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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren sowie eine Vorrichtung zur Erkennung einer Drehzahlanormalität zumindestens eines Rades eines Fahrzeugs. Darüber hinaus betrifft die Erfindung ein Fahrzeug, insbesondere einen Lastkraftwagen oder ein Nutzfahrzeug, das mit einer solchen Vorrichtung zur Erkennung einer Drehzahlanormalität zumindest eines Rades ausgestattet ist.
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Im Extremfall kann eine Drehzahlanormalität eines Rades ein vollständiges Blockieren dieses Rades bedeuten. Seit langem sind Anti-Blockier-Systeme (ABS) im Fahrzeugbereich bekannt, die blockierende Räder erkennen bzw. ein Blockieren der Räder verhindern. Wie beispielsweise die
EP 209 664 A2 verdeutlicht, verwenden Anti-Blockier-Systeme Drehzahlfühler, die fahrzeugseitig angeordnet sind und die Drehzahl des Rades ermitteln, dem sie zugeordnet sind. Die Komponenten von Anti-Blockier-Systemen sind jedoch relativ teuer, so dass gerade bei Lastkraftwägen und Nutzfahrzeugen nicht alle Räder durch das ABS-System erfasst werden. Darüber hinaus weisen zum Beispiel auch Wohnwägen keine ABS-Sensoren auf. Dennoch können natürlich auch die Räder blockieren, die nicht durch das ABS-System überwacht werden, beispielsweise durch eine Funktionsstörung einer Trommelbremse, einer Scheibenbremse oder durch ein defektes Radlager.
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Ausgehend vom beschriebenen Stand der Technik ist es eine Aufgabe der Erfindung, ein kostengünstiges Verfahren sowie eine kostengünstige Vorrichtung zur Erkennung einer Drehzahlanormalität zumindest eines Rades eines Fahrzeuges anzugeben.
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Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruches 1 und eine Vorrichtung mit den Merkmalen des Anspruches 9 gelöst. Ausführungsformen werden durch die abhängigen Ansprüche angegeben.
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Die Erfindung umfasst ein Verfahren zur Erkennung einer Drehzahlanormalität zumindest eines Rades eines Fahrzeuges mit den folgenden Schritten: Zunächst werden Daten von am Rad, insbesondere an der Felge des Rades oder am Reifen des Rades, montierbaren Sensoren gemessen. Dabei kann aus den Daten eine Drehzahl für jedes zu überwachende Rad des Fahrzeugs ermittelt werden. Basierend auf den gemessenen Daten wird für jedes zu überwachende Rad eine Drehzahl bestimmt. Zumindest eine Abweichung einer Drehzahl eines ersten Rades der zu überwachenden Räder von einer Drehzahl zumindest eines zweiten weiteren Rades der zu überwachenden Räder wird ermittelt. Basierend auf der zumindest einen Abweichung und einem Schwellwert wird eine Drehzahlanormalität des Rades erkannt. Die Sensoren können dafür eingerichtet sein, an einem rotierenden Element des Rades, wie beispielsweise der Felge des Rades oder dem Reifen des Rades, montiert zu werden, so dass die Sensoren in ihrer Montagestellung selbst rotieren. Die Sensoren können also zum Beispiel an der Felge angeordnet, an die Reifeninnenseite angeklebt oder auch in das Gummi des Reifens einvulkanisiert sein.
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Gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren werden die Daten also nicht wie beim ABS-System fahrzeugseitig, sondern radseitig, das heißt, durch am Rad montierte Sensoren, gemessen. Dies ermöglicht eine kostengünstige Ausgestaltung des Systems. Insbesondere können Radeinheiten eines Reifenluftdrucküberwachungssystems wiederverwendet werden. Ein Reifenluftdrucküberwachungssystems ist beispielsweise in der
DE 10 223 214 A1 beschrieben.
