verfahren gemäß Anspruch 1 gelöst.
Es wird also ein Verfahren zur Erkennung des Beladungszustands eines Kraftfahrzeugs bereitgestellt, welches Raddrehzahlinformationen und/oder Informationen direkt messender Reifendruckkontrollsysteme verwendet, um die Reifendrücke zu bestimmen. Durch eine Zuladung werden die Radlasten erhöht, wobei sich in aller Regel auch der Schwerpunkt des Fahrzeugs verschiebt. Beim Abrollen zeigen stärker belastete Räder auch eine stärkere Zunahme der Temperatur. Die aufgrund der Temperaturzunahme bei der Fahrt entstehende Druckdifferenz zwischen den Reifen von Vorder- und Hinterachse wird ausgewertet, um den Beladungszustand des Fahrzeugs zu erkennen. Da moderne Fahrzeuge meist bereits mit Raddrehzahlsensoren ausgestattet sind, werden zur Durchführung des Verfahrens keine zusätzlichen Sensoren benötigt.
Weiterhin kann vorzugsweise anhand der Druckdifferenz eine übermäßige Erhitzung der Reifen erkannt und eine Warnung an den Fahrer ausgegeben werden. Abgesehen von lokaler Zerstörung durch auftreffende Objekte (wie z. B. Nägel), werden Reifen zunächst heiß, bevor eine Beschädigung eintritt; bei Beachtung der Warnung lassen sich somit Reifenschäden vermeiden.
Zweckmäßigerweise werden zu Beginn einer Fahrt aus Raddrehzahlinformationen und/oder Informationen direkt messender Reifendrucküberwachungssysteme für die Räder von Vorder- und Hinterachse ein oder mehrere erste Werte für den Reifendruck bestimmt. Eine Mittelwertbildung verringert statistische Schwankungen des Ergebnisses und erhöht somit die Genauigkeit des Verfahrens. Bei indirekt messenden Reifendruckkontrollsystemen kann ein absoluter Wert für den Druck nicht mit Sicherheit bestimmt werden. Für die Berechnung einer Druckdifferenz genügt es aber, wenn die Parameter der Rechnung fest gehalten werden.
Besonders bevorzugt werden der oder die Werte für den Reifendruck nur bei Vorliegen von mindestens einer, insbesondere gleichzeitigem Vorliegen aller folgenden Bedingungen bestimmt. So wird eine Verfälschung der Ergebnisse vermieden, indem das Unterschreiten eines vorgegebenen Schwellwerts für die Steigung, wobei hierunter sowohl eine positive Steigung als auch der Betrag einer negativen Steigung, d. h. eines Gefälles, zu verstehen sind, als Kriterium für den Ausschluss einer Berg- oder Talfahrt, das Unterschreiten eines vorgegebenen Schwellwerts für die Raddrehzahldifferenz zwischen linken und rechten Rädern zur Vermeidung von Fehlern durch eine Kurvenfahrt und eine Nichtbetätigung der Bremsen als Voraussetzungen für eine Reifendruckbestimmung aus Raddrehzahlinformationen und/oder Informationen direkt messender Reifendrucküberwachungssysteme überprüft werden.
Gemäß einer weiteren besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung werden nach einer vorgegebenen Fahrzeit aus Raddrehzahlinformationen und/oder Informationen direkt messender Reifendrucküberwachungssysteme für die Räder von Vorder- und Hinterachse ein oder mehrere weitere Werte für den Reifendruck bestimmt. Vorzugsweise kann durch eine Mittelwertbildung die Genauigkeit erhöht werden.
Ganz besonders bevorzugt wird nach Ablauf einer vorgegebenen Fahrzeit geprüft, ob der momentane Fahrzustand gemäß den oben genannten Bedingungen zur Druckbestimmung geeignet ist, und der oder die weiteren Werte für den Reifendruck nur bei Vorliegen geeigneter Bedingungen ermittelt. Somit werden Fehler durch Berg- oder Talfahrt, Kurvenfahrt oder Bremsbetätigung vermieden.
