DE102011108110A1

DE102011108110A1 - Verfahren und Vorrichtung zur Regelung des Reifendrucks von Fahrzeugen

Info

Publication number: DE102011108110A1
Application number: DE201110108110
Authority: DE
Inventors: Reinhard Gutzeit
Original assignee: MAN Truck and Bus SE
Current assignee: MAN Truck and Bus SE
Priority date: 2011-07-20
Filing date: 2011-07-20
Publication date: 2013-01-24
Also published as: EP2548747A1; EP2548747B1

Abstract

Es werden ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Regelung des Reifendrucks von Fahrzeugen, insbesondere Nutzfahrzeugen, in Abhängigkeit von Fahrbetriebsparametern und von Fahrzeugparametern, vorgeschlagen, wobei während des Fahrbetriebs Fahrbahnparameter, die den aktuellen Fahrbahnzustand betreffen, erfasst werden und in Abhängigkeit von den Fahrbahnparametern die Regelung des Reifendrucks vorgenommen wird.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Regelung des Reifendrucks von Kraftfahrzeugen nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 sowie eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach dem Patentanspruch 12.
Der Reifendruck von Fahrzeugen kann während des Fahrzeugbetriebs an unterschiedliche Fahrbetriebsbedingungen angepasst werden, um beispielsweise Fahrkomfort, Lenkverhalten, Fahrstabilität, Fahrsicherheit und die Haltbarkeit der Reifen zu verbessern.
Aus der DE 40 14 379 A1 ist ein Verfahren zur Regelung des Reifendrucks von Fahrzeugreifen bekannt, bei dem der Reifendruck in Abhängigkeit von der Fahrgeschwindigkeit und in Abhängigkeit weiterer Fahrbetriebsbedingungen geregelt wird. Beispielsweise ist dabei vorgesehen, dass für Stadtfahrten ein anderer Reifendruck als für Überlandfahrten eingestellt wird. Der Reifendruck kann dabei auch in Abhängigkeit von der Reifengröße und der Reifenbauart variieren.
Aus der DE 41 09 392 A1 ist ein weiteres Verfahren und eine Vorrichtung zur Druckregelung in Reifen für Fahrzeuge bekannt, bei dem eine Steuerelektronik über Messwertgeber unterschiedliche Zustandsgrößen des Fahrzeugs erfasst. Die Regelung des Reifendrucks kann dabei auch unter Berücksichtigung des Antriebsschlupfs erfolgen.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Regelung des Reifendrucks von Fahrzeugen anzugeben, womit eine bessere Anpassung des Reifendrucks an jeweils aktuelle Fahrbetriebsbedingungen erreicht werden kann.
Die Aufgabe, soweit sich diese auf das Verfahren bezieht, wird durch die Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst, während die Aufgabe, soweit sie sich auf die Vorrichtung bezieht, durch die Merkmale des Patentanspruchs 12 gelöst wird. Bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen offenbart.
Gemäß kennzeichnendem Teil des Patentanspruchs 1 werden während des Fahrbetriebs Fahrbahnparameter, die den aktuellen Fahrbahnzustand betreffen, erfasst und in Abhängigkeit von den Fahrbahnparametern wird die Regelung des Reifendrucks beeinflusst. Durch die unmittelbare Erfassung von Fahrbahnparametern, wie Rauheit der Oberfläche, Welligkeit der Fahrbahn, Oberflächentemperatur an der Fahrbahn, etc., kann eine Aussage über den Fahrbahnzustand bzw. bevorzugt eine Klassifizierung des Fahrbahnzustands erfolgen. Die Regelung des Reifendrucks kann dann unter Berücksichtigung weiterer Fahrbetriebsparameter und/oder Fahrzeugparameter an den Fahrbahnzustand angepasst werden, um beispielsweise eine Verbesserung der Traktion zu erreichen oder um die Wirtschaftlichkeit des Fahrbetriebs zu erhöhen. Die Regelung des Reifendrucks hängt somit auch von Zielvorgaben ab, die je nach Einsatzbereich des Fahrzeugs manuell oder auch automatisch geändert werden können. Mit welcher Gewichtung dabei unterschiedliche Zielvorgaben in die Regelung des Reifendrucks einbezogen werden, lässt sich durch eine entsprechende Programmierung der Reifendruckregelanlage festlegen.
