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Gebiet der Erfindung
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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Erkennen einer Reifenprofiltiefe eines Reifens eines Fahrzeugs und eine Vorrichtung zum Erkennen einer Reifenprofiltiefe eines Reifens eines Fahrzeugs.
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Stand der Technik
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Wenn eine Reifenprofiltiefe eines Reifens kleiner als ein kritischer Wert ist, resultiert unter anderem eine stark erhöhte Aquaplaninggefahr. Dann kann durch Reifenprofilblöcke eines Reifenprofils des Reifens verdrängtes Wasser nicht mehr vollständig durch Reifenprofilnuten des Reifenprofils aufgenommen werden und der Reifen schwimmt auf einem Wasserfilm auf.
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Die Reifenprofiltiefe kann beispielsweise durch ein tastendes Messverfahren erfasst werden. Dabei kann unter Verwendung eines Tiefenmessgeräts ein Abstand zwischen einer Lauffläche des Reifens beziehungsweise einer Oberfläche eines Reifenprofilblockes und einem Grund einer Reifenprofilnut gemessen werden. Der kritische Wert der Reifenprofiltiefe kann auch durch eine Lehre gelehrt werden, die in die Reifenprofilnut eingeführt wird. Beispielsweise entspricht eine Breite des äußeren Rings einer Euromünze einer nicht zu unterschreitenden Reifenprofiltiefe.
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Offenbarung der Erfindung
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Vor diesem Hintergrund werden mit dem hier vorgestellten Ansatz ein Verfahren zum Erkennen einer Reifenprofiltiefe eines Reifens eines Fahrzeugs und eine Vorrichtung zum Erkennen einer Reifenprofiltiefe eines Reifens eines Fahrzeugs, sowie schließlich ein entsprechendes Computerprogrammprodukt gemäß den unabhängigen Ansprüchen vorgestellt. Vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen des hier vorgestellten Ansatzes ergeben sich aus der Beschreibung und sind in den abhängigen Ansprüchen beschrieben.
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Vorteile der Erfindung
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Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung können in vorteilhafter Weise ermöglichen, eine Reifenprofiltiefe eines Reifens beziehungsweise die Reifenprofiltiefen mehrerer Reifen eines Fahrzeugs während der Fahrt zu überwachen. Eine Warnmeldung kann bereitgestellt werden, wenn die Reifenprofiltiefe geringer als ein vordefinierter Schwellenwert erkannt wird. Durch den hier vorgestellten Ansatz kann eine fortschreitende Änderung der Reifenprofiltiefe über eine Lebensdauer des Reifens immer wieder erfasst werden. Von der Reifenprofiltiefe abhängige Parameter für Fahrerassistenzsysteme beziehungsweise Sicherheitssysteme des Fahrzeugs, wie beispielsweise ein erwarteter Haftwert des Reifens bei Nässe oder eine tolerierbare Wassertiefe auf der Straße können über die Lebensdauer immer wieder unter Verwendung der erkannten Reifenprofiltiefe angepasst werden. Die Überwachung kann auch beispielsweise abwechselnd für unterschiedliche Reifensätze des Fahrzeugs durchgeführt werden. Bei neuen Reifen kann die Überwachungsfunktion zurückgesetzt werden.
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Es wird ein Verfahren zum Erkennen einer Reifenprofiltiefe eines Reifens eines Fahrzeugs vorgestellt, welches dadurch gekennzeichnet ist, dass ein in Sensordaten eines akustischen Sensorsystems des Fahrzeugs abgebildetes Reifengeräusch des Reifens ausgewertet wird, um die Reifenprofiltiefe zu erkennen.
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Ideen zu Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung können unter anderem als auf den nachfolgend beschriebenen Gedanken und Erkenntnissen beruhend angesehen werden.
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Ein akustisches Sensorsystem eines Fahrzeugs kann beispielsweise ein Ultraschallsensorsystem sein. Das Sensorsystem kann mehrere über das Fahrzeug verteilte Sensoren aufweisen. Zumindest einer der Sensoren kann in der Nähe eines Reifens des Fahrzeugs angeordnet sein und während der Fahrt ein charakteristisches Reifengeräusch des Reifens aufzeichnen. Das Reifengeräusch kann für den Sensor ein Störgeräusch sein, das wie Windgeräusche an einer Karosserie des Fahrzeugs ein bestimmungsgemäß gewünschtes Signal des Sensors überlagert. Das Reifengeräusch wird von dem Sensor zusätzlich zu dem gewünschten Signal in einem als Sensorsignal bezeichneten Datensignal abgebildet.
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Eine Reifenprofiltiefe des Reifens wird durch einen eine kürzeste Entfernung zwischen einer Lauffläche des Reifens und einem Grund von Nuten eines Reifenprofils des Reifens abbildenden Profiltiefenwert repräsentiert. Der Profiltiefenwert drückt die Reifenprofiltiefe beispielsweise in Millimetern aus. Die Lauffläche wird durch Profilblöcke des Reifenprofils ausgebildet. Die Lauffläche ist durch die Nuten unterbrochen. In die Nuten werden bestimmungsgemäß Luft und verdrängbare fluide Medien wie z.B. Wasser auf einer Fahrbahnoberfläche zumindest anteilig verdrängt, wenn der Reifen auf der Fahrbahnoberfläche abrollt.
