DE102018132952A1 - Verfahren und vorrichtung zum erleichtern einer reifenkraftschätzung - Google Patents

Abstract

Es werden ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Erleichtern einer RDKS-Sendemodus-Auswahl offenbart. Ein beispielhaftes Fahrzeug umfasst Sensoren, einen Prozessor und einen Speicher. Die Sensoren dienen dazu, Fahrzeugdynamikinformationen (vehicle dynamics information - VDI) zu erzeugen. Der Prozessor steht in Kommunikation mit dem Speicher und mit den Sensoren. Der Prozessor ist zu Folgendem konfiguriert: das Schätzen des relativen Neigungs- und Rollwinkels unter Verwendung der VDI, das Schätzen einer Reifennormalkraft unter Verwendung des relativen Neigungs- und Rollwinkels und der VDI, das Schätzen eines Reifenrollwiderstands unter Verwendung der Reifennormalkraft, und das Schätzen einer Reifenlängskraft und einer Reifenquerkraft auf Grundlage des Reifenrollwiderstands und der VDI.

Description

• TECHNISCHES GEBIET
• Die vorliegende Offenbarung betrifft im Allgemeinen die Fahrzeugdynamikmessung und - analyse, und insbesondere Verfahren und Vorrichtungen zum Erleichtern der Reifenkraftschätzung.
• ALLGEMEINER STAND DER TECHNIK
• In jüngster Zeit werden Fahrzeuge mit bordeigenen Rechenplattformen (on-board computing platforms - OBCPs) und Sensoren ausgestattet, die Trägheitsmesseinheiten (inertial measurement units - IMUs) beinhalten, um zu messen, wie sich das Fahrzeug im Raum bewegt, bezeichnet als Fahrzeugdynamik. IMUs und OBCPs befinden sich häufig in einer Karosserie des Fahrzeugs. IMUs messen die Fahrzeugbeschleunigung auf drei Achsen: x (vorwärts/zurück), y (seitlich) und z (hoch/runter). IMUs messen zusätzlich, wie schnell sich das Fahrzeug um die drei Achsen dreht, was folgendermaßen bezeichnet wird: Neigungsrate (um y), Gierrate (um z) und Rollrate (um x). OBCPs verwenden die Messdaten, um die Kräfte zu schätzen, die auf das Fahrzeug wirken.
• KURZDARSTELLUNG
• Die beigefügten Patentansprüche definieren diese Anmeldung. Die vorliegende Offenbarung fasst Aspekte der Ausführungsformen zusammen und sollte nicht zum Einschränken der Patentansprüche verwendet werden. Andere Umsetzungen werden in Übereinstimmung mit den hier beschriebenen Techniken in Betracht gezogen, wie dem Durchschnittsfachmann bei der Durchsicht der folgenden Zeichnungen und detaillierten Beschreibung ersichtlich wird, und diese Umsetzungen sollen innerhalb des Schutzumfangs dieser Anmeldung liegen.
• Es wird ein beispielhaftes Fahrzeug offenbart. Das Fahrzeug umfasst Sensoren, einen Prozessor und einen Speicher. Die Sensoren dienen dazu, Fahrzeugdynamikinformationen (vehicle dynamics information - VDI) zu erzeugen. Der Prozessor steht in Kommunikation mit dem Speicher und mit den Sensoren. Der Prozessor ist zu Folgendem konfiguriert: das Schätzen des relativen Neigungs- und Rollwinkels unter Verwendung der VDI; das Schätzen einer Reifennormalkraft unter Verwendung des relativen Neigungs- und Rollwinkels und der VDI; und das Schätzen eines Reifenrollwiderstands unter Verwendung der Reifennormalkraft.
• Es wird ein beispielhaftes Verfahren offenbart. Das Verfahren umfasst Folgendes: das Schätzen des relativen Neigungs- und Rollwinkels mit einem Prozessor unter Verwendung der VDI von den Sensoren; das Schätzen einer Reifennormalkraft mit dem Prozessor unter Verwendung des relativen Neigungs- und Rollwinkels und der VDI; und das Schätzen eines Reifenrollwiderstands mit dem Prozessor unter Verwendung der Reifennormalkraft.
• Es wird ein beispielhaftes System offenbart. Das System umfasst eine Trägheitsmesseinheit (IMU) und einen Prozessor. Die IMU ist in einem Fahrzeug angeordnet. Der Prozessor steht in Kommunikation mit der IMU. Der Prozessor ist zu Folgendem konfiguriert: das Empfangen von VDI vom IMU; das Schätzen eines relativen Neigungswinkels und eines relativen Rollwinkels auf Grundlage der VDI; das Schätzen von der vorderen und hinteren Wirkmasse auf Grundlage des relativen Neigungswinkels; das Schätzen einer Reifennormalkraft auf Grundlage des relativen Rollwinkels und der vorderen und hinteren Wirkmasse; das Schätzen eines Reifenrollwiderstands auf Grundlage der Reifennormalkraft und der VDI; und das Schätzen einer Reifenlängskraft und einer Reifenquerkraft auf Grundlage des Reifenrollwiderstands und der VDI.
• Figurenliste
• Zum besseren Verständnis der Erfindung kann auf Ausführungsformen Bezug genommen werden, die in den folgenden Zeichnungen gezeigt sind. Die Komponenten in den Zeichnungen sind nicht zwingend maßstabsgetreu und zugehörige Elemente können weggelassen sein oder in einigen Fällen können Proportionen vergrößert dargestellt sein, um so die hierin beschriebenen neuartigen Merkmale hervorzuheben und eindeutig zu veranschaulichen. Darüber hinaus können Systemkomponenten verschiedenartig angeordnet sein, wie im Stand der Technik bekannt. Ferner sind in den Zeichnungen entsprechende Teile in den verschiedenen Ansichten durch gleiche Bezugszeichen gekennzeichnet.
• 1 ist eine schematische Draufsicht eines Fahrzeugs, das gemäß den Lehren dieser Offenbarung betrieben wird.
• 2 ist eine schematische Seitenansicht des Fahrzeugs aus 1;
• 3 ist eine schematische Vorderansicht des Fahrzeugs aus 1.
• 4 ist eine weitere schematische Seitenansicht des Fahrzeugs aus 1;
• 5 ist eine weitere schematische Vorderansicht des Fahrzeugs aus 1;
• 6 ist eine perspektivische Ansicht von einer Rad-und-Reifen-Baugruppe des Fahrzeugs aus 1.
• 7 ist ein Blockdiagramm der elektronischen Komponenten des Fahrzeugs aus 1.
• 8 ist ein ausführlicheres Blockdiagramm der Reifendynamikanalyseeinrichtung aus 7.
• 9 ist ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens zum Schätzen von Reifenkräften, das durch die elektronischen Komponenten aus 3 umgesetzt werden kann.
• DETAILLIERTE BESCHREIBUNG BEISPIELHAFTER AUSFÜHRUNGSFORMEN
• Wenngleich die Erfindung in verschiedenen Formen ausgeführt sein kann, sind in den Zeichnungen einige beispielhafte und nicht einschränkende Ausführungsformen gezeigt und nachfolgend beschrieben, wobei es sich versteht, dass die vorliegende Offenbarung als eine Erläuterung der Erfindung anhand von Beispielen anzusehen ist und damit nicht beabsichtigt wird, die Erfindung auf die konkreten veranschaulichten Ausführungsformen zu beschränken.
• Kräfte an Fahrzeugreifen, bei denen der Reifen eine Fahrbahn berührt, sind wichtig für die Fahrzeugdynamik, sind aber schwer direkt zu messen. Deshalb werden Reifenkräfte häufig auf Grundlage von Fahrzeugbewegung (z. B. Beschleunigung und Drehgeschwindigkeiten des Fahrzeugs) geschätzt, die durch Fahrzeugsensoren gemessen wurden. In Echtzeit geschätzte Reifenkraftwerte können in unterschiedlichen Anwendungen verwendet werden, die sicherheitsbezogene Fahrzeugsteuerausgestaltung, Reifenverschleißüberwachung und indirekte Fahrverhaltensanalyse etc. beinhalten.
• Traditionell gibt es zwei Ansätze, um die Reifenkräfte auf Grundlage von Fahrzeugbewegung zu schätzen: mit einem vorbestimmten Reifenkraftschlupfmodell und ohne ein Reifenkraftschlupfmodell. Mit einem Reifenkraftschlupfmodell werden die Fahrzeugdynamikinformationen in das Reifenkraftschlupfmodell eingegeben, um Reifenkraftschätzungen zu liefern. Es werden weniger Sensoren benötigt, wenn man den Reifenkraftschlupfmodellansatz verwendet, aber die sich ergebenden Schätzungen sind häufig ungenau aufgrund von Ungenauigkeiten im Kraftschlupfmodell, die durch die Nichtlinearität von Reifen und andere Faktoren verursacht werden, wie etwa Temperatur und Luftfeuchtigkeit. Ohne ein Reifenkraftschlupfmodell werden lediglich die Fahrzeugdynamikinformationen verwendet, um Reifenkräfte zu schätzen. Es kann jedoch unter einigen Betriebsbedingungen schwierig sein, genaue Ergebnisse zu erzielen, wenn einige bestehende Schätzverfahren ohne ein Reifenkraftschlupfmodell verwendet werden, insbesondere wenn das Fahrzeug gleichmäßig ausgelastet ist und die Reifenkräfte verhältnismäßig klein sind.