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In einer Ausführungsform wird die Drehzahl für jedes zu überwachende Rad radseitig bestimmt und drahtlos an eine fahrzeugseitige Empfangseinrichtung übertragen. In einer alternativen Ausführungsform werden die von den Sensoren gemessenen Daten drahtlos an eine fahrzeugseitige Empfangseinrichtung übertragen und die Drehzahl für jedes zu überwachende Rad wird fahrzeugseitig bestimmt.
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Somit kann aus den radseitig gemessenen Daten die Drehzahl entweder radseitig oder auch fahrzeugseitig bestimmt werden. Dies ermöglicht eine entsprechende Anpassung des Systems an den Anwendungszweck.
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Als Sensoren können beispielsweise Beschleunigungssensoren oder auch Schocksensoren verwendet werden. Diese können beispielsweise entweder an einem Reifen oder an einer Felge des Rades montiert werden. Auch der Einsatz von Verformungssensoren, die an einem Reifen des Rades montiert werden, ist möglich. Je nachdem, welche Art von Sensor gewählt wird, ist der Algorithmus für die Drehzahlbestimmung aus den gemessenen Daten entsprechend anzupassen.
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Der Schritt des Ermittelns zumindest einer Abweichung kann umfassen, dass ein Betrag einer Differenz zwischen der ersten Drehzahl des ersten Rades und einer zweiten Drehzahl eines der zweiten Räder ermittelt wird. Der so ermittelte Betrag der Differenz kann durch die erste oder die zweite Drehzahl geteilt werden. Somit ist es je nach Ausführungsform möglich, beim Erkennen einer Drehzahlanormalität auf eine absolute Abweichung der ersten Drehzahl von einer zweiten Drehzahl abzustellen oder auch auf eine relative Abweichung, die beispielsweise in Prozent ausgedrückt werden kann. Die Verwendung einer relativen Abweichung ermöglicht die Verwendung eines Schwellwertes, der von der Fahrzeuggeschwindigkeit unabhängig ist.
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In einer Ausführungsform wird eine Drehzahlanormalität des ersten Rades erkannt, wenn die zumindest eine Abweichung den Schwellwert übersteigt. Dies ist eine besonders einfache Vorgehensweise, um eine Drehzahlanormalität zu erkennen.
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In einer anderen Ausführungsform werden mehrere Abweichungen ermittelt. Das heißt, dass beispielsweise ein erster Betrag einer Differenz zwischen der ersten Drehzahl und einer zweiten Drehzahl eines zweiten Rades und ein zweiter Betrag einer Differenz zwischen der ersten Drehzahl und einer zweiten Drehzahl eines dritten Rades ermittelt werden. Diese beiden Beträge werden zusammen gezählt und durch zwei geteilt. Im Extremfall kann die Drehzahl eines Rades mit den Drehzahlen aller anderen zu überwachenden Räder verglichen werden. Somit ist es auch denkbar, eine Drehzahlanormalität des ersten Rades zu erkennen, wenn die Summe aller Abweichungen geteilt durch die Anzahl der Abweichungen den Schwellwert übersteigt.
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In einer Ausführungsform wird für jedes zweite weitere Rad der zu überwachenden Räder eine Abweichung der ersten Drehzahl des ersten Rades von der Drehzahl des zweiten weiteren Rades ermittelt. Eine Drehzahlanormalität des ersten Rades wird dann erkannt, wenn ein festgelegter Anteil der so ermittelten Abweichungen den Schwellwert übersteigt. Anders ausgedrückt, wird die Drehzahl eines Rades mit den Drehzahlen aller weiteren Räder verglichen. Wenn die so ermittelten Abweichungen beispielsweise mit einem Anteil von mehr als 50 oder auch 70% den Schwellwert übersteigen, wird davon ausgegangen, dass das erste Rad eine Drehzahlanormalität aufweist.