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Beim Abrollen werden in Rollrichtung vor einer Reifenaufstandsfläche des Reifens Luft und/oder Wasser in die Nuten verdrängt und hinter der Reifenaufstandsfläche wieder aus den Nuten gesaugt. Dabei entstehen beispielsweise durch Verwirbelungen in den Nuten und Druckwellen beim Verdrängen charakteristische Abrollgeräusche. Die Abrollgeräusche sind im Allgemeinen abhängig von der Reifenprofiltiefe.
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Durch das Abrollen auf der ortsfesten Fahrbahn beschreibt ein Punkt auf einer Oberfläche des Reifens eine Zykloide. Auf einer von der Fahrbahn abgewandten Oberseite des Reifens werden die Profilblöcke dabei mit einer verdoppelten Fahrzeuggeschwindigkeit bewegt. Die Profilblöcke bewegen sich durch die Luft und verursachen Verwirbelungen, die charakteristische Windgeräusche erzeugen. Die Windgeräusche sind im Allgemeinen abhängig von der Reifenprofiltiefe.
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Zusammen ergeben die Abrollgeräusche und die Windgeräusche des Reifens ein charakteristisches Reifengeräusch. Für die hier vorgestellte Erkennung der Reifenprofiltiefe wird das Reifengeräusch aus dem Sensorsignal extrahiert, indem andere Signalanteile ignoriert beziehungsweise ausgefiltert werden.
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Durch eine Änderung der Reifenprofiltiefe ändert sich das Reifengeräusch. Das Reifengeräusch kann lauter oder leiser werden. Ebenso können sich Frequenzen des Reifengeräuschs mit der Reifenprofiltiefe ändern. Die Änderung des Reifengeräuschs in Bezug auf die Änderung der Reifenprofiltiefe kann von Reifen zu Reifen unterschiedlich sein. Die Änderung des Reifengeräuschs ist beispielsweise abhängig von einer Gestalt des Reifenprofils und/oder einer Materialmischung des Reifenprofils. Das Windgeräusch und das Abrollgeräusch können sich je nach Reifen entgegengesetzt oder gleich entwickeln. Ein Verlauf des Reifengeräuschs über die Reifenprofiltiefe kann im Versuch ermittelt werden und zum Auswerten des erfassten Reifengeräuschs als Referenz verwendet werden.
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Das Reifengeräusch kann ausgewertet werden, wenn eine Fahrbahnoberfläche als trocken erkannt wird. Medien wie beispielsweise Wasser, Schnee oder Matsch beeinflussen das Reifengeräusch maßgeblich. Die von der Reifenprofiltiefe abhängigen Anteile des Reifengeräuschs können durch die von den Medien hervorgerufenen Anteile des Reifengeräuschs überlagert sein.
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Das Reifengeräusch kann ausgewertet werden, wenn ein Erfassungsbereich des Sensorsystems als frei von anderen fahrenden Fahrzeugen erkannt wird. Andere Fahrzeuge können durch das akustische Sensorsystem und/oder einem anderen Erfassungssystem des Fahrzeugs erkannt werden. Die Reifengeräusche anderer Fahrzeuge werden von dem akustischen Sensorsystem ebenso erfasst, wie die Reifengeräusche des eigenen Fahrzeugs. Die Reifengeräusche verschiedener Fahrzeuge können schwer trennbar sein. Daher kann das erfasste Reifengeräusch verworfen werden, wenn zumindest ein anderes Fahrzeug im Erfassungsbereich erkannt wird.
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Das Reifengeräusch kann ausgewertet werden, wenn der Reifen geradeaus rollt und der Reifen nicht durch einen Antrieb des Fahrzeugs beschleunigt wird und nicht durch ein Bremssystem des Fahrzeugs verzögert wird. Querkräfte und/oder Längskräfte auf die Profilblöcke des Reifenprofils verformen die Profilblöcke und beeinflussen das Reifengeräusch. Um Einflussfaktoren auf das profiltiefenabhängige Reifengeräusch auszuschließen oder zu minimieren, kann das Reifengeräusch ausgewertet werden, wenn das Fahrzeug mit einem bekannten Fahrzustand fährt.
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Das Reifengeräusch kann unter Verwendung zumindest einer Information aus einer Gruppe von Informationen ausgewertet werden. Die Gruppe kann eine Geschwindigkeitsinformation, die eine momentane Geschwindigkeit des Fahrzeugs abbildet, eine Windgeschwindigkeitsinformation, die eine momentane Windgeschwindigkeit und alternativ oder ergänzend eine momentane Windrichtung abbildet, eine Reifeninformation, die einen Reifentyp des Reifens und alternativ oder ergänzend dessen Herstellungsdatum kennzeichnet, eine Aufstandskraftinformation, die eine Reifenaufstandskraft des Reifens abbildet, eine Luftdruckinformation, die einen Luftdruck im Reifen abbildet, und eine Reifentemperaturinformation, die eine Reifentemperatur des Reifens abbildet, umfassen. Das Reifengeräusch ist auch von anderen Faktoren als die Reifenprofiltiefe abhängig. Je genauer ein momentaner Zustand beziehungsweise Fahrzustand des Reifens durch Messwerte abgebildet werden kann, umso besser kann ein Einfluss der Reifenprofiltiefe erkannt werden. Unter Verwendung der Windgeschwindigkeitsinformation kann zusammen mit der Geschwindigkeitsinformation des Fahrzeugs auf die auf den jeweiligen Sensor wirkende Fahrtwindgeschwindigkeit geschlossen und dadurch das Grundrauschen unbeeinflusst von anderen Umgebungsbedingungen und Reifenzustand berechnet werden. Das Herstellungsdatum der Reifen ist relevant, da in einer Reifenmischung des Reifens enthaltene Weichmacher mit der Zeit entweichen und die Reifenmischung härter wird, was den Reibwert verringern kann. Der abweichende Reibwert und die abweichende Härte des gealterten Reifens können Einfluss auf das Abrollgeräusch haben, da die Luft zwischen den Profilblöcken auf eine andere Art komprimiert werden und die komprimierte Luft auf eine andere Art zwischen den Profilblöcken entweichen kann.
