DE102021101595A1

DE102021101595A1 - Verfahren und Steueranordnung zum Bestimmen der momentanen Reifenabnutzungsrate eines Rades eines Fahrzeuges

Info

Publication number: DE102021101595A1
Application number: DE102021101595.2A
Authority: DE
Inventors: Linus FLODIN
Original assignee: Scania CV AB
Current assignee: Scania CV AB
Priority date: 2020-02-17
Filing date: 2021-01-26
Publication date: 2021-08-19
Also published as: SE2050171A1; SE544696C2

Abstract

Ein Verfahren und eine Steueranordnung (4) zum Bestimmen der momentanen Reifenabnutzungsrate eines Rades (2) eines Fahrzeuges (1). Das Verfahren beinhaltet das Berechnen (S5) für mehrere Zeitpunkte von longitudinalen Radschlupfwerten (Kx(tx)) für den Radschlupf zwischen einer Oberfläche des Rades (2) und einer zugehörigen Straßenoberfläche (10); und das Bestimmen (S6) eines momentanen Reifenabnutzungsratenindikators (TW) auf Basis eines Satzes von berechneten longitudinalen Radschlupfwerten (Kx(tx)) entsprechend unterschiedlichen Zeitpunkten (tx) während einer Zeitspanne (Δt), wobei der momentane Reifenabnutzungsratenindikator (TW) mit der momentanen Reifenabnutzungsrate korreliert, die während der Zeitspanne (Δt) gegeben ist.

Description

TECHNISCHES GEBIET
Die vorliegende Beschreibung betrifft Fahrzeuge und insbesondere Verfahren zum Bestimmen der momentanen Reifenabnutzungsrate eines Fahrzeuges.
HINTERGRUND
Schwerlastfahrzeuge, wie Lastkraftwagen, können eine Zugmaschine aufweisen sowie einen oder mehrere Anhänger. Eine oder zwei angetriebene Achsen werden eingesetzt für den Vortrieb des Fahrzeuges. Die angetriebene(n) Achse(n) können einen relativ geringen Teil der Last des Fahrzeuges tragen. Dementsprechend ist die Normalkraft auf der (den) angetriebenen Achse(n), die für die Erzeugung der Vortriebskraft und für die Bremsung des Fahrzeuges zur Verfügung steht, relativ klein im Vergleich zur trägen Masse des Fahrzeuges, was einen relativ großen Radschlupf ergibt. Lastkraftwagen sind häufig mit Hilfsbremsen, zusätzlich zu den Hauptbremsen, versehen. Hilfsbremsen sind häufig Teil des Antriebsstranges und wirken somit nur auf die angetriebenen Räder des Fahrzeuges. Dabei wird angestrebt, die Hilfsbremsen so viel wie möglich einzusetzen, um die Hauptbremsen zu schonen. Es wird weiterhin angestrebt, die Hilfsbremse(n) von Fahrzeugen zur Rückgewinnung von Energie beim Bremsen so weit wie möglich einzusetzen, um Energie zurückzugewinnen. Hilfsbremsen wirken aber nur auf die angetriebenen Räder, was einen großen Radschlupf und damit eine große Abnutzung des Reifens verursacht.
Der longitudinale Radschlupf betrifft eine Relativbewegung zwischen der Radoberfläche und der Straßenoberfläche, auf welcher das Rad abrollt. Longitudinaler Radschlupf wird häufig ausgedrückt als eine prozentuale Differenz zwischen der longitudinalen Umfangsgeschwindigkeit des Reifens und der longitudinalen Geschwindigkeit des Fahrzeuges selbst. Bei Belastung des Rades für eine große Longitudinalkraft im Vergleich zu der auf den Boden wirkenden Normalkraft besteht das Risiko eines hohen longitudinalen Radschlupfes, was mit der Zeit zu einer großen Reifenabnutzung führen kann aufgrund der erhöhten Temperatur (verursacht durch interne Reibung im Gummi) und Abrasion (Abtrag) zwischen Reifen und Straßenoberfläche. Dies ist insbesondere dann ein Problem, wenn das Verhältnis zwischen der Antriebsachsenlast und der Zugträgheit (wenn die Antriebsachsenlast gering ist im Verhältnis zur Zugträgheit) ungünstig ist und/oder wenn mit Reifen gefahren wird, die eine relativ geringe Schlupfsteifigkeit („weiche Reifen“) haben.
KURZBESCHREIBUNG
Lastkraftwagen sind in der Regel schwer und tragen häufig eine schwere Last. Die angetriebenen Räder tragen häufig nur einen geringen Teil des Gewichtes. Werden die Lastkraftwagen mit großen Longitudinalkräften auf den Antriebsrädern zum Vortrieb oder zum Bremsen des Fahrzeuges gefahren, erreichen die angetriebenen Räder hohe Radschlupfwerte. Hohe longitudinale Radschlupfwerte führen aber mit der Zeit zu einer starken Reifenabnutzung. Der Longitudinalschlupf kann unterschiedliche Abnutzungseffekte auf den Reifen haben in Abhängigkeit von zum Beispiel der Länge der Zeitspannen, über welche das Rad dem Schlupf ausgesetzt ist, und auch in Abhängigkeit von Reifeneigenschaften.
Es ist ein Ziel dieser Beschreibung, zu bestimmen, wie empfindlich bei Einwirkung eines longitudinalen Radschlupfes der Reifen auf Abnutzung zu einem bestimmten Zeitpunkt ist. Es ist ein weiteres Ziel dieser Beschreibung, auf Basis der Abnutzungsempfindlichkeit des Reifens zu detektieren, wann die Reifenabnutzung hohe Werte annimmt.
Diese und weitere Ziele werden zumindest teilweise erreicht durch die Anordnung und das Verfahren gemäß den unabhängigen Patentansprüchen sowie durch die Ausführungsbeispiele gemäß den abhängigen Patentansprüchen.
Gemäß einer ersten Ausführung betrifft die Beschreibung ein Verfahren zum Bestimmen der momentanen Reifenabnutzungsrate eines Rades eines Fahrzeuges. Das Verfahren beinhaltet eine Berechnung von longitudinalen Radschlupfwerten für eine Mehrzahl von Zeitpunkten für den Radschlupf zwischen einer Oberfläche des Rades und der entsprechenden Straßenoberfläche. Das Verfahren beinhaltet weiterhin eine Bestimmung eines momentanen Reifenabnutzungsratenindikators auf Basis eines Satzes von berechneten Longitudinal-Reifenschlupfwerten entsprechend verschiedenen Zeitpunkten über eine Zeitspanne, wobei der momentane Reifenabnutzungsratenindikator mit der momentanen Reifenabnutzungsrate über die Zeitspanne korreliert.
Mit dem Verfahren kann ein Indikator bezüglich der momentanen Reifenabnutzungsrate eines Reifens bestimmt und analysiert werden. Die momentane Reifenabnutzungsrate beschreibt, wie empfindlich der Reifen zu einem bestimmten Zeitpunkt bezüglich Abnutzung ist. Umstände, die eine unerwünschte hohe momentane Reifenabnutzungsrate mit sich bringen, können dann abgeschwächt werden oder ihnen kann Rechnung getragen werden zur Vermeidung von starker Reifenabnutzung. Somit kann eine Kenntnis über eine unerwünschte hohe momentane Reifenabnutzungsrate eingesetzt werden zum Betrieb des Fahrzeuges derart, dass die angetriebenen Räder nicht über längere Zeitspannen der hohen momentanen Abnutzung ausgesetzt werden. Dies kann erfolgen durch Hinweise an den Fahrer oder auch durch automatische Begrenzung auf eine zulässige Bremskraft oder ein Drehmoment an den angetriebenen Rädern, abhängig von der ermittelten momentanen Reifenabnutzungsrate. Die momentane Reifenabnutzungsrate kann auch bezeichnet werden als eine augenblickliche oder eine unmittelbar gegebene Reifenabnutzungsrate.
Gemäß einigen Ausführungsbeispielen beinhaltet das Verfahren eine Maßnahme (Aktion) dann, wenn der momentane Reifenabnutzungsratenindikator ein oder mehrere vorgegebene Kriterien erfüllt. Somit kann also eine Maßnahme getroffen werden entsprechend der Entwicklung des momentanen Reifenabnutzungsratenindikators zur Vermeidung von hohen Abnutzungswerten.
Gemäß einigen Ausführungsbeispielen beinhalten das eine oder die mehreren vorgegebenen Kriterien einen Reifenabnutzungsratenschwellenwert, den der Reifenabnutzungsratenindikator nicht überschreiten sollte. Wenn deshalb der momentane Reifenabnutzungsratenindikator zu groß wird, kann eine Maßnahme getroffen werden, die Abnutzung zu verringern. Die Maßnahme kann zum Beispiel darin bestehen, den Einsatz von Hilfsbremsen zu reduzieren oder die Geschwindigkeit anzupassen und/oder die Distanz zu einem voranfahrenden Fahrzeug anzupassen bei Einsatz einer vorausschauenden Funktionalität (eine bremsenbezogene Funktion), um das Erfordernis des Einsatzes von Hilfsbremsen zu reduzieren.
Gemäß einigen Ausführungsbeispielen beinhaltet die Maßnahme eine Unterrichtung des Fahrers, dass das Rad eine hohe momentane Reifenabnutzungsrate aufweist. Damit kann der Fahrer dann eine Maßnahme ergreifen, um die hohe Abnutzungsrade zu mindern.