Weiterhin ganz besonders bevorzugt wird die Differenz zwischen den Mittelwerten für ersten und weiteren Druck für Vorder- und Hinterachse berechnet. Diese Druckdifferenzen wurden durch eine während der Fahrt über das Abrollen der Räder hervorgerufene Temperaturdifferenz verursacht.
Insbesondere wird aus dem Verhältnis der Druckdifferenzen an Vorder- und Hinterachse eine Beladungskenngröße abgeleitet. Da nur das Verhältnis der Druckdifferenzen betrachtet wird, verursachen auf alle Räder gleichermaßen wirkende Störeinflüsse keine grobe Verfälschung des Ergebnisses. Eine Bergfahrt, welche das Verhältnis der Druckdifferenzen verändern würde, kann bei Überprüfen auf Unterschreiten eines Schwellwerts für die Steigung ausgeschlossen werden.
Es ist vorteilhaft, nach der Erkennung eines Reifenwechsels über eine Betrachtung von Motormoment und Fahrwiderständen die Fahrzeugmasse zu berechnen. Nach einem Reifenwechsel ist der genaue Zusammenhang zwischen dem Verhältnis der Druckdifferenzen und dem Beladungszustand des Fahrzeugs unbekannt. Die Berechnung der Fahrzeugmasse über eine Betrachtung von Motormoment und Fahrwiderständen erlaubt eine unabhängige Ermittlung des Beladungszustands. Während derselben Fahrt wird auch eine Ermittlung der Beladungskenngröße durchgeführt; die zwei Methoden liefern je ein Wertepaar. Diese können zur Kalibration des Zusammenhangs zwischen Beladungskenngröße und Fahrzeugmasse verglichen werden.
Besonders bevorzugt wird eine Berechnung der Fahrzeugmasse über die Betrachtung von Motormoment und Fahrwiderständen für ein oder mehrere Fahrten wiederholt. Dabei erfolgt während jeder Fahrt eine Ermittlung der Beladungskenngröße. Die Wertepaare werden für eine spätere Analyse gespeichert. Einzelne Werte für die Fahrzeugmasse aus einer Betrachtung von Motormoment und Fahrwiderständen weichen stark voneinander ab, was durch eine Auswertung mit statistischen Methoden behoben werden kann.
Weiterhin besonders bevorzugt werden die eine oder mehreren berechnete(n) Fahrzeugmasse(n) und Beladungskenngröße(n) verglichen. Daraus lässt sich eine Kalibrierung des Zusammenhangs zwischen Änderung der Druckdifferenzen und Änderung der Fahrzeugmasse oder des Zusammenhangs zwischen Beladungskenngröße und Fahrzeugmasse bzw. Massenänderung vornehmen, wobei der erhaltene Kalibrierzusammenhang gespeichert wird.
Dieser Vergleich kann vorzugsweise durch Mittelwertbildung oder lineare Regression erfolgen, wodurch etwaige statistische Schwankungen der Werte unterdrückt werden.
Ganz besonders bevorzugt wird bei Vorhandensein eines gespeicherten Kalibrierzusammenhangs die Änderung der Druckdifferenzen oder die Beladungskenngröße in eine Fahrzeugmasse und/oder Massenänderung umgerechnet. Solange kein Reifenwechsel vorgenommen wird, erlaubt der bekannte Kalibrierzusammenhang eine gegenüber der Betrachtung von Motormoment und Fahrwiderständen beschleunigte Erkennung des Beladungszustands.
Gemäß einer weiteren besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung werden der oder die ersten Werte für den Reifendruck der Räder von Vorder- und Hinterachse gemittelt. Nach einer vorgegebenen Fahrzeit werden je ein oder mehrere weitere Werte für den Reifendruck der Räder von Vorder- und Hinterachse bestimmt und gemittelt. Aus der Summe der Differenzen zwischen zweitem und erstem Mittelwert wird eine Druckerhöhung berechnet. Diese über alle Räder summierte Druckerhöhung wird durch eine Bergfahrt nicht verfälscht, und erlaubt daher eine Beladungserkennung auch bei Fahrten mit Steigungen.