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Der charakteristische Windgeräuschanteil beziehungsweise ein charakteristisches Windgeräusch und alternativ oder ergänzend der charakteristische Abrollgeräuschanteil beziehungsweise ein charakteristisches Abrollgeräusch des Reifengeräuschs kann ausgewertet werden. Die Reifenprofiltiefe kann unterschiedliche Anteile des Reifengeräuschs verschieden beeinflussen. Die unterschiedlichen Anteile können getrennt voneinander ausgewertet werden. Beispielsweise kann ein Anteil bei verkleinerter Reifenprofiltiefe lauter werden, während der andere Anteil leiser wird. Ebenso können Frequenzen des einen Anteils bei verkleinerter Reifenprofiltiefe höher werden, während die Frequenzen des anderen Anteils niedriger werden.
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Das Windgeräusch und/oder das Abrollgeräusch können einem gefahrenen Streckenabschnitt als Datensatz zugeordnet werden. Datensätze von mehreren Fahrten über den gleichen Streckenabschnitt können ausgewertet werden und von einer Veränderung zwischen den Datensätzen auf eine Änderung der Reifenprofiltiefe geschlossen werden. Datensätze eines Streckenabschnitts können gespeichert werden und beim Befahren des gleichen Streckenabschnitts wieder geladen werden. Durch einen Vergleich mehrerer auf dem wiederholt befahrenen Streckenabschnitt erfasster Reifengeräusche kann eine schleichende Veränderung des Reifengeräuschs erkannt werden, wenn der Streckenabschnitt jeweils eine näherungsweise gleiche Oberflächenbeschaffenheit aufweist.
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Ein die Reifenprofiltiefe abbildender Reifenprofiltiefenwert und zumindest ein durch ein Modell bereitgestellter, eine geschätzte Reifenprofiltiefe repräsentierender Schätzwert können unter Verwendung eines Kalman-Filters verarbeitet werden. Ein Modell kann beispielsweise ein Alterungsmodell sein. Dabei kann die Reifenprofiltiefe eines bestimmten Reifenmodells basierend auf gefahrenen Kilometern, einer Fahrweise und dabei vorherrschender Umweltbedingungen geschätzt werden. Ebenso kann das Modell ein Reifenumfangsmodell sein. Dabei über eine tatsächliche Geschwindigkeit des Fahrzeugs und einer Raddrehzahl auf einen Reifenumfang geschlossen werden. Der Reifenumfang nimmt durch Reifenabrieb ab. Der Reifenumfang ist zumindest teilweise abhängig von der Reifenprofiltiefe. Weitere Einflussfaktoren sind beispielsweise ein Reifenluftdruck und eine Last auf dem Reifen. In einem Kalman-Filter werden Werte gegeneinander plausibilisiert. Wenn eine Berechnungsmethode beziehungsweise Schätzmethode einen Ausreißer bereitstellt, kann der Ausreißer durch den im Kalman-Filter erfolgenden Vergleich mit dem anderen Wert erkannt werden.
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Die Reifenprofiltiefe kann unter Verwendung zumindest eines Erwartungswerts bewertet werden. Beispielsweise kann mit Sicherheit erwartet werden, dass die Reifenprofiltiefe nicht zunehmen kann. Ebenso kann die Reifenprofiltiefe nicht einfach so sprunghaft abnehmen. Somit werden nur plausible Änderungen der Reifenprofiltiefe verwendet. Unplausible Änderungen der Reifenprofiltiefe können verworfen werden und auf plausible Änderungen der Reifenprofiltiefe gewartet werden.
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Ferner kann ein in den Sensordaten abgebildeter Rauschpegel im Frequenzbereich zwischen 45 und 55 kHz ausgewertet werden, um die Reifenprofiltiefe zu erkennen. Alternativ oder ergänzend kann eine Differenz zwischen zumindest einem in den Sensordaten abgebildeten Sensorsignal eines Sensors nahe an einem Radkasten und einem weiteren in den Sensordaten abgebildeten Sensorsignal eines Sensors mit größerer Entfernung zu dem Radkasten ausgewertet werden, um die Reifenprofiltiefe zu erkennen. Die Reifenprofiltiefe kann besonders vorteilhaft mit Ultraschallsensoren bewertet werden, die ohnehin zur Objekterkennung mittels Echoortung im Fahrzeug verbaut sind. Diese Sensoren sind auf die Erfassung von Ultraschall im Bereich zwischen 45 kHz und 55 kHz optimiert und berechnen einen Rauschpegel. Anhand dieses Rauschpegels können vor allem die nahe der Radkästen verbauten Sensoren die Reifengeräusche besonders gut erfassen. Die Bildung einer Differenz zwischen den Rauschpegeln der Sensoren nahe der Radkästen mit den Rauschpegeln der Sensoren, die weiter entfernt von den Radkästen angebracht sind kann besonders gut Aufschluss über das von den Reifen verursachte Geräusch geben.
