DE19908701A1 - Verfahren und Vorrichtung zur Ermittlung des Notlaufzustandes eines Luftreifens - Google Patents
Verfahren und Vorrichtung zur Ermittlung des Notlaufzustandes eines LuftreifensInfo
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Abstract
Verfahren zur Ermittlung des Notlaufzustandes eines Luftreifens für Kraftfahrzeugräder, bei denen eine permanent vorhandene und zur Raddrehzahl proportionale Schwingung als Drehzahl-Ausgangssignal einer Signalverarbeitungseinrichtung zugeleitet wird und ein oder mehrere für den Notlaufzustand charakteristische und separat definierte Schwingungen dem Drehzahl-Ausgangssignal überlagert werden.
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Ermittlung des Notlaufzustandes eines Luftreifens für
Kraftfahrzeugräder, bei dem mindestens an jeder Achse, vorzugsweise an jedem Rad, eine
permanent vorhandene erste periodische und zur Raddrehzahl proportionale Schwingung
erzeugt und als Drehzahl-Ausgangssignal einer Signalverarbeitungsseinrichtung zugeleitet
wird, wobei das Drehzahl-Ausgangssignal durch aktive oder passive Magnetfeldsensoren
bereitgestellt wird, indem relativ zu letzteren rotierende magnetisch aktive oder passive und
an mit dem Rad drehenden oder an feststehenden Teilen des Fahrzeuges befindliche
Einrichtungen, vorzugsweise Encoder, eine zur Raddrehzahl proportionale periodische
Magnetfeldänderung erzeugen.
Die ständig steigenden Ansprüche an die Sicherheit von Kraftfahrzeugen erfordern
zunehmend eine möglichst umfassende Detektion aller den Fahr- und Bewegungszustand
eines Kraftfahrzeuges beeinflussenden und repräsentierenden Parameter zur Nutzung
innerhalb intelligenter Systeme zur Fahrwerks- und Fahrzeugsteuerung und -regelung.
Insbesondere typische Gefahrensituationen, wie sie etwa bei einem plötzlichen Druckverlust
in einem Reifen auftreten können, sollen sicher erkannt werden und entsprechende Warn-
oder Steuersignale auslösen.
Eine Reihe von Entwicklungen nähert sich dem Sicherheitsanspruch von anderer Seite,
indem z. B. der besonders kritische Fall eines plötzlichen Druckverlustes in einem Reifen in
seinen fatalen Auswirkungen dadurch entschärft werden soll, daß Einrichtungen am
Fahrzeugrad oder in der Reifenkonstruktion eingesetzt werden, die auch bei Druckverlust
einen stabilen Fahrzustand und eine Notlauffähigkeit über eine bestimmte Strecke oder Zeit
erhalten. Solche Entwicklungen werden auch dadurch unterstützt, daß im Rahmen der zur
Energieeinsparung kontinuierlich reduzierten Gewichte der Fahrzeuge auf das Mitführen von
Reserverädern und/oder nötigem Werkzeug zu deren Montage verzichtet werden soll.
Unter Notlauf oder Notlaufzustand wird hierbei der Fahrzustand verstanden, bei dem durch
einen plötzlichen Druckverlust in einem Reifen, etwa durch eine äußere Beschädigung, die
normalerweise vorhandenen Führungs-, Haftungs- und Stabilisierungseigenschaften des
Reifens als Bindeglied zwischen Fahrzeug und Fahrbahn nicht mehr im ursprünglichen
Maße vorhanden sind, bei dem jedoch trotzdem eine Lauffähigkeit und Nutzbarkeit soweit
erhalten bleibt, daß die Sicherheit eines Fahrzeuges nicht unzulässig eingeschränkt wird.
Der Notlaufzustand ermöglicht es dann, die Fahrt für eine bestimmte Strecke problemlos
fortzusetzen, mindestens aber bis zum nächsten Reparaturbetrieb.
Solche seit Jahrzehnten diskutierten Notlaufsysteme weisen in ihren modernen
Ausbildungen, z. B. als auf der Felge aufgezogene Notlaufstützkörper oder als
seitenwandverstärkte Reifen, in Verbindung mit dem heute üblichen Fahrzeug- und
Federungskomfort den generellen Nachteil auf, daß ein Notlaufzustand vom Fahrer nicht
mehr aufgrund eines zum Normalzustand stark unterschiedlichen Verhaltens des
Fahrzeuges bemerkt wird, wonach die Gefahr besteht, daß die regelmäßig zeitlich oder in
Bezug auf die Fahrkilometer begrenzte Notlauffähigkeit überstrapaziert wird und schließlich
ein Totalausfall eines Reifens oder Rades die Folge sein kann, der dann wieder zu
erheblichen Gefahren für Fahrzeug und Insassen führen kann.
Um dieser Gefahr zu begegnen, wurden beispielsweise bereits eine Reihe von mechanisch
akustischen Warneinrichtungen erdacht, die durch starke Vibrationen bzw. Geräusche eine
Warnung für den Fahrer bereitstellen.
Hierzu offenbart die DE 25 38 948 A1 ein luftbereiftes Fahrzeugrad mit einem innerhalb
eines schlauchlosen Reifens befindlichen Notlaufring, der an seiner im Notlaufzustand den
Reifen abstützenden Wirkfläche, d. h. an seiner Notlauffläche, mit einem oder mehreren über
den Umfang verteilt angeordneten Vorsprüngen zur Fahrerwarnung versehen ist, die im Falle
eines plötzlichen Druckverlustes des Reifens und der darauf folgenden Anlage der
Innenseite des Laufstreifenbereiches am Notlaufring Vibrationen verursachen sollen, die den
Fahrer auf den Luftverlust aufmerksam machen.
Auch die DE 25 09 939 A1 zeigt einen Notlaufstützkörper, hier einen Notlaufschlauch, der im
äußeren Bereich einen hohlzylindrischen Körper aus Metall oder hartem Kunststoff und an
dessen Außenfläche am Umfang verteilte kugelkalottenförmige Ausbuchtungen aufweist, die
beim Tätigwerden des Notlaufschlauches ein hörbares Geräusch erzeugen, das einen
Defekt des Luftreifens anzeigen soll.
Die JP 91 69 203 A zeigt hierzu innerhalb des Reifens und auf der Felge angeordnete
Ringstücke aus Gummi, die im Notlauf die Innenseite des Laufflächenbereiches des Reifens
abstützen. Die hier offenbarten Ringstücke oder Ringabschnitte stützen dabei nicht über den
gesamten Umfang des Abrollradius den Reifen ab, sondern lediglich über Teilbereiche, die
bis zu 180° voneinander versetzt ausgebildet sein können. Auch hierdurch soll bei
entsprechendem Luftverlust eine Vibration erzeugt werden, die in Form eines hörbaren
Geräusches oder durch Übertragung auf Lenkelemente den Fahrer über einen Luftverlust
informiert.
Der Nachteil solcher mechanisch-akustischen Warneinrichtungen liegt im wesentlichen darin,
daß bei der heute üblichen ausgezeichneten Dämpfung und Abkopplung zwischen Fahrwerk
und Karosserie in Verbindung mit einem gewünschten hohen Federungs- und Fahrkomfort
und einer guten Schallschutzisolierung des Fahrzeuginnenraumes, die entstehenden
Geräusche oder Vibrationen vom Fahrer nicht mehr zuverlässig detektiert werden oder aber
in einer solchen Stärke erzeugt werden müßten, daß ein Weiterfahren schlichtweg nicht
mehr möglich ist.
Die weitere Entwicklung konzentriert sich demzufolge darauf, einen Notlaufzustand mit
Meßmitteln zu erfassen und über optische und akustische Warneinrichtungen im Fahrzeug
dem Fahrer zur Kenntnis zu bringen. Hierzu sind im wesentlichen zwei grundsätzliche
Möglichkeiten bekannt, nämlich einerseits die direkte Messung des Luftdrucks innerhalb
eines Reifens und andererseits die indirekte Bestimmung des Luftdruckes eines Reifens,
z. B. über ein durch eine Luftdruckänderung beeinflußtes Federungsverhalten des Reifens
oder über eine durch die Luftdruckänderung bedingte Änderung des Abrollradius bzw. des
dynamischen Abrollumfangs eines Rades, d. h. durch eine Drehzahländerung.
Eine direkte Luftdruckmessung, beispielsweise über Druckmeßdosen im Reifeninneren, stellt
zwar eine sichere Methode der Detektion dar, hat aber einen hohen Aufwand an Aufnahme-,
Energieversorgungs- und Übertragungssystemen zur Folge, mit dem die innerhalb des
drehenden Reifens gemessenen Luftdruckänderungen an die fest im Fahrzeug installierten
Meßwertaufnehmer und damit an die Verarbeitungselektronik übergeben werden können.
Die EP 630 769 A1 zeigt hierzu eine Reifendruckdetektionseinrichtung für LKW-Reifen, bei
der ein innerhalb eines in der Felge angeordneten Radbolzens eingesetzter
Druckaufnehmer, der über Schlauchverbindungen mit dem Reifenventil verbunden ist, den
Luftdruck im Reifen prüft und die so ermittelten Meßergebnisse über rotierende Antennen,
die am Radträger und an der Achse benachbart angeordnet sind, in das Fahrzeug bzw. zu
einer Verarbeitungseinheit überträgt.
