DE102018206228A1 - Method for determining the wear of a tire of a vehicle wheel - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum näherungsweisen Ermitteln des Verschleißes eines Reifens eines Fahrzeug-Rades, indem der Betrag des am Rad anliegenden Moments unter weiterer Berücksichtigung des Schlupfes zwischen dem Reifen und der Fahrbahn sowie der zurückgelegten Wegstrecke sowie zumindest eines reifenabhängigen Faktors aufsummiert oder mathematisch integriert wird. Dabei kann zumindest ein reifenabhängiger Faktor in einem Datennetzwerk („Backend“) für eine Vielzahl von Reifen und Fahrzeugen insbesondere nach Art eines neuronalen Netzes laufend in seiner Genauigkeit gesteigert werden.The invention relates to a method for determining approximately the wear of a tire of a vehicle wheel by the sum of the torque applied to the wheel is added up or mathematically integrated with further consideration of the slip between the tire and the road and the distance covered and at least one tire-dependent factor , In this case, at least one tire-dependent factor in a data network ("backend") for a large number of tires and vehicles, in particular in the manner of a neural network, can be continuously increased in its accuracy.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum näherungsweisen Ermitteln des Verschleißes eines Reifens eines Fahrzeug-Rades. Zum Stand der Technik wird neben der DE 10 2015 120 991 A1 auf die DE 100 58 099 A1 verwiesen.The invention relates to a method for approximately determining the wear of a tire of a vehicle wheel. The state of the art is in addition to the DE 10 2015 120 991 A1 on the DE 100 58 099 A1 directed.

Grundsätzlich bekannt ist es, welche Faktoren bzw. Randbedingungen Einfluss auf den Verschleiß von den Reifen eines Fahrzeugs bzw. von dessen Rädern haben, vgl. die eingangs letztgenannte Schrift. Darin ist vorgeschlagen, dass aus solchen Schätzgrößen Näherungswerte für die Abnutzung der Reifen errechnet und gespeichert werden. In die heutige Praxis hat dies jedoch noch keinen Eingang gefunden; vielmehr wird weiterhin die Profiltiefe der Reifen gemessen und bei Unterschreiten eines Grenzwertes der jeweilige Reifen ausgetauscht. Neuere Entwicklungen gehen dabei dahin, eine automatische Messung oder Überwachung der Reifen-Profiltiefe durchzuführen.It is basically known which factors or boundary conditions influence the wear of the tires of a vehicle or of its wheels, cf. the beginning of the latter font. It is suggested that approximate values for tire wear be calculated and stored from such estimates. However, this has not yet found its way into today's practice; Rather, the tread depth of the tire is still measured and replaced when falling below a limit of each tire. Recent developments are to carry out an automatic measurement or monitoring of tire tread depth.

Vorliegend soll nun aufgezeigt werden, wie aus relevanten Einflussfaktoren der Verschleiß eines Fahrzeug-Reifens zumindest näherungsweise bestimmt werden kann (= Aufgabe der vorliegenden Erfindung).
Die Lösung dieser Aufgabe ergibt sich mit den Merkmalen des unabhängigen Patentanspruchs und besteht in einem Verfahren zum näherungsweisen Ermitteln des Verschleißes eines Reifens eines Fahrzeug-Rades, indem der Betrag des am Rad anliegenden Moments unter weiterer Berücksichtigung des Schlupfes zwischen dem Reifen und der Fahrbahn sowie der zurückgelegten Wegstrecke sowie zumindest eines reifenabhängigen Faktors aufsummiert oder mathematisch integriert wird. Vorteilhafte Weiterbildungen sind Inhalt der Unteransprüche.In the present case, it will now be shown how the wear of a vehicle tire can at least approximately be determined from relevant influencing factors (= object of the present invention).
The solution to this problem arises with the features of the independent claim and consists in a method for approximately determining the wear of a tire of a vehicle wheel by the amount of torque applied to the wheel, taking into account the slip between the tire and the road and the accumulated distance and at least one tire-dependent factor is added up or mathematically integrated. Advantageous developments are content of the dependent claims.