Ganz besonders bevorzugt wird bei Erkennung eines Reifenwechsels die Berechnung der Fahrzeugmasse über eine Betrachtung von Motormoment und Fahrwiderständen für ein oder mehrere Fahrten wiederholt durchgeführt. Während der oder den selben Fahrten wird ebenfalls die summierte Druckerhöhung ermittelt. Die Wertepaare werden verglichen und eine Kalibrierung des Zusammenhangs zwischen Größe der Druckerhöhung und Fahrzeugmasse oder Massenänderung durchgeführt; der erhaltene Kalibrierzusammenhang wird gespeichert.
Insbesondere wird bei Überschreiten eines vorgegebenen Schwellwerts für die Steigung anhand des gespeicherten Kalibrierzusammenhangs die summierte Druckerhöhung in eine Fahrzeugmasse und/oder Massenänderung umgerechnet.
Zweckmäßigerweise wird eine Warnung vor Reifenschäden an den Fahrer ausgegeben, wenn die für die Räder von Vorder- und Hinterachse ermittelten Druckerhöhungen einen vorgegebenen Schwellwert überschreiten. Steigt der Reifendruck während der Fahrt stark an, so droht eine thermische Beschädigung des Reifens, die bei zeitnaher Reaktion des Fahrers vermieden werden kann.
Die Erfindung betrifft auch ein Elektronisches Bremssystem, welches neben dem Verfahren zur Bremskraft- und/oder Fahrdynamikregelung ein Verfahren zur Erkennung des Beladungszustands durchführt. Anhand der ermittelten Beladungskenngröße erfolgt eine Anpassung der Parameter der Fahrdynamik- und/oder Bremskraftregelung. Hierdurch können Regeleingriffe bei gering beladenem Fahrzeug später erfolgen, was zu einem angenehmeren Fahrerlebnis führt. Gleichzeitig kann bei einem stark beladenen Fahrzeug die Sicherheit erhöht werden, indem Regeleingriffe früher erfolgen. Da aus der Beladungskenngröße mit guter Genauigkeit eine Verlagerung des Schwerpunkts ermittelt werden kann, lässt sich über eine Anpassung der Bremskraftverteilung jeweils der kürzestmögliche Bremsweg erzielen.
Zweckmäßigerweise umfasst dieses System ein Reifendruckkontrollsystem, dessen Auswertung der Daten anhand der ermittelten Beladungskenngröße angepasst wird. Somit kann der Fahrer gezielt gewarnt werden. Ist der Reifendruck für ein gering beladenes Fahrzeug korrekt, aber für eine vorhandene starke Beladung zu gering, kann vor Reifenschäden oder erhöhten Kraftstoffverbrauch gewarnt werden, ohne dass der Fahrer durch eine missverständliche Anzeige verwirrt wird.
Weitere bevorzugte Ausführungsformen ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels an Hand von Figuren.
Es zeigen
1 ein Diagramm der Abweichung Δm von über eine Betrachtung von Motormoment und Fahrwiderständen berechneter zu tatsächlicher Fahrzeugmasse in Abhängigkeit von der Anzahl der Fahrten i, über die gemittelt wird, und
2 ein Diagramm des Zusammenhangs zwischen Verhältnis der Druckdifferenzen von Vorder- und Hinterachse Δp₁/Δp₂ und Fahrzeugmasse m.
Das Verfahren basiert auf der allgemein bekannten Abhängigkeit von Reifentemperatur und Fahrzeugbeladung: Die Erhitzung der Reifen beim Abrollen nimmt mit steigender Radlast und höherer Fahrzeuggeschwindigkeit zu. Bei vielen Fahrzeugen ist der Motor vorne eingebaut, so dass die Radlasten der Vorderachse nahezu konstant bleiben, während die Radlasten der Hinterachse sich in Abhängigkeit von der Zuladung ändern. Wird ein Fahrzeug beladen, so bewirkt die Beladungsänderung eine Verlagerung des Schwerpunkts des Fahrzeugs. Fährt das Fahrzeug nun eine gewisse Zeit, wie beispielsweise 15 Minuten, mit einer Durchschnittsgeschwindigkeit ν, so ist der Temperaturanstieg ΔT in erster Näherung proportional zur Radlast F: ΔT / v ∝ F.
Diese Temperaturänderung kann anhand einer Änderung des Reifendrucks erkannt werden, da der Druckanstieg Δp proportional zur Temperaturänderung ist (Bei in einem Fahrzeugreifen üblichen Bedingungen verhält sich Luft nahezu wie ein ideales Gas).