Insbesondere in Verbindung mit Fahrzeugparametern, die sich auf die technischen Merkmale der verwendeten Fahrzeugreifen beziehen, kann bei Kenntnis der aktuellen Fahrbahnparameter eine optimale Regelung des Reifendrucks erfolgen. Dabei kann es besonders vorteilhaft sein, den Fahrbahnzustand anhand der ermittelten Fahrbahnparameter zu klassifizieren und diesen beispielsweise in fünf unterschiedliche Fahrbahnzustandsklassen einzuteilen. Eine Grobeinteilung könnte dabei die nachfolgenden Fahrbahnzustandsklassen umfassen: Eisglätte, schneebedeckte Fahrbahn, loser Untergrund, raue Fahrbahnoberfläche, trockene/nasse Asphaltfahrbahn. Der Reifendruck kann nun an die festgestellte Fahrbahnzustandsklasse unter Berücksichtigung weiterer Parameter, wie Geschwindigkeit, Achslast, eingestellt werden.
Besonders vorteilhaft ist es, als wesentlichen Fahrbahnparameter den Fahrbahnreibwert zu ermitteln, und zwar kann dies durch Auswertung von Schallsignalen und/oder Radarsignalen und/oder Bildinformationen von der Fahrbahnoberfläche erfolgen. In Verbindung mit abgespeicherten, empirisch ermittelten Reifenkennlinien, die einen Bezug zu Fahrbahnreibwerten haben, kann der Reifendruck in den Fahrzeugreifen optimiert werden.
Die Einteilung in Fahrbahnzustandsklassen kann vorteilhaft dadurch erfolgen, dass in einer Fahrbahndatenbank Referenzwerte der Fahrbahnparameter enthalten sind, die unterschiedlichen Fahrbahnzustandsklassen zugeordnet sind. Durch einen Vergleich der aktuell gemessenen Fahrbahnparameter mit den abgespeicherten Referenzwerten kann nun eine Bestimmung der aktuellen Fahrbahnklasse erfolgen.
Die Regelung des Reifendrucks kann je nach Einsatzbedingungen und Zustand des Fahrzeugs bevorzugt in einem maximal möglichen Bereich durchgeführt werden, nämlich zwischen dem reifenspezifischen und/oder belastungsspezifischen (z. B. abhängig von Achslast und/oder Geschwindigkeit) Maximaldruck und dem Mindestdruck. Hierzu ist es erforderlich, dass die entsprechenden Reifenkennwerte in einem Datenspeicher abgespeichert sind. Dadurch kann beispielsweise bei sehr schwierigen Einsatzbedingungen zur Erhöhung der Traktion, beispielsweise beim Anfahren auf losem Untergrund, eine Absenkung des Reifendrucks auf den Mindestdruck erfolgen, wobei natürlich auch die Achslast an den jeweiligen Reifen zu berücksichtigen ist.
Die abgespeicherten Kennwerte der Fahrzeugreifen können auch die Veränderung der Reifeneigenschaften in Abhängigkeit vom Reifenverschleiß berücksichtigen, so dass dann auch eine Optimierung des Reifendrucks unter Berücksichtigung des Reifenverschleißes möglich ist. Zu diesem Zweck kann der Reifenverschleiß dadurch ermittelt werden, dass einerseits die Geschwindigkeit und/oder die zurückgelegte Fahrstrecke aus der Raddrehzahl und dem ursprünglichen Radumfang ermittelt wird, und andererseits mittels eines globalen Navigationssystems (GPS = Global Positioning System). Durch einen Vergleich der ermittelten Werte kann dann die Verringerung des Radumfangs gegenüber dem ursprünglichen Radumfang berechnet werden, was ein direktes Maß für den Reifenverschleiß darstellt.