Ein erfindungsgemäßes Verfahren zur Berechnung des Reifenverschleißes zieht zur Berechnung die wesentlich relevanten Messgrößen und Einflussfaktoren heran, so insbesondere das vom jeweiligen Rad zu übertragende Moment, bei welchem es sich um ein Antriebsmoment oder ein Bremsmoment handeln kann, weshalb vorliegend nur der Betrag dieses Moments berücksichtigt wird. Dabei sind die jeweiligen Antriebsmomente aus der Steuerung eines Fahrzeug-Antriebsaggregats ebenso bekannt wie die jeweiligen Bremsmomente, die aus dem jeweils aufgebrachten Bremsdruck mit ausreichender Genauigkeit bestimmt werden können. Weitere wesentliche zu berücksichtigende Größen sind insbesondere die vom Fahrzeug mit dem jeweiligen Rad zurückgelegte Strecke sowie der Schlupf zwischen dem jeweiligen Rad und der Fahrbahn.A method according to the invention for calculating tire wear uses the essentially relevant measured variables and influencing factors for calculation, in particular the torque to be transmitted by the respective wheel, which may be a drive torque or a braking torque, for which reason only the magnitude of this torque is taken into account , In this case, the respective drive torques from the control of a vehicle drive unit are likewise known, as are the respective brake torques which can be determined with sufficient accuracy from the respectively applied brake pressure. Further essential variables to be taken into account are, in particular, the distance traveled by the vehicle with the respective wheel and the slip between the respective wheel and the roadway.

Die mathematische Berechnung des Reifenverschleißes V beispielsweise auf fahrzeug-internen Steuergeräten oder Recheneinheiten erfolgt quasi als Integration des Betrags des Radmoments Mrad über der zurückgelegten Wegstrecke s unter Berücksichtigung des Schlupfes S sowie zumindest eines reifenabhängigen Faktor fR nach folgender Formel: $$\text{V}=fR{\displaystyle \int \left|Mrad\right|Sds}$$

The mathematical calculation of the tire wear V, for example, on vehicle-internal control units or arithmetic units takes place as an integration of the amount of the wheel torque Mrad over the distance traveled s taking into account the slip S and at least one tire-dependent factor fR according to the following formula: $$\text{V}=fR{\displaystyle \int \left|Mrad\right|Sds}$$

Der reifenabhängige Faktor fR berücksichtigt dabei die Reifeneigenschaften und dient der Normierung des Systems. Anstelle einer Integration führen übliche Recheneinheiten eine Addition aus, d.h. summieren quasi eine Vielzahl kleiner Verschleißwerte V von sehr kurzen Wegstrecken auf. Dies wird hier durch das Integral ausgedrückt.The tire-dependent factor fR takes into account the tire properties and serves to standardize the system. Instead of integration, conventional computational units perform addition, i. sum up a large number of small wear values V of very short distances on. This is expressed here by the integral.

Eine weitere oder alternative Möglichkeit, den Verschleiß eines Reifens zu prognostizieren besteht in der Anwendung eines Polynoms, beispielsweise folgender Art: $$\text{V}=\left|\text{Mrad}\right|*\text{a}+{\text{S*b}}^2+{\text{s*c}}^3+\dots$$