Die Geschwindigkeit kann über Raddrehzahlinformationen aus dem Durchschnitt der Drehzahlen aller Räder bestimmt werden. Alternativ ist auch die Verwendung einer absoluten Geschwindigkeitsgröße möglich, wie sie durch einen Sensor zur Bestimmung der Geschwindigkeit über dem Boden oder durch ein Navigationsgerät auf Basis des Global Positioning Systems (GPS) ermittelt werden kann.
Wenn eine Fahrt auf ebener Strecke vorliegt, wird zur Ermittlung der Beladung der relative Druckanstieg von Hinterachse zu Vorderachse Δp₁/Δp₂ bestimmt. Das Verhältnis der Druckänderung an der Hinterachse zu der Druckänderung an der Vorderachse nimmt im Allgemeinen mit steigender Beladung zu, da der Schwerpunkt sich nach hinten verlagert.
Störende Einflüsse wie eine sich während der Fahrt ändernde Fahrbahnoberfläche oder eine Änderung der Außentemperatur wirken auf alle Räder gleichermaßen, und verfälschen daher den anhand dieser Methode ermittelten Beladungszustand nicht oder nur unwesentlich.
Das Vorliegen einer Fahrt auf ebener Strecke kann man anhand eines bei Allradfahrzeugen häufig vorhandenen Neigungssensors ermitteln. Wenn Positions- und Kartendaten aus einem Navigationssystem zur Verfügung stehen, bietet eine Analyse dieser Daten eine weitere Möglichkeit der Steigungserkennung. Alternativ kann man auch den Messwert eines Längsbeschleunigungssensors mit der aus den Raddrehzahlinformationen gewonnenen Längsbeschleunigung vergleichen.
Um die ermittelte Schwerpunktverlagerung mit einer Zunahme des Fahrzeuggewichts bzw. einer erhöhten Zuladung in Beziehung zu setzen, muss das absolute Fahrzeuggewicht über eine von der Schwerpunktsermittlung unabhängige Methode bestimmt werden. Diese Kalibrierung der relativen Beladungsinformation wird bevorzugt mit Hilfe einer Betrachtung von Motormoment und Fahrwiderständen zur Ermittlung der Fahrzeugmasse durchgeführt.
Grundlage dieses Verfahrens ist eine Bilanz der am Fahrzeug wirkenden Längskräfte, wobei gelten muss: F_Antrieb = F_Beschl + F_Steig + F_Roll + F_Luft
Die Antriebskraft F_Antrieb wird aus dem Drehmoment M des Fahrzeugmotors, einem Faktor η zur Berücksichtigung des Übersetzungsverhältnisses und des Wirkungsgrads des Getriebes, sowie dem dynamischen Radradius r_dyn berechnet:
Die Trägheitskraft F_Beschl des Fahrzeugs wird durch die Fahrzeugmasse m_Fzg, die aus Raddrehzahlinformationen berechnete Beschleunigung a_ABS, das Trägheitsmoment der Räder J_Rad sowie das effektive Trägheitsmoment des Antriebstrangs J_red bestimmt:
Die Kraft F_Steig bei Fahrten auf einem Gefälle hängt von dem Steigungswinkel α und der Erdbeschleunigung g ab; sie kann auch aus dem Vergleich von Messwert des Längsbeschleunigungssensors a_Sensor und der aus Raddrehzahlinformationen berechneten Beschleunigung a_ABS ermittelt werden: F_Steig = m_Fzg·g·sin(α) = m_FZg·(a_Sensor – a_ABS)
Der Rollwiderstand F_Roll des Fahrzeugs kann mit einer ähnlichen Formel beschrieben werden, wenn man den Rollwiderstandsbeiwert f kennt: F_Roll = f·m_Fzg·g
Der Luftwiderstand F_Luft wird über den Luftwiderstandsbeiwert c_W, die Querschnittsfläche A des Fahrzeugs, die Luftdichte ρ und die Fahrzeuggeschwindigkeit ν berechnet:
Die Gleichung für das Kräftegleichgewicht kann nach m_Fzg umgestellt und bei Vorliegen einer geeigneten Fahrsituation, wie dem Beschleunigen auf trockener gerader Strecke, ausgewertet werden.