Gemäß einigen Ausführungsbeispielen beinhaltet die Maßnahme eine Steuerung einer bremsenbezogenen Fahrzeugfunktion. Gemäß einigen Ausführungsbeispielen beinhaltet diese Steuerung eine Reduzierung des Einsatzes von bremsenbezogenen Fahrzeugfunktionen. Gemäß einigen Ausführungsbeispielen beinhaltet die bremsenbezogene Fahrzeugfunktion eine oder mehrere Hilfsbremsen-Bremsfunktionen. Da Hilfsbremsen auf angetriebene Räder wirken, während Hauptbremsen auf alle Räder wirken, wird die Bremskraft auf mehr Räder verteilt, wenn die Hauptbremsen eingesetzt werden, was zu einer Reduzierung des Schlupfes führt. Somit kann durch Reduzierung des Einsatzes der Hilfsbremsen bei hoher momentaner Reifenabnutzungsrate und stattdessen Einsatz von Hauptbremsen die Reifenabnutzung reduziert werden.
Gemäß einigen Ausführungsbeispielen beinhaltet die Bestimmung eine Zeitfilterung des Satzes von berechneten longitudinalen Radschlupfwerten unter Einsatz eines Gleitfenster-Algorithmus. Damit kann der momentane Reifenabnutzungsratenindikator in einem Zeitfenster bestimmt werden, welches beispielsweise eine vorgegebene Länge hat und mit der Zeit kontinuierlich aktualisiert wird. Der momentane Reifenabnutzungsratenindikator kann damit kontinuierlich oder wiederholt aktualisiert werden.
Gemäß einigen Ausführungsbeispielen beinhaltet die Bestimmung eine Bestimmung des momentanen Reifenabnutzungsratenindikators unter Einsatz eines Reifenabnutzungsratenmodells mit einer Funktion früherer longitudinaler Radschlupfwerte über der Zeit, wobei das Reifenabnutzungsratenmodell den Satz von berechneten longitudinalen Radschlupfwerten als Eingabe verwendet und den momentanen Reifenabnutzungsratenindikator ausgibt. Damit kann das Verhalten des Reifens bei Auftreten von Radschlupf bestimmt werden in Form der momentanen Reifenabnutzungsrate. Damit berücksichtigt das Verfahren die Wirkungen von früheren, also quasi historischen Auswirkungen von hohen Schlupfwerten.
Gemäß einigen Ausführungsbeispielen handelt es sich bei der Funktion um eine Funktion von vorausgegangenen longitudinalen Radschlupfwerten und SchlupfSteifigkeiten über der Zeit. Es werden damit Eigenschaften verschiedener Typen von Reifen bei Bestimmung des momentanen Reifenabnutzungsratenindikators berücksichtigt.
Gemäß einigen Ausführungsbeispielen gibt das Reifenabnutzungsratenmodell den momentanen Reifenabnutzungsratenindikator als einen oder mehrere momentane Reifenabnutzungsratenwerte aus, wobei jeder momentane Reifenabnutzungsratenwert akkumulierte longitudinale Reifenschlupfwerte bis einschließlich zu einem longitudinalen Reifenschlupfwert zu einem ausgewählten Zeitpunkt repräsentiert. Damit erfasst das Modell die Wirkung des longitudinalen Schlupfes mit der Zeit.
Gemäß einigen Ausführungsbeispielen beinhaltet die Funktion eine Wichtung bezüglich jedes longitudinalen Radschlupfwertes. Damit wird das Modell an die Reifeneigenschaften angepasst und somit genauer.
Gemäß einigen Ausführungsbeispielen modelliert das Reifenabnutzungsratenmodell die Temperatur des Reifens über der Zeit und gibt den Reifenabnutzungsratenindikator aus als einen oder mehrere momentane Reifenabnutzungsratenwerte, wobei jeder momentane Reifenabnutzungsratenwert eine Temperatur des Reifens zu einem ausgewählten Zeitpunkt repräsentiert. Somit beschreibt das Modell, wie sich die Temperatur des Reifens bei einem gegebenen Schlupfpegel entwickelt.
Gemäß einigen Ausführungsbeispielen basiert das Reifenabnutzungsratenmodell auch auf einer oder mehreren auf den Reifen wirkenden Kräften. Das Verfahren beinhaltet die Gewinnung von einer oder von mehreren Reifenkräften, die auf das Rad während der Zeitspanne wirken und den Einsatz der gewonnenen Reifenkräfte als Eingabe in das Reifenabnutzungsratenmodell. Damit berücksichtigt das Modell die Reifenkräfte, welche die Bestimmung des momentanen Reifenabnutzungsratenindikators beeinflussen können.
Gemäß einigen Ausführungsbeispielen ist das Reifenabnutzungsratenmodell auch auf die Umgebungstemperatur gestützt. Das Verfahren beinhaltet die Gewinnung der Umgebungstemperatur während der Zeitspanne und den Einsatz der gewonnenen Umgebungstemperaturen als Eingabe in das Reifenabnutzungsratenmodell. Damit berücksichtigt das Modell die Umgebungstemperatur, welche die Bestimmung des momentanen Reifenabnutzungsratenindikators beeinflussen kann.
Gemäß einigen Ausführungsbeispielen beinhaltet das Verfahren die Gewinnung von Merkmalen, die die Radgeschwindigkeit eines Rades anzeigen, und die Gewinnung von Fahrzeuggeschwindigkeitsmerkmalen, die die entsprechende Geschwindigkeit des Fahrzeuges anzeigen, wobei die Gewinnung eine Berechnung der longitudinalen Radschlupfwerte beinhaltet auf Basis der Radgeschwindigkeitsmerkmale und der entsprechenden Fahrzeuggeschwindigkeitsmerkmale. Damit werden Werte zum Berechnen der longitudinalen Radschlupfwerte gewonnen.
Gemäß einigen Ausführungsbeispielen beinhaltet die Gewinnung der Radgeschwindigkeitsmerkmale eine Gewinnung von Radgeschwindigkeitsmerkmalen, die eine vorhergesagte Radgeschwindigkeit des Rades entlang einer vorausliegenden Strecke auf der Straße angeben; das Gewinnen von Fahrzeuggeschwindigkeitsmerkmalen beinhaltet das Gewinnen von Fahrzeuggeschwindigkeitsmerkmalen, die eine entsprechende Fahrzeuggeschwindigkeit auf einer vorausliegenden Strecke der Straße anzeigen; und die Berechnung beinhaltet, dass künftige longitudinale Radschlupfwerte berechnet werden auf Basis der Radgeschwindigkeitsmerkmale und der entsprechenden Fahrzeuggeschwindigkeitsmerkmale. Damit werden Werte zum Berechnen der kommenden longitudinalen Radschlupfwerte gewonnen.
Gemäß einer zweiten Ausführung betrifft die Beschreibung eine Steueranordnung zum Bestimmen der momentanen Reifenabnutzungsrate eines Fahrzeugrades, wobei die Steueranordnung eingerichtet ist zum Ausführen des Verfahrens gemäß einer der oben beschriebenen Varianten.
Gemäß einer dritten Ausführung betrifft die Beschreibung ein Fahrzeug mit einer Steueranordnung gemäß der zweiten Ausführung und mit einem Radgeschwindigkeitssensor, der eingerichtet ist zum Bestimmen einer Geschwindigkeit, die die Geschwindigkeit des Antriebsrades anzeigt.
Gemäß einer vierten Ausführung betrifft die Beschreibung ein Computerprogramm mit Instruktionen, die bei Ausführung des Programmes in einer Steueranordnung diese veranlassen, ein Verfahren gemäß der ersten Ausführung auszuführen.
Gemäß einer fünften Ausführung betrifft die Beschreibung ein computerlesbares Medium mit einem darin gespeicherten Computerprogramm gemäß der vierten Ausführung.
Figurenliste

1 zeigt ein Fahrzeug gemäß einem Ausführungsbeispiel.
2 erläutert Kräfte, die auf ein angetriebenes Rad wirken, und sich daraus ergebende Geschwindigkeiten bei Fahrt des Fahrzeuges.
3 zeigt ein Flussdiagramm für ein Verfahren zum Bestimmen eines momentanen Reifenabnutzungsratenindikators für ein Rad eines Fahrzeuges gemäß einigen Beispielen.
4 zeigt Graphen bezüglich des Schlupfes bei verschiedenen Typen von Reifen.
5 zeigt Graphen bezüglich der Schlupfsteifigkeit bei verschiedenen Typen von Reifen.
6 zeigt Graphen bezüglich der Reifentemperatur bei verschiedenen Typen von Reifen.
7 zeigt ein Fahrzeug, welches sich einer Bergabstrecke nähert.
8 zeigt eine Steueranordnung zum Bestimmen des momentanen Reifenabnutzungsratenindikators eines Rades eines Fahrzeuges gemäß einigen Ausführungsbeispielen.