Dabei stellen die einzelnen Faktoren des (a,b,c, ...) dieses Polynoms abermals reifenabhängige Faktoren dar, welche im Fahrversuch initial ermittelt werden können und vorzugsweise über Erfahrungswerte bzw. Kontrollmessungen der Profiltiefe eines Reifens im Fahrzeugbetrieb kontinuierlich angepasst werden. Die anderen Buchstaben stehen für die bereits erläuterten Größen. Weiterhin kann, worauf an späterer Stelle noch weiter eingegangen wird, eine (für eine erfindungsgemäße näherungsweise Ermittlung des Reifenverschleißes V durchzuführende) Abbildung vom sogenannten Merkmalsraum (nämlich dem zu übertragenden Moment M und der zurückgelegten Wegstrecke s und dem Schlupf S und dem Reifentyp in Form eines reifenabhängigen Faktors und gegebenenfalls weiterer Einflussfaktoren) in den sogenannten Entscheidungsraum (nämlich die Frage, ob der Reifen hinsichtlich seines Verschleißes V noch in Ordnung oder bereits nicht mehr in Ordnung ist) kann neben dem Polynom oder Integral auch über ein neuronales Netz erfolgen.Another or alternative way to predict the wear of a tire is to use a polynomial, for example of the following type: $$\text{V}=\left|\text{mrad}\right|*\text{a}+{\text{S * b}}^2+{\text{s * c}}^3+...$$

The individual factors of (a, b, c,...) Of this polynomial once again represent tire-dependent factors which can initially be determined in the driving test and are preferably continuously adjusted via empirical values or control measurements of the tread depth of a tire during vehicle operation. The other letters stand for the sizes already explained. Furthermore, as will be discussed further below, an image (to be carried out for an approximate determination of the tire wear V according to the invention) of the so-called feature space (namely the moment M to be transmitted and the distance traveled s and the slip S and the type of tire in the form of a tire-dependent factor and optionally other influencing factors) in the so-called decision area (namely the question of whether the tire is still in order or already no longer in order with respect to its wear V) can be carried out in addition to the polynomial or integral via a neural network.

Es kann der hinsichtlich seines Verschleißes zu überwachende Reifen mit einer geeigneten und vorzugsweise elektronisch auslesbaren Identifikation (RFID, QR-Code) versehen sein, welche Angaben über eine frühere Verwendung des Reifens enthält oder über welche solche Angaben aus einer Datenbank oder dgl. abrufbar sind, so dass solche Angaben auch in der laufenden Verschleiß-Ermittlung berücksichtigt werden können. Über eine solche Identifikation des Reifens wird zunächst ein Ausgangswert für das Reifenprofil und das Reifenalter bestimmt und zusätzlich die sog. Reifenhistorie abgerufen, d.h. bspw. ob sich der Reifen an einer angetrieben oder an einer nicht angetriebenen Fahrzeug-Achse befand. Diese Reifenhistorie wird vorzugsweise in die Verschleiß-Berechnung integriert, da diese den individuellen Verschleiß jedes Reifen maßgeblich beeinflusst. Dabei kann ein möglicher Reifenwechsel am Fahrzeug durch Identifikation einer dem Fahrzeug bereits bekannten (und im Reifen integrierten) Rad-Elektronik (beispielsweise zur Bestimmung des aktuellen Reifenfülldrucks) erkannt werden.It can be provided with regard to its wear tire to be monitored with a suitable and preferably electronically readable identification (RFID, QR code), which contains information about an earlier use of the tire or about which such information from a database or the like. Called, so that such information can also be taken into account in the ongoing determination of wear. About such an identification of the tire, an initial value for the tire tread and the tire age is first determined and additionally retrieved the so-called. Tire history, ie, for example, whether the tire is driven on a or on a non-driven vehicle axle was. This tire history is preferably integrated into the wear calculation, as it significantly affects the individual wear of each tire. In this case, a possible tire change on the vehicle can be detected by identification of a vehicle already known (and integrated in the tire) wheel electronics (for example, to determine the current tire inflation pressure).