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Weiterhin umfasst die Erfindung eine Vorrichtung zur Erkennung einer Drehzahlanormalität zumindest eines Rades eines Fahrzeuges, die für jedes zu überwachende Rad einen am Rad, insbesondere an der Felge des Rades oder am Reifen des Rades, montierbaren Sensor aufweist zum Messen von Daten, aus denen eine Drehzahl für das Rad ermittelt werden kann. Die Vorrichtung besitzt darüber hinaus eine Drehzahlermittlungseinrichtung zum Bestimmen einer Drehzahl für jedes zu überwachende Rad basierend auf den gemessenen Daten und eine Abweichungsermittlungseinrichtung zum Ermitteln zumindest einer Abweichung einer ersten Drehzahl eines ersten Rades der zu überwachenden Räder von einer Drehzahl zumindest eines zweiten weiteren Rades der zu überwachenden Räder. Zusätzlich ist eine Erkennungseinrichtung zum Erkennen eines Drehzahlanormalität des ersten Rades basierend auf der zumindest einen Abweichung und einem Schwellwert vorgesehen. Die Sensoren können beispielsweise an einem rotierenden Element des Rades, insbesondere der Felge des Rades oder dem Reifen des Rades, montiert werden, so dass die Sensoren in ihrer Montagestellung selbst rotieren. Die Sensoren können also zum Beispiel an der Felge angeordnet, an die Reifeninnenseite angeklebt oder auch in das Gummi des Reifens einvulkanisiert sein.
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Die Drehzahlermittlungseinrichtung kann für jedes zu überwachende Rad eine jeweilige Drehzahlermittlungseinheit aufweisen, die an dem jeweiligen Rad montiert werden kann. Die Drehzahlermittlungseinheit ist dafür eingerichtet, im montierten Zustand die Drehzahl des jeweiligen Rades zu bestimmen und die bestimmte Drehzahl auszusenden. Die ausgesendete bestimmte Drehzahl wird von einer zur Vorrichtung gehörigen fahrzeugseitigen Empfangseinrichtung zum drahtlosen Empfangen der Drehzahlen von einer jeweiligen Drehzahlermittlungseinheit empfangen.
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Bei dieser Ausführungsform werden die Drehzahlen also durch eine radseitige Drehzahlermittlungseinheit bestimmt. Dadurch muss die Drehzahl nicht fahrzeugseitig ermittelt werden. Wenn der Energieverbrauch für die Berechnung der Drehzahl geringer ist als der Energieverbrauch für ein Aussenden der gemessenen Daten, kann sich dadurch auf der Seite der Radeinheit eine Energieeinsparung ergeben.
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In einer alternativen Ausführungsform werden die gemessenen Daten mittels einer Sendeinheit, die mit dem entsprechenden Sensor verbunden ist, übertragen. Eine fahrzeugseitige Empfangseinrichtung zum drahtlosen Empfangen der gemessenen Daten empfängt die so gesendeten Daten des Sensors. Die Drehzahlermittlungseinrichtung ist dabei dazu eingerichtet, basierend auf den empfangenen Daten eine Drehzahl für jedes zu überwachende Rad zu bestimmen. Bei dieser Ausführungsform muss die Drehzahl des Rades nicht radseitig berechnet werden, wodurch die Radeinheit entsprechend einfacher ausgestaltet sein kann.
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Natürlich umfasst die Erfindung auch Ausführungsformen, bei denen die Sensoren nicht nur am Rad montierbar, sondern bereits am Rad montiert sind.
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Darüber hinaus umfasst die Erfindung ein Fahrzeug, insbesondere einen Lastkraftwagen oder ein Nutzfahrzeug, mit einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Erkennung einer Drehzahlanormalität zumindest eines Rades. Dabei kann das Fahrzeug insbesondere ein Zugfahrzeug und einen Anhänger einschließen, wobei der Anhänger mindestens ein zu überwachendes Rad aufweist.
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Die Merkmale der Erfindung wurden mit Bezug auf ein Verfahren und/oder mit Bezug auf eine Vorrichtung beschrieben. Sofern nicht explizit anders angegeben, können Verfahrensmerkmale mit Vorrichtungsmerkmalen und Vorrichtungsmerkmale mit Verfahrensmerkmalen kombiniert werden. Die Verfahrensmerkmale sind also auch auf die Vorrichtung und die Vorrichtungsmerkmale auch auf das Verfahren anwendbar.