Die hier für die großzügigen Einbauverhältnisse eines LKW-Rades konzipierte Vorrichtung
erfordert einen hohen Aufwand an zusätzlichen und das Gesamtsystem verteuernden
Bauteilen, ist äußerst wartungsintensiv und anfällig gegen mechanische Beschädigungen
und Verschmutzungen, erschwert einen Reifenwechsel und stellt zudem durch die
notwendige Anordnung an allen Reifen ein System dar, welches aufgrund der hohen
Komplexität für Sensoren, Verkabelung und weiteren zusätzlichen Bauteilen eine
wirtschaftliche Produktion auch in der Großserie und insbesondere bei PKW-Reifen in Frage
stellt.
Auf der anderen Seite weisen Druckverlustwarnsysteme, die auf der Erfassung des
dynamischen Abrollumfangs basieren, eine Reihe von Unwägbarkeiten auf, die zu
ungenauen Messungen oder Entscheidungen führen. Diese Unwägbarkeiten entstehen u. a.
dadurch, daß der dynamische Abrollumfang nicht nur durch den Innendruck eines Reifens,
sondern auch durch die Belastungszustände während der Fahrt, durch Temperaturen, durch
unterschiedliche Geschwindigkeiten, durch Profilverschleiß, durch den Einfluß des
Straßenbelages sowie durch unterschiedliche Beschleunigungs- oder Bremszustände stark
beeinflußt werden kann.
Die EP 826 525 A2 offenbart eine Vorrichtung zur Detektion eines Luftverlustes in einem
Reifen, bei der alle vier Reifen bzw. Räder mit Einrichtungen versehen sind, die ein von der
Raddrehzahl abhängiges pulsförmiges Signal einem Rechner übermitteln, der hieraus die
Rotationsgeschwindigkeit der vier Räder bzw. Reifen ermittelt und diese untereinander
vergleicht, um einen Druckabfall zu detektieren.
Die EP 787 606 A2 offenbart ein Verfahren, bei dem nach Detektion der
Rotationsgeschwindigkeiten bzw. Winkelgeschwindigkeiten der vier Räder ein Vergleich mit
den entsprechenden Werten diagonal gegenüberliegender Räder durchgeführt wird und
daraus ein Warnsignal bei detektiertem Druckverlust ausgelöst wird.
Die EP 786 362 A2 offenbart ein Verfahren, bei dem ebenfalls der dynamische Abrollumfang
bzw. damit verbundene Größen, wie etwa der dynamische Rollradius eines Reifens an allen
vier Rädern ermittelt wird und bei dem zusätzlich die Längs- und Querbeschleunigung
geprüft wird, um die dadurch verursachten Fehlinterpretationen zu erkennen und das Signal
für einen Druckverlust abzusichern.
Die Nachteile und Schwierigkeiten, die all diesen Verfahren und Vorrichtungen bei der
Detektion und der sicheren Aussage über einen Druckverlust anhängen, werden deutlich,
wenn man sich vergegenwärtigt, daß die Änderungen des dynamischen Abrollumfanges
durch eine Reihe von verschiedenen Parametern gravierend beeinflußt werden. So ändert
sich der Abrollumfang nicht nur mit dem Fülldruck, sondern auch merkbar durch eine
Geschwindigkeitsänderung, durch eine Profiltiefenänderung, durch den Fahrbahnbelag, hier
z. B. im Vergleich von Asphalt zu Beton und durch die normale Serienstreuung. Eine
meßtechnische Aufnahme dieser unterschiedlichen Einflußgrößen und deren elektronische
Verarbeitung zu einem sicheren Signal ist daher bisher unzureichend gelöst und
ausgesprochen schwierig.
Eine weitere große Unsicherheit bei Messungen zur Luftdruckbestimmung allein aufgrund
des aktuellen Abrollumfanges entsteht dadurch, daß der Einfluß des Fülldrucks und der
Geschwindigkeit auf den Abrollumfang für Reifen unterschiedlicher Fabrikate bzw.
unterschiedlichen Aufbaus sehr verschieden ist. So kann z. B. die Fülldruckabhängigkeit bei
einem Reifen mit stumpfem Gürtelwinkel wesentlich größer sein als bei einem Reifen mit
spitzem Gürtelwinkel. Außerdem wird die Differenz der Abrollumfänge durch unterschiedliche
Abnutzung der Reifen oder durch einen Reifenwechsel in einem solchen Maße geändert,
daß die offenbarten Verfahren und Vorrichtungen mit ihrer vorgestellten Logik eine Warnung
auslösen, obwohl eine Gefahrensituation nicht gegeben ist. Um dieses zu vermeiden, müßte
z. B. die Abnutzung von Reifen mit separaten Methoden erkennbar und die jeweilige
Reifenkonstruktion stets bekannt sein.
Der Absolutwert des Abrollumfanges ist also zur Warnungsmeldung relativ ungeeignet. Auch
die Differenz zwischen den Abrollumfängen aller Reifen an einem Fahrzeug führt noch nicht
zu einer sicheren Aussage, da z. B. unterschiedliche Abnutzungen oder das Aufziehen neuer
Reifen nicht erkannt werden oder auch ein schleichender Luftdruckverlust an zwei oder mehr
Reifen nicht ermittelt werden kann. Zur Kompensation solcher Unwägbarkeiten müßte eine
ständig neue Kalibrierung - auch abhängig von der Fahrtstrecke - erfolgen, was das System
verteuert und die Handhabung relativ unsicher werden läßt, da eine Neukalibrierung
während der Fahrt natürlich vom Fahrer des Fahrzeuges durchgeführt werden muß.
Eine weitere im Stand der Technik bekannte Methode zur Detektion eines Notlaufes besteht
darin, das im Vergleich zum Normallauf unterschiedliche Schwingungs- oder
Beschleunigungsverhalten eines Rades zu erfassen, welches durch das Abrollen eines
luftlosen Reifens oder durch das Aufsetzen und Inkrafttreten einer Notlauffläche entsteht.
Die EP 0 651 702 offenbart hierzu ein Verfahren zur Erfassung des Notlaufzustandes, wobei
für den Notlauf charakteristische Beschleunigungen oder Resonanzschwingungen höherer
Ordnung (über 100 Hz), die durch das Abrollen auf Notlaufflächen entstehen, an Karossierie-
oder Fahrwerksaufhängungen durch entsprechende Beschleunigungssensoren
aufgenommen werden.
Die EP 700 798 A1 zeigt ein Verfahren, bei dem sowohl über die Messung des
Abrollumfanges Geschwindigkeits- bzw. Drehzahlsignale verarbeitet, als auch beim Notlauf
auftretende Vibrationen detektiert werden, die aus dem bereits genannten unterschiedlichen
Verhalten eines im Notlauf befindlichen Reifens im Vergleich zum Normalzustand resultieren.
Auch diesen Verfahren bzw. Vorrichtungen liegt der Nachteil zugrunde, daß ein typisches
Vibrations- oder Schwingungsverhalten im Notlauf nicht vorhanden und daher schwer
bestimmbar und detektierbar ist, da auch im Notlauf die unterschiedliche Reifenkonstruktion,
die Fahrbahnbeschaffenheit, die Geschwindigkeit, die unterschiedlichen Beschleunigungs-
oder Bremsvorgänge eine so starke Überlagerung bzw. Beeinflussung verursachen, daß
eine saubere Trennung zwischen Störgrößen und Notlauf kaum möglich ist.
Für die Erfindung bestand daher die Aufgabe, ein Verfahren zur Ermittlung des
Notlaufzustandes eines Luftreifens bereitzustellen, welches eine sichere Detektion des
Notlaufzustandes in allen Fahrzuständen erlaubt, welches alle auftretenden Stör- und
Einflußgrößen toleriert, welches bei allen Reifen- und Fahrzeuggrößen und bei allen
Reifenkonstruktionen gleichermaßen einsetzbar ist, welches Meßgrößen sicher und auf
einfachste Weise, ohne großen konstruktiven oder meßtechnischen Aufwand erfaßbar
macht, und welches zudem wirtschaftlich einsetzbar und für Großserien verfügbar ist.
Gleichermaßen wird eine Vorrichtung bekannt gemacht, welche in besonderer Weise zur
Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens geeignet ist.
Gelöst wird die Aufgabe durch die Merkmale des Hauptanspruchs, wobei im Notlaufzustand
eine oder mehrere separat definierte, für den Notlaufzustand charakteristische und zur
Raddrehzahl proportionale periodische Schwingungen der ersten Schwingung bzw. dem
Drehzahl-Ausgangssignal überlagert werden, und wobei die Signalverarbeitungseinrichtung
eine Überlagerung der ersten periodischen Schwingung mit der/den separat definierten und
für den Notlaufzustand charakteristischen periodischen Schwingung(en) detektiert und zu
einem Warnsignal verarbeitet.
Durch die Überlagerung der ersten proportionalen Schwingung durch eine oder mehrere
separat definierte, für den Notlauf charakteristische und zur Raddrehzahl proportionalen
periodische Schwingungen wird ein ausschließlich für den Notlauf spezifisches
Charakteristikum erschaffen, welches unabhängig von Einflußgrößen wie Geschwindigkeit,
Radlast, Reifenverschleiß, Fahrbahnbelag etc. ein eindeutig erkennbares Signal liefert. Beim
Auftreten eines solchen Signales kann daher zweifelsfrei auf das Vorliegen eines
Notlaufzustandes geschlossen werden, ohne daß weitere Überprüfungen des Fahrzustandes
erfolgen müssen. Im vielen Fällen ist zur sicheren Erkennbarkeit bereits die Überlagerung
des Drehzahl-Ausgangssignales mit nur einer zweiten für den Notlauf charakteristischen und
zur Raddrehzahl proportionalen periodischen Schwingung ausreichend.