• Diese Offenbarung stellt Verfahren und Vorrichtungen bereit, um Reifenkräfte unter allen Fahrbedingungen, einschließlich Längskräfte auf angetriebenen Reifen bei Fahren mit konstanter Geschwindigkeit, unter Verwendung von Fahrzeugdynamikinformationen ohne ein Reifenkraftschlupfmodell in Echtzeit zu schätzen. Durch das Schätzen der Reifenkräfte unter allen Fahrbedingungen, können die Fahrgewohnheiten und der langfristige Reifenverschleiß überwacht werden.
• 1 ist eine schematische Draufsicht eines Fahrzeugs 110, das gemäß den Lehren dieser Offenbarung betrieben wird. 2 ist eine schematische Seitenansicht des Fahrzeugs 110 aus 1. 3 ist eine schematische Vorderansicht des Fahrzeugs 110 aus 1. Wie in den 1, 2 und 3 gezeigt, beinhaltet das Fahrzeug 110 Rad-und-Reifen-Baugruppen 112, einen Schwerpunkt (center of gravity - CoG) 114, einen Rollmittelpunkt 116, Sensoren 120, eine bordeigene Rechenplattform (OBCP) 130, eine Infotainment-Haupteinheit (infotainment head unit - IHU) 140 und eine Karosserie 150. Die Karosserie 150 beinhaltet Aufhängungselemente 152, wie etwa Gestänge, Verstrebungen, Federn, Dämpfer, Buchsen etc.
• Die Rad-und-Reifen-Baugruppen 112 beinhalten entsprechende Achsen. Die Rad-und-Reifen-Baugruppen 112 sind drehbar über die Achsen und die Aufhängungselemente 152 mit der Karosserie 150 verbunden. Die Rad-und-Reifen-Baugruppen beinhalten eine vordere linke Rad-und-Reifen-Baugruppe 112Fl, eine vordere rechte Rad-und-Reifen-Baugruppe 112Fr, eine hintere linke Rad-und-Reifen-Baugruppe 112Rl und eine hintere rechte Rad-und-Reifen-Baugruppe 112Rr. Im veranschaulichten Beispiel sind die Rad-und-Reifen-Baugruppen 112 im Wesentlichen identisch. In einigen Beispielen unterscheiden sich die vorderen Rad-und-Reifen-Baugruppen 112 von den hinteren Rad-und-Reifen-Baugruppen 112 (nicht gezeigt) (z. B. größere Räder und Reifen an einem Sportfahrzeug mit Heckantrieb). Die Rad-und-Reifen-Baugruppen 112, der CoG 114 und der Rollmittelpunkt 116 definieren eine Vielzahl von Abständen zwischen einander, die als eine Geometrie des Fahrzeugs 110 bezeichnet werden. Die Geometrie des Fahrzeugs 110 beinhaltet Folgendes:
• H_c, eine Höhe des CoG 114;
• H_r, eine Höhe des Rollmittelpunkts 116;
• e_F, eine vordere Spurbreite der vorderen linken und vorderen rechten Rad-und-Reifen-Baugruppe 112Fl, 112Fr;
• e_R, eine hintere Spurbreite der hinteren linken und hinteren rechten Rad-und-Reifen-Baugruppe 112R1, 112Rr;
• L_R, einen Längsabstand vom CoG 114 zu den Hinterachsen;
• L_F, einen Längsabstand vom Schwerpunkt zur Vorderachse; und
• L, einen Längsabstand zwischen der Vorder- und der Hinterachse.
• Die Sensoren 120 können in einer beliebigen geeigneten Weise in dem und um das Fahrzeug 110 herum angeordnet sein. Die Sensoren 120 können dazu montiert sein, Eigenschaften um das Äußere des Fahrzeugs 110 herum zu messen. Des Weiteren können einige Sensoren 120 innerhalb der Kabine des Fahrzeugs 110 oder in der Karosserie des Fahrzeugs 110 (wie etwa dem Motorraum, den Radkästen etc.) montiert sein, um Eigenschaften im Inneren des Fahrzeugs 110 zu messen. Beispielsweise können derartige Sensoren 120 Beschleunigungsmesser, Wegstreckenzähler, Geschwindigkeitsmesser, Neigungsraten- und Gierratensensoren, Raddrehzahlsensoren, Mikrofone, Reifendrucksensoren und biometrische Sensoren etc. beinhalten. Im veranschaulichten Beispiel sind die Sensoren 120 Raddrehzahlsensoren, Antriebsstrangüberwachungssensoren und eine Trägheitsmesseinheit (IMU). Die Sensoren 120 erzeugen Signale, die durch die OBCP 130 für jede der Rad-und-Reifen-Baugruppen 112 in Raddrehzahlen ω, Antriebsdrehmomente T_P , und Bremsdrehmomente T_B aufbereitet werden. Es versteht sich und soll nachvollzogen werden, dass die Antriebs- und Bremsdrehmomente Tp, T_B Werte sein können, die von der OBCP 130 auf Grundlage von Daten von den Sensoren 120 abgeleitet wurden. Insbesondere können diese Raddrehzahlen, Antriebsdrehmomente und Bremsdrehmomente folgendermaßen bezeichnet werden: ω_Fl , T_PFl und T_BFl für die vordere linke Rad-und-Reifen-Baugruppe 112F1; ω_Fr , T_PFr und T_BFr für die vordere rechte Rad-und-Reifen-Baugruppe 112Fr; ω_Rl , T_PRl und T_BRl für die hintere linke Rad-und-Reifen-Baugruppe 112R1; und ω_Rr , T_PRr und T_BRr für die hintere rechte Rad-und-Reifen-Baugruppe 112Rr. Die Sensoren 120 erfassen ferner die Fahrzeuggeschwindigkeit v, die Neigungsrate θ; die Gierrate φ; die Rollrate ϕ; den Vorderradlenkwinkel δ_F, die Längsbeschleunigung α_x , die Querbeschleunigung α_y , und Normalbeschleunigung α_z . Mit anderen Worten erzeugen die Sensoren 120 Fahrzeugdynamikinformationen (VDI) des Fahrzeugs 110.
• Die bordeigene Rechenplattform 130 schätzt die Kräfte an jeder der Rad-und-Reifen-Baugruppen 112 und des Luftwiderstands F_wind unter Verwendung der Fahrzeugdynamikinformationen, die von den Sensoren 120 bereitgestellt werden, wie nachfolgend ausführlicher erklärt wird. Ferner erzeugt die OBCP 130 Mitteilungen in Bezug auf die Kräfte auf die Rad-und-Reifen-Baugruppen 112 zur Darstellung über die IHU 140. Zum Beispiel erzeugt die OBCP 130 Mitteilungen in Bezug auf den Verschleiß, das Fahrverhalten, die Reifendynamik etc.
• Die Infotainment-Haupteinheit 140 stellt eine Schnittstelle zwischen dem Fahrzeug 140 und einem Benutzer bereit. Die Infotainment-Haupteinheit 140 beinhaltet digitale und/oder analoge Schnittstellen (z. B. Eingabevorrichtungen und Ausgabevorrichtungen), um eine Eingabe vom Benutzer (bzw. von den Benutzern) zu empfangen und Informationen anzuzeigen. Die Eingabevorrichtungen können zum Beispiel einen Steuerknopf, ein Armaturenbrett, eine Digitalkamera zur Bildaufnahme und/oder visuellen Befehlserkennung, einen Touchscreen, eine Audioeingabevorrichtung (z. B. ein Kabinenmikrofon), Tasten oder ein Touchpad beinhalten. Die Ausgabevorrichtungen können Kombi-Instrumentenausgaben (z. B. Drehscheiben, Beleuchtungsvorrichtungen), Aktoren, eine Blickfeldanzeige, eine Mittelkonsolenanzeige (z. B. eine Flüssigkristallanzeige (liquid crystal display - „LCD“), eine Anzeige mit organischen Leuchtdioden (organic light emitting diode - „OLED“), eine Flachbildschirmanzeige, eine Festkörperanzeige etc.) und/oder Lautsprecher beinhalten. In dem veranschaulichten Beispiel beinhaltet die Infotainment-Haupteinheit 170 Hardware (z. B. einen Prozessor oder eine Steuerung, einen Arbeitsspeicher, einen Datenspeicher etc.) und Software (z. B. ein Betriebssystem etc.) für ein Infotainmentsystem (wie etwa SYNC® und MyFord Touch® von Ford®, Entune® von Toyota®, IntelliLink® von GMC® etc.). Zusätzlich zeigt die Infotainment-Haupteinheit 140 das Infotainmentsystem beispielsweise auf der Mittelkonsolenanzeige an.
• 4 ist eine weitere schematische Seitenansicht des Fahrzeugs 110 aus 1. Wie in 4 gezeigt, ist ein relativer Neigungswinkel θ_r durch eine Längslinie entlang der Karosserie des Fahrzeug s 110 und einer Fahrbahn 402 definiert. Im Betrieb schätzt die OBCP 130 den relativen Neigungswinkel θ_r auf Grundlage von Fahrzeugdynamikinformationen von den Sensoren 120, wie nachfolgend ausführlicher beschrieben wird.
• 5 ist eine weitere schematische Vorderansicht des Fahrzeugs 110 aus 1. Wie in 5 gezeigt, ist ein relativer Rollwinkel ϕ_r durch eine Querlinie durch die Karosserie des Fahrzeugs 110 und die Fahrbahn 402 definiert. Im Betrieb schätzt die OBCP 130 den relativen Rollwinkel ϕ_r auf Grundlage von Fahrzeugdynamikinformationen von den Sensoren 120, wie nachfolgend ausführlicher beschrieben wird.