Durch die Ermittlung des Reifenverschleißes ergibt sich die Möglichkeit, den Rollwiderstand, die Reifenhaftung, den Schlupf und ggf. weitere Fahrzeugeigenschaften in die Regelung des Reifendrucks einfließen zu lassen. Dies ist auf einfache Weise dann möglich, wenn in Abhängigkeit vom Reifenverschleiß entsprechende Reifenkennwerte in der Reifendruckregelanlage bzw. in einem Datenspeicher gespeichert und für die Regelung des Reifendrucks verwendbar sind.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung gemäß kennzeichnendem Teil des Patentanspruchs 12 sieht vor, dass Radargeräte, Kamerasysteme, Infrarotsysteme und/oder Schallsensoren vom Zustand der Fahrbahnoberfläche beeinflusste Signale empfangen, die zur Klassifizierung des Fahrbahnzustands dienen. Dabei können Weitbereichsradarsysteme und Nahbereichsradarsysteme sowie bildgebende Systeme zum Einsatz kommen. Die verwendeten Schallsensoren können ein breiteres Frequenzband als den Hörbereich abdecken, beispielsweise können auch Ultraschallsensoren zum Einsatz kommen. Dabei können einzelne oder mehrere dieser Einrichtungen zur Bestimmung des Fahrbahnzustandes verwendet werden, wobei auch Infrarotsysteme eingesetzt werden können.
Besonders vorteilhaft ist es außerdem, Signale von Fahrsicherheitssystemen und/oder deren Sensoren in der Reifendruckregelanlage bei der Regelung des Reifendrucks zu berücksichtigen, da diese Signale ebenfalls z. B. Fahrbetriebsparameter kennzeichnen, die bei der Optimierung des Reifendrucks berücksichtigt werden können.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert.
Es zeigen:
1 ein Blockdiagramm, welches die Signalverbindungen zwischen einer Reifendruckregelanlage und einer Vielzahl von Sensoren und weiteren Fahrzeugeinrichtungen zeigt, und
2 ein Diagramm, das für drei unterschiedliche Geschwindigkeiten eines Fahrzeugs vom Reifendruck abhängige Kennlinien für den Kraftstoffverbrauch, die Reifenlebensdauer sowie die Kraftstoff- und Reifenkosten enthält.
Das in 1 dargestellte Blockdiagramm zeigt eine Reifendruckregelanlage 1, die über mehrere Datenleitungen 2 Fahrbetriebsparameter und Fahrzeugparameter empfängt, die den Zustand des Fahrzeugs und den Fahrbetrieb betreffen. Unter Zustand des Fahrzeugs ist dabei beispielsweise das Gewicht des Fahrzeugs, die Achslasten, der Zustand und die Beschaffenheit der Reifen und der aktuelle Reifendruck zu verstehen. Den Zustand des Fahrbetriebs können Angaben über die Fahrgeschwindigkeit und insbesondere über die Fahrbahnbeschaffenheit charakterisieren.
Die Reifendruckregelanlage 1 erhält über Drucksensoren 3 von sämtlichen Reifen des Fahrzeugs die aktuellen Reifendruckwerte. Wegsensoren 4 an den Achsen übermitteln an die Reifendruckregelanlage 1 die aktuellen Achslasten, Raddrehzahlsensoren 5 übermitteln die aktuelle Fahrgeschwindigkeit, die aus der Raddrehzahl und dem Neureifenumfang berechnet wird.
In einer Einrichtung 6 wird der Reifenverschleiß als Rechengröße bestimmt, und zwar aus der Differenz zwischen der mittels der Raddrehzahlsensoren 5 bestimmten Fahrgeschwindigkeit und der mittels GPS ermittelten tatsächlichen Fahrgeschwindigkeit. Bekanntlich lässt sich die Fahrgeschwindigkeit v mit der Gleichung v = n·π – d berechnen, wobei n die Raddrehzahl und d der Raddurchmesser ist.
Wird nun durch eine Ermittlung der Fahrgeschwindigkeit mittels GPS beispielsweise eine um 0,5% geringere Fahrgeschwindigkeit ermittelt als unter Berücksichtigung der Raddrehzahl und des Neureifendurchmessers, so kann daraus auf einen um 0,5% geringeren Reifendurchmesser d geschlossen werden. Der Reifenprafilverschleiß bezogen auf den Reifendurchmesser lässt sich somit genau bestimmen.