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Weitere Details und Vorteile der vorliegenden Erfindung sollen im Folgenden mit Bezug auf die Figuren erläutert werden. Dabei zeigen
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1 einen Lastkraftwagen, der mit einer erfindungsgemäßen Vorrichtung ausgestattet werden kann;
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2 eine schematische Darstellung des Lastkraftwagens aus 1 mit einer Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Vorrichtung;
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3 eine Detaildarstellung einer Radeinheit, aus 2;
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4 eine Ausführungsform des in 2 gezeigten Steuergerätes;
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5 eine weitere Ausführungsform des in 2 gezeigten Steuergerätes;
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6 eine erste Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Verfahrens und
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7 eine zweite Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Verfahrens.
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In der nachfolgenden Beschreibung werden gleiche und wirkungsgleiche Elemente mit denselben Bezugsziffern benannt, sofern nichts anderes angegeben ist.
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1 zeigt einen Lastkraftwagen 10, der mit einer Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Vorrichtung ausgestattet werden kann. Der Lastkraftwagen 10 weist ein Zugfahrzeug 11 und einen Anhänger 12 auf. Der Lastkraftwagen 10 aus 1 ist in 2 noch einmal schematisch in einem mit einer Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung ausgestatteten Zustand dargestellt. Das Zugfahrzeug 11 des Lastkraftwagens 10 weist vier Räder R1 bis R4 auf, die jeweils mit einer Radeinheit E1 bis E4 ausgestattet sind. Der Anhänger 12 umfasst die sechs Räder R5 bis R10, die wiederum mit entsprechenden Radeinheiten E5 bis E10 versehen sind. Die Radeinheiten E1 bis E10 senden Daten an die am Zugfahrzeug 11 angeordnete Empfangseinrichtung 20, die eine Antenne 21 aufweist. Die Empfangseinrichtung 20 ist dabei mit einer Verarbeitungseinrichtung 22, z.B. einem Mikroprozessor, verbunden.
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3 illustriert eine Ausführungsform der Radeinheiten E1 bis E10 aus 2. Die Radeinheit 30 umfasst einen Reifenluftdrucksensor 31, einen Temperatursensor 32 und einen Beschleunigungssensor 33. Aus dem Stand der Technik sind Verfahren bekannt, die mittels eines Beschleunigungssensors unter Ausnutzung der Erdanziehungskraft eine Drehzahl des Rades bestimmen. Die Sensoren 31 bis 33 sind mit einem Prozessor 34 verbunden, der durch eine Batterie 35 mit Energie versorgt wird. Über eine Sendeeinheit 36 und eine damit gekoppelte Antenne 37 kann der Prozessor 34 die Daten übermitteln, die von dem Beschleunigungssensor 33 gemessen wurden. In einer Ausführungsform wird durch den Prozessor 34 eine Drehzahlermittlungseinheit gebildet, die die Daten des Beschleunigungssensors 33 auswertet und daraus eine Drehzahl des Rades bestimmt. In diesem Falle werden über die Sendeeinheit nicht die gemessenen Daten des Beschleunigungssensors 33, sondern die bestimmte Drehzahl ausgesendet.
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4 zeigt eine Ausführungsform 40 der in 2 gezeigten Verarbeitungseinrichtung 22. Die Ausführungsform 40 umfasst eine Drehzahlermittlungseinrichtung 41 zum Bestimmen einer Drehzahl für jedes zu überwachende Rad basierend auf den gemessenen Daten, eine Abweichungsermittlungseinrichtung 42 zum Ermitteln zumindest einer Abweichung einer Drehzahl eines ersten Rades der zu überwachenden Räder von einer Drehzahl zumindest eines zweiten weiteren Rades der zu überwachenden Räder und eine Erkennungseinrichtung 43 zum Erkennen einer Drehzahlanormalität des ersten Rades basierend auf der zumindest einen Abweichung und einem Schwellwert. Die Ausführungsform 40 kann insbesondere dann angewendet werden, wenn die Radeinheiten E1 bis E10 derartig ausgestaltet sind, dass sie direkt die gemessenen Daten übermitteln und nicht radseitig aus diesen Daten bereits die Drehzahl des Rades bestimmen.