• 6 ist eine perspektivische Ansicht von einer der Rad-und-Reifen-Baugruppen 112 des Fahrzeugs 110 aus 1. Wie in 6 gezeigt, wirken eine Längsreifenkraft F_x , eine Querreifenkraft F_y , und eine Normalreifenkraft F_z , ein Reifenrollwiderstand T_r , das Antriebsdrehmoment T_P , und das Bremsdrehmoment T_B auf die Rad-und-Reifen-Baugruppe 112, wenn sich die Rad-und-Reifen-Baugruppe bei der Raddrehzahl ω dreht. Es versteht sich, dass T_P für die nichtangetriebenen Räder (z. B. die Hinterräder eines Fahrzeugs mit Frontantrieb) null ist. Es versteht sich ebenfalls, dass der Reifenrollwiderstand T_r ein Gegendrehmoment ist, das durch die Fahrbahn 402 auf die Rad-und-Reifen-Baugruppe 112 angewendet wird. Es versteht sich ferner, dass auf jede Rad-und-Reifen-Baugruppe 112 Längs-, Quer- und Normalreifenkräfte und Reifenrollwiderstände wirken. Insbesondere können diese Kräfte und das Gegendrehmoment folgendermaßen bezeichnet werden: F_xFl , F_yFl , F_zFl , und T_rFl für die vordere linke Rad-und-Reifen-Baugruppe 112F1; F_xFr , F_yFr , F_zFr , und T_rFr für die vordere rechte Rad-und-Reifen-Baugruppe 112Fr; F_xRl , F_yRl , F_zRl , und T_rRl für die hintere linke Rad-und-Reifen-Baugruppe 112R1; und F_xRl , F_yRr , F_zRr , und T_rRr für die hintere rechte Rad-und-Reifen-Baugruppe 112Rr. Im Betrieb schätzt die OBCP 130 die Längs- und Normalreifenkräfte F_x , F_z und die Reifenrollwiderstände T_r für jede der Rad-und-Reifen-Baugruppen 112 auf Grundlage von Fahrzeugdynamikinformationen von den Sensoren 120, wie nachfolgend ausführlicher beschrieben wird. Ferner schätzt die OBCP 130 im Betrieb eine vordere Querkraft F_yFa für die vorderen Rad-und-Reifen-Baugruppen 112F1, 112Fr entlang der Vorderachse und eine hintere Querkraft F_yRa für die hinteren Rad-und-Reifen-Baugruppen 112R1, 112Rr entlang der Hinterachse auf Grundlage von Fahrzeugdynamikinformationen von den Sensoren 120, wie nachfolgend ausführlicher beschrieben wird.
• 7 ist ein Blockdiagramm der elektronischen Komponenten 700 des Fahrzeugs 110 aus 1. Der erste Fahrzeugdatenbus 702 koppelt die Sensoren 120, die OBCP 130 und andere Vorrichtungen, die mit dem ersten Fahrzeugdatenbus 702 verbunden sind, kommunikativ. In einigen Beispielen ist der erste Fahrzeugdatenbus 702 in Übereinstimmung mit dem Controller-Area-Network-(CAN-)Bus-Protokoll nach der Definition durch die International Standards Organization (ISO) 11898-1 umgesetzt. Alternativ dazu kann der erste Fahrzeugdatenbus 702 in einigen Beispielen ein Media-Oriented-Systems-Transport-(MOST-)Bus oder ein CAN-Flexible-Data-(CAN-FD-)Bus (ISO 11898-7) sein. Der zweite Fahrzeugdatenbus 704 koppelt die OBCP 130 und die Infotainment-Haupteinheit 140 kommunikativ. Der zweite Fahrzeugdatenbus 704 kann ein MOST-Bus, ein CAN-FD-Bus oder ein Ethernet-Bus sein. In einigen Beispielen trennt die OBCP 130 den ersten Fahrzeugdatenbus 702 und den zweiten Fahrzeugdatenbus 704 kommunikativ (z. B. über Firewalls, Mitteilungsvermittler etc.). Alternativ dazu sind in einigen Beispielen der erste Fahrzeugdatenbus 702 und der zweite Fahrzeugdatenbus 704 derselbe Datenbus.
• Die OBCP 130 beinhaltet einen Prozessor oder eine Steuerung 710 und einen Speicher 720. Im veranschaulichten Beispiel ist die OBCP 130 so aufgebaut, dass sie eine Reifendynamikanalyseeinrichtung 730 beinhaltet. Alternativ kann die Reifendynamikanalyseeinrichtung 730 in einigen Beispielen in eine weitere elektronische Steuereinheit (electronic control unit - ECU) mit eigenem Prozessor 710 und Speicher 720 eingebaut sein. Bei dem Prozessor oder der Steuerung 710 kann es sich um eine beliebige geeignete Verarbeitungsvorrichtung oder einen Satz von Verarbeitungsvorrichtungen handeln, wie etwa unter anderem: einen Mikroprozessor, eine mikrocontrollerbasierte Plattform, eine geeignete integrierte Schaltung, einen oder mehrere feldprogrammierbare Gate-Arrays (field programmable gate arrays - FPGAs) und/oder eine oder mehrere anwendungsspezifische integrierte Schaltungen (application-specific integrated circuits - ASICs). Bei dem Speicher 720 kann es sich um flüchtigen Speicher (z. B. RAM, der nichtflüchtigen RAM, magnetischen RAM, ferroelektrischen RAM und beliebige andere geeignete Formen beinhalten kann); nichtflüchtigen Speicher (z. B. Plattenspeicher, FLASH-Speicher, EPROMs, EEPROMs, nichtflüchtigen Festkörperspeicher etc.), unveränderbaren Speicher (z. B. EPROMs), Festwertspeicher und/oder Speichervorrichtungen mit hoher Kapazität (z. B. Festplatten, Festkörperlaufwerke etc.) handeln. In einigen Beispielen beinhaltet der Speicher 720 mehrere Speicherarten, insbesondere flüchtigen Speicher und nichtflüchtigen Speicher.
• Bei dem Speicher 720 handelt es sich um computerlesbare Medien, auf denen ein oder mehrere Sätze von Anweisungen, wie etwa die Software zum Ausführen der Verfahren der vorliegenden Offenbarung, eingebettet sein können. Die Anweisungen können eines oder mehrere der Verfahren oder eine Logik, wie hierin beschrieben, verkörpern. In einer bestimmten Ausführungsform können sich die Anweisungen während der Ausführung der Anweisungen vollständig oder zumindest teilweise in einem beliebigen oder mehreren von dem Speicher 720, dem computerlesbaren Medium und/oder im Prozessor 710 befinden. Der Speicher 720 speichert eine Fahrzeugdynamikschwellenwertdatenbank 722. Die Fahrzeugdynamikschwellenwertdatenbank 722 beinhaltet vorbestimmte Reifenkraftschwellenwerte in Bezug auf die Reifenverschleißüberwachung und/oder die Fahrzeugdynamiküberwachung.
• Die Begriffe „nichttransitorisches computerlesbares Medium“ und „physisches computerlesbares Medium“ sind so zu verstehen, dass sie ein einzelnes Medium oder mehrere Medien einschließen, wie etwa eine zentralisierte oder verteilte Datenbank und/oder zugehörige Zwischenspeicher und Server, in denen ein oder mehrere Sätze Anweisungen gespeichert sind. Die Ausdrücke „nichttransitorisches computerlesbares Medium“ und „physisches computerlesbares Medium“ beinhalten zudem ein beliebiges physisches Medium, das zum Speichern, Verschlüsseln oder Tragen eines Satzes von Anweisungen zur Ausführung durch einen Prozessor in der Lage ist oder das ein System dazu veranlasst, ein beliebiges oder mehrere der hier offenbarten Verfahren oder Vorgänge durchzuführen. Im hier verwendeten Sinne ist der Ausdruck „physisches computerlesbares Medium“ ausdrücklich so definiert, dass er jede beliebige Art von computerlesbarer Speichervorrichtung und/oder Speicherplatte beinhaltet und das Verbreiten von Signalen ausschließt.
• 8 ist ein ausführlicheres Blockdiagramm der Reifendynamikanalyseeinrichtung 730 aus 7. Die Reifendynamikanalyseeinrichtung 730 beinhaltet einen Datenempfänger 810, eine Relativwinkelschätzeinrichtung 820, eine Wirkmasseschätzeinrichtung 830, eine Reifennormalkraftschätzeinrichtung 840, eine Rollwiderstandschätzeinrichtung 850, eine Windkraftschätzeinrichtung 860, eine Reifenlängs- und -querkraftschätzeinrichtung 870 und einen Rückmeldungserzeuger 880. Die Reifenlängs- und -querkraftschätzeinrichtung 870 beinhaltet einen erweiterten Kalman-Filter 872.
• Im Betrieb empfängt der Datenempfänger 810 Fahrzeugdynamikinformationen, die von den Sensoren 120 gesendet wurden.
• Im Betrieb schätzt die Relativwinkelschätzeinrichtung 820 schätzt den relativen Neigungswinkel θ_r und den relativen Rollwinkel ϕ_r. Insbesondere schätzt die Relativwinkelschätzeinrichtung 820 den relativen Neigungswinkel θ_r auf Grundlage der Längsbeschleunigung α_x , des vorderen und hinteren Antriebsdrehmoments T_PF , T_PR und einer ersten, zweiten und dritten vorbestimmten Konstante c₁ , c₂ , c₃ unter Verwendung der nachfolgenden Gleichung 1. Ferner schätzt die Relativwinkelschätzeinrichtung den relativen Rollwinkel ϕ_r auf Grundlage der Querbeschleunigung α_y und einer vierten vorbestimmten Konstante c₄ unter Verwendung der nachfolgenden Gleichung 2. $$Q_r\approx c_1{a}_x+c_2{T}_{PF}+c_3{T}_{PR}$$