Einige Größen sind zum Zeitpunkt der Betrachtung von Motormoment und Fahrwiderständen nicht genau bekannt. Zum Beispiel kann sich der Rollwiderstandsbeiwert wegen seiner Abhängigkeit von der Fahrbahnoberfläche auch innerhalb einer Fahrt ändern. Daher werden alle vom System direkt messbaren Werte häufiger gemessen, da dies eine näherungsweise Bestimmung der unbekannten Größen über eine Auswertung der Messdaten mit Hilfe statistischer Methoden ermöglicht. Beispielsweise werden für eine gegebene Zeitspanne von 10 s alle messbaren Werte im zeitlichen Abstand von 10 ms ermittelt, wodurch man eine Stichprobe von 1000 Werten erhält. Hierzu werden die Daten der bereits im Fahrzeug vorhandenen Sensoren und der Motorsteuerung über den CAN-Bus ausgelesen.
Man kennt den funktionalen Zusammenhang zwischen gemessenen und unbekannten Größen aus der Bilanz der am Fahrzeug wirkenden Längskräfte und nimmt eine Normalverteilung der unbekannten Größen an. Dadurch lässt sich die allgemein bekannte Momentenmethode, beschrieben z. B. in „Einführung in die Statistik", Rainer Schlittgen, Oldenbourg Wissenschaftsverlag, 9. Auflage, 2000, als mathematisches Schätzverfahren für eine Bestimmung der unbekannten Größen anwenden.
In 1 ist eine Messreihe von Daten aus zahlreichen Testfahrten zur Bestimmung der Fahrzeugmasse aus einer Betrachtung von Motormoment und Fahrwiderständen dargestellt. Gezeigt ist die Abweichung Δm (in kg) zwischen per Betrachtung von Motormoment und Fahrwiderständen berechneter Fahrzeugmasse und gewogener Fahrzeugmasse gegenüber einer laufenden Nummer i, sowie der über i Fahrten gebildete Mittelwert (durchgezogene Linie). Die bei Beschleunigungsvorgängen erhaltenen Fahrzeugmassen werden über die Dauer einer Fahrt von mindestens 15 Minuten Länge gemittelt. Dennoch streuen die Werte stark, es treten Abweichungen von bis zu 200 kg zwischen berechneter und tatsächlicher Fahrzeugmasse auf, eine typische Standardabweichung liegt bei 50 kg. Bildet man den Mittelwert über mehrere Fahrten, so kann die resultierende mittlere Fahrzeugmasse ab etwa 20 Fahrten für die Kalibrierung des beladungsabhängigen Verhältnisses der Druckdifferenzen eingesetzt werden.
In einer weiteren bevorzugten Ausführung der Erfindung wird eine anhand des Tankfüllstands bestimmte Kraftstoffmengenzunahme als Referenzmasse zur Kalibrierung des Zusammenhangs zwischen Änderung der Druckdifferenzen und Beladungsänderung verwendet.
Eine solche Kalibrierung ist nach einem Reifenwechsel nötig, daher muss bei Erkennen eines solchen die Beladungserkennung zunächst deaktiviert werden, da nur noch der Fall sehr starker Beladung erkannt werden könnte. Eine Warnung bei Überschreitung des zulässigen Gesamtgewichts ist weiterhin möglich.
Bevorzugt wird ein Reifenwechsel mit Schaltern im Fahrwerk, die bei Entlastung mindestens eines der Räder auslösen, erkannt. In einer weiteren bevorzugten Ausführung der Erfindung wird ein Reifenwechsel vom Fahrer durch das Drücken eines Tasters oder die Eingabe in einem Mensch-Maschine-Interface mitgeteilt.