Real und formelgemäß (d.h. gemäß den oben angegebenen Formeln zur Bestimmung des Reifenverschleißes V) steigt der Reifenverschleiß bei steigendem Rad-Moment M und Schlupf S bzw. bei Aufrechterhaltung dieser Größen über einen gewissen längeren Zeitraum bzw. eine Wegstrecke s. Der Reifenabrieb durch Bremsen wird dabei über den Betrag des Moments miteinbezogen und auch die Fahrbahneigenschaften können über das übertragene Moment abgeschätzt und in die Berechnung integriert werden. Im Detail kann die Abschätzung der Fahrbahneigenschaften solchermaßen erfolgen, dass höherer Schlupf s bei geringem zu übertragendem Rad-Moment M einen niedrigen Straßenreibwert und geringen Reifen-Verschleiß V bedeutet, während hoher Schlupf s und hohes Moment einen normalen Straßenreibwert und hohen Verschleiß bedeutet. Im Übrigen kann auch der Fülldruck des Reifens in einer der oben genannten mathematischen Formeln geeignet mit berücksichtigt werden. Für das lediglich prinzipiell angegebene Polynom kann hierfür ein weiterer gewichteter Faktor vorgesehen sein. Es kann aber auch davon ausgegangen werden, dass beispielsweise über ein Reifendruckkontrollsystem praktisch andauernd ein korrekter Reifendruck eingestellt ist.In real terms and in terms of formulas (i.e., according to the tire wear determining formulas given above), tire wear increases as the wheel moment M and slip S increase, or over a certain extended time or distance s, respectively, as these wheel sizes increase. The tire abrasion by braking is thereby included over the amount of torque and also the road properties can be estimated over the transmitted torque and integrated into the calculation. In detail, the estimation of the road characteristics can be made such that higher slip s with low wheel torque M to transmit means low road friction coefficient and low tire wear V, while high slip s and high torque mean normal road friction coefficient and high wear. Incidentally, the inflation pressure of the tire may also be taken into account in one of the abovementioned mathematical formulas. For the polynomial only given in principle, a further weighted factor can be provided for this purpose. However, it can also be assumed that, for example via a tire pressure monitoring system, a correct tire pressure is practically permanently set.

Es wurde bereits erwähnt, dass zur Steigerung der Genauigkeit des zumindest einen reifenabhängigen Faktors Messungen der Profiltiefe des Reifens berücksichtigt werden können, d.h. durch entsprechenden Abgleich kann der ein reifenabhängige(r) Faktor geeignet angepasst werden. Dabei kann eine solche Anpassung auch in einem Datennetzwerk für eine Vielzahl von Reifen und Fahrzeugen insbesondere nach Art eines neuronalen Netzes fortlaufend erfolgen. Die einzelnen Fahrzeug-Parameter des Netzes werden im Fahrversuch initial eingelernt und im laufenden Flottenbetrieb kontinuierlich verbessert. Ein Reset der vorstehend genannten Berechnungsfunktion und das Erkennen alter Reifen findet vorzugsweise über die stets vorhandene Reifendruckkontrolle statt. Durch den Vergleich zwischen prognostiziertem Verschleiß und tatsächlicher Profiltiefe über mehrere Fahrzeuge hinweg kann der reifenabhängige Faktor laufend verbessert werden. Die Messung des Verschleißes kann dabei z.B. automatisch über ein Profiltiefe-Messsystem erfolgen. Der reifenabhängige Faktor wird fahrzeugabhängig bevorzugt in einem fahrzeugexternen sog. Backend (= Teil eines IT-Systems, der sich mit der Datenverarbeitung im Hintergrund beschäftigt) gespeichert, über mehrere Fahrzeuge hinweg durch mathematische Optimierung verbessert und bei einem Werkstattaufenthalt entsprechend angepasst. Ferner können die Reifenverschleißinformationen bspw. über das Backend an einen Werkstattbetrieb des Fahrzeugs kommuniziert werden, sodass diese den Fahrzeugnutzer bzw. Besitzer auf einen notwendigen Reifenwechsel hinweisen kann oder den benötigten neuen Reifen bei einem anstehenden Werkstattbesuch des Kunden vorrätig halten kann. Beansprucht wird im Übrigen auch eine elektronische Steuer- und Recheneinheit oder auf einer solchen installierbares Computerprogramm oder Computerprogrammprodukt, welche(s) ausführbaren Programmcode umfasst und gestaltet ist, ein Verfahren wie vorstehend erläutert auszuführen.It has already been mentioned that in order to increase the accuracy of the at least one tire-dependent factor measurements of the tread depth of the tire can be taken into account, i. By appropriate adjustment of a tire-dependent (r) factor can be adjusted appropriately. Such an adaptation can also take place continuously in a data network for a large number of tires and vehicles, in particular in the manner of a neural network. The individual vehicle parameters of the network are initialized during the driving test and continuously improved during ongoing fleet operation. A reset of the aforementioned calculation function and the detection of old tires preferably takes place via the ever-present tire pressure control. By comparing predicted wear and actual tread depth across multiple vehicles, the tire-dependent factor can be continually improved. The measurement of wear may be e.g. automatically via a profile depth measuring system. Depending on the vehicle, the tire-dependent factor is preferably stored in a vehicle-external backend (= part of an IT system that deals with data processing in the background), improved over several vehicles by mathematical optimization and adjusted accordingly during a workshop visit. Furthermore, the tire wear information can be communicated via the backend, for example, to a workshop operation of the vehicle so that it can inform the vehicle user or owner about a necessary tire change or can keep the required new tire in stock during a pending workshop visit by the customer. Incidentally, an electronic control and computing unit or on such an installable computer program or computer program product, which comprises executable program code and is designed to execute a method as explained above, is also claimed.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