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Das Verfahren kann beispielsweise in Software oder Hardware oder in einer Mischform aus Software und Hardware beispielsweise in einem Steuergerät implementiert sein.
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Der hier vorgestellte Ansatz schafft ferner eine Vorrichtung, die dazu ausgebildet ist, um die Schritte einer Variante des hier vorgestellten Verfahrens in entsprechenden Einrichtungen durchzuführen, anzusteuern bzw. umzusetzen.
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Die Vorrichtung kann ein elektrisches Gerät mit zumindest einer Recheneinheit zum Verarbeiten von Signalen oder Daten, zumindest einer Speichereinheit zum Speichern von Signalen oder Daten, und zumindest einer Schnittstelle und/oder einer Kommunikationsschnittstelle zum Einlesen oder Ausgeben von Daten, die in ein Kommunikationsprotokoll eingebettet sind, sein. Die Recheneinheit kann beispielsweise ein Signalprozessor, ein sogenannter System-ASIC oder ein Mikrocontroller zum Verarbeiten von Sensorsignalen und Ausgeben von Datensignalen in Abhängigkeit von den Sensorsignalen sein. Die Speichereinheit kann beispielsweise ein Flash-Speicher, ein EPROM oder eine magnetische Speichereinheit sein. Die Schnittstelle kann als Sensorschnittstelle zum Einlesen der Sensorsignale von einem Sensor und/oder als Aktorschnittstelle zum Ausgeben der Datensignale und/oder Steuersignale an einen Aktor ausgebildet sein. Die Kommunikationsschnittstelle kann dazu ausgebildet sein, die Daten drahtlos und/oder leitungsgebunden einzulesen oder auszugeben. Die Schnittstellen können auch Softwaremodule sein, die beispielsweise auf einem Mikrocontroller neben anderen Softwaremodulen vorhanden sind.
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Von Vorteil ist auch ein Computerprogrammprodukt oder Computerprogramm mit Programmcode, der auf einem maschinenlesbaren Träger oder Speichermedium wie einem Halbleiterspeicher, einem Festplattenspeicher oder einem optischen Speicher gespeichert sein kann und zur Durchführung, Umsetzung und/oder Ansteuerung der Schritte des Verfahrens nach einer der vorstehend beschriebenen Ausführungsformen verwendet wird, insbesondere wenn das Programmprodukt oder Programm auf einem Computer oder einer Vorrichtung ausgeführt wird.
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Es wird darauf hingewiesen, dass einige der möglichen Merkmale und Vorteile der Erfindung hierin mit Bezug auf unterschiedliche Ausführungsformen als Verfahren und Vorrichtung beschrieben sind. Ein Fachmann erkennt, dass die Merkmale in geeigneter Weise kombiniert, angepasst oder ausgetauscht werden können, um zu weiteren Ausführungsformen der Erfindung zu gelangen.
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Figurenliste
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Nachfolgend werden Ausführungsformen der Erfindung unter Bezugnahme auf die beigefügte Zeichnung beschrieben, wobei weder die Zeichnung noch die Beschreibung als die Erfindung einschränkend auszulegen sind.
- 1 zeigt eine Darstellung eines Fahrzeugs mit einer Vorrichtung zum Erkennen einer Reifenprofiltiefe gemäß einem Ausführungsbeispiel.
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Die Figur ist lediglich schematisch und nicht maßstabsgetreu.
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Ausführungsformen der Erfindung
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1 zeigt eine Darstellung eines Fahrzeugs 100 mit einer Vorrichtung 102 zum Erkennen einer Reifenprofiltiefe 104 eines Reifens 106 des Fahrzeugs 100. Die Vorrichtung 100 ist mit einem akustischen Sensorsystem 108 des Fahrzeugs 100 verbunden. Das Sensorsystem 108 ist hier ein Ultraschallsensorsystem. Sensoren 110 des Ultraschallsensorsystems emittieren Ultraschallimpulse 112 und bilden an Objekten 114 zurückgeworfene Echos 116 der Ultraschallimpulse 112 in elektrischen Sensorsignalen 118 ab.
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Zumindest ein Sensor 110 des Sensorsystems 108 ist in einem Umfeld des Reifens 106 angeordnet. Der Sensor 110 bildet auch ein Reifengeräusch 120 des Reifens 106 in seinem Sensorsignal 118 ab. Das Reifengeräusch 120 ist wie ein an einer Karosserie des Fahrzeugs 100 entstehendes Windgeräusch 122 ein Störgeräusch für das Ultraschallsensorsystem.
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Das Reifengeräusch 120 setzt sich aus mehreren Komponenten zusammen. Das Reifengeräusch 120 umfasst zumindest ein auf einer Fahrbahnoberfläche 126 entstehendes Abrollgeräusch 124 und ein an einem Profil 128 des Reifens 106 entstehendes Windgeräusch 130 des Reifens 106.