Nach Erkennen eines Reifenwechsels werden über eine wiederholte Durchführung der Betrachtung von Motormoment und Fahrwiderständen mehrere Werte für die Fahrzeugmasse ermittelt und während den selben Fahrten die durch das abrollbedingte Erwärmen der Reifen hervorgerufene Druckdifferenz an Vorder- und Hinterachse bestimmt. In 2 ist die Fahrzeugmasse m (in kg) in Abhängigkeit vom Verhältnis der Druckdifferenzen an Vorder- und Hinterachse Δp₁/Δp₂ gezeigt. Man erkennt, dass eine Zunahme der Fahrzeugmasse linear mit einer Zunahme des Verhältnisses der Druckdifferenzen an Vorder- und Hinterachse verknüpft ist.
Das aus den technischen Daten des Fahrzeugs bekannte Leergewicht sowie die Radlasten von Vorder- und Hinterachse können für die Ermittlung des Kalibrierzusammenhangs berücksichtigt werden. Während einer Lernphase mit deaktivierter Beladungserkennung wird eine geeignete Anzahl von Messpunkten bestehend aus Verhältnis der Druckdifferenzen an Vorder- und Hinterachse sowie der aus einer Betrachtung von Motormoment und Fahrwiderständen erhaltenen Fahrzeugmasse bestimmt. Hierbei darf das Fahrzeuggewicht auf Grund unterschiedlicher Zuladung schwanken, dies ist sogar günstig. Durch Anpassen einer Geraden mit Hilfe der Methode der Minimierung der Fehlerquadrate kann der Kalibrierzusammenhang zwischen Verhältnis der Druckdifferenzen von Vorder- und Hinterachse und Fahrzeuggewicht bzw. zwischen Schwerpunktverlagerung und Beladungszustand ermittelt werden. Die Parameter der Gerade werden zwischengespeichert und die Beladungserkennung aktiviert.
Bei Vorliegen einer Fahrbahnsteigung bzw. einer Bergfahrt kann zur Ermittlung der Beladung der gemittelte Druckanstieg aller Räder betrachtet werden. Während dieses Verfahren durch äußere Einflüssen wie Fahrbahnbelag oder Außentemperatur verfälscht werden kann, ist eine Unempfindlichkeit gegenüber einer Bergfahrt gegeben. In Kombination beider Ansätze lassen sich so spezielle Beladungs- und Fahrzustände erkennen und eine Beladung auch unter erschwerten Bedingungen ermitteln.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

DE 102007023069 A1 [0005]
DE 10029282 A1 [0006]
DE 102007047399 A1 [0007]
DE 102006053827 A1 [0008]
DE 102005031157 A1 [0009]
DE 102006012246 A1 [0010]
DE 102005031853 A1 [0011]

Zitierte Nicht-Patentliteratur

„Einführung in die Statistik”, Rainer Schlittgen, Oldenbourg Wissenschaftsverlag, 9. Auflage, 2000 [0052]

Claims

Verfahren, bei dem eine Erkennung des Beladungszustands eines Kraftfahrzeugs anhand der aus Raddrehzahlinformationen und/oder Informationen direkt messender Reifendrucküberwachungssysteme gewonnenen Reifendrücke durchgeführt wird, dadurch gekennzeichnet, dass eine Auswertung der zwischen den Reifen von Vorder- und Hinterachse bei einer Fahrt entstehenden Druckdifferenz, welche aus der durch die unterschiedlich stark erhöhten Radlasten beim Abrollen verursachten Temperaturänderung resultiert, erfolgt.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zu Beginn einer Fahrt aus Raddrehzahlinformationen und/oder Informationen direkt messender Reifendrucküberwachungssysteme für die Räder von Vorder- und Hinterachse ein oder mehrere erste Werte für den Reifendruck bestimmt und gegebenenfalls gemittelt werden.
Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass eine Bestimmung des oder der ersten Werte für den Reifendruck nur bei Vorliegen von mindestens einer, insbesondere gleichzeitigem Vorliegen der Bedingungen a. Unterschreiten eines vorgegebenen Schwellwerts für die Steigung b. Unterschreiten eines vorgegebenen Schwellwerts für die Raddrehzahldifferenz zwischen linken und rechten Rädern und c. Nichtbetätigung der Bremsen erfolgt.
Verfahren nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass nach einer vorgegebenen Fahrzeit für die Räder von Vorder- und Hinterachse ein oder mehrere weitere Werte für den Reifendruck bestimmt und vorzugsweise gemittelt werden.
Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass eine Bestimmung des oder der weiteren Werte für den Reifendruck nur bei Vorliegen von mindestens einer, insbesondere gleichzeitigem Vorliegen der Bedingungen a. Unterschreiten eines vorgegebenen Schwellwerts für die Steigung b. Unterschreiten eines vorgegebenen Schwellwerts für die Raddrehzahldifferenz zwischen linken und rechten Rädern und c. Nichtbetätigung der Bremsen erfolgt.
Verfahren nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Differenz zwischen den Mittelwerten für ersten und weiteren Druck für Vorder- und Hinterachse berechnet wird.
Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass aus dem Verhältnis der Druckdifferenzen an Vorder- und Hinterachse eine Beladungskenngröße abgeleitet wird.
Verfahren nach mindesten einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass nach Erkennung eines Reifenwechsels über eine Betrachtung von Motormoment und Fahrwiderständen die Fahrzeugmasse berechnet wird, wobei während der selben Fahrt auch eine Ermittlung der Beladungskenngröße erfolgt.
Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass eine Berechnung der Fahrzeugmasse über die Betrachtung von Motormoment und Fahrwiderständen für ein oder mehrere Fahrten wiederholt wird, wobei während jeder Fahrt auch eine Ermittlung der Beladungskenngröße erfolgt und die Wertepaare gespeichert werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass die ein oder mehrere berechneten Fahrzeugmassen und Beladungskenngrößen verglichen werden und daraus eine Kalibrierung des Zusammenhangs zwischen Änderung der Druckdifferenzen und Änderung der Fahrzeugmasse oder des Zusammenhangs zwischen Beladungskenngröße und Fahrzeugmasse bzw. Massenänderung erfolgt, wobei der erhaltene Kalibrierzusammenhang gespeichert wird.
Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass bei Vorhandensein eines gespeicherten Kalibrierzusammenhangs die Änderung der Druckdifferenzen oder die Beladungskenngröße in eine Fahrzeugmasse und/oder Massenänderung umgerechnet wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass der oder die ersten Werte für den Reifendruck der Räder von Vorder- und Hinterachse gemittelt werden, anschließend, nach einer vorgegebenen Fahrzeit, je ein oder mehrere weitere Werte für den Reifendruck der Räder von Vorder- und Hinterachse bestimmt und gemittelt werden, und dann aus der Summe der Differenzen zwischen zweitem und erstem Mittelwert eine summierte Druckerhöhung berechnet wird.
Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass bei Erkennung eines Reifenwechsels die Berechnung der Fahrzeugmasse über eine Betrachtung von Motormoment und Fahrwiderständen für ein oder mehrere Fahrten wiederholt durchgeführt wird, die Werte für die Fahrzeugmasse mit während der oder den selben Fahrten ebenfalls ermittelten summierten Druckerhöhungen verglichen werden und daraus eine Kalibrierung des Zusammenhangs zwischen Größe der Druckerhöhung und Fahrzeugmasse oder Massenänderung erfolgt, wobei der erhaltene Kalibrierzusammenhang gespeichert wird.
Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass bei Überschreiten eines vorgegebenen Schwellwerts für die Steigung anhand des gespeicherten Kalibrierzusammenhangs die summierte Druckerhöhung in eine Fahrzeugmasse und/oder Massenänderung umgerechnet wird.
Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass eine Warnung vor Reifenschäden an den Fahrer ausgegeben wird, wenn die für die Räder von Vorder- und Hinterachse ermittelten Druckerhöhungen einen vorgegebenen Schwellwert überschreiten.
Elektronisches Bremssystem, dadurch gekennzeichnet, dass neben dem Verfahren zur Bremskraft- und/oder Fahrdynamikregelung ein Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 15 durchgeführt wird und eine Anpassung der Parameter der Fahrdynamik- und/oder Bremskraftregelung anhand der ermittelten Beladungskenngröße erfolgt.
System nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass dieses ein Reifendruckkontrollsystem umfasst, dessen Auswertung der Daten anhand der ermittelten Beladungskenngröße angepasst wird, wobei eine gezielte Warnung des Fahrers vor Überladung des Fahrzeugs oder zu geringem Reifendruck erfolgt.