BESCHREIBUNG VON EINZELHEITEN
In der nachfolgenden Beschreibung werden ein Verfahren und eine Steueranordnung näher beschrieben zum Bestimmen eines Indikators für die momentane Reifenabnutzungsrate eines Fahrzeugrades. Das Verfahren ist insbesondere relevant für Schwerlastfahrzeuge. Das Fahrzeug ist also beispielsweise ein Schwerlastfahrzeug, wie ein Lastkraftwagen, welcher typischerweise eine Zugmaschine und gegebenenfalls einen oder mehrere Anhänger aufweist. Die angetriebenen Räder des Fahrzeuges können einer starken Abnutzung ausgesetzt sein und das vorliegende Verfahren zielt ab auf eine Detektion derartiger Situationen durch Abschätzung der jeweils momentanen Rate der Reifenabnutzung. Wie zuvor beschrieben, zeigt die momentane Reifenabnutzungsrate die Empfindlichkeit des Reifens bezüglich Abnutzung zu einem bestimmten Zeitpunkt. Verschiedene Reifen können gegenüber Abnutzung unterschiedlich empfindlich sein und somit unterschiedliche momentane Reifenabnutzungsraten unter gleichen Betriebsbedingungen aufweisen. Große momentane Reifenabnutzungsraten sind zu vermeiden, können jedoch für kurze Zeitspannen zu akzeptieren sein, bis die akkumulierte Reifenabnutzung als zu groß eingeordnet wird. Andererseits kann eine geringe momentane Reifenabnutzungsrate über längere Zeitspannen hinnehmbar sein, da es längere Zeit braucht, bis die akkumulierte Abnutzung hohe Werte erreicht.
Nachfolgend wird ein Fahrzeug näher beschrieben, mit dem das hier beschriebene Verfahren und die Steueranordnung implementiert werden können. Das Fahrzeug wird beschrieben mit Blick auf die Darstellung des Fahrzeuges in 1 und anschließend werden die Kräfte mit Blick auf 2 näher beschrieben, die auf ein angetriebenes Rad wirken, sowie die sich ergebenden Geschwindigkeiten beim Betrieb des Fahrzeuges.
Das Fahrzeug 1 gemäß 1 ist ein Schwerlastfahrzeug, auch bezeichnet als kommerzielles Schwerlastfahrzeug; es fährt auf einer Straßenoberfläche 10. Das Fahrzeug 1 hat eine angetriebene Achse (nicht dargestellt), die eingerichtet ist zum Übertragen von Leistung von einem Motor (nicht dargestellt) zu zwei angetriebenen Rädern; hier die Vorderräder des Fahrzeuges. Die angetriebene Achse ist also verbunden mit dem Antriebsstrang des Fahrzeuges und wird durch diesen angetrieben. In der Figur ist nur eines der zwei angetriebenen Räder 2 dargestellt. Das Fahrzeug 1 hat weiterhin eine hintere Nachlaufachse, die eingesetzt wird zum Abstützen von Gewicht des Fahrzeuges 1. Die hintere Achse ist mit zwei Rädern 3 verbunden. Die hintere Achse ist nicht an den Antriebsstrang angeschlossen. Die Räder 2, 3 haben Reifenoberflächen 11, die mit der Straßenoberfläche 10 in Kontakt kommen. Es versteht sich, dass das Fahrzeug 1 nur ein Beispiel ist und die hier vorgeschlagene Lösung auch bei Fahrzeugen einsetzbar ist, die mehr als zwei Achsen, mehrere angetriebene Achsen und Räder und/oder Achsen verschiedener Bauart aufweisen. Ein Rad ist hier dadurch definiert, dass es eine Felge und einen Reifen aufweist. Ein Reifen ist ein Bauteil des Rades aus Gummi oder gummiartigem Material, welches mit der Straße in Eingriff kommt.
Das Fahrzeug 1 hat eine Steueranordnung 4, die eingerichtet ist zum Implementieren der hier vorgeschlagenen Technik. Die Steueranordnung 4 wird nachfolgend näher beschrieben; sie kann implementiert sein als eine elektronische Steuereinheit, ECU. Das Fahrzeug 1 hat weiterhin Sensoren 5, wie einen Fahrzeuggeschwindigkeitssensor, der eingerichtet ist zum Detektieren der Geschwindigkeit des Fahrzeuges, einen Gewichtssensor, der eingerichtet ist zum Detektieren des Gewichtes des Fahrzeuges 1 oder zumindest der Last des Fahrzeuges 1. Das Gewicht des Fahrzeuges 1 ohne Last ist üblicherweise ein bekannter Parameter und in einem Speicher im Fahrzeug 1 abgespeichert. Somit ist das Gesamtgewicht des Fahrzeuges 1 bekannt; das Gewicht auf jedem Rad 2, 3 des Fahrzeuges kann bestimmt werden und somit auch die sich ergebende Normalkraft, die auf das jeweilige Rad 2, 3 wirkt.
Eine ECU ist grundsätzlich ein digitaler Rechner, welcher ein oder mehrere elektrische Systeme (oder elektrische Subsysteme) des Fahrzeuges 1 steuert entsprechend beispielsweise Informationen, die von Sensoren und Messgeräten ausgelesen werden, welche an unterschiedlichen Stellen und in verschiedenen Komponenten des Fahrzeuges 1 angeordnet sind. ECU ist ein allgemeiner Ausdruck, der in der Fahrzeugtechnik verwendet wird für jedes eingebettete System, welches eine oder mehrere Funktionen des elektrischen Systems oder eines Subsystems in einem Transportfahrzeug steuert. Ein Fahrzeug hat typischerweise eine Mehrzahl von ECU, welche über ein sogenanntes Controller Area Network, CAN, kommunizieren. Das CAN ist ein Netzwerk, welches eingesetzt wird zur Kommunikation zwischen verschiedenen Steueranordnungen in dem Fahrzeug 1. Andererseits kann das Fahrzeug 1 auch ein Protokoll entsprechend dem Ethernet für die Kommunikation verwenden.
2 zeigt eines der Antriebsräder 2 des Fahrzeuges 1 gemäß 1; eine Lastkraft m und eine entsprechende Normalkraft F_N wirkt auf das Rad 2. Die Antriebsachse bewirkt eine Rotation des Rades mit einer Winkelgeschwindigkeit ω. Der wirksame Radius des Rades 2 ist mit r bezeichnet. Die Zentrumsgeschwindigkeit des Rades und ihre Richtung sind mit dem Vektor u gekennzeichnet. u bezeichnet also auch die Geschwindigkeit des Fahrzeuges 1 relativ zur Straßenoberfläche 10. Die freie Rollgeschwindigkeit des Rades 2 ist diejenige Geschwindigkeit, mit der das Rad (und der Reifen) sich drehen würden, falls keine Bremse oder Antriebskraft auf das Rad wirkt. Das Rad 2 ist einer Longitudinalkraft F_x ausgesetzt und dreht sich deshalb mit einer Drehgeschwindigkeit, die verschieden ist von der „freien Rollgeschwindigkeit“. Die Longitudinalkraft F_x wirkt auf die Reifenoberfläche 11 relativ zur Straßenoberfläche 10. Die Longitudinalkraft F_x erzeugt Reibung und eine Deformation des Gummis des Reifens. Die Longitudinalkraft F_x kann vorab bekannt sein oder sie kann geschätzt werden aus Kräften, die durch den Antriebsstrang und Hauptbremsen ausgeübt werden (gemessen mit einem oder mit mehreren Kraftsensoren 5c, 8). Die Differenz der Geschwindigkeiten wird auch bezeichnet als der longitudinale Radschlupf, oder einfach auch als „Schlupfverhältnis“. Somit kann der longitudinale Radschlupf Keines Reifens definiert werden als die Differenz zwischen der Reifen-Tangentialgeschwindigkeit (ω · r) und der Geschwindigkeit der Achse (u), relativ zur Straßenoberfläche 10. Der longitudinale Radschlupf K(oder das Schlupfverhältnis) sind also bestimmt durch: $K = \frac{r \cdot ω - u}{u},$
was einen Wert für den Radschlupf Kergibt im Bereich zwischen ±1. Ein Schlupfverhältnis in Prozent wird gewonnen durch Multiplikation dieses Wertes mit 100. Beträgt der longitudinale Schlupf Null, dann ist kein Schlupf gegeben. Liegt der Schlupf nicht bei Null, dann existiert somit ein Schlupf. Der Longitudinalschlupf kann als relativ hoch angesehen werden, wenn er nahe bei +1 oder -1 liegt. Ein Radschlupf bedeutet verlorene Traktion auf der Straße. Ein positiver longitudinaler Radschlupf bedeutet, dass das Rad 2 durchdreht, typischerweise verursacht durch zu starkes Gasgeben. Ein negativer longitudinaler Radschlupf bedeutet, dass das Rad 2 gleitet, was typischerweise durch Anlegen von zu starken Bremskräften verursacht wird.
Nachfolgend wird ein Verfahren zum Bestimmen von momentanen Reifenabnutzungsratenindikatoren eines Fahrzeugrades bei longitudinalem Radschlupf näher erläutert, wobei es sich typischerweise um ein angetriebenes Rad eines Fahrzeuges handelt. Das Fahrzeug ist beispielsweise ein Fahrzeug gemäß 1. Das Verfahren wird erläutert mit Bezug auf das Flussdiagramm nach 3, den Diagrammen nach den 4 bis 6 und der Darstellung gemäß 7. Das Verfahren kann implementiert sein als ein Computerprogramm mit Instruktionen, die bei Ausführung des Programms durch eine Steueranordnung diese veranlassen, das Verfahren auszuführen. Die Steueranordnung kann eine Steueranordnung 4 für das Fahrzeug 1 gemäß 1 sein. Andererseits kann die Steueranordnung 4 auch entfernt vom Fahrzeug 1 eingerichtet sein, typischerweise in Form eines nicht an Bord befindlichen Computers. Das Verfahren kann ausgeführt werden unter Einsatz von in Echtzeit detektierten Werten aus dem Fahrzeug 1 oder unter Einsatz von Werten, die aus einem Fahrzeugmodell gewonnen werden, welches das Verhalten des Fahrzeuges bei Fahrt auf einer Straße nachbildet. Es ist damit möglich, die momentane Reifenabnutzungsrate entlang einer kommenden oder simulierten Strecke vorherzusagen. Das Verfahren wird erläutert in Bezug auf ein Rad, jedoch ergibt sich daraus, dass das Verfahren auch eingesetzt werden kann für alle angetriebenen Räder eines Fahrzeuges parallel.