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Das Abrollgeräusch 124 entsteht teilweise durch eine Luftverdrängung, wenn Profilblöcke des Profils 128 beim Abrollen des Reifens 106 auf die Fahrbahnoberfläche 126 auftreffen. Teilweise entsteht das Abrollgeräusch 124 durch eine Luftbewegung der verdrängten Luft innerhalb Profilnuten des Profils 126. Ebenso entsteht ein Teil des Abrollgeräuschs 124 durch zurückströmende Luft, wenn die Profilblöcke beim Abrollen wieder von der Fahrbahnoberfläche 126 abheben. Zusätzlich entsteht ein Teil des Abrollgeräuschs 124 durch einen Schlupf zwischen den Profilblöcken und der Fahrbahnoberfläche 126. Wenn die Profilnuten weniger tief beziehungsweise die Profilblöcke weniger hoch werden, also die Reifenprofiltiefe 104 abnimmt, verändert sich das Abrollgeräusch 124.
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Das Windgeräusch 130 des Reifens 106 entsteht durch eine Luftverwirbelung an den Profilblöcken und in den Profilnuten des Profils 128. Besonders intensiv sind die Luftverwirbelungen gegenüber einer Reifenaufstandsfläche 132, da dort eine Relativgeschwindigkeit zwischen umgebender Luft und dem Profil 128 besonders hoch ist. Die Relativgeschwindigkeit beträgt dort näherungsweise das Doppelte einer Fahrzeuggeschwindigkeit des Fahrzeugs 100. Wenn die Profilnuten weniger tief beziehungsweise die Profilblöcke weniger hoch werden, also die Reifenprofiltiefe 104 abnimmt, verändert sich das Windgeräusch 130.
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Das Sensorsystem 108 stellt die Sensorsignale 118 für die Vorrichtung 102 bereit. Die Vorrichtung 102 liest die Sensorsignale 118 ein und wertet das in den Sensorsignalen 118 abgebildete Reifengeräusch 120 aus, um die Reifenprofiltiefe 104 zu bestimmen.
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Flüssigkeit auf der Fahrbahnoberfläche 126 beeinflusst das Reifengeräusch 120 wesentlich. Dabei wird insbesondere das Abrollgeräusch 124 lauter, da die Flüssigkeit analog zur Luft von den Profilblöcken verdrängt werden muss, um die Haftung zwischen dem Profil 128 und der Fahrbahnoberfläche herzustellen. Umgekehrt behindert die Flüssigkeit das Zurückströmen der Luft beim Abheben der Profilblöcke. Zusätzlich verändern sich durch die Flüssigkeit die im Reifengeräusch 120 enthaltenen Frequenzen. Die Veränderungen der Lautstärke und Frequenzen bei nasser beziehungsweise feuchter Fahrbahnoberfläche 126 sind wesentlich ausgeprägter, als die Veränderungen aufgrund der Änderung der Reifenprofiltiefe 104. Daher wird in einem Ausführungsbeispiel die Auswertung des Reifengeräuschs 120 ausgesetzt, wenn die Fahrbahnoberfläche 126 als nicht trocken erkannt wird.
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Die Sensoren 110 des Sensorsystems 108 bilden auch Schall aus der Umgebung des Fahrzeugs 100 in den Sensorsignalen 118 ab. Beispielsweise wird auch das Reifengeräusch eines in der Nähe fahrenden anderen Fahrzeugs in den Sensorsignalen abgebildet. Da das fremde Reifengeräusch das eigene Reifengeräusch 120 überlagern kann, wird in einem Ausführungsbeispiel die Auswertung des Reifengeräuschs 120 ausgesetzt, wenn ein oder mehrere andere fahrende Fahrzeuge in einem Erfassungsbereich der Sensoren 110 erkannt werden. Die fremden Fahrzeuge können beispielsweise durch Ultraschallortung erkannt werden. Ebenso können die fremden Fahrzeuge durch ein anderes Erfassungssystem des Fahrzeugs 100 erkannt werden.
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Die Profilblöcke des Profils 128 bestehen aus einem flexiblen Material. Bei einer Belastung durch eine Kraft resultiert eine Verformung. Bei einer Belastung senkrecht zur Reifenaufstandsfläche 132 werden die Profilblöcke entsprechend eines Materialkennwerts des Materials zusammengedrückt und verzahnen sich mit der Fahrbahnoberfläche 126. Bei einer Scherbelastung verformen sich die Profilblöcke seitlich und der Schlupf zwischen dem Reifen 106 und der Fahrbahnoberfläche 126 steigt. Der Schlupf beeinflusst das Abrollgeräusch 124 stärker als die Änderung der Reifenprofiltiefe 104. Auf Scherung werden die Profilblöcke im Wesentlichen beim Bremsen und Kurvenfahren beansprucht. Bei angetriebenen Rädern des Fahrzeugs 100 werden die Profilblöcke zusätzlich beim Beschleunigen auf Scherung beansprucht. In einem Ausführungsbeispiel wird das Auswerten des Reifengeräuschs 120 ausgesetzt, wenn das Fahrzeug 100 beschleunigt, gebremst oder in eine Kurve gelenkt wird.
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Das Reifengeräusch 120 wird auch durch weitere Faktoren, wie die momentane Fahrzeuggeschwindigkeit, einen aktuellen Luftdruck im Reifen 106, eine Temperatur des Reifens 106, eine momentane Reifenaufstandskraft und einen Reifentyp des Reifens 106 beeinflusst. In einem Ausführungsbeispiel wird von der Vorrichtung 102 zumindest eine einen dieser Faktoren abbildende Information 134 verwendet, um das Reifengeräusch 120 auszuwerten.