Im vorliegenden Ausführungsbeispiel sind im Fahrzeug außerdem Einrichtungen angeordnet, die Fahrsicherheitssystemen 7 zugeordnet sind. Die Einrichtungen können Abstandsregler 8, Fahrspurasststenten 9 und weitere Sensoren 10 der Fahrsicherheitssysteme umfassen. Ein Weitbereichsradar LR und ein Nachbereichsradar SR können ebenso wie ein im Sichtbereich arbeitendes Kamerasystem 11 und ein im Infrarotbereich arbeitendes Nachtsichtgerät 12 zur Ermittlung des Fahrbahnzustands Teil der Fahrsicherheitssysteme 7 sein.
Sämtliche Daten der Fahrsicherheitssysteme 7 werden über eine Datenleitung 13 an eine Klassifizierungseinrichtung 14 übermittelt, die unter Berücksichtigung von Sensorsignalen weiterer Sensoren 15 eine Klassifizierung des Fahrbahnzustands, des Rollwiderstands der Fahrbahn und/oder des Fahrbahnreibbeiwerts vornimmt. Dabei können die weiteren Sensoren Echosignale, Federungsgeschwindigkeit, Ultraschallsignale, Außen- sowie Reifentemperatur-Signale bereitstellen. Anhand dieser Sensorsignale sowie der von den Fahrsicherheitssystemen 7 übermittelten Daten kann die Klassifizierungseinrichtung 14 die aktuelle Fahrbahnzustandsklasse, die aktuelle Rollwiderstandsklasse der Fahrbahn und die aktuelle Fahrbahnreibwertsklasse an die Reifendruckregelanlage 1 übertragen.
Der Reifendruckregelanlage 1 werden aus einem Datenspeicher 16 Reifenkennfelder für den am Fahrzeug verwendeten Reifentyp und dessen Reifengröße bereitgestellt, wobei die Reifenkennfelder beispielsweise Angaben über den Reifenrollwiderstand in Abhängigkeit vom Reifendruck sowie Angaben über den maximalen und minimalen Reifendruck in Abhängigkeit vom Reifenverschleiß enthalten können. Die Reifenkennfelder können auch die Tragfähigkeit der Reifen und weitere Reifenparameter-Kennlinien umfassen.
Anhand sämtlicher Informationen und Parameter, die den Fahrbetrieb und den Zustand des Fahrzeugs sowie den Zustand der Fahrbahnoberfläche betreffen, kann die Reifendruckregelanlage 1 unter Berücksichtigung von Reifenkennfeldern eine optimale Regelung des Reifendrucks in jedem der Fahrzeugreifen vornehmen, um eine maximale Betriebsfunktionalität oder Wirtschaftlichkeit zu erreichen.
In dem Diagramm von 2 sind für unterschiedliche Geschwindigkeiten G1, G2, G3 vom Reifendruck abhängige Verläufe für den relativen Kraftstoffverbrauch und die relative Reifenlebensdauer angegeben. Für jeweils fünf von links nach rechts linear abnehmende Reifendruckwerte wurden zu jeder der Geschwindigkeiten G1, G2, G3 Kennlinien für den Kraftstoffverbrauch und die Reifenlebensdauer ermittelt und in das Diagramm eingetragen. Der zugehörige Verlauf der Kraftstoff- und Reifenkosten ist jeweils in einer gepunkteten Kennlinie KR1, KR2, KR3 angegeben. Die Kennlinien KR1 bis KR3 zeigen, dass das Minimum der Kraftstoff- und Reifenkosten geschwindigkeitsabhängig und reifendruckabhängig ist. Somit kann eine Minimierung der Kraftstoff- und Reifenkosten durch eine entsprechende Regelung des Reifendrucks unter Berücksichtigung der jeweils aktuellen Geschwindigkeit erreicht werden.