  

  $${\varphi }_r\approx c_4{a}_y$$

  
• Insbesondere sind die erste, zweite, dritte und vierte Konstante c₁ , c₂ , c₃ , und c₄ lineare Regressionsgewichte, die von der Geometrie des Fahrzeugs 110 und physikalischen Parametern (Federkonstanten, Dämpfkonstanten, Gelenkreibungen etc.) der Aufhängungselemente 152 abhängen. Die erste Konstante c₁ ist ein Längsbeschleunigungsregressionskoeffizient. Die zweite Konstante c₂ ist ein vorderer Antriebsdrehmomentregressionskoeffizient. Die dritte Konstante c₃ ist ein hinterer Antriebsdrehmomentregressionskoeffizient. Die vierte Konstante c₄ ist ein Querbeschleunigungsregressionskoeffizient. Die Konstanten c₁ , c₂ , c₃ und c₄ sind im Speicher 720 gespeichert. Die Konstanten c₁ , c₂ , c₃ und c₄ werden für einzelne Fahrzeugreihen experimentell während des Fahrzeugreihenprüfens und/oder in Echtzeit über die Messungen von den Sensoren 120 bestimmt.
• Im Betrieb schätzt die Wirkmasseschätzeinrichtung 830 die Wirkmassen, die von der Vorder- und Hinterachse m_F , m_R geteilt werden. Insbesondere schätzt die Wirkmasseschätzeinrichtung 830 die senkrechte Kraft die von der Vorderachse des Fahrzeugs 110 F_zF auf Grundlage der Gesamtmasse des Fahrzeugs 110 m, der Höhe des CoG 114 H_c , dem relativen Neigungswinkel θ_r, dem Längsabstand vom CoG 114 zur Hinterachse L_R , und dem Längsabstand zwischen der Vorder- und Hinterachse L unter Verwendung der nachfolgenden Gleichung 3 geteilt wird. Ferner schätzt die Wirkmasseschätzeinrichtung 830 die senkrechte Kraft die von der Hinterachsen des Fahrzeugs 110 FZR auf Grundlage der Gesamtmasse des Fahrzeugs 110 m, der Höhe des CoG 114 H_c , dem relativen Neigungswinkel θ_r, dem Längsabstand vom CoG 114 zur Hinterachse L_F , und dem Längsabstand zwischen der Vorder- und Hinterachse L unter Verwendung der nachfolgenden Gleichung 4 geteilt wird. $$F_{zF}=-m\frac{H_C}{L}\left(a_x\text{cos}{\theta }_r+a_z\text{sin}{\theta }_r\right)-m\frac{L_R}{L}\left(a_x\text{sin}{\theta }_r-a_z{\text{cos}}_r\right)$$

  

  $$F_{zR}=m\frac{H_C}{L}\left(a_x\text{cos}{\theta }_r+a_z\text{sin}{\theta }_r\right)-m\frac{L_F}{L}\left(a_x\text{sin}{\theta }_r-a_z{\text{cos}}_r\right)$$

  
• Ferner schätzt die Wirkmasseschätzeinrichtung 830 im Betrieb die Wirkmasse, die von den Vorderachsen des Fahrzeugs 110 m_F auf Grundlage der senkrechten Kraft geteilt wird, die durch die Vorderachsen des Fahrzeugs 110 F_zF geteilt wird, und der Standardbeschleunigung aufgrund der Schwerkraft g (ungefähr 9,8 m/s²) unter Verwendung der nachfolgenden Gleichung 5. Zusätzlich schätzt die Wirkmasseschätzeinrichtung 830 die Wirkmasse, die von den Hinterachsen des Fahrzeugs 110 m_R auf Grundlage der senkrechten Kraft geteilt wird, die von der Hinterachse des Fahrzeugs 110 F_zR geteilt wird, und der Standardbeschleunigung aufgrund der Schwerkraft g unter Verwendung der nachfolgenden Gleichung 6. $$m_F=\frac{F_{zF}}{g}$$

  

  $$m_R=\frac{F_{zR}}{g}$$

  
• Im Betrieb schätzt die Reifennormalkraftschätzeinrichtung 840 die Normalkräfte auf jede der Rad-und-Reifen-Baugruppen 112 auf Grundlage des relativen Rollwinkels ϕ_r, der Querbeschleunigung α_y , der Normalbeschleunigung α_z, der vorderen und hinteren Wirkmasse m_F , m_R , der Höhe des CoG 114 H_c , der Höhe des Rollmittelpunkts 116 H_r , der vorderen Spurbreite e_F , und der hinteren Spurbreite e_R unter Verwendung der nachfolgenden Gleichungen 7, 8, 9 und 10: $$F_{zFl}=m_F\frac{H_C}{e_F}\left(a_y\text{cos}{\varphi }_r+a_z\text{sin}{\varphi }_r\right)-\frac{m_F}{e_R}\left(a_y\text{sin}{\varphi }_r-a_z\text{cos}{\varphi }_r\right)\left(\frac{e_F}{2}+H_r\text{sin}{\varphi }_r\right)$$

  

  $$F_{zFr}=-m_F\frac{H_C}{e_F}\left(a_y\text{cos}{\varphi }_r+a_z\text{sin}{\varphi }_r\right)-\frac{m_F}{e_R}\left(a_y\text{sin}{\varphi }_r-a_z\text{cos}{\varphi }_r\right)\left(\frac{e_F}{2}-H_r\text{sin}{\varphi }_r\right)$$

  

  $$F_{zRl}=m_R\frac{H_C}{e_R}\left(a_y\text{cos}{\varphi }_r+a_z\text{sin}{\varphi }_r\right)-\frac{m_R}{e_R}\left(a_y\text{sin}{\varphi }_r-a_z\text{cos}{\varphi }_r\right)\left(\frac{e_R}{2}+H_r\text{sin}{\varphi }_r\right)$$

  

  $$F_{zRr}=-m_R\frac{H_C}{e_R}\left(a_y\text{cos}{\varphi }_r+a_z\text{sin}{\varphi }_r\right)-\frac{m_R}{e_R}\left(a_y\text{sin}{\varphi }_r-a_z\text{cos}{\varphi }_r\right)\left(\frac{e_R}{2}+H_r\text{sin}{\varphi }_r\right)$$

  
• Im Betrieb schätzt die Rollwiderstandschätzeinrichtung 850 den Rollwiderstand T_r für jede der Rad-und-Reifen-Baugruppen 112 auf Grundlage der entsprechenden Normalkraft jeder Rad-und-Reifen-Baugruppe 112 F_z , der entsprechenden Raddrehzahl ω jeder Rad-und-Reifen-Baugruppe 112, und der fünften und sechsten Konstante c₅ , c₆ unter Verwendung der nachfolgenden Gleichung 11. $$T_r\approx F_Z\left(c_5+C_6\omega \right)$$

  
• Insbesondere sind die fünfte und sechste Konstante c₅ , c₆ lineare Regressionsgewichte, die von der Reifengeometrie und der Materialzusammensetzung abhängen. Die fünfte Konstante c₅ ist ein Reifennormalkraftregressionskoeffizient. Die sechste Konstante c₆ ist ein Reifennormalkraft-Drehzahl-Regressionskoeffizient. Die Konstanten c₅ und c₆ sind im Speicher 720 gespeichert. Die Konstanten c₅ und c₆ werden für einzelne Fahrzeugreihen experimentell während des Fahrzeugreihenprüfens und/oder in Echtzeit über die Messungen von den Sensoren 120 bestimmt.
• Im Betrieb schätzt die Windkraftschätzeinrichtung 860 die Luftwiderstandskraft Fwind auf Grundlage der Fahrzeuggeschwindigkeit v und einer siebenten Konstante c₇ unter Verwendung der nachfolgenden Gleichung 12. $$F_{wind}=c_7{v}^2$$