Das Verfahren verwendet longitudinale Radschlupfwerte K(tx). Diese Werte können für das Fahrzeug 1 vorab bekannt sein oder sie können auch aus gemessenen oder abgeschätzten Werten bezüglich der Radgeschwindigkeit und der Fahrzeuggeschwindigkeit bestimmt werden.
Zum Bestimmen von momentanen Reifenabnutzungsratenindikatoren im Voraus muss die kommende Strecke bekannt sein. Das Verfahren kann dann die Gewinnung S0 von Informationen bezüglich der vorausliegenden Straße beinhalten, wobei die Informationen Streckeninformationen beinhalten. Die Streckeninformationen können geografische Daten und Höhendaten der vorausliegenden Strecke beinhalten. Zu erwartende Bremskräfte können vorhergesagt werden unter Berücksichtigung des Gewichtes des Fahrzeuges und der Höhenverhältnisse der Strecke sowie auf Basis eines Fahrzeugmodells. Das Fahrzeugmodell ermittelt, welcher Bremskraft das Rad ausgesetzt wird, um eine bestimmte Geschwindigkeit bei einer gegebenen Straßenneigung etc. zu halten, was als solches im Stand der Technik gut bekannt ist. Unter der Annahme, dass das Fahrzeug über der Strecke eine bestimmte Geschwindigkeit haben soll oder eine bestimmte Geschwindigkeit nicht überschreiten soll oder unter einer anderen Annahme ist es möglich, zu berechnen, dass das Rad einer bestimmten Folge von Longitudinalkräften ausgesetzt werden wird und damit einer Abfolge von Schlupfwerten während einer bestimmten Zeitspanne. Die Fahrzeuggeschwindigkeit kann somit im Voraus gesetzt werden und die vorhergesagte Radgeschwindigkeit wird bestimmt auf Basis der berechneten Longitudinalkräfte etc. Somit beinhaltet das Verfahren bei einigen Ausführungsbeispielen die Gewinnung S1 von Radgeschwindigkeitseigenschaften, die eine vorhergesagte Radgeschwindigkeit des Rades 2 über der Strecke auf der vorausliegenden Straße anzeigen. Weiterhin beinhaltet das Verfahren die Gewinnung S2 von Fahrzeuggeschwindigkeitseigenschaften, die eine entsprechende Fahrzeuggeschwindigkeit auf der Strecke auf dem vorausliegenden Straßenabschnitt anzeigen.
Wird das Verfahren während der Fahrt ausgeführt, können die Radgeschwindigkeit und die Fahrzeuggeschwindigkeit bereits im Fahrzeug in einem Kommunikationsnetzwerk, wie einem CAN, zur Verfügung stehen. Somit kann das Verfahren einen Schritt S1 beinhalten zum Gewinnen der Radgeschwindigkeitseigenschaften, welche die Radgeschwindigkeit des Rades 2 anzeigen, und einen Schritt S2 zum Gewinnen der Fahrzeuggeschwindigkeitseigenschaften, welche die entsprechende Geschwindigkeit des Fahrzeuges 1 anzeigen. Andererseits können diese Parameter auch bestimmt werden. Die Radzentrumsgeschwindigkeit u des Fahrzeuges 1 entspricht der Geschwindigkeit des Fahrzeuges 1 und kann gemessen werden mit einem weiteren Geschwindigkeitssensor, oder auch abgeschätzt werden unter Einsatz der Position des Fahrzeuges in einem globalen Positionierungssystem (GPS) oder sie kann auch abgeschätzt werden mit Radarmessungen etc. Die Radzentrumsgeschwindigkeit u gibt die tangentiale freie Rollgeschwindigkeit des Rades 2 an, somit kann die freie Rollgeschwindigkeit des Rades abgeschätzt werden und somit die Radzentrumsgeschwindigkeit entsprechend der detektierten Radgeschwindigkeit zusammen mit Kenntnissen oder Abschätzungen bezüglich der longitudinalen Kräfte, die auf das angetriebene Rad wirken (über den Antriebsstrang und Hauptbremsen). Das Verfahren kann sodann einen Schritt S3 beinhalten der Gewinnung von einer von mehreren Reifenkräften F(t), die auf das Rad 2 wirken.
Bei einigen Ausführungsbeispielen kann das Verfahren Gebrauch machen von der Temperatur der Umgebung. Das Verfahren kann dann einen Schritt S4 beinhalten mit Gewinnung der Umgebungstemperatur, welche die Temperatur der Umgebung während einer Zeitspanne angibt. Die Umgebungstemperatur wird beispielsweise mit einem Temperatursensor im Fahrzeug 1 gemessen.
Die longitudinalen Radschlupfwerte K(tx) werden beispielsweise berechnet unter Verwendung der Gleichung (1), in welche die gewonnenen Größen eingegeben werden. Der effektive Radius r des Fahrzeuges 1 ist ein bekannter Parameter des Fahrzeuges 1 und die Winkelgeschwindigkeit ω kann ermittelt werden unter Verwendung des Radgeschwindigkeitssensors. Mit anderen Worten: das Verfahren beinhaltet einen Schritt S5 der Berechnung der longitudinalen Radschlupfwerte K(tx) für einen Radschlupf zwischen einer Oberfläche des Rades 2 und der zugehörigen Straßenoberfläche 10 für eine Mehrzahl von Zeitpunkten. Das Rad 2 ist dabei ein angetriebenes Rad des Fahrzeuges.
Aus dem Schritt S5 werden eine Mehrzahl von zeitabhängigen longitudinalen Schlupfwerten K(tx) gewonnen. Der Schritt S5 kann kontinuierlich während des Betriebs des Fahrzeuges 1 ausgeführt werden oder er kann simuliert oder vorhergesagt werden für einen kommenden Straßenabschnitt und sodann können kommende longitudinale Radschlupfwerte berechnet werden. Das Verfahren beinhaltet weiterhin einen Schritt S6 der Bestimmung eines momentanen Reifenabnutzungsratenindikators TW auf Basis eines Satzes von berechneten longitudinalen Radschlupfwerten K(tx) entsprechend den verschiedenen Zeitpunkten tx über eine Zeitspanne Δt. Die Bestimmung basiert typischerweise auf einem Modell, welches beschreibt, wie Abnutzungseigenschaften eines Reifens beeinflusst werden durch longitudinalen Radschlupf. Der Satz kann Teil der berechneten longitudinalen Radschlupfwerte K(tx) sein, die über die Zeitspanne Δt berechnet sind, oder es kann sich um alle diese Werte handeln. Es kann beispielsweise jeder zweite Wert sein, jeder dritte Wert etc. und er kann angepasst werden entsprechend der berechneten Last. Der Satz sollte jedoch der Zeitspanne Δt entsprechen. Jeder berechnete longitudinale Radschlupfwert K(tx) entspricht einem eindeutigen Zeitpunkt während der Zeitspanne Δt. Der momentane Reifenabnutzungsratenindikator TW korreliert mit der momentanen Reifenabnutzungsrate, die sich über die Zeitspanne Δ ergibt. Der momentane Reifenabnutzungsratenindikator gibt an, wie schnell sich der Reifen in der Zeitspanne abfährt (abnutzt). Der momentane Reifenabnutzungsratenindikator TW kann einen oder mehrere momentane Reifenabnutzungsratenwerte beinhalten, die sich über die Zeitspanne Δt ergeben, oder es kann eine Funktion der momentanen Reifenabnutzungsrate über die Zeitspanne Δt sein. Der momentane Reifenabnutzungsratenindikator TWkann ein Maximalwert oder auch ein Mittelwert sein bezüglich der momentanen Reifenabnutzungsratenwerte, die über die Zeitspanne Δt bestimmt werden. Über die Zeitspanne Δt können sich eine Mehrzahl von momentanen Reifenabnutzungsratenwerten ergeben. Die Daten können gesammelt werden über eine Mehrzahl von derartigen Zeitspannen Δt. Die Zeitspanne Δt kann die gleiche Länge haben wie die Zeitspanne der Fahrt des Fahrzeuges 1 über eine Strecke, also beispielsweise vom Start der Fahrt bis das Fahrzeug 1 stoppt, oder es kann sich auch um eine vorgegebene Zeit für eine Fahrt auf einer vorgesehenen Route handeln. Andererseits kann die Zeitspanne Δt auch eine vorgegebene Länge aufweisen und über die Strecke der Fahrt des Fahrzeuges wiederholt verwendet werden.