Hierbei wird vorteilhafterweise das Drehzahl-Ausgangssignal in Form einer permanent
vorhandenen ersten periodischen und zur Raddrehzahl proportionalen Schwingung durch
aktive oder passive Magnetfeldsensoren bereitgestellt, wobei relativ zur letzteren rotierende
magnetisch aktive oder passive und an mit dem Rad drehenden oder an feststehenden
Teilen des Fahrzeuges befindliche Einrichtungen, vorzugsweise Encoder, eine zur
Raddrehzahl proportionale periodische Magnetfeldänderung erzeugen.
Durch eine solche Ausbildung des Verfahrens lassen sich einfache und bereits vorhandene
und erprobte Meßwertaufnehmer und Signalerzeuger nutzen, so daß der apparative
Aufwand verringert wird und eine kostengünstige Produktion der zugehörigen
Vorrichtungsteile ermöglicht wird.
In einer vorteilhaften Ausbildung werden die separat definierten für den Notlaufzustand
charakteristischen und zur Raddrehzahl proportionalen periodischen Schwingungen mit einer
am Fahrzeugrad vorgesehenen Notlaufeinrichtung zur Fortsetzung der Fahrt im
beschädigten oder luftlosen Zustand der Reifen erzeugt.
Das Erzeugen der zweiten oder auch weiterer Schwingungen durch eine solche
Notlaufeinrichtung, die in aller Regel in Form eines oder mehrerer Stützkörper im oder am
Rad oder Reifen oder in Form von Verstärkungen im Reifenkörper ausgebildet ist, erlaubt
eine sehr einfache und in Bezug auf die dazu nötigen Mittel sehr kostengünstige Lösung zur
Erzeugung einer oder mehrerer separat definierter und für den Notlaufzustand
charakteristischer, eindeutig erkennbarer periodischer Schwingungen.
In einer weiteren vorteilhaften Ausbildung des Verfahrens werden die für den Notlaufzustand
charakteristischen, separat definierten und zur Raddrehzahl proportionalen periodischen
Schwingungen mit einem innerhalb des Luftreifens auf der Felge angeordneten und mit
Unstetigkeiten, vorzugsweise ausgebildet als Kavitäten oder Einbuchtungen, an seinem
Abrollumfang versehenen Notlaufstützkörper erzeugt.
Dadurch wird die Erzeugung der für den Notlauf definierten zweiten oder auch weiterer
Schwingungen weiter vereinfacht, wobei zusätzlich die Art der Schwingungen in beliebiger
und für das Fahrzeug angepaßter Weise im Hinblick auf eine deutliche Signalunterscheidung
ausgeprägt werden kann. So lassen sich die auf dem Abrollumfang angeordneten
Unstetigkeiten als Einbuchtungen oder Vorsprünge in Größe und Anzahl so anordnen, daß
im Notlaufzustand eine oder mehrere von den durch Fahrzustände verursachten üblichen
Schwingungen deutlich unterschiedliche Signalschwingung verursacht wird, die das
Drehzahlausgangssignal in eindeutig erkennbarer Weise verändert.
Eine in gleicher Weise vereinfachte und vorteilhafte Erzeugung der für den Notlauf
definierten zweiten oder auch weiterer Schwingungen ergibt sich dadurch, daß die für den
Notlaufzustand charakteristischen und zur Raddrehzahl proportionalen periodischen
Schwingungen mit einer oder mehreren innerhalb des Reifenkörpers, vorzugsweise im
Seitenwandbereich, ausgebildeten und den Reifen bei Luftverlust im Notlauf stabilisierenden,
gegebenenfallls aus verschiedenen Schichten und/oder Lagen von Festigkeitsträgern
aufgebauten Materialverstärkungen erzeugt werden, wobei die Materialverstärkungen über
ihren Umfang verteilte definierte Unstetigkeiten, vorzugsweise ausgebildet als
Materialanhäufungen oder Materialfehlstellen, aufweisen. Hierdurch können zusätzliche
Notlaufstützkörper entfallen, allerdings mit dem auftretenden leichten Nachteil, daß die
Reifen als solche ein höheres Gewicht aufweisen, sodaß hier eine auf den Einzelfall
bezogene Auswahl der anzuwendenden Verfahrensausbildungen durchgeführt werden muß.
Weitere vorteilhafte Ausbildungen des Verfahrens bestehen darin, daß die für den
Notlaufzustand charakteristischen und zur Raddrehzahl proportionalen periodischen
Schwingungen durch eine erste Anzahl von gleichmäßig über den Umfang verteilten
Unstetigkeiten, oder durch eine erste Anzahl und eine zur ersten Anzahl unterschiedliche
zweite Anzahl von gleichmäßig über den Umfang verteilten Unstetigkeiten erzeugt werden.
Hierdurch wird eine für den Notlauf typische, harmonische Schwingung erzeugt, die als
überlagerte Schwingung in einer deutlichen Weise das zur Signalverarbeitungseinrichtung
geleitete Drehzahlausgangssignal verändert.
Eine solche harmonische Schwingung, beispielweise ausgebildet als durch 13 gleichmäßig
über den Umfang der Lauffläche verteilte Einbuchtungen erzeugte harmonische Schwingung
13ter Ordnung der Reifenperiode, erweist sich nämlich im Vergleich zu den üblich
einwirkenden Störgrößen und Schwingungsveränderungen als ungewöhnlich und damit
deutlich detektierbar, wobei die deutliche Erkennung noch dadurch erleichtert werden kann,
daß bei der Ausbildung einer ersten Anzahl von gleichmäßig über den Umfang verteilten
Kavitäten oder Einbuchtungen und einer zur ersten Anzahl unterschiedlichen zweiten Anzahl
von gleichmäßig über den Umfang verteilten Kavitäten zwei harmonische Schwingungen
unterschiedlicher Ordnung der Reifenperiode erzeugt werden, deren gemeinsames Auftreten
in der Überlagerung des Drehzahl-Ausgangssignales ein völlig sicheres Indiz für das
Vorliegen des Notlaufzustandes darstellen.
Ähnliches gelingt im übrigen auch dadurch, daß die für den Notlaufzustand
charakteristischen und zur Raddrehzahl proportionalen periodischen Schwingungen durch
eine Anzahl von ungleichmäßig über den Umfang verteilten Unstetigkeiten erzeugt werden.
In einer weiteren vorteilhaften Ausbildung des Verfahrens wird das Drehzahl-Ausgangssignal
nach einer Verarbeitung in der Signalverarbeitungseinrichtung mit einem oder mehreren
Referenz-/oder Schwellenwerten verglichen und mit diesem Vergleich die Überlagerung mit
den separaten und für den Notlaufzustand charakteristischen periodischen Schwingungen
anhand einer Überschreitung der Referenz- und/oder Schwellenwerte erkannt und zu einem
Warnsignal verarbeitet.
Ein solcher an sich bekannter Vergleich mit Referenz- und/oder Schwellenwerten erhöht die
Aussagesicherheit bei der Detektion eines Notlaufsignales und eröffnet die Möglichkeit, den
Einfluß von Störgrößen weiter zu eliminieren.
Hierbei ist es vorteilhaft, daß das Drehzahl-Ausgangssignal eines Rades oder einer Achse
nach einer Verarbeitung in der Signalverarbeitungseinrichtung mit Drehzahl-
Ausgangssignalen der übrigen Räder oder Achsen als Referenzwerten verglichen wird. Dies
führt zum einen zu einer Lokalisierung des im Notlauf befindlichen Rades und schließt
weiterhin aus, daß gleichzeitig auf alle Räder einwirkende Störgrößen, insbesondere bei
kurzfristigem Auftreten, nicht zur Auslösung des Notlaufwarnsignales führen. Der Vergleich
kann hierbei mit Rädern einer Fahrzeugseite, einer Fahrzeugachse oder auch in Form eines
Vergleiches mit diagonal gegenüberliegenden Rädern durchgeführt werden.
In einer weiteren vorteilhaften Ausbildung wird in der Signalverarbeitungseinrichtung aus
dem Drehzahl-Ausgangssignal die Radgeschwindigkeit für vorgegebene Zeitintervalle
errechnet und mit einem oder mehreren Referenz-Radgeschwindigkeiten und/oder
Schwellenwerten verglichen, wobei ausgehend von der das Drehzahl-Ausgangssignal
repräsentierenden Schwingung in der Signalverarbeitungseinrichtung
- a) zunächst für mehrere aufeinanderfolgende und definierte Raddrehwinkel die entsprechenden Zeiten für die durch die definierten Raddrehwinkel bestimmten Teildrehungen des Rades ermittelt und gespeichert werden, und danach
- b) innerhalb von definierten und mehrere aufeinanderfolgende Raddrehwinkel beinhaltenden Zählzeiten TL aus den für die Teildrehungen ermittelten Zeiten und deren Anzahl eine mittlere Raddrehgeschwindigkeit für eine oder mehrere Radumdrehungen innerhalb der Zählzeiten errechnet und gespeichert wird, wonach
- c) die gemittelten Raddrehgeschwindigkeiten bzw. deren Verlauf mit Referenz- und/ oder Schwellenwerten verglichen werden, wobei
- d) bei Überschreitung der Referenz- und/oder Schwellenwerte ein Warnsignal ausgegeben wird.
Hierbei ist die Basis für die Ermittlung bzw. für die Verarbeitung der entsprechenden Zeiten
für die durch die definierten Raddrehwinkel bestimmten Teildrehungen des Rades ein
"Zeitfenster", nämlich eine definierte Zählzeit oder Meßzeit TL, auch "Loop Time" genannt.