  
• Insbesondere ist die siebente Konstante c₇ ein lineares Regressionsgewicht, das von der Geometrie des Fahrzeugs 110 abhängt. Die siebente Konstante c₇ ist ein Luftwiderstandregressionskoeffizient. Die Konstante c₇ ist im Speicher 720 gespeichert. Die Konstante c₇ wird für einzelne Fahrzeugreihen experimentell während des Fahrzeugreihenprüfens und/oder in Echtzeit über die Messungen von den Sensoren 120 bestimmt.
• Im Betrieb schätzt die Reifenlängs- und -querreifenkraftschätzeinrichtung 870 die Längsreifenkräfte F_x für jede der Rad-und-Reifen-Baugruppen 112 und die Querreifenkräfte F_ya für die vorderen und hinteren Paare von Rad-und-Reifen-Baugruppen 112 unter Verwendung eines erweiterten Kalman-Filters 872 auf Grundlage des Modells des dynamischen Systems, dass durch die nachfolgenden Matrixgleichungen 13 und 14 beschrieben wird. $$x_k=f\left(x_{k-1},u_{k-1}\right)+w_{k-1}$$

  

  $$y_k=h\left(x_k\right)+v_{k-1}$$

  
• Wie in Gleichung 13 gezeigt, ist f eine Funktion, deren Eingangswerte zwei Vektoren x_k-1 und u_k-1 sind und w_k-1 ist ein nichtmodellierter Fehler, manchmal auch als Störgröße bezeichnet, und x_k ist ein Ergebnisvektor. Diese Störgröße w_k-1 kann zum Beispiel aufgrund von Änderungen in der Beladung des Fahrzeugs 110, Fehlern in der bestimmten Windkraft (z. B. einen Gepäckträger, der auf das Fahrzeug geschnallt ist) etc. verursacht werden. Ferner ist h, wie in Gleichung 14 gezeigt, eine Funktion, deren Eingangswert der Vektor x ist, v_k-1 ist das elektronische Rauschen der elektronischen Komponenten 700 und y ist a Ergebnisvektor.
• Insbesondere beinhaltet die Reifenlängs- und -querkraftschätzeinrichtung 870 einen erweiterten Kalman-Filter 872. Um die Längs- und Querreifenkräfte F_x , F_ya , zu schätzen, geht die Reifenlängs- und -querreifenkraftschätzeinrichtung 870 davon aus, dass w_k-1 und v_k-1 zufällige Variablen sind, die normal verteilt sind und einen Null-Mittelwert aufweisen, und führt den erweiterten Kalman-Filter 872 auf Grundlage der Antriebsdrehmomente T_PFl , T_PFr ; der Bremsdrehmomente T_BFl , T_BFr , T_BRl , T_BRr ; der Luftwiderstandskraft F_wind , der Rollwiderstände T_rFl , T_rFr , T_rRl , T_rRr ; dem Lenkwinkel δ_F, der Gierrate φ; der Raddrehzahlen ω_Fl, ω_Fr, ω_Rl, ω_Rr, der Längsbeschleunigung α_x, der Querbeschleunigung α_y, einer Abtastrate Δt der Sensoren 120, eines Radius r der Rad-und-Reifen-Baugruppen 112 und einem Trägheitsmoment I_ω der Rad-und-Reifen-Baugruppen 112 unter Verwendung der nachfolgenden Matrixgleichungen 15 bis 57 aus. $${\widehat{x}}_k^{-}=f\left({\widehat{x}}_{k-1},u_{k-1}\right)$$

  

  wobei $$\begin{array}{l}{x}_{k-1}=\\ {\left[{\omega }_{Fl},{\omega }_{Fr},{\omega }_{Rl},{\omega }_{Rr},\dot{\phi },F_{xFl},{\dot{F}}_{xFl},F_{xFr},{\dot{F}}_{xFr},F_{xRl},{\dot{F}}_{xRl},F_{xRr},{\dot{F}}_{xRr},F_{yFa},{\dot{F}}_{yFa},F_{yRa},{\dot{F}}_{yRa}\right]}^T\end{array}$$

  

  $${\text{u}}_{\text{k}-1}={\left[{\text{T}}_{\text{PFl}}-{\text{T}}_{\text{BFl}}-{\text{T}}_{\text{rFl}},{\text{T}}_{\text{PFr}}-{\text{T}}_{\text{BFr}}-{\text{T}}_{\text{rFr}},{\text{T}}_{\text{PRl}}-{\text{T}}_{\text{BRl}}-{\text{T}}_{\text{rRl}},{\text{T}}_{\text{PRr}}-{\text{T}}_{\text{BRr}}-{\text{T}}_{\text{rRr}},{\mathrm{\delta }}_{\text{F}}\right]}^{\text{T}}$$

  

  $$f\left(x_{k-1},u_{k-1}\right)={\left[f_1\left(x_{k-1},u_{k-1}\right),f_2\left(x_{k-1},u_{k-1}\right),\dots ,f_{17}\left(x_{k-1},u_{k-1}\right)\right]}^T$$

  

  wobei $$\begin{array}{c}{f}_1\left(x_{k-1},u_{k-1}\right)=x_{k\mathrm{,1}}={\omega }_{Fl,k}\\ =\left[\left(T_{PFl,k-1}-T_{BFl,k-1}-T_{rFl,k-1}+F_{xFl,k-1}r\right)\frac{1}{I_{\omega }}\right]\mathrm{\Delta }t+{\omega }_{Fl,k-1}\end{array}$$

  

  $$\begin{array}{c}{f}_2\left(x_{k-1},u_{k-1}\right)=x_{k\mathrm{,2}}={\omega }_{Fr,k}\\ =\left[\left(T_{PFr,k-1}-T_{BFr,k-1}-T_{rFr,k-1}+F_{xFr,k-1}r\right)\frac{1}{I_{\omega }}\right]\mathrm{\Delta }t+{\omega }_{Fr,k-1}\end{array}$$

  

  $$\begin{array}{c}{f}_3\left(x_{k-1},u_{k-1}\right)=x_{k\mathrm{,3}}={\omega }_{Rl,k}\\ =\left[\left(T_{PRl,k-1}-T_{BRl,k-1}-T_{rRl,k-1}+F_{xRl,k-1}r\right)\frac{1}{I_{\omega }}\right]\mathrm{\Delta }t+{\omega }_{Rl,k-1}\end{array}$$

  

  $$\begin{array}{c}{f}_4\left(x_{k-1},u_{k-1}\right)=x_{k\mathrm{,4}}={\omega }_{Rr,k}\\ =\left[\left(T_{PRr,k-1}-T_{BRr,k-1}-T_{rRr,k-1}+F_{xRr,k-1}r\right)\frac{1}{I_{\omega }}\right]\mathrm{\Delta }t+{\omega }_{Rr,k-1}\end{array}$$

  

  $$\begin{array}{c}{f}_5\left(x_{k-1},u_{k-1}\right)=x_{k\mathrm{,5}}={\dot{\phi }}_k\\ \approx \{[F_{yF,k-1}{L}_F-F_{yR,k-1}{L}_R+\left(F_{xFl,k-1}cos{\delta }_{F,k-1}-F_{xFr,k-1}cos{\delta }_{F,k-1}\right)\frac{e_F}{2}\\ +\left(F_{xRl,k-1}-F_{xRr,k-1}\right)\frac{e_R}{2}]\frac{1}{I_Z}\}\mathrm{\Delta }t+{\dot{\phi }}_{k-1}\end{array}$$

  

  wobei $$F_{yf}=-\left(F_{xFl}sin{\delta }_F+F_{xFr}sin{\delta }_F\right)+F_{yFa}cos{\delta }_F$$

  

  $$F_{yR}\approx F_{\text{yRa}}$$

  

  $$f_6\left(x_{k-1},u_{k-1}\right)=x_{k\mathrm{,6}}=F_{xFl,k}={\dot{F}}_{xFl,k-1}\mathrm{\Delta }t+F_{xFl,k-1}$$

  

  $$f_7\left(x_{k-1},u_{k-1}\right)=x_{k\mathrm{,7}}={\dot{F}}_{xFl,k}=0$$

  

  $$f_8\left(x_{k-1},u_{k-1}\right)=x_{k\mathrm{,8}}=F_{xFr,k}={\dot{F}}_{xFr,k-1}\mathrm{\Delta }t+F_{xFr,k-1}$$

  

  $$f_9=\left(x_{k-1},u_{k-1}\right)=x_{k\mathrm{,9}}={\dot{F}}_{xfr,k}=0$$

  

  $$f_{10}\left(x_{k-1},u_{k-1}\right)=x_{k\mathrm{,10}}=F_{xRl,k}={\dot{F}}_{xRl,k-1}\mathrm{\Delta }t+F_{xRl,k-1}$$