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Die Fahrzeuggeschwindigkeit kann beispielsweise von einem Geschwindigkeitssensor des Fahrzeugs 100 erfasst und in einer Geschwindigkeitsinformation abgebildet werden. Ebenso kann die Fahrzeuggeschwindigkeit aus einem Navigationssystem des Fahrzeugs ausgelesen werden.
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Der aktuelle Luftdruck und die aktuelle Temperatur können durch einen in den Reifen integrierten Sensor erfasst werden. Eine den Luftdruck abbildende Luftdruckinformation und ein die Temperatur abbildender Reifentemperaturinformation können drahtlos an einen Empfänger im Fahrzeug 100 übermittelt werden. Der Sensor kann auch eine eindeutige Identifikationsinformation senden. Die Identifikationsinformation kann mit dem Reifentyp verknüpft sein. Unter Verwendung der Identifikationsinformation kann eine den Reifentyp kennzeichnende Reifeninformation gewonnen werden.
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Die Reifenaufstandskraft kann beispielsweise über einen Niveausensor an einer Radaufhängung des Fahrzeugs 100 ermittelt werden, da eine Federung des Fahrzeugs abhängig von einem Gewicht des Fahrzeugs einfedert. Die Reifenaufstandskraft kann in einer Aufstandskraftinformation abgebildet werden.
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Das Reifengeräusch 120, insbesondere das Abrollgeräusch 124 ist auch stark abhängig von einer Beschaffenheit der Fahrbahnoberfläche 126. Beispielsweise wird das Abrollgeräusch 124 durch sogenannten Flüsterasphalt verringert. Bei zerklüfteter Fahrbahnoberfläche 126 können die Frequenzen des Abrollgeräuschs 124 anders sein, als bei glatter Fahrbahnoberfläche 126. Um die Reifenprofiltiefe 104 zu erkennen, wird in einem Ausführungsbeispiel das Reifengeräusch 120 aufgezeichnet und als Datensatz 136 gespeichert. Dabei wird für einen gefahrenen Streckenabschnitt je ein Datensatz 136 erstellt. Nach mehrmaligem Befahren einer Strecke werden die einem Streckenabschnitt zugeordneten Datensätze 136 gemeinsam ausgewertet, um eine Veränderung des Reifengeräuschs 120 zu erkennen und so auf eine Änderung der Reifenprofiltiefe 104 zu schließen.
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In einem Ausführungsbeispiel stellt zumindest ein Modell 138 einen Schätzwert 140 bereit, der eine durch das Modell 138 geschätzte Reifenprofiltiefe 104 repräsentiert. Der Schätzwert 140 und ein von der Vorrichtung 102 über das Reifengeräusch 120 bestimmter Reifenprofiltiefenwert 142 werden über einen Kalman-Filter 144 fusioniert. Dabei werden sowohl der Schätzwert 140 als auch der Reifenprofiltiefenwert 142 gegenseitig unter Verwendung ihrer jeweiligen Standardabweichungen plausibilisiert.
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Das Modell 138 kann beispielsweise ein Alterungsmodell sein. Dabei werden Einflussfaktoren auf den Reifen 106 berücksichtigt, die über seine Benutzungsdauer auf den Reifen 106 eingewirkt haben. Die Einflussfaktoren werden beispielsweise durch Sensoren des Fahrzeugs 100 erfasst und/oder aus einer Datenbank geladen. Die Einflussfaktoren werden kumuliert und der eine wahrscheinliche Reifenprofiltiefe abbildende Schätzwert 140 berechnet.
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Ebenso kann das Modell 138 ein Reifenumfangsmodell sein. Dabei wird eine Abnahme des Reifenumfangs des Reifens 106 über eine Zunahme einer Drehzahl des Reifens 106 bei gleichbleibender Geschwindigkeit erfasst. Die Abnahme des Reifenumfangs hängt direkt mit der Verringerung der Reifenprofiltiefe 104 zusammen. Die Geschwindigkeit wird dabei unabhängig von den Drehzahlen der Räder des Fahrzeugs 100 erfasst. Beispielsweise wird die Geschwindigkeit aus dem Navigationssystem des Fahrzeugs 100 ausgelesen. Da der Reifenumfang wesentlich von der Reifenaufstandskraft und dem Reifenluftdruck abhängt, werden diese Faktoren zum Berechnen des Reifenumfangsmodells berücksichtigt.
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In einem Ausführungsbeispiel wird im Kalman-Filter zumindest ein Erfahrungswert 146 für die Datenfusion verwendet. Der Erfahrungswert 146 bildet dabei ein Vorwissen ab. Beispielsweise bildet der Erfahrungswert ab, dass die im Reifenprofiltiefenwert 142 abgebildete Reifenprofiltiefe 104 bei ein und demselben Reifen 106 nur abnehmen und nicht zunehmen kann, da der Reifenabrieb unumkehrbar ist. Der Erfahrungswert 146 kann auch abbilden, dass der Reifenprofiltiefenwert 142 sich nicht sprunghaft ändern kann, da der Reifenabrieb ein langsam ablaufender Prozess ist. Unter Verwendung des Erfahrungswerts werden der Schätzwert 140 und/oder der Reifenprofiltiefenwert 142 bewertet.