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 4014379 A1 [0003]
DE 4109392 A1 [0004]

Claims

Verfahren zur Regelung des Reifendrucks von Fahrzeugen, insbesondere Nutzfahrzeugen, in Abhängigkeit von Fahrbetriebsparametern und von Fahrzeugparametern, dadurch gekennzeichnet, dass während des Fahrbetriebs Fahrbahnparameter, die den aktuellen Fahrbahnzustand betreffen, erfasst werden, und dass in Abhängigkeit von den Fahrbahnparametern die Regelung des Reifendrucks beeinflusst wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Fahrbahnparameter zur Klassifizierung des aktuellen Fahrbahnzustandes und/oder des Rollwiderstands der Fahrbahn und/oder des Fahrbahnreibbeiwerts verwendet werden, und dass die Regelung des Reifendrucks unter Berücksichtigung der aktuellen Klassifizierung erfolgt.
Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass zur Klassifizierung eine vorgegebene Anzahl von Fahrbahnzustandsklassen und/oder Rollwiderstandsklassen und/oder Fahrbahnreibwertklassen vorgesehen sind, und dass wenigstens eine dieser Klassen anhand der aktuellen Fahrbahnparameter ausgewählt und zur Regelung des Reifendrucks berücksichtigt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass als wesentlicher Fahrbahnparameter der Fahrbahnreibwert durch die Auswertung von Schallsignalen und/oder Radarsignalen und/oder Bildinformationen ermittelt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Fahrbahndatenbank Referenzwerte der Fahrbahnparameter zugeordnet zu unterschiedlichen Fahrbahnzustandsklassen enthält, und dass durch einen Vergleich der aktuell gemessenen Fahrbahnparametern mit den Referenzwerten eine Bestimmung der aktuellen Fahrbahnklasse erfolgt.
Verfahrens nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Regelung des Reifendrucks je nach Einsatzbedingungen und Zustand des Fahrzeugs und unter Berücksichtigung von Reifenparametern in einem Bereich zwischen dem reifenspezifischen und/oder belastungsspezifischen Maximaldruck und Mindestdruck erfolgt.
Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass für die Geschwindigkeit und/oder die zurückgelegte Fahrstrecke des Fahrzeugs einerseits aus der Raddrehzahl und dem Radumfang ein erster Wert bestimmt wird, dass andererseits mittels eines globalen Positionssystems (GPS) ein zweiter Wert bestimmt wird, und dass aus der Differenz zwischen dem ersten Wert und dem zweiten Wert der Reifenverschleiß als Reifenparameter berechnet wird.
Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der ermittelte Reifenverschleiß als Einflussgröße zur Bestimmung wesentlicher Fahrzeugeigenschaften, wie Rollwiderstand, Reifenhaftung, Schlupf, herangezogen wird.
Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Bestimmung von Fahrzeugeigenschaften in Abhängigkeit vom Reifenverschleiß mittels gespeicherter reifenspezifischer Kennlinien erfolgt.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Regelung des Reifendrucks auch unter Berücksichtigung von reifendruckabhängigen Treibstoff- und Reifenkosten erfolgt.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zur maximalen Traktionsverbesserung beim Anfahren und/oder im sonstigen Fahrbetrieb eine Absenkung des Reifendrucks auf den zulässigen reifenspezifischen Mindestdruck erfolgt.
Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der vorhergehenden Ansprüche mit einer Reifendruckregelanlage (1) die von Sensoren (3 bis 5; 10, 15, 16) und von anderen Fahrzeugeinrichtungen (6, 7) Fahrbetriebsparameter und Fahrzeugparameter empfängt und zur Regelung des Reifendrucks auswertet, dadurch gekennzeichnet, dass Radargeräte (LR, SR), Kamerasysteme (11), Infrarotsysteme (12) und/oder Schallsensoren vom Zustand der Fahrbahnoberfläche beeinflusste Signale empfangen und zur Klassifizierung des Fahrbahnzustands einer Klassifizierungseinrichtung (14) als Fahrbahnparameter übermitteln.
Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass im Fahrzeug vorhandene Fahrsicherheitssysteme (7) und/oder deren Sensoren (10) Fahrbetriebsparameter an die Fahrbahnklassifizierungseinrichtung (14) übermitteln.