Die momentane (oder augenblickliche) Reifenabnutzungsrate ist eine Schätzung darüber, wie schnell sich der Reifen zu einem gegebenen Zeitpunkt, bei einer bestimmten Gelegenheit oder für eine kurze Zeitspanne abnutzt. Eine hohe Rate bedeutet, dass sich der Reifen schnell abnutzt, eine geringe Rate bedeutet, dass sich der Reifen langsamer abnutzt. Die momentane oder augenblickliche Reifenabnutzungsrate wird also abgeschätzt aus der Rate der Reifenabnutzung in einer gegebenen Situation. Sie beschreibt, wie empfindlich der Reifen ist bezüglich Abnutzung zu einem bestimmten Zeitpunkt. Die momentane Reifenabnutzungsrate gibt den Widerstand bzw. die Empfindlichkeit des Reifens an bezüglich der Abnutzung zu einem bestimmten Zeitpunkt. Sie beschreibt also auch die Haltbarkeit des Reifens gegenüber Abnutzung zu einem bestimmten Zeitpunkt. 5 zeigt die Schlupfsteifigkeit für mehrere verschiedene Reifen A, B, C: einen weichen Reifen A, einen Reifen B im mittleren Weichheitsbereich und einen harten Reifen C. Der weiche Reifen A hat einen flacheren Anstieg als die Reifen B und C und somit einen größeren Schlupf bei gleicher Longitudinalkraft. Dies bedeutet eine größere Wärmeentwicklung wegen der inneren Reibung des Reifens A, was wiederum eine größere Abnutzung bedeutet bei gleichen Longitudinalkräften im Vergleich zu Reifen B und Reifen C. Bei kleineren Normalkräften F_N wird der Anstieg flacher. Bei großer Normalkraft (schweres Fahrzeug) müssen höhere Werte auf der Kurve erreicht werden, um die gleiche Bremskraft F_z zu erzeugen, was zu größerer Wärmeentwicklung und damit zu größerer Abnutzung führt. Im Allgemeinen haben Schwerlastfahrzeuge eine relativ kleine Normalkraft F_N auf den angetriebenen Rädern und somit kommt es dort häufiger zum Problem großer Wärmeentwicklung in den angetriebenen Rädern.
Wie erläutert, können die longitudinalen Schlupfwerte kontinuierlich, andauernd oder regelmäßig berechnet werden während der Fahrt auf Basis von gemessenen Werten oder auf Basis eines Fahrzeugmodells. 4 zeigt den longitudinalen Radschlupf K(tx) für verschiedene Reifentypen A, B, C über der Zeit tx. Bei einem weichen Reifen A ist der Schlupf typischerweise größer als bei einem harten Reifen C oder einem halbharten Reifen B. Der Schritt S6 der Bestimmung wird typischerweise wiederholt ausgeführt, beispielsweise nach jedem Zeitablauf tx. Bei einigen Ausführungsbeispielen beinhaltet der Schritt S6 der Bestimmung eine Zeitfilterung bezüglich des Satzes berechneter longitudinaler Radschlupfwerte K(tx) unter Einsatz eines Gleitfenster-Algorithmus. Sodann werden die longitudinalen Radschlupfwerte in dem Gleitfenster eingesetzt zur Bestimmung des momentanen Reifenabnutzungsratenindikators. Die Zeitspanne Δt hat dann die gleiche Länge wie das Gleitfenster. Das Gleitfenster kann beispielsweise eine Länge von 1-10 Minuten haben, insbesondere eine Länge von 2-5 Minuten. Es werden damit die berechneten longitudinalen Radschlupfwerte K(tx) aus den letzten 1-10 (bzw. 2-5) Minuten der Fahrt erfasst oder es werden auch andererseits die kommenden 1-10 (bzw. 2-5) Minuten der im Voraus abgeschätzten vorausliegenden Fahrtstrecke erfasst mit beispielsweise der Vorausschau-Funktionalität. Die Zeitfilterung erfolgt dann kontinuierlich während der tatsächlichen oder der vorausberechneten Fahrt über die Straße. Somit werden die longitudinalen Radschlupfwerte kontinuierlich berechnet und der Gleitfenster-Algorithmus wählt die Werte aus, die eingesetzt werden für die Bestimmung des momentanen Reifenabnutzungsratenindikators.
Der momentane Reifenabnutzungsratenindikator TW kann bestimmt werden unter Verwendung eines Reifenabnutzungsratenmodells. Das Reifenabnutzungsratenmodell modelliert, wie empfindlich der Reifen ist gegenüber Abnutzung zu einem bestimmten Zeitpunkt bei Einwirkung von longitudinalem Radschlupf. Das Reifenabnutzungsratenmodell modelliert, wie sich die innere Reibung in dem Reifen entwickelt, wenn der Reifen longitudinalem Schlupf ausgesetzt ist. Bei einigen Ausführungsbeispielen beinhaltet der Bestimmungsschritt S6 eine Bestimmung des momentanen Reifenabnutzungsratenindikators unter Verwendung eines Reifenabnutzungsratenmodells, welches eine Funktion TW(tx) = f(Kx(t1:tx)) von vorangegangenen longitudinalen Radschlupfwerten K(tx) über der Zeit tx aufweist. Das Reifenabnutzungsratenmodell nimmt den Satz von berechneten longitudinalen Radschlupfwerten K(tx) als Eingabe und gibt den momentanen Reifenabnutzungsratenindikator TW als Ausgabe aus. Hat die Zeitspanne beispielsweise 10 Zeitpunkte, dann steigt der Wert von x jeweils um eine Einheit von Null auf 10. Bei einigen Ausführungsbeispielen wird der momentane Reifenabnutzungsratenindikator TW berechnet als die akkumulierte Summe von vorangegangenen longitudinalen Radschlupfwerten K(tx) über der Zeitspanne. Wenn somit die Zeitspanne drei Zeitpunkte enthält, ergibt die Funktion
TW(tx) = f(Kx(t1:tx)) folgende Gleichungen: TW(t1) = Kx(t1), TW(t2) = TW(t1) + Kx(t2) und TW(t3) = TW(t2) + Kx(t3). Der momentane Reifenabnutzungsratenindikator TW enthält dann alle diese Werte. Wird ein Gleitfenster-Algorithmus eingesetzt, dann ist der Zeitpunkt t1 typischerweise der erste Zeitpunkt im Fenster. Ist die Zeitspanne die gesamte Länge über der Strecke, dann ist t1 der Startpunkt der Strecke. tx geht dann von „1“ zum Endzeitpunkt der Zeitspanne. Gemäß 4 und unter Einsatz des Reifenabnutzungsratenmodells wird der momentane Reifenabnutzungsratenindikator TWberechnet als die akkumulierte Summe von vorangegangenen longitudinalen Radschlupfwerten K(tx) während der Zeitspanne. Beinhaltet somit die Zeitspanne Δt die Zeitpunkte t1, t2 und t3, dann hat der momentane Reifenabnutzungsratenindikator TWbei diesem Beispiel die folgenden drei Werte: für t1 den Wert K(t1), für t2 den Wert K(t1) + K(t2) und für t3 den Wert K(t1) + K(t2) + K(t3). Für den Indikator kann aber auch nur eine Untermenge dieser Werte gewählt werden, beispielsweise der Maximalwert dieser Werte. Somit gibt bei einigen Ausführungsbeispielen das Reifenabnutzungsratenmodell den momentanen Reifenabnutzungsratenindikator TW aus entsprechend einem oder mehreren momentanen Reifenabnutzungsratenwerten TW(tx), wobei jeder momentane Reifenabnutzungsratenwert TW(tx) akkumulierte longitudinale Radschlupfwerte wiedergibt bis einschließlich zu einem longitudinalen Radschlupfwert TW(tx) zu einem ausgewählten Zeitpunkt tx. Der ausgewählte Zeitpunkt ist bei dem dargestellten Beispiel einer von den Punkten t1, t2 oder t3.