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Mit anderen Worten wird bei dem hier vorgestellten Ansatz eine Reifenprofiltiefenmessung mit Ultraschall und weiteren Sensoren zur präziseren Warnung vor Aquaplaning und abgefahrenen Reifen 106 vorgestellt.
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Um Kontakt zwischen Profilblöcken eines Reifenprofils und einer Fahrbahnoberfläche 126 sicherzustellen, wird Wasser in Profilrillen des Reifenprofils aufgenommen und abgeleitet. Ein Volumen der Profilrillen zwischen den Profilblöcken ist dabei direkt abhängig von einer Profiltiefe des Reifenprofils. Deswegen verschlechtern sich Aquaplaning-Eigenschaften eines Reifens 106 mit abnehmender Profiltiefe deutlich. Bei Profiltiefen von ca. 3 mm und weniger kann selbst auf lediglich feuchten Straßen besonders beim Bremsen im Geschwindigkeitsbereich von 100 km/h Aquaplaning entstehen.
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Hohe Windgeschwindigkeiten erzeugen ein Rauschen auch im Ultraschallbereich, wodurch eine Echoortung der Ultraschallsensoren gestört wird. Je größer die Geschwindigkeit des Windes und je zerklüfteter die Oberfläche in der Nähe des Sensors 110, umso größer ist das Rauschen. Außerdem kann Airpumping hohe Windgeschwindigkeiten zwischen Reifen 106 und Fahrbahn verursachen, die auch Rauschen im Ultraschallbereich zur Folge haben können.
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Als Airpumping(Geräusch) kann eine Komponente eines Reifen-Fahrbahn-Geräuschs bezeichnet werden, die durch Luftverdrängungseffekte und Ansaugeffekte im Bereich des Reifenlatsches erzeugt wird. Das Zusammendrücken des Reifenprofils im Reifeneinlauf beziehungsweise bei beginnendem Kontakt einer Laufflächenzone mit der Fahrbahnoberfläche 126, und das Abdecken der Fahrbahnstruktur durch die Profilklötze des Reifens 106 führen dort zum Herauspressen der Luft. Dagegen strömt die Luft im Reifenauslauf in die Kontaktzone zurück, wenn die Profilbereiche wieder von der Fahrbahn abzuheben beginnen.
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Das Airpumping ist für den aeroakustischen Anteil des Reifen-Fahrbahn-Geräuschs verantwortlich und stellt - abhängig von der Reifen-Fahrbahn-Kombination - neben Karkassenschwingungen und Profilschwingungen eine seiner Hauptursachen dar. Airpumping-Geräusche treten umso stärker auf, je weniger rau und je weniger porös eine Straßenoberfläche ist. Die Geschwindigkeit und die Menge der strömenden Luft bestimmen dabei die Lautstärke, die Form der Kanäle sorgt für das Klangbild und die Tonhöhe.
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Bei dem hier vorgestellten Ansatz wird die Reifenprofiltiefe 104 gemessen, damit der Fahrer rechtzeitig vor Aquaplaning gewarnt werden kann.
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Die Ultraschallsensoren nahe der Reifen 106 erfassen das Windgeräusch 130 und Abrollgeräusch 124, das durch das Reifenprofil erzeugt wird. Zusammen mit einer Raddrehzahlmessung wird unter Berücksichtigung von Reifen- und Fahrzeugmodell die Reifenprofiltiefe 104 berechnet. Je tiefer das Profil 128 der Reifen 106 umso lauter sind die Windgeräusche 130 die von den Reifen 106 erzeugt und den Sensoren 110 erfasst werden. Die Abrollgeräusche 124 können in Abhängigkeit von einer Profilform zunehmen oder abnehmen, je kleiner die Profiltiefe wird.
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Das Geräusch am Sensor 110 ist durch den Fahrtwind und das Nasszischen des eigenen Fahrzeugs 100 und anderer Verkehrsteilnehmer überlagert. Das Reifenmodell kann das Fahrzeug 100 anhand der ID des Reifendrucksensors erkennen. Die überlagerten Geräusche von anderen Verkehrsteilnehmern, des eigenen Fahrtwinds und das Nasszischen kann identifiziert werden. Für die Reifenprofiltiefenmessung werden nur die Messdaten verwendet, die auf trockener Straße und ohne Einfluss anderer Verkehrsteilnehmer erhoben werden.
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Da die Reifenabrollgeräusche auch von der Rauigkeit und Porosität der Fahrbahnoberfläche 126 bestimmt sind, wird berücksichtigt, wie sich an mehrfach angefahrenen und dadurch bekannten GPS-Positionen die Reifengeräusche 120 ändern. Durch diese Vergleichsmessungen kann besonders gut auf eine Profiländerung geschlossen werden.
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Da der Reifendruck und die Reifenaufstandskraft Einfluss haben, wie groß die Berührfläche zwischen Reifen 106 und Fahrbahn ist, und damit wie lang die Windkanäle zwischen Reifen 106 und Fahrbahn ausgeprägt sind, kann auch der Einfluss der beispielsweise mit Höhenstandssensoren gemessenen Reifenaufstandskraft und des beispielsweise mit Sensoren im Reifen 106 gemessenen Reifendrucks in der Vergleichsmessung berücksichtigt werden.