  

  $$f_{11}\left(x_{k-1},u_{k-1}\right)=x_{k\mathrm{,11}}={\dot{F}}_{xRl,k}=0$$

  

  $$f_{12}\left(x_{k-1},u_{k-1}\right)=x_{k\mathrm{,12}}=F_{xRr,k}={\dot{F}}_{xRr,k-1}\Delta t+F_{xRr,k-1}$$

  

  $$f_{13}\left(x_{k-1},u_{k-1}\right)=x_{k\mathrm{,13}}={\dot{F}}_{xRr,k}=0$$

  

  $$f_{14}\left(x_{k-1},u_{k-1}\right)=x_{k\mathrm{,14}}=F_{yFa,k}={\dot{F}}_{yFa,k-1}\Delta t+F_{yFa,k-1}$$

  

  $$f_{15}\left(x_{k-1},u_{k-1}\right)=x_{k\mathrm{,15}}={\dot{F}}_{yFa,k}=0$$

  

  $$f_{16}\left(x_{k-1},u_{k-1}\right)=x_{k\mathrm{,16}}={\dot{F}}_{yRa,k}={\dot{F}}_{yRa,k-1}\Delta t+F_{yRa,k-1}$$

  

  $$f_{17}\left(x_{k-1},u_{k-1}\right)=x_{k\mathrm{,17}}={\dot{F}}_{yRa,k}=0$$

  

  $${\widehat{y}}_k=h\left(x_k\right)$$

  

  wobei $$y_k={\left[\dot{\phi },{\omega }_{Fl},{\omega }_{Fr},{\omega }_{Rl},{\alpha }_x,{\alpha }_y\right]}^T\text{ bei Schritt k}$$

  

  $$h\left(x_k\right)={\left[h_1\left(x_k\right),h_2\left(x_k\right),\dots ,h_7\left(x_k\right)\right]}^T$$

  

  wobei $$h_1\left(x_k\right)={\dot{\phi }}_k$$

  

  $$h_2\left(x_k\right)={\omega }_{Fl,k}$$

  

  $$h_3\left(x_k\right)={\omega }_{Fr,k}$$

  

  $$h4\left(x_k\right)={\omega }_{Rl,k}$$

  

  $$h_5\left(x_k\right)={\omega }_{Rr,k}$$

  

  $$h_6\left(x_k\right)=a_x=\left(F_{xF,k}+F_{xR,k}-F_{wind,k}\right)\frac{1}{m}$$

  

  wobei $$F_{xF}=-\left(F_{xFl}cos{\delta }_F+F_{xFr}cos{\delta }_F\right)-F_{yFa}sin{\delta }_F$$

  

  $$F_{xR}\approx -F_{xRl}-F_{xRr}$$

  

  $$h_7\left(x_k\right)=a_y=\left(F_{yF,k}+F_{yR,k}\right)\frac{1}{m}$$

  

  wobei $$F_{yF}=-\left(F_{xFl}sin{\delta }_F+F_{xFr}sin{\delta }_F\right)+F_{yFa}cos{\delta }_F$$

  

  $$F_{yR}\approx F_{yRa}$$

  

  $$P_k^{-}=A_k{P}_{k-1}{A}_k^T+Q$$

  

  wobei $$A_k=\frac{\partial f}{\partial x}\left({\widehat{x}}_{k-1},u_{k-1}\right)$$

  

  $$K_k=P_k^{-}{H}_k^T{\left(H_k{P}_k^{-}{H}_k^T+R\right)}^{-1}$$

  

  wobei $$H_k=\frac{\partial h}{\partial x}\left({\widehat{x}}_k\right)$$

  

  $${\widehat{x}}_k={\widehat{x}}_k-K_k\left[y_k-h\left({\widehat{x}}_k^{-}\right)\right]$$

  

  $$P_k=\left(I-K_k{H}_k\right)P_k^{-}$$

  
• Es versteht sich und soll nachvollzogen werden, dass der Vektor y_k , der in den vorstehenden Gleichungen 38, 39 und 56 gezeigt ist, Messungen beschreibt, die durch die Sensoren 120 in dem physikalischen System, das durch die vorstehenden Gleichungen 13 und 14 beschrieben wird, mit dem Messrauschen von den elektronischen Komponenten 700 erzeugt wurden.
• In einigen Beispielen ist der Anfangswert von P₁ ^- gleich Q in der vorstehenden Gleichung 12. Es versteht sich, dass Q und R Parameter sind, die im erweiterten Kalman-Filter 872 eingestellt werden können. Ferner werden Q und R in einigen Beispielen in den vorstehenden Gleichungen 52 und 54 jeweils durch die nachfolgenden Matrixgleichungen 58 und 59 beschrieben. $$\begin{array}{l}Q\\ =diag(1e\\ -4;\text{ 0},\text{4};\text{ 0},\text{4};\text{ 0},\text{4};\text{ 0},\text{4};25;\mathrm{2,5}e5;25;\mathrm{2,5}e5;25;\mathrm{2,5}e5;25;\mathrm{2,5}e5;25;\mathrm{2,5}e5;10;1e5;10;1e5)\end{array}$$

  

  $$R=diag\left(\mathrm{0,01};\mathrm{0,1};\mathrm{0,1};\mathrm{0,1};\mathrm{0,1};\mathrm{0,3};\mathrm{0,02}\right)$$