Eine solche Ermittlung der Radgeschwindigkeit beinhaltet lediglich eine relativ einfache
Verarbeitung des Drehzahl-Ausgangssignales und reduziert so den Aufwand an
elektronischen Verarbeitungseinrichtungen bzw. an Rechnerkapazität und damit die Kosten
für die entsprechende Elektronik. Allerdings ist bei einem solchen Verarbeitungsverfahren
des Drehzahl-Ausgangssignales zu berücksichtigen, daß bei der Auswertung der Anzahl der
erhaltenen Einzelimpulse innerhalb einer definierten Zählzeit TL auch Karosserie- oder
Aufbauschwingungen oder Resonanzen das Auswertungsergebnis - ohne es
notwendigerweise in seiner Aussagekraft wesentlich zu schwächen - beeinflussen und
verändern, sodaß eine Abwägung zwischen möglichst einfacher Auswertung und möglichst
genauem Auswertungsergebnis erfolgen muß.
Durch das im erfindungsgemäßen Verfahren vorgesehene Überlagern des Drehzahl-
Ausgangssignales mit einer oder mehreren separat definierten und für den Notlaufzustand
charakteristischen Schwingungen ist es nämlich möglich, eine solche vereinfachte und auf
den Absolutwert der aufgenommenen Geschwindigkeit gerichtete Betrachtung und
Auswertung durchzuführen, ohne daß weitere und den Fahrzustand repräsentierende
Signale, beispielsweise augenblickliche Längs- oder Querbeschleunigungswerte und
Geschwindigkeiten erfaßt werden müssen. Deren Detektion über entsprechende
Meßwertaufnehmer erfordert nämlich einen hohen apparativen Aufwand und deren
elektronische Verarbeitung führt zu einem wesentlich komplizierteren Aufbau in der
Elektronik, was somit entbehrlich wird.
Die überlagerten separaten und für den Notlaufzustand charakteristischen
Zusatzschwingungen stellen sich in einer solchen Verfahrensweise als
Geschwindigkeitsschwingungen dar, d. h. als periodische Geschwindigkeitsänderungen
innerhalb eines Radumlaufs, die durch beispielsweise auf einem Notlaufstützkörper
aufgebrachte Einbuchtungen oder Unstetigkeiten und den dadurch in differentiell kleinen
Zeitabschnitten geänderten Abrollradius erzeugt werden. Diese Schwingungen bewirken
dabei eine deutlich merkbare Veränderung der Anzahl der aus dem binären Signal
ermittelten Zählimpulse innerhalb des Zählintervalls TL (Loop-Time).
Eine weitere vorteilhafte Ausbildung des Verfahrens besteht darin, daß ausgehend von der
das Drehzahl-Ausgangssignal repräsentierenden Schwingung in der
Signalverarbeitungseinrichtung
- a) zunächst für mehrere aufeinanderfolgende und definierte Raddrehwinkel die entsprechenden Zeiten für die durch die definierten Raddrehwinkel bestimmten Teildrehungen des Rades ermittelt und gespeichert werden, und danach
- b) ein Mittelwert aus mehreren solchen aufeinanderfolgend ermittelten Zeiten für eine oder mehrere Radumdrehungen errechnet und gespeichert wird, wonach
- c) die Abweichungen der gem. a) ermittelten und gespeicherten Zeiten von dem gem. b) errechneten Mittelwert ermittelt werden, und danach
- d) die ermittelten Abweichungen mit Referenz- und/oder Schwellenwerten verglichen werden, wobei
- e) bei Überschreitung der Referenz- und/oder Schwellenwerte ein Warnsignal ausgegeben wird.
In diesem Fall ist die Basis für die Ermittlung bzw. für die Verarbeitung der entsprechenden
Zeiten für die durch die definierten Raddrehwinkel bestimmten Teildrehungen des Rades
nicht etwa ein "Zeitfenster", sondern die Teildrehung des Rades als solche, d. h. also die
Betrachtung eines definierten Raddrehwinkels bzw. eines "Winkel-Fensters".
Bei den üblicherweise verwandten Sensoreinrichtungen, die gezahnten Polräder oder
ähnliche Elemente als Encoder beinhalten, erfolgt dabei in aller Regel zunächst eine
Umwandlung des Drehzahl-Ausgangssignales in ein Signal aus Einzelimpulsen bzw. in ein
Rechtecksignal. Dies geschieht dabei so, daß die Flanken des Rechtecksignales mit den das
Drehzahl-Ausgangssignal repräsentierenden Durchgangs-Signalen der Magnetfeldsensoren,
die durch die einzelnen Zähne eines gezahnten Polrades erzeugt werden, so korreliert sind,
daß eine Rechteckschwingung des Rechtecksignales beispielsweise einen durch den
Durchgang eines Zahnes des Polrades definierten Raddrehwinkel darstellt.
Bei den für die Messung kurzer Zeiten gebräuchlichen Zeitmeßeinrichtungen (Timer), die
üblicherweise digitale Eingangssignale zur Verarbeitung benötigen, kann dann die Messung
der Zeiten für die durch die definierten Raddrehwinkel bestimmten Teildrehungen des Rades
durch die Ermittlung des Flankenabstandes, d. h. der Zeitdifferenzen zwischen den Flanken
des Rechtecksignales erfolgen. Sinnvollerweise betrachtet man bei einer solchen
Auswertung einer Rechteckschwingung den Flankenabstand bzw. die Zeitdifferenz zwischen
den Nulldurchgängen der Flanken des Rechtecksignales, also immer an einer
repräsentativen und gleichen Stelle des Signales.
Selbstverständlich kann statt einer Rechteckschwingung auch jede andere geeignet
aufbereitete Schwingung zur Ermittlung der entsprechenden Zeiten für Teildrehungen des
Rades genutzt werden.
Es werden hierbei also die Zeiten für Teildrehungen des Rades über die Zeitdifferenzen
zwischen den Nulldurchgängen (Nulldurchgangszeiten) direkt gemessen, d. h. die zeitlichen
Abstände ΔT0(i)(t) zwischen den Flanken einer Rechteckschwingung, wobei ΔT0 die
Nulldurchgangszeit jeweils für die Ermittlungen/Messungen i, i + 1, i + 2 etc. darstellt.
Im Hinblick auf die Mittelwertbildung gemäß Merkmal b) besteht neben der Mittelung von
mehreren aufeinanderfolgend ermittelten oder errechneten Werten einer Radumdrehung
eine besonders geeignete Art der Auswertung darin, daß die einzelnen ermittelten Zeiten für
die durch die definierten Raddrehwinkel bestimmten Teildrehungen des Rades vor der
weiteren Verarbeitung zunächst einer drehsynchronen Mittelung in der Art unterzogen
werden, daß über mehrere Radumdrehungen aus den in Bezug auf eine Radumdrehung in
gleichen Zeitintervallen bzw. in gleichen Drehwinkelintervallen gemessenen Zeiten ein
Mittelwert für mehrere Radumdrehungen gebildet wird, der dann der weiteren
Signalverarbeitung zugrunde liegt.
Bei einer solchen drehsynchronen Mittelung werden also die am Rad aufgenommenen und
nach einer Verarbeitung bereits als "Zeitwerte" vorliegenden Signale, die in Bezug auf eine
Radumdrehung in gleichen Zeitintervallen bzw. in gleichen Drehwinkelintervallen
aufgenommen werden, d. h. also die Signale, die etwa durch dieselben Zähne eines Polrades
oder Encoders im Verlauf einer einzelnen Radumdrehung erzeugt werden, über meherere
Radumdrehungen gemittelt. Hierdurch läßt sich der Einfluß von Signalrauschen oder von
kurzfristig einwirkenden Störgrößen, wie etwa Fahrbahnunebenheiten etc., weiter reduzieren
und die Aussagekraft des Signals verstärken, da die dann auffälligen Zeiten für die
Teildrehungen mit einer für den Notlaufzustand charakteristischen separat definierten
Schwingung des Rades sich von dem in der Regel durch übrige Störgrößen erzeugten
Einflüssen auf die Zeiten deutlich unterscheiden.
Eine solche Art der Mittelung eignet sich ebenfalls sowohl für die bereits genannte
Auswertung auf der Basis der definierten Zählzeiten (Loop Time) als auch für andere, durch
eine Verarbeitung des Drehzahl-Ausgangssignal entstehenden Werte, beispeilsweise für die
Frequenzen, die Radgeschwindigkeiten etc., wie nachfolgend noch beschrieben wird.
Insgesamt wird durch diese Ausbildung des Verfahrens einerseits ein überaus präzises und
von Aufbau- und Karosserieschwingungen nahezu völlig unbeeinflußtes
Auswertungsergebnis ermöglicht, und andererseits steht mit der Ermittlung der Zeiten für die
durch die definierten Raddrehwinkel bestimmten Teildrehungen des Rades, bzw. mit der
Ermittlung der Nulldurchgangszeiten, eine Eingangs- oder Zwischengröße zur Verfügung, die
durch weitere einfache Rechenschritte in Kenntnis der geometrischen Abhängigkeiten am
Rad oder Reifen zu Aussagen über die augenblickliche Radgeschwindigkeit oder die
Radbeschleunigung weiterverarbeitet oder auch einer Mustererkennung oder einer
Frequenzauswertung unterzogen werden kann, wie nachfolgend noch beschrieben wird.