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Für den Fall dass nur Ultraschallsensoren an der Rückseite des Fahrzeugs 100 verbaut sind, oder wenn aus anderen Gründen die Profiltiefe der vorderen Reifen 106 nicht zuverlässig genug gemessen werden kann, dann kann die Annahme getroffen werden, dass die Profiltiefe der vorderen Reifen 106 der Profiltiefe der hinteren Reifen 106 entspricht. Sollten große Unterschiede zwischen den Profiltiefen der einzelnen Räder gemessen werden, dann lässt das eine Fehlberechnung vermuten. In diesem Fall wird das Minimum aus allen Werten berechnet und für alle Reifen 106 angenommen.
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Das Reifenprofil wird mit Ultraschall Sensorik in Kombination mit der Reifenumfangsberechnung und/oder einem Alterungsmodell berechnet.
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Über die Reifenumfangsberechnung kann mit Hilfe der GPS-Geschwindigkeit die Reifenprofiltiefe 104 berechnet werden. In diesem Fall ist außerdem eine Messung der Raddrehzahl notwendig. Des Weiteren ist der Abrollumfang auch abhängig vom Reifendruck und der Reifenaufstandskraft. Als weiterer Fehler bei der Messung der Raddrehzahl spielt der Schlupf der Räder eine Rolle. Darum wird eine Reifenprofilmessung idealerweise bei einer Fahrt geradeaus ohne Antriebsleistung vorgenommen, um die Reifenaufstandskräfte konstant und den Schlupf minimal zu halten. Das Gewicht des Fahrzeugs 100 wird vom ESP mit dessen Inertialsensorik mit Hilfe eines Wankmodells berechnet oder - wenn für moderne Beleuchtungssysteme vorhanden - über Höhenstandssensoren im Fahrwerk bestimmt. Der Reifendruck wird durch Sensoren in den Reifen 106 gemessen und an das Fahrzeug 100 übertragen.
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Mit einem Alterungsmodell kann das Reifenprofil ebenso berechnet werden. In diesem Fall sind eine Reibwertkarte, Beschleunigungssensorik und eine Reifentemperaturmessung oder ein Reifentemperaturmodell für die Berechnung notwendig. Da auch der verbliebene Teil an Weichmachern im Reifen 106 eine Rolle spielt und diese von den Reifentemperaturen aus der Vergangenheit und dem Alter der Reifen 106 abhängt, werden diese ebenso berücksichtigt.
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Der Abrieb des Reifenprofils ist umso größer, je höher die auf den Reifen 106 wirkende Kraft ist, je höher der Reibwert ist, je höher die Reifentemperatur ist und je höher der verbliebene Anteil an Weichmachern im Reifen 106 ist. Die Kraft kann beispielsweise aus der Beschleunigungssensorik berechnet werden.
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Alle drei Verfahren können je nach verfügbarer Sensorik alternativ oder ergänzend eingesetzt werden und führen je nach Fahrzeugvariante zu unterschiedlich zuverlässigen Werten. Wenn zwei oder mehr Verfahren mit einem Fahrzeug 100 möglich sind, dann lassen sich zusammen mit deren Standardabweichungen die Berechnungen z.B. mit Hilfe eines Kalmanfilters 144 fusionieren. Dadurch wird die Vorhersage zuverlässiger.
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Durch den hier vorgestellten Ansatz werden weniger Fahrzeuge 100 mit zu geringem Reifenprofil unterwegs sein. Eine Aquaplaninggefahr kann präziser vorhergesagt werden. Dadurch wird die Warnung seltener ignoriert und Unfälle vermieden. Fahrassistenzfunktionen können den verlängerten Bremsweg durch niedriges Reifenprofil berücksichtigen. Der Notbremsassistent warnt früher und greift früher ein. Der Abstandsregeltempomat erhöht den Abstand. Bei automatischer Regelung der Kurvengeschwindigkeit wird diese verringert. Die Reibwertinformation aus der Cloud, die in viele Fahrassistenzfunktionen einfließt, kann individuell für Fahrzeuge mit niedriger Profilstärke nach unten korrigiert werden.
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Alternativ kann der Fahrer regelmäßig vom Fahrzeug 100 aufgefordert werden, das Reifenprofil zu messen und über das Multimedia-Cluster einzugeben. Allerdings muss davon ausgegangen werden, dass hier grobe Mess- und Eingabefehler auftreten können und vermutlich nur wenige Fahrer bereit sein werden, diesen Aufwand für eine bessere Aquaplaningwarnung zu betreiben.
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Der hier vorgestellte Ansatz kann in allen Fahrzeugen 100 eingesetzt werden, bei denen das Reifenmodell bekannt ist. Mit Reifendrucksensoren sind ca. 50% der Fahrzeuge ausgestattet, wobei der Fahrer dem Fahrzeug 100 das Reifenmodell mitteilen kann, wenn er die auf die Reifenprofiltiefenmessung basierenden Features nutzen möchte. Ca. 50% der Fahrzeuge 100 sind mit Ultraschallsensoren ausgestattet. Viele Fahrzeuge sind mit GPS- und Höhenstandssensoren ausgestattet.
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Abschließend ist darauf hinzuweisen, dass Begriffe wie „aufweisend“, „umfassend“, etc. keine anderen Elemente oder Schritte ausschließen und Begriffe wie „eine“ oder „ein“ keine Vielzahl ausschließen. Bezugszeichen in den Ansprüchen sind nicht als Einschränkung anzusehen.
