DE102019207820A1

DE102019207820A1 - Fahrzeugreifen

Info

Publication number: DE102019207820A1
Application number: DE102019207820.6A
Authority: DE
Inventors: Martin Kurz; Charles Henry Boston; Joachim Busche; Matthias Strzelczyk; Baldo Sahlmüller; Christoph Bederna
Original assignee: Continental Reifen Deutschland GmbH
Current assignee: Continental Reifen Deutschland GmbH
Priority date: 2019-05-28
Filing date: 2019-05-28
Publication date: 2020-12-03
Also published as: WO2020239337A1

Abstract

Um ein Fahrzeugreifen bereitzustellen, mit dem herkömmliche Fahrzeugreifen verbessert werden können, wird vorgeschlagen, dassam Fahrzeugreifen (1) ein Sensor zur Bestimmung von Eigenfrequenzen des Fahrzeugreifens (1) angeordnet ist,wobei mit dem Sensor das Schwingungsverhalten des Fahrzeugreifens (1) analysiert wird,wobei bei einer Änderung der Profilgeometrie und eine Änderung des Fahrzeugreifengewichts eine Änderung des Schwingungsverhalten des Fahrzeugreifens (1) detektiert wird,wobei mit dem Sensor und über die Änderung des Schwingungsverhalten des Fahrzeugreifens die Profiltiefe ermittelt wird.