Eine weitere vorteilhafte Ausbildung des Verfahrens besteht darin, daß ausgehend von der
das Drehzahl-Ausgangssignal repräsentierenden Schwingung in der
Signalverarbeitungseinrichtung
- a) zunächst für mehrere aufeinanderfolgende und definierte Raddrehwinkel die entsprechenden Zeiten für die durch die definierten Raddrehwinkel bestimmten Teildrehungen des Rades ermittelt und gespeichert werden, und danach
- b) ein Muster mehrerer aufeinanderfolgender und gem. a) ermittelten und gespeicherten Zeiten mit Hilfe eines Mustererkennungsverfahrens ermittelt wird, und danach
- c) das ermittelte Muster mit Referenzmustern- und/oder Schwellenwerten verglichen wird, wobei
- d) bei Abweichungen vom Referenzmuster- und/oder von Schwellenwerten ein Warnsignal ausgegeben wird.
Eine solche mit Hilfe einer Mustererkennung arbeitende Ausbildung des Verfahrens erlaubt
eine sehr einfache und sichere Erkennung der geometrischen Zuordnung von
Veränderungen der ermittelten Nulldurchgangszeiten relativ zum Radstellungswinkel/
Raddrehwinkel in Umfangsrichtung, wobei die Veränderungen der ermittelten
Nulldurchgangszeiten hier durch das im Notlauf erfolgende Abrollen des Rades auf dem mit
Unstetigkeiten versehen Notlaufstützkörper in der bereits gennannten Art erzeugt werden.
Bei der Nutzung von Sensoreinrichtungen, die gezahnten Polräder oder ähnliche Elemente
als Encoder beinhalten, lassen sich die Nulldurchgangszeiten als Zeitdifferenzen zwischen
den Nulldurchgängen hierbei z. B. sehr einfach in Abhängigkeit von den Flankennummern der
jeweiligen Zähne darstellen.
Zur Frequenzauswertung ist in einer weiteren vorteilhaften Ausbildung des Verfahrens
vorgesehen, daß ausgehend von der das Drehzahl-Ausgangssignal repräsentierenden
Schwingung in der Signalverarbeitungseinrichtung
- a) zunächst für mehrere aufeinanderfolgende und definierte Raddrehwinkel die entsprechenden Zeiten für die durch die definierten Raddrehwinkel bestimmten Teildrehungen des Rades ermittelt und gespeichert werden, und danach
- b) mit Hilfe einer oder mehrerer Recheneinheiten die Frequenzen der gem. a) ermittelten und gespeicherten Zeiten durch Kehrwertbildung errechnet und danach gespeichert werden, wobei anschließend
- c) ein Mittelwert der gem. b) ermittelten Frequenzen für eine oder mehrere Radumdrehungen errechnet und gespeichert wird, wonach
- d) die Abweichungen der gem. b) ermittelten und gespeicherten Frequenzen von dem gem. c) errechneten Mittelwert ermittelt werden, und danach
- e) die ermittelten Abweichungen mit Referenz- und/oder Schwellenwerten verglichen werden, wobei
- f) bei Überschreitung der Referenz- und/oder Schwellenwerte ein Warnsignal ausgegeben wird.
Eine Berechnung der Frequenzen durch Kehrwertbildung erfolgt hierbei beispielsweise
entsprechend der Formel f(i)(t) = 0,5/ΔT0(i)(t), wobei f die ermittelte Frequenz und ΔT0(i)(t)
die Nulldurchgangszeit jeweils für die Ermittlungen/Messungen i, i + 1, i + 2 etc. darstellen.
Der Faktor 0,5 resultiert in diesem Falle aus den jeweils 2 gemessenen
Nulldurchgangszeiten bei einer Schwingungsperiode des sinusförmigen Drehzahl-
Ausgangssignales eines Rades.
Auch hier ist gem. Merkmal c) neben der Mittelung von mehreren aufeinanderfolgend
ermittelten oder errechneten Werten einer Radumdrehung eine drehsynchrone Mittelung
vorgesehen, bei der die am Rad aufgenommenen und nach einer Verarbeitung bereits als
"Frequenzwerte" vorliegenden Signale, die in Bezug auf eine Radumdrehung in gleichen
Drehwinkelintervallen aufgenommen werden, über meherere Radumdrehungen gemittelt
werden. Hierdurch läßt sich, wie bereits dargestellt, der Einfluß von Signalrauschen oder von
kurzfristig einwirkenden Störgrößen, wie etwa Fahrbahnunebenheiten etc., weiter reduzieren
und die Aussagekraft des Signals verstärken, da die dann auffällige Frequenz der für den
Notlaufzustand charakteristischen separat definierten Schwingung, beispielweise ausgebildet
als harmonische Schwingung n-ter Ordnung der Reifenperiode, sich von dem in der Regel
durch übrige Störgrößen erzeugten Einflüssen deutlich unterscheidet.
Eine alternative vorteilhafte Ausbildung des Verfahrens im Hinblick auf die Auswertung von
Frequenzen besteht darin, daß ausgehend von der das Drehzahl-Ausgangssignal
repräsentierenden Schwingung in der Signalverarbeitungseinrichtung
- a) zunächst für mehrere aufeinanderfolgende und definierte Raddrehwinkel die entsprechenden Zeiten für die durch die definierten Raddrehwinkel bestimmten Teildrehungen des Rades ermittelt und gespeichert werden, und danach
- b) mit Hilfe einer oder mehrerer Recheneinheiten das Frequenzspektrum der gem. a) ermittelten und gespeicherten Zeiten einer Frequenzanalyse zur Ermittlung der spektralen Leistungsdichte (power spectral density) unterzogen wird, wobei anschließend
- c) mit Hilfe einer oder mehrerer Recheneinheiten die ermittelten spektralen Leistungsdichten einer Integration über bestimmte ausgewählte Frequenzintervalle unterzogen und danach gespeichert werden, wonach
- d) der Integralwert der ausgewählten Frequenzintervalle verglichen wird mit einem Referenz- oder Schwellenwert, und
- e) bei Überschreitung der Referenz- oder Schwellenwerte ein Warnsignal ausgegeben wird.
Eine solche Frequenzanalyse kann beispielweise in Form einer Fourrieranalyse durchgeführt
werden, was sowohl durch eine Recheneinheit als auch - analog - durch eine
Schaltungsanordnung erfolgen kann.
Solche Auswertungen bzw. Verfahrensweisen können jeweils allein oder zusätzlich zur
Auswertung der Standardabweichungen der Nulldurchgangszeiten durchgeführt werden. Die
Auswertungen der Frequenzanalyse und der nachfolgenden Integration über ausgewählte
Frequenzintervalle bieten den Vorteil, daß die Aussagesicherheit dadurch weiter gesteigert
werden kann, da die dann auffällige Ordnung der Frequenz der für den Notlaufzustand
charakteristischen separat definierten Schwingung, beispielweise ausgebildet als
harmonische Schwingung n-ter Ordnung der Reifenperiode, auf einfache Weise bestimmt
werden kann, da sie sich von dem in der Regel durch übrige Störgrößen erzeugten
Einflüssen noch deutlicher unterscheidet.
Eine weitere und in diesem Sinne das Auswerteergebnis verdeutlichende vorteilhafte
Weiterbildung des Verfahrens besteht darin, daß ausgehend von der das Drehzahl-
Ausgangssignal repräsentierenden Schwingung in der Signalverarbeitungseinrichtung
- a) zunächst für mehrere aufeinanderfolgende und definierte Raddrehwinkel die entsprechenden Zeiten für die durch die definierten Raddrehwinkel bestimmten Teildrehungen des Rades ermittelt und gespeichert werden, und danach
- b) mit Hilfe einer oder mehrerer Recheneinheiten aus den gem. a) ermittelten und gespeicherten Zeiten die augenblicklichen Radgeschwindigkeiten errechnet und danach gespeichert werden, wobei anschließend
- c) ein Mittelwert der gem. b) ermittelten Radgeschwindigkeiten für eine oder mehrere Radumdrehungen errechnet und gespeichert wird, wonach
- d) die Abweichungen der gem. b) ermittelten und gespeicherten Radgeschwindigkeiten von dem gem. c) errechneten Mittelwert ermittelt werden, und danach
- e) die ermittelten Abweichungen mit Referenz- und/oder Schwellenwerten verglichen werden, wobei
- f) bei Überschreitung der Referenz- und/oder Schwellenwerte ein Warnsignal ausgegeben wird.
Eine Berechnung der Radgeschwindigkeiten erfolgt hierbei beispielsweise entsprechend der
Formel v(i)(t) = 0,02 m/ΔT0(i)(t), wobei v die Radgeschwindigkeit und ΔT0 die
Nulldurchgangszeit jeweils für die Ermittlungen/Messungen i, i + 1, i + 2 etc. darstellen. Der
Abrollumfang des Rades/Reifens während der Nulldurchgangszeit beträgt in diesem Fall
0,02 m. Eine solche Auswertung der Radgeschwindigkeiten unterscheidet im Hinblick auf das
Ermittlungsverfahren von der bereits genannten und auf der Auswertung der Zeiten für die
Teildrehungen des Rades innerhalb einer "Loop Time", da hier für die Ermittlung bzw. für die
Verarbeitung der entsprechenden Zeiten für die durch die definierten Raddrehwinkel
bestimmten Teildrehungen die Teildrehung des Rades als solche, d. h. also die Betrachtung
eines definierten Raddrehwinkels zugrunde gelegt wird.