  
• Somit weist, sobald die Reifenlängs- und -querreifenkraftschätzeinrichtung 870 den erweiterten Kalman-Filter 872 ausgeführt hat, die Reifendynamikanalyseeinrichtung zehn Reifenkräfte auf: vier Längsreifenkräfte (F_xFl , F_xFr , F_xRl , F_xRr ), zwei Querreifenkräfte pro Achse (F_yFa , F_yRa ) und vier Normalreifenkräfte (F_zFl , F_zFr , F_zRl , F_zRr ).
• Im Betrieb erzeugt der Rückmeldungserzeuger 880 Mitteilungen in Bezug auf die Schätzwerte der geschätzten Reifenkräfte. Insbesondere greift der Rückmeldungserzeuger 880 auf die Fahrzeugdynamikkraftschwellenwertdatenbank 722 zu, die im Speicher 720 gespeichert ist, um die geschätzten Reifenkräfte mit den gespeicherten Fahrzeugdynamikschwellenwerten zu vergleichen. Wenn eine oder mehrere geschätzte Reifenkräfte einen oder mehrere der Fahrzeugdynamikschwellenwerte übersteigt, erzeugt der Rückmeldungserzeuger 880 Warnungsmitteilungen zur Anzeige auf der IHU 140. In einigen Beispielen erinnern die Warnungsmitteilungen den Fahrer des Fahrzeugs 110 daran, dass verbesserte Fahrgewohnheiten (z. B. weniger aggressives Beschleunigen, sanftere Kurvenfahrten etc.) die Lebensdauer der Reifen der Rad-und-Reifen-Baugruppen 112 verlängern kann. In einigen Beispielen zeigen die Warnungsmitteilungen dem Fahrer des Fahrzeugs 110 an, dass die Reifen der Rad-und-Reifen-Baugruppen 112 das Ende ihrer empfohlenen Lebensdauer erreicht haben. In einigen Beispielen zeigen die Warnungsmitteilungen dem Fahrer des Fahrzeugs 110 an, dass die Reifen der Rad-und-Reifen-Baugruppen 112 einer übermäßig großen (z. B. außerhalb der empfohlenen) Reifenkraft ausgesetzt sind. Ferner, wenn die geschätzten Reifenkräfte innerhalb der Fahrzeugdynamikschwellenwerte liegen (z. B. sie überschreiten sie nicht), erzeugt der Rückmeldungserzeuger 880 Glückwunschmitteilungen zur Anzeige auf der IHU 140. In einigen Beispielen loben die Glückwunschmitteilungen einen Fahrer des Fahrzeugs 110 zu Fahrgewohnheiten, welche die Lebensdauer der Rad-und-Reifen-Baugruppen 112 verlängern können. In einigen Beispielen loben die Glückwunschmitteilungen einen Fahrer des Fahrzeugs 110 zu Fahrgewohnheiten, welche die Kraftstoffeffizienz des Fahrzeugs 110 verbessern können.
• 9 ist ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens 900 zum Analysieren von Reifendynamik, das durch die elektronischen Komponenten 700 aus 7 umgesetzt werden kann. Das Ablaufdiagramm aus 9 gibt maschinenlesbare Anweisungen wieder, die in einem Speicher (wie etwa dem Speicher 720 aus 7) gespeichert sind und eines oder mehrere Programme umfassen, die bei Ausführung durch einen Prozessor (wie etwa den Prozessor 710 aus 7) das Fahrzeug 110 dazu veranlassen, die beispielhafte Reifendynamikanalyseeinrichtung 730 aus den 7 und 8 umzusetzen. Ferner können, obwohl das beispielhafte Programm/die beispielhaften Programme unter Bezugnahme auf das in 9 veranschaulichte Ablaufdiagramm beschrieben wird/werden, alternativ viele andere Verfahren zum Umsetzen der beispielhaften Reifendynamikanalyseeinrichtung 730 verwendet werden. Zum Beispiel kann die Reihenfolge der Ausführung der Blöcke geändert werden und/oder einige der beschriebenen Blöcke können verändert, beseitigt oder kombiniert werden.
• Zu Beginn sammelt der Datenempfänger 810 bei einem Block 902 Eingaben von den Sensoren 120.
• Bei Block 904 schätzt die Relativwinkelschätzeinrichtung 820 den relativen Neigungswinkel θ_r und den relativen Rollwinkel ϕ_r auf Grundlage der Sensoreingaben und der ersten, zweiten, dritten und vierten Konstante c₁ , c₂ , c₃ , c₄ .
• Bei Block 906 schätzt die Wirkmasseschätzeinrichtung 830 die vordere und hintere Wirkmasse m_F , m_R auf Grundlage des relativen Neigungswinkels θ_r, der Geometrie des Fahrzeugs 110, der Sensoreingaben und der Masse m des Fahrzeugs 110.
• Bei Block 908 schätzt die Reifennormalkraftschätzeinrichtung 840 die Reifennormalkräfte F_z für jede der Rad-und-Reifen-Baugruppen 112 auf Grundlage des relativen Rollwinkels ϕ_r, der Geometrie des Fahrzeugs 110, der Sensoreingaben und der vorderen und hinteren Wirkmasse m_F , m_R .
• Bei Block 910 schätzt die Rollwiderstandschätzeinrichtung 850 den Reifenrollwiderstand T_r für jede der Rad-und-Reifen-Baugruppen 112 auf Grundlage der Reifennormalkraft F_z , der Sensoreingaben und der fünften und sechsten Konstante c₅ , c₆ .
• Bei Block 912 schätzt die Windkraftschätzeinrichtung 860 die Windkraft F_wind auf Grundlage der Sensoreingabe und der siebenten Konstante c₇ .
• Bei Block 914 führt die Reifenlängs- und -querkraftschätzeinrichtung 870 den erweiterten Kalman-Filter 872 aus, um die Reifenlängs- und -querkräfte F_x , F_y auf Grundlage der Sensoreingaben und der Reifenrollwiderstände T_r zu schätzen.
• Bei Block 916 bestimmt der Rückmeldungserzeuger 880, ob die Reifenkräfte F_x , F_y F_z innerhalb der Fahrzeugdynamikschwellenwerte liegen, die im Speicher 720 gespeichert sind.
• Wenn der Rückmeldungserzeuger 880 bei Block 916 bestimmt, dass die Reifenkräfte F_x , F_y F_z nicht innerhalb der Fahrzeugdynamikschwellenwerte liegen, geht das Verfahren 900 zu Block 918 über.
• Bei Block 918 erzeugt der Rückmeldungserzeuger 880 eine Warnungsmitteilung, die auf der IHU 140 angezeigt werden soll. Das Verfahren 900 kehrt dann zu Block 902 zurück.
• Wenn der Rückmeldungserzeuger 880 bei Block 916 bestimmt, dass die Reifenkräfte F_x , F_yF_z innerhalb der Fahrzeugdynamikschwellenwerte liegen, geht das Verfahren 900 zu Block 920 über.
• Bei Block 920 erzeugt der Rückmeldungserzeuger 880 eine Glückwunschmitteilung, die auf der IHU 140 angezeigt werden soll. Das Verfahren 900 kehrt dann zu Block 902 zurück.
• In dieser Anmeldung soll die Verwendung der Disjunktion die Konjunktion einschließen. Die Verwendung von bestimmten oder unbestimmten Artikeln soll keine Kardinalität anzeigen. Insbesondere soll ein Verweis auf „das“ Objekt oder „ein“ Objekt auch eines aus einer möglichen Vielzahl derartiger Objekte bezeichnen. Ferner kann die Konjunktion „oder“ dazu verwendet werden, Merkmale wiederzugeben, die gleichzeitig vorhanden sind, anstelle von sich gegenseitig ausschließenden Alternativen. Anders ausgedrückt sollte die Konjunktion „oder“ so verstanden werden, dass sie „und/oder“ einschließt. Die Ausdrücke „beinhaltet“, „beinhaltend“ und „beinhalten“ sind einschließend und weisen jeweils den gleichen Umfang auf wie „umfasst“, „umfassend“ bzw. „umfassen“.
• Anhand der vorangegangenen Ausführungen versteht es sich, dass die vorstehend offenbarten Vorrichtungen und Verfahren möglicherweise Kräfte genauer schätzen, die auf die Fahrzeugreifen in Echtzeit unter allen Fahrbedingungen ausgeübt werden. Ferner kann das Anzeigen von Mitteilungen in Bezug auf den langfristigen Reifenverschleiß und/oder Fahrgewohnheitsverbesserungen die Fahrer beim Betreiben von Fahrzeugen unterstützen und/oder die Fahrzeugwartungskosten verringern. Zusätzlich kann das genauere Schätzen von Reifenkräften die Fahrzeugdynamiksteuerleistung verbessern. Es versteht sich außerdem, dass die offenbarten Vorrichtungen und Verfahren eine konkrete Lösung, das Schätzen von Reifenkräften auf Grundlage des relativen Neigungs- und Rollwinkels und Reifenrollwiderständen, für ein konkretes Problem, ungenaue Reifenkraftschätzung in Echtzeit bei allen Arten von Fahrzeugfahrzuständen, bereitstellen. Ferner stellen die offenbarten Vorrichtungen und Verfahren eine Verbesserung der computerbezogenen Technik durch Erhöhen der Funktionalität eines Prozessors bereit, um relative Neigungs- und Rollwinkel zu schätzen, vordere und hintere Wirkmassen von Fahrzeugen zu schätzen, Reifennormalkräfte zu schätzen, Reifenrollwiderstände zu schätzen, Fahrzeugwindkraft zu schätzen, Reifenlängs- und -querkräfte zu schätzen und Mitteilungen auf Grundlage von geschätzten Reifenkräften zu erzeugen.
• Im hier verwendeten Sinne beziehen sich die Begriffe „Modul“ und „Einheit“ auf Hardware mit Schaltkreisen zum Bereitstellen von Kommunikations-, Steuer- und/oder Überwachungsfunktionen, oftmals in Verbindung mit Sensoren. „Module“ und „Einheiten“ können zudem Firmware beinhalten, die auf den Schaltungen ausgeführt wird.
• Die vorstehend beschriebenen Ausführungsformen und insbesondere etwaige „bevorzugte“ Ausführungsformen sind mögliche beispielhafte Umsetzungen und sind lediglich für ein eindeutiges Verständnis der Grundsätze der Erfindung dargelegt. Viele Variationen und Modifikationen können an der bzw. den vorstehend beschriebenen Ausführungsform(en) vorgenommen werden, ohne wesentlich vom Geist und den Grundsätzen der hierin beschriebenen Techniken abzuweichen. Sämtliche Modifikationen sollen hier im Umfang dieser Offenbarung beinhaltet und durch die folgenden Patentansprüche geschützt sein.
• Gemäß der vorliegenden Erfindung wird ein Fahrzeug bereitgestellt, das Folgendes aufweist: Sensoren, um Fahrzeugdynamikinformationen (VDI) zu erzeugen; und einen Prozessor und einen Speicher in Kommunikation mit den Sensoren, die zu Folgendem konfiguriert sind: das Schätzen des relativen Neigungs- und Rollwinkels unter Verwendung der VDI; das Schätzen einer Reifennormalkraft unter Verwendung des relativen Neigungs- und Rollwinkels und der VDI; und das Schätzen eines Reifenrollwiderstands unter Verwendung der Reifennormalkraft.
• Gemäß einer Ausführungsform ist der Prozessor ferner dazu konfiguriert, eine Reifenlängskraft und eine Reifenquerkraft unter Verwendung des Reifenrollwiderstands und der VDI zu schätzen.
• Gemäß einer Ausführungsform ist die vorstehende Erfindung ferner durch eine Infotainment-Haupteinheit (IHU) gekennzeichnet, wobei, wenn eine oder mehrere der Normal-, Längs- oder Querreifenkräfte einen Fahrzeugdynamikschwellenwert übersteigt, der Prozessor ferner dazu konfiguriert ist, eine Warnungsmitteilung über die IHU anzuzeigen.
• Gemäß einer Ausführungsform ist der Prozessor ferner dazu konfiguriert, die vordere und hintere Wirkmasse zu schätzen; und der Prozessor dient dazu, die Reifennormalkraft unter Verwendung der vorderen und hinteren Wirkmasse zu schätzen.
• Gemäß einer Ausführungsform ist der Prozessor dazu konfiguriert, den relativen Neigungs- und Rollwinkel unter Verwendung einer Vielzahl von vorbestimmten Konstanten zu schätzen.
• Gemäß einer Ausführungsform bezieht sich die Vielzahl von vorbestimmten Konstanten auf eine oder mehrere von einer Fahrzeuggeometrie, einer Federkonstante, einer Dämpfungsrate oder einer Aufhängungsgestängeverbindungsreibung.
• Gemäß einer Ausführungsform ist der Prozessor dazu konfiguriert, den Reifenrollwiderstand unter Verwendung einer Vielzahl von vorbestimmten Konstanten zu schätzen.
• Gemäß einer Ausführungsform bezieht sich die Vielzahl von vorbestimmten Konstanten auf eine oder mehrere von einer Reifengeometrie oder einer Reifenmaterialzusammensetzung.
• Gemäß der vorliegenden Erfindung beinhaltet ein Verfahren das Schätzen, mit einem Prozessor, des relativen Neigungs- und Rollwinkels unter Verwendung von Fahrzeugdynamikinformationen (VDI) von den Sensoren; das Schätzen, mit dem Prozessor, einer Reifennormalkraft unter Verwendung des relativen Neigungs- und Rollwinkels und der VDI; und das Schätzen, mit dem Prozessor, eines Reifenrollwiderstands unter Verwendung der Reifennormalkraft.
• Gemäß einer Ausführungsform ist die vorstehende Erfindung ferner durch das Schätzen einer Reifenlängskraft und einer Reifenquerkraft mit dem Prozessor unter Verwendung des Reifenrollwiderstands und der Eingaben gekennzeichnet.
• Gemäß einer Ausführungsform ist die vorstehende Erfindung, wenn eine oder mehrere der Normal-, Längs- oder Querreifenkräfte einen Fahrzeugdynamikschwellenwert übersteigt, ferner durch das Anzeigen einer Warnungsmitteilung mit dem Prozessor gekennzeichnet.
• Gemäß einer Ausführungsform ist die vorstehende Erfindung ferner durch das Schätzen der vorderen und hinteren Wirkmasse mit dem Prozessor gekennzeichnet, wobei das Schätzen der Reifennormalkraft unter Verwendung der vorderen und hinteren Wirkmasse durchgeführt wird.
• Gemäß einer Ausführungsform wird das Schätzen des relativen Neigungs- und Rollwinkels unter Verwendung einer Vielzahl von vorbestimmten Konstanten durchgeführt.
• Gemäß einer Ausführungsform bezieht sich die Vielzahl von vorbestimmten Konstanten auf eine oder mehrere von einer Fahrzeuggeometrie, einer Federkonstante, einer Dämpfungsrate oder einer Aufhängungsgestängeverbindungsreibung.
• Gemäß einer Ausführungsform wird das Schätzen des Reifenrollwiderstands unter Verwendung einer Vielzahl von vorbestimmten Konstanten durchgeführt, die sich auf eine oder mehrere von Reifengeometrie oder Reifenmaterialzusammensetzung beziehen.
• Gemäß der vorliegenden Erfindung wird ein System bereitgestellt, das Folgendes aufweist: eine Trägheitsmesseinheit (IMU), die in einem Fahrzeug angeordnet ist; und einen Prozessor in Kommunikation mit der IMU, der zu Folgendem konfiguriert ist: das Empfangen von Fahrzeugdynamikinformationen (VDI) von der IMU; das Schätzen eines relativen Neigungswinkels und eines relativen Rollwinkels auf Grundlage der VDI; das Schätzen von der vorderen und hinteren Wirkmasse auf Grundlage des relativen Neigungswinkels; das Schätzen einer Reifennormalkraft auf Grundlage des relativen Rollwinkels und der vorderen und hinteren Wirkmasse, das Schätzen eines Reifenrollwiderstands auf Grundlage der Reifennormalkraft und der VDI; und das Schätzen einer Reifenlängskraft und einer Reifenquerkraft auf Grundlage des Reifenrollwiderstands und der VDI.
• Gemäß einer Ausführungsform ist der Prozessor ferner zu Folgendem konfiguriert: das Schätzen einer Luftwiderstandskraft; und die Reifenlängskraft und die Reifenquerkraft basieren ferner auf der Luftwiderstandskraft.
• Gemäß einer Ausführungsform basieren der relative Neigungswinkel und der relative Rollwinkel ferner auf einer Vielzahl von vorbestimmten Konstanten.
• Gemäß einer Ausführungsform, ist die vorstehende Erfindung ferner durch Folgendes gekennzeichnet: einen Speicher in Kommunikation mit dem Prozessor, um einen Fahrzeugdynamikschwellenwert zu speichern; und eine Anzeige in Kommunikation mit dem Prozessor; wobei, wenn eine oder mehrere der Normal-, Längs- oder Querreifenkräfte den Fahrzeugdynamikschwellenwert übersteigt, der Prozessor ferner dazu konfiguriert ist, eine Warnungsmitteilung über die Anzeige anzuzeigen.
• Gemäß einer Ausführungsform basieren der relative Neigungswinkel, der relative Rollwinkel und der Reifenrollwiderstand ferner auf einer Vielzahl von vorbestimmten Konstanten.