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5 zeigt eine weitere Ausführungsform 50 der in 2 gezeigten Verarbeitungseinrichtung 22. Diese Ausführungsform 50 umfasst eine Abweichungsermittlungseinrichtung 51 und eine Erkennungseinrichtung 52. Auf eine Drehzahlermittlungseinrichtung innerhalb der Verarbeitungseinheit 50 kann verzichtet werden, weil diese dafür vorgesehen ist, mit einer Ausführungsform einer Radeinheit 30 kombiniert zu werden, die aus den gemessenen Daten bereits radseitig eine Drehzahl des Rades bestimmt.
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6 beschreibt eine Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Verfahrens 60. In Schritt 61 werden durch die Radeinheiten E1 bis E10 Daten gemessen, aus denen für das jeweilige Rad eine Drehzahl bestimmt werden kann. Basierend auf diesen Daten bestimmt jede Radeinheit E1 bis E10 für das Rad R1 bis R10, an dem die entsprechende Radeinheit angeordnet ist, eine Drehzahl. Die bestimmte Drehzahl wird in Schritt 63 ausgesendet und in Schritt 64 von der Empfangseinrichtung 20 fahrzeugseitig empfangen.
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In Schritt 65 wird dann die Drehzahl jedes Rades mit den Drehzahlen der anderen Räder verglichen und eine entsprechende Abweichung zwischen den Drehzahlen ermittelt. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel wird eine Abweichung wie folgt berechnet: A(X, Y) = |D(X) – D(Y)| / D(X)
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Dabei bezeichnen X ein erstes Rad und Y ein zweites Rad. Die Drehzahl des Rades X ist mit D (X) und die Drehzahl des Rades Y mit D (Y) bezeichnet. Basierend auf diesen Drehzahlen ergibt sich die Abweichung zwischen den Drehzahlen der beiden Räder, die mit A (X, Y) bezeichnet ist.
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Das nachfolgende Beispiel soll diesen Verfahrensschritt weiter verdeutlichen. Für das Rad R9 soll ermittelt werden, ob das Rad R9 eine Drehzahlanormalität aufweist. Die Drehzahl des Rades R9 wird daher mit den Drehzahlen aller übrigen Räder verglichen und eine entsprechende Abweichung der Drehzahlen A (R9, Y) berechnet. Auf diese Weise entstehen für das Rad R9 neun Abweichungswerte, nämlich A (R9, R1), A (R9, R2), A (R9, R3), A (R9, R4), A (R9, R5), A (R9, R6), A (R9, R7), A (R9, R8), und A (R9, R10).
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In Schritt 66 wird dann bestimmt, ob die Drehzahl des ersten Rades (im obigen Beispiel R9) anormal ist. Für die Erkennung einer Drehzahlanormalität gibt es unterschiedliche Möglichkeiten. In einer Ausführungsform wird eine Drehzahlanormalität dann angenommen, wenn nur einer der ermittelten Abweichungswerte einen Schwellwert übersteigt. Das heißt, dass im vorliegenden Beispiel ein Alarm ausgelöst werden würde, wenn nur einer der neun ermittelten Abweichungswerte für das Rad R9 über dem Schwellwert liegt. In einer alternativen Ausführungsform wird erst dann eine Drehzahlanormalität angenommen, wenn ein festgelegter Anteil der Abweichungen den Schwellwert übersteigt. Beispielsweise könnte ein Anteil von 50% angesetzt werden. Im oben genannten Beispiel würde dann ein Alarm ausgelöst werden, wenn fünf der neun ermittelten Abweichungswerte den Schwellwert übersteigen. In noch einer weiteren Ausführungsform werden die Abweichungswerte aufsummiert und durch ihre Anzahl geteilt. Das heißt, dass im vorliegenden Beispiel alle neun Abweichungswerte zusammengezählt werden würden und die Summe durch neun geteilt werden würde. Der so ermittelte Wert würde dann mit einem Schwellwert verglichen.