Ebenso läßt sich in einer anderen vorteilhaften Ausbildung des Verfahrens das
Auswerteergebnis dadurch verdeutlichen, daß ausgehend von der das Drehzahl-
Ausgangssignal repräsentierenden Schwingung in der Signalverarbeitungseinrichtung
- a) zunächst für mehrere aufeinanderfolgende und definierte Raddrehwinkel die entsprechenden Zeiten für die durch die definieren Raddrehwinkel bestimmten Teildrehungen des Rades ermittelt und gespeichert werden, und danach
- b) mit Hilfe einer oder mehrerer Recheneinheiten aus den gem. a) ermittelten und gespeicherten Zeiten die augenblicklichen Radbeschleunigungen errechnet und danach gespeichert werden, wobei anschließend
- c) ein Mittelwert der gem. b) errechneten Radbeschleunigungen für eine oder mehrere Radumdrehungen errechnet und gespeichert wird, wonach
- d) die Abweichungen der gem. b) errechneten Radbeschleunigungen von dem gem. c) errechneten Mittelwert oder von einem Nullwert ermittelt werden, und danach
- e) die ermittelten Abweichungen mit Referenz- und/oder Schwellenwerten verglichen werden, wobei
- f) bei Überschreitung der Referenz- und/oder Schwellenwerte ein Warnsignal ausgegeben wird.
Eine Berechnung der Radbeschleunigungen erfolgt hierbei beispielsweise entsprechend der
Formel a(i)(t) = [v(i)-v(i-1)]/ΔT0(i)(t), wobei a die Radbeschleunigung, v die
Radgeschwindigkeit und ΔT0 die Nulldurchgangszeit jeweils für die Ermittlungen/Messungen
i-1, i, i + 1, i + 2 etc. darstellen.
Beide Verfahrensausbildungen, nämlich das der Geschwindigkeitsanalyse und das der
Beschleunigungsanalyse können allein oder zusätzlich zur Auswertung der
Standardabweichungen der Nulldurchgangszeiten oder der Frequenzen/Frequenzanalyse
durchgeführt werden, wobei jede weitere oder zusätzliche und auf der Eingangs- oder
Zwischengröße "Nulldurchgangszeiten" beruhende Auswertung Vorteile im Hinblick auf eine
gesteigerte Aussagesicherheit bietet. So können beispielsweise beim Abrollen der Räder auf
einem sehr unebenen, ggf. stark riffeligem oder mit Bodenwellen oder -vertiefungen
versehenem Untergrund durch die verschiedenen Auswerteverfahren die Drehzahl-
Ausgangssignale anhand mehrerer Schwellenwerte überprüft werden, wonach mit hoher
Sicherheit das Auftreten einer für den Notlauf charakteristischen Schwingung von jeglichen
Störgrößen unterschieden werden kann.
Im übrigen können bei der Verwendung von Sensoreinrichtungen, die gezahnte Polräder
oder ähnliche Elemente als Encoder beinhalten, alle Auswerteverfahren zusätzlich auch so
ausgebildet werden, daß Fehlinterpretationen des Signals durch etwa vorhandene
Teilungsfehler der Zahnung oder auch andere Toleranzen in den mechanischen Elementen
oder in den elektronischen Bauteilen dadurch vermieden werden, daß die Verarbeitung der
Signale ein "Lernen" und eine Selbstkalibrierung des Gesamtsystems beinhaltet. Dies kann
z. B. dadurch erfolgen, daß im Normalzustand, d. h. bei der Fahrt ohne Notlauf, regelmäßig
auftretende Abweichungen erkannt und deren Signalanteil vom ermittelten Basissignal
abgezogen werden.
Besonders geeignet zur Durchführung des Verfahrens zur Ermittlung des Notlaufzustandes
eines Luftreifens für Fahrzeugräder ist eine Vorrichtung, die
- a) mindestens an jeder Achse, vorzugsweise an jedem Rad angeordnete Sensor- Einrichtungen beinhaltet, die eine permanent vorhandene erste periodische und zur Raddrehzahl proportionale Schwingung als Drehzahl-Ausgangssignal bereitstellen, wobei die Sensoreinrichtungen
- b) aktive oder passive Magnetfeldsensoren beinhaltet, die an mit dem Rad drehenden oder an feststehenden Teilen des Fahrzeuges angeordnet sind, und
- c) magnetisch aktive oder passive Geber-Einrichtungen beinhaltet, die relativ zu den Magnetfeldsensoren mit der Raddrehzahl rotieren und komplementär zu diesen an mit dem Rad drehenden oder an feststehenden Teilen des Fahrzeuges angeordnet sind und die eine zur Raddrehzahl proportionale periodische Magnetfeldänderung im Detektionsbereich der Magnetfeldsensoren erzeugen, wobei die Vorrichtung weiterhin
- d) eine Signalverarbeitungseinrichtung zur Verarbeitung und Auswertung der Drehzahl- Ausgangssignale sowie zur Ausgabe von Steuer- und/oder Warnsignalen aufweist,
- e) Übertragungs- und Anzeigeeinrichtungen aufweist zur Übertragung und/oder Anzeige der Drehzahl-Ausgangssignale sowie der Steuer- und/oder Warnsignale,
- f) die Vorrichtung eine am Fahrzeugrad angeordnete Notlauf-Einrichtung aufweist, die im Notlaufzustand eine oder mehrere separat definierte, für den Notlaufzustand charakteristische und zur Raddrehzahl proportionale periodische Schwingungen erzeugt und der ersten Schwingung bzw. dem Drehzahl-Ausgangssignal überlagert,
- g) die Signalverarbeitungseinrichtung gegebenenfalls Filtereinrichtungen zur Rauschfilterung aufweist und
- h) ein oder mehrere Speichereinrichtungen zur Speicherung von Referenz- und/oder Schwellenwerten, sowie
- i) eine Vergleichseinrichtung aufweist, die nach einer Verarbeitung die jeweiligen Drehzahl-Ausgangssignale der Achsen oder Räder mit einem oder mehreren Referenz- und/oder Schwellenwerten vergleicht und eine Überlagerung der ersten periodischen Schwingung mit den separaten und für den Notlaufzustand charakteristischen periodischen Schwingungen anhand einer Überschreitung der Referenz- und/oder Schwellenwerte detektiert und zu einem Warnsignal verarbeitet.
Eine solche Vorrichtung, die eine oder mehrere separat definierte und für den Notlaufzustand
charakteristische Schwingungen erzeugt und dem Drehzahl-Ausgangssignal überlagert,
erlaubt eine sichere Detektion des Notlaufzustandes mit einem relativ einfachen apparativen
Aufbau und vermeidet eine Auslösung eines Warnsignales durch die bereits geschilderten
aus dem Fahrzustand resultierenden Stör- und Einflußgrößen.
Die Ausbildung einer solchen Vorrichtung besteht in Nutzung der im Stand der Technik
bewährten Einrichtungen zunächst darin, daß die Sensor-Einrichtung zur Bereitstellung einer
permanent vorhandenen ersten periodischen und zur Raddrehzahl proportionalen
Schwingung aktive oder passive Magnetfeldsensoren beinhaltet, die an mit dem Rad
drehenden oder an feststehenden Teilen des Fahrzeuges angeordnet sind, wobei die
Sensoreinrichtungen weiterhin magnetisch aktive oder passive Geber-Einrichtungen
beinhalten, die relativ zu den Magnetfeldsensoren mit der Raddrehzahl rotieren und
komplementär zu diesen an mit dem Rad drehenden oder an feststehenden Teilen des
Fahrzeuges angeordnet sind, wobei die Geber-Einrichtungen eine zur Raddrehzahl
proportionale periodische Magnetfeldänderung im Detektionsbereich der
Magnetfeldsensoren erzeugen.
Durch eine solche an sich bekannte Sensoreinrichtung innerhalb der erfindungsgemäßen
Vorrichtung vereinfacht sich die Vorrichtungskonstruktion, während gleichzeitig ein sicheres
und stabiles Drehzahlausgangssignal in Form einer ersten periodischen Schwingung
abrufbar wird.
Hierbei sind die Geber-Einrichtungen in der Regel in Form eines ring- oder scheibenförmigen
Encoders ausgebildet, der mit dem Rad rotiert und eine Vielzahl von in Drehrichtung
gleichmäßig über den gesamten Umfang des Encoders verteilten permanentmagnetischen
Arealen aufweist, wobei die Magnetfeldsensoren als aktive oder passive Meßelemente
ausgebildet und stationär an feststehenden Teilen des Fahrzeuges und an der Peripherie
des Encoders angeordnet sind.
Eine solche Vorrichtungsausbildung, bei dem die Geber-Einrichtungen als Encoder, also
etwa als mit dem Rad rotierendes Polrad oder auf seinem Umfang gezahntes metallisches
Rad ausgebildet und die Magnetfeldsensoren stationär an feststehenden Teilen angeordnet
sind, erlaubt die Verwendung bereits erprobter und bekannter Mittel und beinhaltet eine
weitere Reduzierung des apparativen Aufbaus, da keinerlei komplizierte Signalübertragung
zwischen drehenden Teilen erforderlich wird.
Eine weitere Ausbildung der Vorrichtung, bei der auf Zusatzeinrichtungen wie Encoder oder
Polräder verzichtet und damit u. a. eine Gewichtsersparung und eine weniger komplexe
Meßaufnahme erreicht werden kann, besteht darin, daß die Geber-Einrichtungen als im
Reifen - vorzugsweise in der Reifenseitenwand - angeordnete Vielzahl von in Drehrichtung
gleichmäßig über den gesamten Umfang des Reifens verteilten permanentmagnetischen
Arealen ausgebildet sind, und daß die Magnetfeldsensoren stationär an feststehenden Teilen
des Fahrzeugs und an der Peripherie des Reifen angeordnet sind.