Description

Die Erfindung betrifft einen Fahrzeugreifen.
Es ist bekannt, bei Fahrzeugreifen eine Reifendrucküberwachung einzusetzen, um einen Druckverlust sicher zu detektieren.
Außerdem gibt es unterschiedliche Ansätze, die Profiltiefe eines Fahrzeugreifens mit einem Reifensensor zu ermitteln. Die meisten bisherigen Konzepte wurden jedoch nicht umgesetzt, da sie unterschiedliche Nachteile besitzen. Einer der Nachteile besteht insbesondere darin, dass es schwierig ist entsprechende Sensoren im Laufstreifen anzuordnen.
Der Erfindung lag die Aufgabe zugrunde, einen Fahrzeugreifen bereitzustellen, mit dem herkömmliche Fahrzeugreifen verbessert werden können.
Gelöst wird die Aufgabe durch den Oberbegriff und die kennzeichnenden Merkmale von Anspruch 1 dadurch, dass
am Fahrzeugreifen ein Sensor zur Bestimmung von Eigenfrequenzen des Fahrzeugreifens angeordnet ist,
wobei mit dem Sensor das Schwingungsverhalten des Fahrzeugreifens analysiert wird, wobei bei einer Änderung der Profilgeometrie und eine Änderung des Fahrzeugreifengewichts eine Änderung des Schwingungsverhaltens des Fahrzeugreifens, wobei mit dem Sensor und über die Änderung des Schwingungsverhaltens des Fahrzeugreifens die Profiltiefe ermittelt wird.
Ein Vorteil der Erfindung ist insbesondere darin zu sehen, dass mit dem neuen Sensor der Profilabrieb im Fahrzeugreifen auf einfache Weise, automatisiert und mit einer hohen Genauigkeit ermittelt werden kann.
Dadurch lässt sich die Profiltiefe des Fahrzeugreifens auf einfache Art bestimmen. Erreicht die Profiltiefe einen bestimmten Mindestwert, kann automatisiert eine Warnung an den Fahrzeughalter ausgegeben werden. Die Anordnung eines Sensors, mit dem dass Schwingungsverhalten des Fahrzeugreifens ausgewertet werden kann, ist relativ einfach umzusetzen.
Ein entsprechender Sensor kann sowohl auf der Reifeninnenseite, als auch in verschiedenen Reifenbauteilen integriert sein.
In einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass der Sensor die radialen Schwingungen in radialer Richtung des Fahrzeugreifens erfasst und analysiert. Mit den radialen Schwingungen in radiale Richtung des Fahrzeugreifens lässt sich mit einer hohen Genauigkeit bestimmen, ob ein Profilabrieb des Laufstreifens erfolgt ist.
Mit entsprechenden Computersimulationen lässt sich dieser Umstand insbesondere nachweisen.
In einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass der Sensor die radialen Schwingungen in radialer Richtung des Fahrzeugreifens bei einer Frequenz von ca. 80 Hz erfasst und analysiert,
wobei bei dieser Frequenz die Profiltiefenabnahme mit einem sehr charakteristischen Verhalten einhergeht.
Bei einer Frequenz von ca. 80 Hz ergibt sich für den Fahrzeugreifen ein charakteristisches Verhalten, welches einfach ausgewertet werden kann.
In einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Profiltiefe über den Betrag der Eigenfrequenz ermittelt wird, wobei sich der Betrag der Eigenfrequenz mit zunehmenden Profilabrieb um 1 bis 3 Hz pro Millimeter, vorzugsweise um ca. 2 Hz pro Millimeter, erhöht.
Dadurch lässt sich insb. ein Schwellwert für die Profiltiefe festlegen, bei dem eine Warnung an den Fahrzeughalter erfolgen soll.
In einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass der Sensor die Eigenfrequenz des Fahrzeugreifens bei anderen Frequenzen von bis zu 400 Hz analysiert.
Die Analyse der Eigenfrequenzen bzw. Reifenmoden bei diesen Frequenzen können dann auch gegebenenfalls auf einen unregelmäßigen Abrieb des Reifens hindeuten. Beispielsweise ist denkbar, dass in der Reifenschulter des Fahrzeugreifens ein höherer Profilabrieb erfolgt ist, als in der Mitte des Laufstreifens.
In einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass der Sensor das Schwingungsverhalten des Fahrzeugreifens in lateraler Richtung analysiert, wobei mit den analysierten Messdaten die ermittelte Profiltiefe verifiziert werden kann. Die entsprechenden Messergebnisse können dazu genutzt werden, die geschätzte Profiltiefe mit einer zweiten Messgröße genauer einzugrenzen.
In einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass der Sensor mit den analysierten Daten zum Schwingungsverhalten des Fahrzeugreifen ebenfalls Aussagen zum Abriebbild des Fahrzeugreifens treffen kann.
Beispielsweise könnte die Auswertung des Schwingungsverhaltens des Reifens ergeben, dass der Fahrzeugreifen einen unregelmäßigen Profilabrieb aufweist und deshalb vorzeitig ausgewechselt werden sollte.
In einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass der Sensor einen Beschleunigungssensor umfasst mit dem das Schwingungsverhalten des Fahrzeugreifen gemessen wird.
Mit einem Beschleunigungssensor kann auf einfache Weise das Schwingungsverhalten des Fahrzeugreifens untersucht werden.
In einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass der Sensor in einem Reifenmodul integriert ist,
wobei das Reifenmodul auf der Reifeninnenseite angeordnet ist und die Messdaten über eine Funkverbindung zu einer zentralen Empfangseinheit im Fahrzeug übertragen werden. Dadurch wird die automatisierte Auswertung der Messdaten vom Sensor vereinfacht.
In einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass im Armaturenbrett des Fahrzeuges die Profiltiefe des Fahrzeugreifens automatisiert angezeigt wird.
Dadurch wird der Fahrzeughalter bzw. der Fahrer des Fahrzeuges auf einfache Weise gewarnt, wenn eine Mindestprofiltiefe unterschritten wird.
Anhand eines Ausführungsbeispiels wird die Erfindung im Folgenden näher beschrieben.
Es zeigt:

1: einen Reifenabschnitt in einer Radialschnittansicht
2: das Schwingungsverhalten eines Fahrzeugreifens bei unterschiedlichen Profiltiefen
3: die Korrelation zwischen der Gewichtsabnahme eines Fahrzeugreifens und der Differenz zwischen den Eigenfrequenzen