• DE 102015120991 A1 [0001]DE 102015120991 A1 [0001]
• DE 10058099 A1 [0001]DE 10058099 A1 [0001]

Claims (7)

Verfahren zum näherungsweisen Ermitteln des Verschleißes eines Reifens eines Fahrzeug-Rades, indem der Betrag des am Rad anliegenden Moments unter weiterer Berücksichtigung des Schlupfes zwischen dem Reifen und der Fahrbahn sowie der zurückgelegten Wegstrecke sowie zumindest eines reifenabhängigen Faktors aufsummiert oder mathematisch integriert wird.A method for determining approximately the wear of a tire of a vehicle wheel by the amount of torque applied to the wheel is added up or mathematically integrated with further consideration of the slip between the tire and the road and the distance covered and at least one tire-dependent factor. Verfahren nach Anspruch 1, wobei der hinsichtlich seines Verschleißes zu überwachende Reifen mit einer Identifikation versehen ist, welche Angaben über eine frühere Verwendung des Reifens enthält, welche auch in der laufenden Verschleiß-Ermittlung berücksichtigt wird.Method according to Claim 1 , wherein the tire to be monitored for wear is provided with an identification which contains information about an earlier use of the tire, which is also taken into account in the ongoing wear determination. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei weiterhin der Fülldruck des Reifens berücksichtigt wird.Method according to Claim 1 or 2 while still taking into account the inflation pressure of the tire. Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, wobei weiterhin eine Abschätzung der Fahrbahneigenschaften berücksichtigt wird.Method according to one of the preceding claims, wherein an estimation of the road properties is also taken into account. Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, wobei zumindest ein reifenabhängiger Faktor in einem Datennetzwerk („Backend“) für eine Vielzahl von Reifen und Fahrzeugen insbesondere nach Art eines neuronalen Netzes laufend in seiner Genauigkeit gesteigert wird.Method according to one of the preceding claims, wherein at least one tire-dependent factor in a data network ("backend") for a plurality of tires and vehicles, in particular in the manner of a neural network is continuously increased in its accuracy. Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, wobei zur Steigerung der Genauigkeit des zumindest einen reifenabhängigen Faktors Messungen der Profiltiefe des Reifens berücksichtigt werden.Method according to one of the preceding claims, wherein to increase the accuracy of the at least one tire-dependent factor measurements of the tread depth of the tire are taken into account. Elektronische Steuer- und Recheneinheit oder auf einer solchen installierbares Computerprogramm oder Computerprogrammprodukt, welche(s) ausführbaren Programmcode umfasst und gestaltet ist, ein Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche auszuführen.Electronic control and processing unit or on such an installable computer program or computer program product, which comprises executable program code and is designed to carry out a method according to one of the preceding claims.