Claims (15)

1. Fahrzeug, umfassend: Sensoren; und einen Prozessor und einen Speicher in Kommunikation mit den Sensoren, die zu Folgendem konfiguriert sind: das Schätzen eines relativen Neigungs- und Rollwinkels unter Verwendung von Eingaben von den Sensoren; das Schätzen einer Reifennormalkraft unter Verwendung des relativen Neigungs- und Rollwinkels und der Eingaben; und das Schätzen eines Reifenrollwiderstands unter Verwendung der Reifennormalkraft.
2. Fahrzeug nach Anspruch 1, wobei der Prozessor ferner dazu konfiguriert ist, eine Reifenlängskraft und eine Reifenquerkraft unter Verwendung des Reifenrollwiderstands und der Eingaben zu schätzen.
3. Fahrzeug nach Anspruch 2, ferner umfassend eine Infotainment-Haupteinheit (IHU), wobei, wenn eine oder mehrere der Normal-, Längs- oder Querreifenkräfte einen Fahrzeugdynamikschwellenwert übersteigt, der Prozessor ferner dazu konfiguriert ist, eine Warnungsmitteilung über die IHU anzuzeigen.
4. Fahrzeug nach Anspruch 1, wobei: der Prozessor ferner dazu konfiguriert ist, eine vordere und hintere Wirkmasse zu schätzen; und der Prozessor ferner dazu konfiguriert ist, die Reifennormalkraft unter Verwendung der vorderen und hinteren Wirkmasse zu schätzen.
5. Fahrzeug nach Anspruch 1, wobei der Prozessor dazu konfiguriert ist, den relativen Neigungs- und Rollwinkel unter Verwendung einer Vielzahl von vorbestimmten Konstanten zu schätzen.
6. Fahrzeug nach Anspruch 5, wobei sich die Vielzahl von vorbestimmten Konstanten auf eine oder mehrere von einer Fahrzeuggeometrie, einer Federkonstante, einer Dämpfungsrate oder einer Aufhängungsgestängeverbindungsreibung bezieht.
7. Fahrzeug nach Anspruch 1, wobei der Prozessor dazu konfiguriert ist, den Reifenrollwiderstand unter Verwendung einer Vielzahl von vorbestimmten Konstanten zu schätzen.
8. Fahrzeug nach Anspruch 7, wobei sich die Vielzahl von vorbestimmten Konstanten auf eine oder mehrere von einer Reifengeometrie oder einer Reifenmaterialzusammensetzung bezieht.
9. Verfahren, umfassend: das Schätzen des relativen Neigungs- und Rollwinkels mit einem Prozessor unter Verwendung der Eingaben von den Sensoren; das Schätzen einer Reifennormalkraft mit dem Prozessor unter Verwendung des relativen Neigungs- und Rollwinkels und der Eingaben; und das Schätzen eines Reifenrollwiderstands mit dem Prozessor unter Verwendung der Reifennormalkraft.
10. Verfahren nach Anspruch 9, ferner umfassend das Schätzen einer Reifenlängskraft und einer Reifenquerkraft mit dem Prozessor unter Verwendung des Reifenrollwiderstands und der Eingaben.
11. Verfahren nach Anspruch 10, ferner umfassend, wenn eine oder mehrere der Normal-, Längs- oder Querreifenkräfte einen Fahrzeugdynamikschwellenwert übersteigt, das Anzeigen mit dem Prozessor einer Warnungsmitteilung.
12. Verfahren nach Anspruch 9, ferner umfassend das Schätzen der vorderen und hinteren Wirkmasse mit dem Prozessor, wobei das Schätzen der Reifennormalkraft unter Verwendung der vorderen und hinteren Wirkmasse durchgeführt wird.
13. Verfahren nach Anspruch 9, wobei das Schätzen des relativen Neigungs- und Rollwinkels unter Verwendung einer Vielzahl von vorbestimmten Konstanten durchgeführt wird.
14. Verfahren nach Anspruch 13, wobei sich die Vielzahl von vorbestimmten Konstanten auf eine oder mehrere von einer Fahrzeuggeometrie, einer Federkonstante, einer Dämpfungsrate oder einer Aufhängungsgestängeverbindungsreibung bezieht.
15. Verfahren nach Anspruch 9, wobei das Schätzen des Reifenrollwiderstands unter Verwendung einer Vielzahl von vorbestimmten Konstanten durchgeführt wird, die sich auf eine oder mehrere von Reifengeometrie oder Reifenmaterialzusammensetzung beziehen.

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