Die 1 zeigt einen Reifenabschnitt in einer Radialschnittansicht. Der Fahrzeugreifen 1 weist auf seiner Reifeninnenseite ein Reifenmodul 5 auf. In diesem Reifenmodul sind eine Vielzahl von Sensoren integriert.
Mit einem der Sensoren wird das Schwingungsverhalten des Fahrzeugreifens 1 bei unterschiedlichen Frequenzen untersucht.
Der entsprechende Sensor kann das Schwingungsverhalten des Fahrzeugreifens sowohl in radialer Richtung 2 als auch in axialer bzw. lateraler Richtung 3 des Fahrzeugreifens untersuchen.
Mit dem gemessenen und ausgewerteten Schwingungsverhalten des Fahrzeugreifens lässt sich eine Aussage treffen, über die noch verbleibende Profiltiefe 4 des Fahrzeugreifens. Die
Änderung des Schwingungsverhaltens des Fahrzeugreifens wird insbesondere durch zwei Faktoren hervorgerufen.
Zum einen erfolgt die Änderung aufgrund der geometrischen Änderung des Reifens, wenn insbesondere Gummimaterial im Laufstreifenbereich abgerieben wird.
Außerdem erfolgt bei einem Laufstreifenabrieb eine Gewichtsänderung des Reifens, die ebenfalls zu einem geänderten Schwingungsverhalten des Fahrzeugreifens führen.
Die 2 zeigt das Schwingungsverhalten eines bestimmten Fahrzeugreifens bei unterschiedlichen Profiltiefen.
Der Kurvenverlauf 8 zeigt das Schwingungsverhalten des Fahrzeugreifens bei einer Profiltiefe von ca. 6,5 mm. Der letzte Kurvenverlauf 9 zeigt hingegen das Schwingungsverhalten des gleichen Fahrzeugsreifens bei einer reduzierten Profiltiefe von ca. 1,3 mm.
Die zwischen den Kurven 8 und 9 liegenden Kurvenverläufe zeigen jeweils das Schwingungsverhalten des Fahrzeugsreifens bei einer reduzierten Profiltiefe.
Das jeweilige Maximum eines Kurvenverlaufs zeigt die Eigenfrequenz des Fahrzeugreifens an. Bei dem Kurvenverlauf 9 liegt die Eigenfrequenz 10 in einem Bereich zwischen 90 und 100 Hz.
Auf der X-Achse ist die Frequenz in Hz aufgetragen. Auf der Y-Achse ist die Geschwindigkeit Z eines Messpunktes in radialer Richtung des Fahrzeugreifens aufgetragen. Der Messpunkt ist insb. von der Position des Reifenmoduls auf der Reifeninnenseite abhängig.
Mit den dargestellten Messkurven ist der Zusammenhang zwischen dem Schwingungsverhalten des Fahrzeugreifens und die verbleibende Profiltiefe ersichtlich.
Bei den Messkurven handelt es sich um Ergebnisse, die insb. mit Hilfe von Computersimulationen gewonnen worden sind.
Die 3 zeigt, welche Auswirkung die Gewichtsabnahme des Fahrzeugreifens auf die Eigenfrequenz des Fahrzeugreifens hat.
Mit zunehmender Gewichtsabnahme des Fahrzeugreifens wird ebenfalls eine kleinere Eigenfrequenz ermittelt.
Auf der X-Achse ist die Gewichtsabnahme in kg aufgetragen.
Auf der Y-Achse ist die Differenz der Eigenfrequenz des Fahrzeugreifens aufgetragen. Aus diesen Diagrammen lässt sich herleiten, dass bei einer Differenz der Eigenfrequenz von ca. 2 Hz eine entsprechende Gewichtsabnahme des Fahrzeugreifens erfolgt ist.
Die Gewichtsabnahme korreliert mit der Reduzierung der Profiltiefe eines Fahrzeugreifens.
Bezugszeichenliste