Generell ist bei allen Sensoreinrichtungen zu berücksichtigen, daß die schaltungstechnisch
und in ihrer konstruktiven Ausführung bzw. Anbindung oftmals einfacher zu realisierenden
passiven Meßelemente im Vergleich zu den aktiven Meßelementen ein in ihrer Amplitude,
d. h. in ihrer Stärke von der Anregungsfrequenz oder -häufigkeit abhängiges Signal erzeugen,
sodaß in der vorliegenden Anwendung die Amplitude des Signales passiver Meßelemente
bei hoher Fahrgeschwindigkeit größer und bei langsamer Fahrgeschwindigkeit kleiner
werden kann, was gegebenenfalls eine zusätzliche Anpassung der Auswerte-Elektronik und/
oder der zur Beurteilung herangezogenen Schwellenwerte erfordert.
Vorteilhafterweise ist die Vorrichtung so ausgebildet, daß die Notlauf-Einrichtung zur
Erzeugung einer oder mehrerer, für den Notlaufzustand charakteristischer und zur
Raddrehzahl proportionaler periodischer Schwingungen als mindestens ein innerhalb des
Reifens angeordneter, vorzugsweise auf der Felge abgestützter Notlaufstützkörper
ausgebildet ist, der auf seiner Notlauffläche über den Umfang verteilte definierte
Unstetigkeiten aufweist.
Durch eine solche Ausbildung der Vorrichtung lassen sich auf mechanisch einfache Weise
ausschließlich im Notlaufzustand auftretende und für diesen repräsentative periodische
Schwingungen erzeugen, wobei die separate Definition der Schwingungen leicht über die
Formgebung des bzw. der Notlaufstützkörper abgesichert und durchgeführt werden kann.
Vorteilhafterweise sind hierzu die über den Umfang verteilten definierten Unstetigkeiten als
Kavitäten oder Einbuchtungen in der Notlauffläche ausgebildet. Eine solche Ausbildung zeigt
sich in der Herstellung als besonders einfach, da beispielsweise mit üblichen Walz-, Stanz-
oder Prägevorrichtungen die Notlauffläche eines Notlaufstützkörpers in wirtschaftlicher
Weise in eine entsprechende Form gebracht werden kann. Darüberhinaus wird durch eine
solche Ausbildung der Unstetigkeiten der Reifen im Notlaufzustand, d. h. bei der Anlage von
mindestens Teilen der Innenseite der Reifenlauffläche am Notlaufstützkörper, nicht über
Gebühr belastet und eine Schädigung des Reifenmateriales weitestgehend vermieden.
In einer vorteilhaften Ausbildung der Vorrichtung sind die Unstetigkeiten als eine erste
Anzahl von gleichmäßig über den Umfang verteilten Kavitäten oder Einbuchtungen in der
Notlauffläche ausgebildet.
Hierdurch wird eine für den Notlauf typische, harmonische Schwingung erzeugt, die durch
den verringerten Abrollradius innerhalb einer Einbuchtung bzw. durch die damit kurzzeitig
geänderte Winkelgeschwindigkeit/Drehzahl des Rades bei etwa gleichbleibender
Fahrgeschwindigkeit entsteht. Diese überlagerte Schwingung verändert in einer deutlichen
Weise das zur Signalverarbeitungseinrichtung geleitete Drehzahlausgangssignal.
Eine solche harmonische Schwingung, beispielweise ausgebildet als durch 13 gleichmäßig
über den Umfang der Lauffläche verteilte Einbuchtungen erzeugte harmonische Schwingung
13ter Ordnung der Reifenperiode, erweist sich nämlich im Vergleich zu den üblich
einwirkenden Störgrößen und Schwingungsveränderungen als ungewöhnlich und damit
deutlich detektierbar.
In besonders vorteilhafter Weise verstärkt wird die Detektierbarkeit und damit die
Aussagesicherheit über das Vorliegen eines Notlaufzustandes dadurch, daß eine erste
Anzahl von gleichmäßig über den Umfang verteilten Kavitäten oder Einbuchtungen und eine
zur ersten Anzahl unterschiedliche zweite Anzahl von gleichmäßig über den Umfang
verteilten Kavitäten oder Einbuchtungen in der Notlauffläche ausgebildet sind.
Durch eine solche Ausbildung der Kavitätenanordnung werden zwei harmonische
Schwingungen unterschiedlicher Ordnung der Reifenperiode erzeugt, deren gemeinsames
Auftreten in der Überlagerung des Drehzahl-Ausgangssignales ein völlig sicheres Indiz für
das Vorliegen des Notlaufzustandes darstellen und neben ihrer guten Detektierbarkeit bei
der Auswertung der Radgeschwindigkeitsänderungen insbesondere Vorteile bei der
Auswertung mit Hilfe einer Frequenzanalyse bereitstellen.
Eine weitere vorteilhafte Ausbildung der Vorrichtung besteht darin, daß die Notlauf-
Einrichtung zur Erzeugung einer oder mehrerer, für den Notlaufzustand charakteristischer
und zur Raddrehzahl proportionaler periodischer Schwingungen aus einer oder mehreren
innerhalb des Reifenkörpers, vorzugsweise im Seitenwandbereich, ausgebildeten und den
Reifen bei Luftverlust im Notlauf stabilisierenden, gegebenenfallls aus verschiedenen
Schichten und/oder Lagen von Festigkeitsträgern aufgebauten Materialverstärkungen
besteht, wobei die Materialverstärkungen über ihren Umfang verteilte definierte
Unstetigkeiten aufweisen.
Hierdurch wird es möglich, ein definiertes Notlaufsignal auch dann zu erhalten, wenn keine
separaten Notlaufstützkörper innerhalb des Reifens vorgesehen sind, trotzdem aber der
Reifen so ausgebildet ist, daß eine Formstabilität im Notlaufzustand erhalten bleibt, wodurch
eine begrenzte Fortsetzung der Fahrt ermöglicht werden kann und gleichzeitig ein sicheres
Signal zur Erkennung dieses Zustandes detektierbar wird.
Vorteilhafterweise sind die über den Umfang verteilten definierten Unstetigkeiten als
Materialanhäufungen oder Materialfehlstellen ausgebildet, die - in ähnlicher Weise wie
Einbuchtungen auf einem Notlaufstützkörper - in Form einer erste Anzahl von gleichmäßig
über den Umfang verteilten Unstetigkeiten angeordnet sind, wobei gegebenenfalls eine zur
ersten Anzahl unterschiedliche zweite Anzahl von Unstetigkeiten gleichmäßig über den
Umfang verteilt sind.
Während bei normalem Luftdruck die innerhalb des Reifenkörpers ausgebildeten
Materialverstärkungen nicht belastet werden und durch entsprechend symmetrische
Anordnungen auch keine Unwucht oder keine Beeinträchtigung des Fahrzustandes im
Normalbetrieb verursachen, lassen im Notlaufzustand, d. h. bei abnehmendem Luftdruck und
damit eintretender Belastung der entsprechenden Bereiche im Reifenkörper solche
Materialanhäufungen oder Materialfehlstellungen eine oder mehrere gut detektierbare
Schwingungen entstehen, die eindeutig von der Auswerteelektronik in der
Signalverarbeitungseinrichtung ausgewertet werden können.
Der entstehende Nachteil, daß durch eine entsprechende Ausbildung von Bereichen des
Reifenkörpers der Reifen selbst schwerer wird, wird zum Teil durch die nicht mehr
bestehende Notwendigkeit zur Einfügung eines Notlaufstützkörpers kompensiert sowie durch
den weiteren Vorteil, daß auch ein schleichender Luftverlust durch ein allmähliches Auftreten
einer durch Materialanhäufungen oder Materialfehlstellen induzierten Schwingung detektiert
werden kann und das Signal nicht erst bei einem vollständigen Luftverlust und einer Auflage
auf Stützelementen oder Stützkörpern auftritt.
Die Auswertung, bzw. die Detektion der für den Notlauf typischen Schwingung erfolgt
dadurch, daß die Vergleichseinrichtung nach einer Verarbeitung der jeweiligen
Drehzahl/Ausgangssignale der Achsen oder Räder in der Signalverarbeitungseinrichtung das
Drehzahlausgangssignal eines Rades oder einer Achse mit festgelegten Referenzwerten
oder Drehzahlausgangssignalen der übrigen Räder oder Achsen als Referenzwerten
vergleicht, und bei Überschreitung einer vorgegebenen Differenz zwischen den
Drehzahlausgangssignalen ein Warnsignal erzeugt.
Durch letztere Verarbeitung, d. h. durch einen Vergleich der Drehzahl eines Rades mit den
übrigen Rädern einer Fahrzeugseite oder auch mit den Rädern der anderen Fahrzeugseite
direkt oder diagonal, erreicht man, wie bereits geschildert, eine Verfeinerung und eine
Erhöhung der Genauigkeit der Aussage.