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In 7 ist eine weitere Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Verfahrens dargestellt. Die gezeigte Ausführungsform 70 des Verfahrens unterscheidet sich von der Ausführungsform 60, die in 6 dargestellt ist, dadurch, dass die Drehzahlen nicht radseitig, sondern fahrzeugseitig bestimmt werden. In Schritt 71 werden durch die Sensoren, die sich in den Radeinheiten befinden, Daten gemessen, aus denen sich eine Drehzahl für das jeweilige Rad ermitteln lässt. Diese Daten werden dann in Schritt 72 an die fahrzeugseitige Empfangseinrichtung 20 übertragen, wo sie in Schritt 73 empfangen werden. Basierend auf den gemessenen und empfangenen Daten wird fahrzeugseitig durch die Verarbeitungseinrichtung 22 eine Drehzahl für jedes der zu überwachenden Räder bestimmt. Basierend auf den Drehzahlen werden dann wiederum für jedes zu überwachende Rad in Schritt 75 Drehzahlabweichungen von den Drehzahlen aller übrigen Räder bestimmt. Basierend auf diesen Drehzahlabweichungswerten und einem Schwellwert wird dann in Schritt 76 eine etwaige Drehzahlanormalität des Rades erkannt.
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Die mit Bezug auf die Figuren gemachten Erläuterungen sind rein illustrativ und nicht beschränkend zu verstehen. An den Ausführungsformen können erhebliche Änderungen vorgenommen werden, ohne den Schutzbereich der beigefügten Ansprüche zu verlassen. Ausführungen die sich auf das Verfahren beziehen sind ebenfalls auf die erfindungsgemäße Vorrichtung anwendbar, genauso wie die Ausführungen hinsichtlich der Vorrichtung auch für das Verfahren zu berücksichtigen sind.
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Bezugszeichenliste
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- 10
- Lastkraftwagen
- 11
- Zugfahrzeug
- 12
- Anhänger
- R1 bis R10
- Räder
- E1 bis E10
- Radeinheiten
- 20
- Empfangseinrichtung
- 21
- Antenne
- 22
- Verarbeitungseinrichtung
- 30
- Ausführungsform einer Radeinheit
- 31
- Reifenluftdrucksensor
- 32
- Temperatursensor
- 33
- Beschleunigungssensor
- 34
- Prozessor
- 35
- Batterie
- 36
- Sendeeinheit
- 37
- Antenne
- 40
- erste Ausführungsform einer Verarbeitungseinrichtung
- 41
- Drehzahlermittlungseinrichtung
- 42
- Abweichungsermittlungseinrichtung
- 43
- Erkennungseinrichtung
- 50
- zweite Ausführungsform einer Verarbeitungseinrichtung
- 51
- Abweichungsermittlungseinrichtung
- 52
- Erkennungseinrichtung
- 60
- erste Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Verfahrens
- 61
- Messen von Daten durch am Rad montierbare Sensoren
- 62
- Bestimmen einer Drehzahl für jedes zu überwachende Rad
- 63
- Senden der Drehzahlen
- 64
- Empfangen der Drehzahlen
- 65
- Ermitteln zumindest einer Abweichung einer ersten Drehzahl von einer Drehzahl zumindest eines zweiten weiteren Rades
- 66
- Erkennen einer Drehzahlanormalität
- 70
- zweite Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Verfahrens
- 71
- Messen von Daten durch am Rad montierbare Sensoren
- 72
- Senden der gemessenen Daten
- 73
- Empfangen der gemessenen Daten
- 74
- Bestimmen einer Drehzahl für jedes zu überwachende Rad basierend auf den empfangenen Daten
- 75
- Ermitteln zumindest einer Abweichung einer ersten Drehzahl von einer Drehzahl zumindest eines zweiten weiteren Rades
- 76
- Erkennen einer Drehzahlanormalität
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- EP 209664 A2 [0002]
- DE 10223214 A1 [0006]