1: Fahrzeugreifen
2: Radiale Richtung des Fahrzeugreifens
3: Axiale Richtung des Fahrzeugreifens
4: Profiltiefe
5: Reifenmodul mit Sensor
6: Y-Achse: Geschwindigkeit in radialer Richtung
7: X-Achse: Frequenz in Hz
8: Schwingungsverhalten des Fahrzeugreifens bei einer Profiltiefe von 6,5 mm
9: Schwingungsverhalten des Fahrzeugreifens bei einer Profiltiefe von 1,3 mm
10: Eigenfrequenz bei Fahrzeugreifen mit einer Profiltiefe von 1,3 mm
11: Differenz der Eigenfrequenz bzw. der Resonanzfrequenz
12: Differenz bzw. Veränderung des Reifengewichts

Claims

Fahrzeugreifen (1) mit einem Laufstreifen mit Profilblöcken, einer Karkasslage, einem Reifengürtel, einer Reifeninnenseite und Seitenwänden, wobei im Fahrzeugreifen ein Reifensensor zur Messung einer Profiltiefe (4) angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass am Fahrzeugreifen (1) ein Sensor zur Bestimmung von Eigenfrequenzen des Fahrzeugreifens (1) angeordnet ist, wobei mit dem Sensor das Schwingungsverhalten des Fahrzeugreifens (1) analysiert wird, wobei bei einer Änderung der Profilgeometrie und eine Änderung des Fahrzeugreifengewichts eine Änderung des Schwingungsverhalten des Fahrzeugreifens (1) detektiert wird, wobei mit dem Sensor und über die Änderung des Schwingungsverhalten des Fahrzeugreifens die Profiltiefe ermittelt wird.
Fahrzeugreifen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Sensor die radialen Schwingungen in radialer Richtung (2) des Fahrzeugreifens (1) erfasst und analysiert.
Fahrzeugreifen nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Sensor die radialen Schwingungen in radialer Richtung (2) des Fahrzeugreifens (1) bei einer Frequenz von ca. 80 Hz erfasst und analysiert, wobei bei dieser Frequenz die Profiltiefenabnahme mit einem sehr charakteristischen Verhalten einhergeht.
Fahrzeugreifen nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Profiltiefe (4) über den Betrag der Eigenfrequenz ermittelt wird, wobei sich der Betrag der Eigenfrequenz mit zunehmenden Profilabrieb um 1 bis 3 Hz pro Millimeter, vorzugsweise um ca. 2 Hz pro Millimeter, erhöht.
Fahrzeugreifen nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Sensor die Eigenfrequenz des Fahrzeugreifens (1) bei anderen Frequenzen von bis zu 400 Hz analysiert.
Fahrzeugreifen nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Sensor das Schwingungsverhalten des Fahrzeugreifens (1) in lateraler Richtung (3) analysiert, wobei mit den analysierten Messdaten die ermittelte Profiltiefe (4) verifiziert werden kann.
Fahrzeugreifen nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Sensor mit den analysierten Daten zum Schwingungsverhalten des Fahrzeugreifen (1) ebenfalls Aussagen zum Abriebbild des Fahrzeugreifens treffen kann.
Fahrzeugreifen nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Sensor einen Beschleunigungssensor umfasst mit dem das Schwingungsverhalten des Fahrzeugreifen (1) gemessen wird.
Fahrzeugreifen nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Sensor in einem Reifenmodul (5) integriert ist, wobei das Reifenmodul (1) auf der Reifeninnenseite angeordnet ist und die Messdaten über eine Funkverbindung zu einer zentralen Empfangseinheit im Fahrzeug übertragen werden.
Fahrzeugreifen nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass im Armaturenbrett des Fahrzeuges die Profiltiefe (4) des Fahrzeugreifens automatisiert angezeigt wird.