Wie erläutert, werden unterschiedliche Arten von Reifen eingesetzt, die als weich oder hart oder dazwischenliegend beschrieben werden. Es ist möglich, derartige Eigenschaften beim Bestimmen des momentanen Reifenabnutzungsratenindikators zu berücksichtigen auf Basis der Schlupfsteifigkeit S. Die Schlupfsteifigkeit ist definiert als das Verhältnis zwischen der normalisierten Longitudinalkraft F_x (also dividiert durch die Normalkraft F_N) und dem Radschlupf K(tx). Wie oben beschrieben, stellt 5 Schlupfsteifigkeiten Sdar für verschiedene Arten von Reifen A, B, C. Bei einigen Ausführungsbeispielen ist somit die Funktion eine Funktion TW(tx) = f(Kx(t1:tx), s) von vorangegangenen longitudinalen Radschlupfwerten K(tx) und der Schlupfsteifigkeit S über die Zeit tx. Im Einzelnen kann auf Basis der Schlupfsteifigkeit Seine Wichtung W(Kx(tx),S) für jeden longitudinalen Schlupfwert bestimmt werden. Somit hat bei einigen Ausführungsbeispielen die Funktion eine Wichtung W(Kx(tx),S) für jeden longitudinalen Radschlupfwert K(tx). Die Wichtung kann positiv sein oder negativ und sie kann mit steigenden Werten von K(tx) ansteigen. Die Pfeile in der Figur zeigen, wie die Wichtung bei steigendem Longitudinalschlupf ansteigen kann. Andererseits kann die Wichtung auch unabhängig von dem longitudinalen Radschlupf und/oder der Schlupfsteifigkeit sein, beispielsweise konstant. Grundsätzlich soll die Wichtung wiedergeben, ob der Reifenabnutzungsratenindikator ansteigen oder abfallen soll. Die Wichtung sollte positiv sein, wenn die Abnutzung des Reifens anwächst und sie sollte negativ sein, wenn die Abnutzung geringer wird. Die Wichtung sollte umso größer sein, je schneller die Abnutzung anwächst (wenn also der momentane Reifenabnutzungsratenindikator größer wird, typischerweise größer als ein vorgegebener Schwellenwert). Dies bedeutet, dass die Wichtung typischerweise negativ gesetzt wird, wenn das Rad frei rollt, jedoch positiv gesetzt wird, wenn der momentane Reifenabnutzungsratenindikator größer ist als der vorgegebene Schwellenwert (dann entwickelt sich Wärme im Reifen). Steigt der Reifenabnutzungsratenindikator von einem bisherigen Reifenabnutzungsratenindikatorwert, wenn das Fahrzeug in einem stationären Zustand gefahren wird (typischerweise mit konstanter Geschwindigkeit bei Fahrt auf beispielsweise einer Autobahn), dann sollte die Wichtung nahe bei Null oder auf Null gesetzt werden. Beinhaltet die Zeitspanne Δt beispielsweise die Zeitpunkte t1, t2 und t3, dann ist der momentane Reifenabnutzungsratenwert für t1 bei
TW(t1) = TW(t0) + K(t1) · W(Kx(t1), S), für t2. beträgt der momentane Reifenabnutzungsratenwert TW(t2) = TW(t1) + K(t2) · W(Kx(t2), S), während für f3 der momentane Reifenabnutzungsratenwert gegeben ist durch TW(t3) = TW(t2) + K(t3) · W(Kx(t3), S). Der momentane Reifenabnutzungsratenindikator TW kann beispielsweise bestimmt werden auf Basis all dieser Werte, des Maximalwertes oder eines Mittelwertes all dieser Werte. Für jeden Zeitpunkt tx gibt es einen bestimmten longitudinalen Schlupfwert Kx(tx). Die Schlupfsteifigkeit S wurde zuvor abgeschätzt und kann über die Zeitspanne Δt bezüglich der Akkumulation als konstant angesehen werden. Die Wichtung W ist eine Funktion der Schlupfsteifigkeit S und des longitudinalen Schlupfes Kx(tx). Für jeden Zeitpunkt tx wird eine momentane Reifenabnutzungsrate TW(tx) über die Zeitspanne akkumuliert, welche mit der Reifenabnutzungsrate korreliert ist oder diese anzeigt. Somit wird für jeden Zeitpunkt txein neuer Wert für die momentane Reifenabnutzungsrate TW(tx) akkumuliert und damit festgelegt. Durch Experimente und Simulationen wurde festgestellt, dass dieser akkumulierte Wert stark korreliert (in Beziehung steht) mit dem Ausmaß der Reifenabnutzung zum jeweils gegebenen Zeitpunkt. Durch Berücksichtigung des vorliegenden Schlupfes kann also eine starke Reifenabnutzung erkannt werden unter Verwendung eines Reifenabnutzungsmodells mit Akkumulation von gewichteten longitudinalen Schlupfpegeln über die Zeit.
Das oben beschriebene Modell beschreibt einen Zusammenhang zwischen Longitudinalschlupf und momentaner Reifenabnutzungsrate in Korrelation mit der Entwicklung der inneren Reibung im Reifen bei Einwirkung von Longitudinalschlupf. Nachfolgend wird ein anderes Modell beschrieben, wobei die aktuelle Temperatur des Reifens modelliert ist. Bei solchen Ausführungsbeispielen ist das Reifenabnutzungsratenmodell ein Temperaturmodell. Dieses Reifenabnutzungsratenmodell modelliert die Temperatur des Reifens über der Zeit und gibt den Reifenabnutzungsratenindikator TW als einen oder als mehrere momentane Reifenabnutzungsratenwerte TW(tx) aus, wobei jeder momentane Reifenabnutzungsratenwert TW(tx) eine Temperatur des Reifens zu einem bestimmten Zeitpunkt txwiedergibt. 6 ist eine graphische Darstellung der Reifentemperatur für verschiedene Typen von Reifen A, B, C. Bei diesem Ausführungsbeispiel gibt das Reifenabnutzungsratenmodell eine abgeschätzte Temperatur des Reifens für jeden Zeitpunkt aus. Bei diesem Ausführungsbeispiel ist die Funktion eine Funktion TW(tx) = f(Kx(t1:tx), S) von vorangegangenen longitudinalen Radschlupfwerten K(tx) und Schlupfsteifigkeiten S über die Zeit tx. Für jeden Zeitpunkt tx schätzt das Modell eine Reifentemperatur T. Die Temperatur ist korreliert mit der momentanen Reifenabnutzungsrate. Typischerweise beinhaltet der momentane Reifenabnutzungsratenindikator TWden zuletzt abgeschätzten Temperaturwert während der Zeitspanne Δt. Im Einzelnen: der longitudinale Radschlupf Kx(tx) und die Schlupfsteifigkeit Swerden verwendet zum Modellieren der Erwärmung des Reifens und seiner Abkühlung (typischerweise wird der Reifen aufgewärmt bei Einwirkung von hohen Schlupfpegeln, während er abgekühlt wird bei Einwirkung von geringen oder überhaupt keinen Kräften oder auch wenn das Fahrzeug steht). Das Reifenabnutzungsratenmodell kann auch Parameter berücksichtigen in Form von Koeffizienten, die angeben, wie schnell der Reifen erwärmt wird und wie schnell er sich abkühlt. Diese Koeffizienten können verwendet werden zum Bestimmen von Wichtungen w(Kx(tx)), die eingesetzt werden für die Rechnungen. Ist beispielsweise die Wichtung positiv, steigt der momentane Reifenabnutzungsratenwert TW(tx) an (der Reifen wird erwärmt), während dann, wenn die Wichtung negative ist, der momentane Reifenabnutzungsratenwert TW(tx) abfällt (der Reifen kühlt ab). Bei einigen Ausführungsbeispielen basiert das Reifenabnutzungsratenmodell auch auf einer oder auf mehreren Kräften, die auf den Reifen wirken. Das Verfahren beinhaltet dann einen Schritt S3 des Gewinnens von einer von mehreren Reifenkräften F(t), die auf das Rad 2 während der Zeitspanne wirken, wobei die gewonnene eine oder die mehreren Reifenkräfte F(t) in das Reifenabnutzungsratenmodell eingegeben werden. Die Reifenkräfte sind beispielsweise die Longitudinalkraft F_x und die Normalkraft F_N (siehe 2). Das Modell kann auch die Umgebungstemperatur und/oder die Geschwindigkeit des Fahrzeuges berücksichtigen. Somit basiert bei einigen Ausführungsbeispielen das Reifenabnutzungsratenmodell auch auf der Umgebungstemperatur, wobei das Verfahren einen Schritt S3 beinhaltet des Gewinnens der Umgebungstemperatur während der Zeitspanne und den Einsatz der gewonnenen Umgebungstemperatur als Eingabe in das Reifenabnutzungsratenmodell. Die Umgebungstemperatur wird beispielsweise mit einem Temperatursensor im Fahrzeug gemessen. Somit kann zusammengefasst das Reifenabnutzungsratenmodell auch die Reifentemperatur als Funktion des longitudinalen Radschlupfes, der Schlupfsteifigkeit und von einer von mehreren Kräften, die auf das angetriebene Rad 2 wirken und der Umgebungstemperatur als Funktion der Zeit abschätzen.
Der momentane Reifenabnutzungsratenindikator kann eingesetzt werden für eine Reihe von Zwecken. Beispielsweise kann das Verfahren die Bestimmung eines Trends beinhalten, mit dem die Reifenabnutzungsrate sich vom momentanen Reifenabnutzungsratenindikator oder den Indikatoren ausgehend ändert. Damit kann zum Beispiel erkannt werden, wenn eine große momentane Reifenabnutzungsrate auftreten wird. Bei einigen Ausführungsbeispielen beinhaltet das Verfahren einen Schritt S7 der Ausführung einer Maßnahme dann, wenn der momentane Reifenabnutzungsratenindikator TW ein oder mehrere vorgegebene Kriterien erfüllt. Beispielsweise können das eine oder die mehreren vorgegebenen Kriterien einen Reifenabnutzungsratenschwellenwert beinhalten, den der momentane Reifenabnutzungsratenindikator TW nicht überschreiten sollte. Wird der Schwellenwert überschritten, können eine oder mehrere Maßnahmen ausgeführt werden. Der Reifenabnutzungsratenschwellenwert wird typischerweise vorgegeben. Der Reifenabnutzungsratenschwellenwert kann beispielsweise bezogen sein auf ein Maximum von zulässigen akkumulierten Reifenabnutzungsraten, welches nicht überschritten werden sollte. Wird der Schwellenwert überschritten, werden eine oder mehrere Maßnahmen ergriffen. Das Ziel der Maßnahme ist typischerweise, den momentanen Reifenabnutzungsratenindikator TW auf einen Wert unterhalb des Schwellenwertes zu bringen. Der Wert oder die Werte des momentanen Reifenabnutzungsratenindikators können also verglichen werden mit dem Schwellenwert, sobald sie zur Verfügung stehen und sobald der Wert über den Schwellenwert geht, werden eine oder mehrere Maßnahmen ausgeführt. Bei einem Ausführungsbeispiel beinhaltet das Verfahren eine Bestimmung des Maximums der momentanen Reifenabnutzungsratenwerte, die während des Zeitfensters bestimmt sind, und eine Bestimmung, ob dieser Wert den Reifenabnutzungsratenschwellenwert überschreitet. Überschreitet er den Schwellenwert, beinhaltet das Verfahren die Ausführung einer entsprechenden Maßnahme.
Die Maßnahme kann einen Schritt S7a beinhalten, welcher dem Fahrer anzeigt, dass das Rad 2 eine große momentane Reifenabnutzungsrate hat. Die Anzeige ist beispielsweise akustisch, graphisch oder auch eine taktile Anzeige (über eine geeignete Schnittstelle, wie einen Lautsprecher, ein Armaturenbrett, eine bewegbare Einrichtung oder dergleichen). Dementsprechend kann der Fahrer den Einsatz von Hilfsbremsenfunktionen reduzieren, je nach der Fahrsituation. Durch die seitens des Fahrers ausgeführten Maßnahmen ist die momentane Reifenabnutzungsrate zu reduzieren (die Longitudinalkräfte an den angetriebenen Rädern werden gesenkt und damit der longitudinale Radschlupf). Es kann dem Fahrer auch angezeigt werden, ob die Maßnahme erfolgreich ist, also die Abnutzung reduziert ist. Andererseits oder in Kombination mit der Anzeige beinhaltet die Maßnahme einen Schritt S7b zur Steuerung einer das Bremsen betreffenden Fahrzeugfunktion. Beispielsweise beinhaltet die Steuerung S7b eine Reduzierung des Einsatzes von bremsenbezogenen Fahrzeugfunktionen. Die bremsenbezogenen Funktionen können beispielsweise eine adaptive Geschwindigkeitsregelung und eine Regelung auf konstanter Geschwindigkeit beinhalten. Die bremsenbezogenen Fahrzeugfunktionen beinhalten typischerweise eine oder mehrere Hilfsbremsfunktionen. Die Hilfsbremsfunktionen beinhalten beispielsweise eine Retarderbremse und eine Auspuffbremse. Werden eine adaptive Geschwindigkeitsregelung oder eine Regelung auf konstante Geschwindigkeit eingesetzt, werden typischerweise die Retarderbremse oder die Auspuffbremse verwendet oder es erfolgt ein Zusammenwirken von Retarderbremse und Auspuffbremse (sowie des herkömmlichen Bremssystems mit der Hauptbremse). Der Steuerschritt S7b kann automatisch durch das Fahrzeug 1 ausgeführt werden. Erfolgt also der Steuerschritt S7b durch das Fahrzeug 1 derart, dass die Hilfsbremsen weniger eingesetzt werden, wird das herkömmliche Bremssystem mehr eingesetzt.
7 zeigt ein Fahrzeug 1 zu einem Zeitpunkt t0 unmittelbar vor einer Bergabfahrt. Um eine starke Abnutzung zu vermeiden, kann das Verfahren ausgeführt werden, bevor die Bergabfahrt beginnt und ein Steuerverfahren für das Fahrzeug 1 kann im Voraus festgelegt werden auf Basis des Ergebnisses des Verfahrens, welches verhindert, dass momentane Reifenabnutzungsratenindikatoren über dem Schwellenwert liegen oder welches zumindest diese Gefahr mindert. Das Steuerverfahren kann berücksichtigen: Geschwindigkeit, Bremskräfte, Gas-Befehle etc. entlang der kommenden Strecke. Die Zeitspanne Δt sollte vorzugsweise Ereignisse erfassen wie eine Fahrt bergab oder bergauf, z.B. die Bergabstrecke 13 gemäß 7. Die Zeitspanne verläuft hier von dem Zeitpunkt t1 zum Zeitpunkt t4, und x = 1: 4. Zwischen diesen Zeitpunkten liegt jeweils eine Minute, so dass also die Zeitspanne Δt drei Minuten beträgt. Bei Einsatz eines Gleitfensters sollte die Länge des Gleitfensters mindestens drei Minuten betragen, um die Bergabstrecke zu erfassen, so dass es möglich ist, die Steuerung des Fahrzeuges 1 anzupassen, bevor die Bergabstrecke befahren wird. Dies ist nur ein Beispiel zur Erläuterung der Grundlagen und typischerweise sind sehr viel mehr Zeitpunkte vorgesehen als die hier dargestellten Zeitpunkte, beispielsweise Zeitpunkte nach jeweils einer Sekunde. Bei einigen Ausführungsbeispielen hat die Zeitspanne Δt (und das Gleitfenster) eine Länge derart, dass das Fahrzeug erfasst wird, bevor die Bergabstrecke 13 (oder eine entsprechende Bergaufstrecke) beginnt, um das Verhalten des Fahrzeuges anzupassen, bevor die Bergabstrecke (oder eine Bergaufstrecke) beginnt.
Aus den abgeschätzten Schlupfsteifigkeiten des Rades und den bevorstehenden Bremskräften, denen das Rad auf der Strecke ausgesetzt sein wird, können die bevorstehenden Schlupfwerte vorhergesagt werden. Ein vorhergesagter momentaner Reifenabnutzungsratenindikator kann vorab bestimmt werden und verglichen werden mit verschiedenen alternativen Möglichkeiten, zum Beispiel derart, dass vor der Bergabfahrt die Fahrzeuggeschwindigkeit vermindert wird. Das Fahrzeug kann dann auf der Bergabfahrt ohne Bremsung seine Geschwindigkeit erhöhen oder auch mit reduziertem Bremsbedarf fahren. Die Bestimmung der vorhergesagten momentanen Reifenabnutzungsrate kann verbunden sein mit anderen Assistenzfunktionalitäten für den Fahrer, bei denen das Fahrzeugverhalten von Vorabinformationen bezüglich der vorausliegenden Strecke abhängt, wie eine Geschwindigkeitsregelung mit aktiver Vorhersage. Die Vermeidung von starker Reifenabnutzung kann als Faktor berücksichtigt werden bei der Planung des Bremsens oder des Vortriebs des Fahrzeuges 1 bezüglich der vorausliegenden Strecke. Andererseits werden die longitudinalen Radschlupfwerte berechnet unter Verwendung von tatsächlich detektierten Werten und die Steuerung des Fahrzeuges 1 erfolgt laufend („on the fly“), um erhöhte Reifenabnutzung zu vermeiden.
Die Beschreibung betrifft auch eine Steueranordnung zum Bestimmen von momentanen Reifenabnutzungsratenindikatoren für das Rad 2 eines Fahrzeuges 1. 8 zeigt eine derartige Steueranordnung 4. Die Steueranordnung 4 kann in einem Fahrzeug 1 angeordnet sein oder sie kann auch in einem vom Fahrzeug entfernten Computer angeordnet sein. Die Steueranordnung 4 ist eingerichtet zum Ausführen des Verfahrens gemäß einem der hier beschriebenen Ausführungsbeispiele. Die Steueranordnung 4 bzw. insbesondere ein Prozessor 6 der Steueranordnung 4 ist eingerichtet, alle Varianten der hier beschriebenen Verfahren auszuführen. Dies erfolgt typischerweise durch Ablauf eines Computerprogramms, welches in einem Speicher 6 im Prozessor 5 der Steueranordnung 4 abgelegt ist. Das Computerprogramm kann in einem computerlesbaren Medium abgespeichert sein. Bei einigen Ausführungsbeispielen ist die Steueranordnung 4 eine „Einheit“ im funktionalen Sinn. Bei einigen Ausführungsbeispielen ist die Steueranordnung 4 auf mehrere körperlich verschiedene Steueranordnungen verteilt, die zusammenwirken. Die Steueranordnung 4 hat Hardware und Software. Die Hardware enthält verschiedene elektronische Komponenten auf einer gedruckten Schaltungsplatine, PCB. Am wichtigsten unter diesen Komponenten ist typischerweise ein Prozessor, oder es sind mehrere Prozessoren, z.B. ein Mikroprozessor, zusammen mit einem Speicher, z.B. einem EPROM oder mit einem Flash-Speicher-Chip. Bei diesem Beispiel hat die Steueranordnung 4 den Prozessor 6, den Speicher 7 und eine Kommunikationsschnittstelle 8. Der Prozessor 6 kann eine oder mehrere Prozessoreinheiten aufweisen. Der Speicher 7 kann eine oder mehrere Speichereinheiten aufweisen. Die Kommunikationsschnittstelle 8 ist beispielsweise eingerichtet für eine Kommunikation mit anderen Einrichtungen, z.B. mit weiteren Subsystemen des Fahrzeuges 1 oder mit Einrichtungen außerhalb des Fahrzeuges 1. Ist die Steueranordnung 4 entfernt vom Fahrzeug 1 angeordnet, kann die Kommunikationsschnittstelle 8 eingerichtet sein, mit Einrichtungen des Fahrzeuges 1 zu kommunizieren. Die Software (auch als „Firmware“ bezeichnet) enthält typischerweise einen Low-Level-Software-Code, der in dem Mikroprozessor abgearbeitet wird. Die Steueranordnung 4 ist beispielsweise eingerichtet zum Empfangen und/oder Sammeln von Daten von einem oder von mehreren Sensoren 5 im Fahrzeug 1, beispielsweise von einem oder von mehreren Radgeschwindigkeitssensoren 5a, einem Fahrzeuggeschwindigkeitssensor 5b und/oder von einem oder von mehreren Kraftsensoren 5c. Der Radgeschwindigkeitssensor 5a ist eingerichtet zum Detektieren einer Geschwindigkeit bezüglich des Antriebsrades 2. Das Fahrzeug 1 kann einen derartigen Sensor für jedes Antriebsrad des Fahrzeuges 1 aufweisen. Die Steueranordnung 4 kann weiterhin eingerichtet sein für eine Kommunikation von Daten, z.B. Steuerdaten, mit einer Fahrzeugfunktion 12 des Fahrzeuges 1. Die Steueranordnung 4 kann weiterhin eingerichtet sein für eine Kommunikation von Anzeigen und Hinweisen für den Fahrer über eine Schnittstelle, wie eine Anzeigeeinrichtung 9. Die Anzeigeeinrichtung 9 kann beispielsweise ein Lautsprecher, ein Armaturenbrett, eine bewegbare Einrichtung oder ähnliches sein.
Die mit dieser Beschreibung gegebene Offenbarung ist nicht auf die oben beschriebenen bevorzugten Ausführungsbeispiele beschränkt. Verschiedene Änderungen, Abwandlungen und gleichwertige Mittel können verwendet werden. Deshalb sind die obigen Ausführungsbeispiele nicht als den Umfang dieser Beschreibung beschränkend anzusehen, welcher durch die beigefügten Ansprüche gegeben ist.

Claims

Verfahren zum Bestimmen der momentanen Reifenabnutzungsrate eines Rades (2) eines Fahrzeuges (1), wobei das Verfahren aufweist: - Berechnen (S5), für eine Mehrzahl von Zeitpunkten, der longitudinalen Radschlupfwerte (Kx(tx)) für den Radschlupf zwischen einer Oberfläche des Rades (2) und einer entsprechenden Straßenoberfläche (10); und - Bestimmen (S6) eines momentanen Reifenabnutzungsratenindikators (TW) auf Basis eines Satzes von berechneten longitudinalen Ratschlupfwerten (Kx(tx)) entsprechend den verschiedenen Zeitpunkten (tx) während einer Zeitspanne (Δt), wobei der momentane Reifenabnutzungsratenindikator (TW) korreliert mit der momentanen Reifenabnutzungsrate, die während der Zeitspanne (Δt) gegeben ist.
Verfahren gemäß Anspruch 1, aufweisend: - Ausführen (S7) einer Maßnahme dann, wenn der momentane Reifenabnutzungsratenindikator (TW) ein oder mehrere vorgegebene Kriterien erfüllt.
Verfahren gemäß Anspruch 2, wobei das eine oder die mehreren vorgegebenen Kriterien einen Reifenabnutzungsratenschwellenwert aufweisen, den der momentane Reifenabnutzungsratenindikator (TW) überschreiten kann.
Verfahren gemäß einem der Ansprüche 2 oder 3, wobei die Maßnahme einen Schritt (S7a) beinhaltet, mit dem dem Fahrer angezeigt wird, dass das Rad (2) eine große momentane Reifenabnutzungsrate aufweist.
Verfahren gemäß einem der Ansprüche 2 bis 4, wobei die Maßnahme einen Schritt (S7b) aufweist mit dem eine bremsenbezogene Fahrzeugfunktion gesteuert wird.
Verfahren gemäß Anspruch 5, wobei der Schritt (S7b) des Steuerns beinhaltet, dass der Einsatz einer bremsenbezogenen Fahrzeugfunktion reduziert wird.
Verfahren gemäß einem der Ansprüche 5 oder 6, wobei die bremsenbezogene Fahrzeugfunktion eine oder mehrere Hilfsbremsen-Bremsfunktionen aufweist.
Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Schritt (S6) des Bestimmens beinhaltet, dass eine Zeitfilterung des Satzes von berechneten longitudinalen Radschlupfwerten (Kx(tx)) erfolgt unter Einsatz eines Gleitfenster-Algorithmus.
Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Schritt (S6) des Bestimmens beinhaltet: - Bestimmen des momentanen Reifenabnutzungsratenindikators unter Verwendung eines Reifenabnutzungsratenmodells mit einer Funktion (TW(tx) = f(Kx(t1: tx)) von vorausgegangenen longitudinalen Radschlupfwerten (Kx(tx)) über der Zeit (t(x)), wobei das Reifenabnutzungsratenmodell den Satz der berechneten longitudinalen Radschlupfwerte (Kx(tx)) als Eingabe annimmt und den momentanen Reifenabnutzungsratenindikator ausgibt.
Verfahren gemäß Anspruch 9, wobei die Funktion eine Funktion ((TW(tx) = f(Kx(t1:tx),S)) von vorangegangenen longitudinalen Radschlupfwerten (Kx(tx)) und der Schlupfsteifigkeit (s) über der Zeit (tx) ist.
Verfahren gemäß einem der Ansprüche 9 oder 10, wobei das Reifenabnutzungsratenmodell den momentanen Reifenabnutzungsratenindikator (TW) ausgibt als einen oder als mehrere momentane Reifenabnutzungsratenwerte (TW(tx)), wobei jeder momentane Reifenabnutzungsratenwert (TW(tx)) akkumulierte longitudinale Radschlupfwerte bis zu einschließlich einem longitudinalen Radschlupfwert (Kx(tx)) zu einem ausgewählten Zeitpunkt (tx) repräsentiert.
Verfahren gemäß einem der Ansprüche 10 und 11, wobei die Funktion eine Wichtung (w(Kx(tx))) für jeden longitudinalen Radschlupfwert (Kx(tx)) aufweist.
Verfahren gemäß Anspruch 10, wobei das Reifenabnutzungsratenmodell die Temperatur des Reifens über der Zeit modelliert und den momentanen Reifenabnutzungsratenindikator (TW) als einen oder als mehrere momentane Reifenabnutzungsratenwerte (TW(tx)) ausgibt, wobei jeder momentane Reifenabnutzungsratenwert (TW(tx)) eine Temperatur des Reifens zu einem ausgewählten Zeitpunkt (t(x)) repräsentiert.
Verfahren gemäß Anspruch 13, wobei das Reifenabnutzungsratenmodell auch auf einer oder auf mehreren Kräften basiert, die auf den Reifen wirken und wobei das Verfahren folgenden Schritt beinhaltet: - Gewinnen (S4) von einer von mehreren Reifenkräften (F(tx)), die über die Zeitspanne auf das Rad (2) wirken, und Einsetzen der gewonnenen Reifenkraft oder Reifenkräfte (F(tx)) als Eingabe in das Reifenabnutzungsratenmodell.
Verfahren gemäß einem der Ansprüche 12 oder 13, wobei das Reifenabnutzungsratenmodell auch basiert auf einer Umgebungstemperatur und wobei das Verfahren folgenden Schritt beinhaltet: - Gewinnen (S3) der Umgebungstemperatur während der Zeitspanne und Einsetzen der gewonnenen Umgebungstemperatur als Eingabe in das Reifenabnutzungsratenmodell.
Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, folgende Schritte aufweisend: - Gewinnen (S1) von Radgeschwindigkeitseigenschaften, die die Radgeschwindigkeit des Rades (2) anzeigen; - Gewinnen (S2) von Fahrzeuggeschwindigkeitseigenschaften, die die entsprechende Geschwindigkeit des Fahrzeuges (1) anzeigen; wobei die Berechnung (S5) beinhaltet, die longitudinalen Radschlupfwerte zu berechnen auf Basis der Radgeschwindigkeitseigenschaften und der entsprechenden Fahrzeuggeschwindigkeitseigenschaften.
Verfahren gemäß Anspruch 16, wobei der Schritt (S1) des Gewinnens von Radgeschwindigkeitseigenschaften beinhaltet, Radgeschwindigkeitseigenschaften zu gewinnen, die eine vorhergesagte Radgeschwindigkeit des Rades (1) entlang einer vorausliegenden Strecke der Straße angeben; und wobei der Schritt (S2) des Gewinnens von Fahrzeuggeschwindigkeitseigenschaften beinhaltet, dass Fahrzeuggeschwindigkeitseigenschaften gewonnen werden, welche eine entsprechende Fahrzeuggeschwindigkeit auf einer vorausliegenden Strecke der Straße angeben; und wobei der Schritt (S5) des Berechnens beinhaltet, dass zukünftige longitudinale Radschlupfwerte berechnet werden auf Basis der Radgeschwindigkeitseigenschaften und der entsprechenden Fahrzeuggeschwindigkeitseigenschaften.
Steueranordnung (4) zum Bestimmen der momentanen Reifenabnutzungsrate eines Rades (2) eines Fahrzeuges (1), wobei die Steueranordnung (4) eingerichtet ist, das Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche auszuführen.
Fahrzeug (1), aufweisend: - eine Steueranordnung (4) gemäß Anspruch 18, und - einen Radgeschwindigkeitssensor(5a), der eingerichtet ist zum Detektieren einer Geschwindigkeit, die die Geschwindigkeit eines Antriebsrades (2) angibt.
Computerprogramm mit Instruktionen, die bei Ablauf des Programms mittels einer Steueranordnung (4) die Steueranordnung (4) veranlassen, ein Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 17 auszuführen.
Computerlesbares Medium mit abgespeichertem Computerprogramm gemäß Anspruch 20.