Eine im Hinblick auf die Verarbeitung der Signale besonders einfache und mit wenigen
Mitteln durchzuführende Auswertung läßt sich in besonders vorteilhafter Weise durch eine
Vorrichtung erreichen, bei der die Signalverarbeitungseinrichtung ausgehend von den
Signaleingängen für die Drehzahl-Ausgangssignale der einzelnen Räder oder Achsen
folgende Einrichtungen aufweist:
- a) einen oder mehrere Filter (35-38) für die Drehzahl-Ausgangssignale der einzelnen Räder oder Achsen, vorzugweise Tiefpaß-Filter, zur Filterung der Drehzahl- Ausgangssignale von hochfrequenten Rauschanteilen
- b) eine oder mehrere Komparatorschaltungen, insbesondere Rechtecksignale erzeugende Schmitt-Trigger (39-42), für die Drehzahl-Ausgangssignale der einzelnen Räder oder Achsen, zur Umwandlung der Drehzahl-Ausgangssignale in Signale aus Einzelimpulsen,
- c) eine oder mehrere Zeitkontrolleinrichtungen (43-46) (Timer), welche für mehrere aufeinanderfolgende und definierte Raddrehwinkel die entsprechenden Zeiten für die durch die definierten Raddrehwinkel bestimmten Teildrehungen des Rades messen, wobei die Messung der Zeiten durch die Ermittlung der Zeitdifferenzen zwischen zwei auf- bzw. absteigenden und mit den Zeiten für die Teildrehungen korrelierenden Flanken des Rechtecksignales erfolgt,
- d) eine oder mehrere den Zeitkontrolleinrichtungen parallel geschaltete Zähleinrichtungen (43'-46') für die einzelnen Signale aus Einzelimpulsen zur Ermittlung der Anzahl der erhaltenen Einzelimpulse bzw. der gemessenen Zeiten innerhalb einer definierten Zählzeit TL,
- e) einen oder mehrere Speicher (47) zur Speicherung der gem. c) ermittelten Zeiten und der gem. d) erhaltenen Anzahlen der Einzelimpulse innerhalb mehrerer aufeinanderfolgender Zählzeiten TL,
- f) eine Rechnerschaltung (48) zur Berechnung und Speicherung der mittleren Raddrehgeschwindigkeiten innerhalb der Zählzeiten TL für eine oder mehrere Radumdrehungen aus den für die Teildrehungen ermittelten Zeiten und deren Anzahlen innerhalb der Zählzeiten TL,
- g) eine Vergleichseinrichtung (49), welche die die gemittelten Raddrehgeschwindigkeiten bzw. deren Verlauf mit Referenz- und/oder Schwellenwerten vergleicht und bei Überschreitung der Referenz- und/oder Schwellenwerte ein Warnsignal ausgibt.
Bei einer solchen einfachen Ausbildung der Vorrichtung werden die Radgeschwindigkeiten
direkt mit Referenzwerten bzw. untereinander verglichen, was in der Mehrzahl der
Anwendungsfälle, insbesondere auch im Hinblick auf eine breite Anwendung in
Serienfahrzeugen zur Definition des Notlaufzustandes ausreicht. Weiterhin werden für die
Vorrichtung elektronische Standardeinrichtungen nutzbar, wie z. B. Komparatorschaltungen,
die üblicherweise als Operationsverstärker ohne Gegenkopplung bekannt sind, wobei solche
Standardeinrichtungen die Vorrichtung im Hinblick auf den Fertigungsaufwand und auf die
komplexe Schaltung und Verbindung elektronischer Bauteile in wirtschaftlicher Weise in der
Großserie herstellen lassen.
Eine weitere vorteilhafte Ausbildung der Vorrichtung besteht darin, daß die
Signalverarbeitungseinrichtung ausgehend von den Signaleingängen für die Drehzahl-
Ausgangssignale der einzelnen Räder oder Achsen folgende Einrichtungen aufweist:
- a) einen oder mehrere Filter (35-38) für die Drehzahl-Ausgangssignale der einzelnen Räder oder Achsen, vorzugweise Tiefpaß-Filter, zur Filterung der Drehzahl- Ausgangssignale von hochfrequenten Rauschanteilen,
- b) eine oder mehrere Komparatorschaltungen, insbesondere Rechtecksignale erzeugende Schmitt-Trigger (39-42), für die Drehzahl-Ausgangssignale der einzelnen Räder oder Achsen, zur Umwandlung der Drehzahl-Ausgangssignale in Signale aus Einzelimpulsen,
- c) eine oder mehrere Zeitkontrolleinrichtungen (50-53) (Timer), welche für mehrere aufeinanderfolgende und definierte Raddrehwinkel die entsprechenden Zeiten für die durch die definierten Raddrehwinkel bestimmten Teildrehungen des Rades messen, wobei die Messung der Zeiten durch die Ermittlung der Zeitdifferenzen zwischen zwei auf- bzw. absteigenden und mit den Zeiten für die Teildrehungen korrelierenden Flanken des Rechtecksignales erfolgt,
- d) einen oder mehrere Speicher (54), zur Speicherung der Zeiten mehrerer aufeinanderfolgender und gem. c) durchgeführter Zeitmessungen,
- e) eine Rechnerschaltung (55) zur Berechnung eines Mittelwertes aus mehreren solchen aufeinanderfolgend ermittelten Zeiten für eine oder mehrere Radumdrehungen und zur Berechnung der Abweichungen der gem. c) ermittelten und gespeicherten Zeiten von dem errechneten Mittelwert,
- f) eine Vergleichseinrichtung (56), welche die ermittelten Abweichungen mit Referenz- und/oder Schwellenwerten vergleicht und bei Überschreitung der Referenz- und/ oder Schwellenwerte ein Warnsignal ausgibt.
Wie bereits bei der Beschreibung der zugehörigen Verfahrensschritte ausgeführt, werden
hierbei die Zeitdifferenzen, d. h. die zeitlichen Abstände zwischen den Nulldurchgängen
(Nulldurchgangszeiten) direkt gemessen, wodurch ein überaus präzises und von Aufbau-
und Karosserieschwingungen nahezu völlig unbeeinflußtes Auswertungsergebnis ermöglicht
wird.
In einer weiteren vorteilhaften Ausbildung beinhaltet die Signalverarbeitungseinrichtung
weitere Einrichtungen, etwa Recheneinrichtungen oder geeignete elektronische Schaltungen,
zur Ermittlung bzw. Errechnung von Frequenzen oder zur Frequenzanalyse.
Hierzu ist die Vorrichtung vorteilhafterweise so ausgebildet, daß die
Signalverarbeitungseinrichtung ausgehend von den Signaleingängen für die Drehzahl-
Ausgangssignale der einzelnen Räder oder Achsen folgende Einrichtungen aufweist:
- a) einen oder mehrere Filter (35-38) für die Drehzahl-Ausgangssignale der einzelnen Räder oder Achsen, vorzugweise Tiefpaß-Filter, zur Filterung der Drehzahl- Ausgangssignale von hochfrequenten Rauschanteilen,
- b) eine oder mehrere Komparatorschaltungen, insbesondere Rechtecksignale erzeugende Schmitt-Trigger (39-42), für die Drehzahl-Ausgangssignale der einzelnen Räder oder Achsen, zur Umwandlung der Drehzahl-Ausgangssignale in Signale aus Einzelimpulsen,
- c) eine oder mehrere Zeitkontrolleinrichtungen (50-53) (Timer), welche für mehrere aufeinanderfolgende und definierte Raddrehwinkel die entsprechenden Zeiten für die durch die definierten Raddrehwinkel bestimmten Teildrehungen des Rades messen, wobei die Messung der Zeiten durch die Ermittlung der Zeitdifferenzen zwischen zwei auf- bzw. absteigenden und mit den Zeiten für die Teildrehungen korrelierenden Flanken des Rechtecksignales erfolgt,
- d) eine oder mehrere Rechnereinheiten (57-60) zur Berechnung der Frequenzen der gem. c) ermittelten Zeiten durch Kehrwertbildung
- e) einen oder mehrere Speicher (61), zur Speicherung der gem. d) berechneten Frequenzen,
- f) eine Rechnerschaltung (62) zur Berechnung eines Mittelwertes aus mehreren solchen aufeinanderfolgend berechneten Frequenzen für eine oder mehrere Radumdrehungen und zur Berechnung der Abweichungen der gem. d) ermittelten und gespeicherten Frequenzen von dem errechneten Mittelwert,
- g) eine Vergleichseinrichtung (63), welche die ermittelten Abweichungen mit Referenz- und/oder Schwellenwerten vergleicht und bei Überschreitung der Referenz- und/ oder Schwellenwerte ein Warnsignal ausgibt.
Eine alternative vorteilhafte Ausbildung der Vorrichtung besteht darin, daß die
Signalverarbeitungseinrichtung ausgehend von den Signaleingängen für die Drehzahl-
Ausgangssignale der einzelnen Räder oder Achsen folgende Einrichtungen aufweist:
- a) einen oder mehrere Filter (35-38) für die Drehzahl-Ausgangssignale der einzelnen Räder oder Achsen, vorzugweise Tiefpaß-Filter, zur Filterung der Drehzahl- Ausgangssignale von hochfrequenten Rauschanteilen,
- b) eine oder mehrere Komparatorschaltungen, insbesondere Rechtecksignale erzeugende Schmitt-Trigger (39-42), für die Drehzahl-Ausgangssignale der einzelnen Räder oder Achsen, zur Umwandlung der Drehzahl-Ausgangssignale in Signale aus Einzelimpulsen,
- c) eine oder mehrere Zeitkontrolleinrichtungen (50-53) (Timer), welche für mehrere aufeinanderfolgende und definierte Raddrehwinkel die entsprechenden Zeiten für die durch die definierten Raddrehwinkel bestimmten Teildrehungen des Rades messen, wobei die Messung der Zeiten durch die Ermittlung der Zeitdifferenzen zwischen zwei auf- bzw. absteigenden und mit den Zeiten für die Teildrehungen korrelierenden Flanken des Rechtecksignales erfolgt,
- d) eine oder mehrere Rechnereinheiten (64-67) zur Durchführung einer Frequenzanalyse des Frequenzspektrums der gem. c) gemessenen Zeiten in Abhängigkeit von der Zeit (Zeiten-Signal) und zur Ermittlung der spektralen Leistungsdichte (power spectral density),
- e) eine oder mehrere Recheneinheiten (68-71) zur Durchführung einer Integration der ermittelten spektralen Leistungsdichten über bestimmte ausgewählte Frequenzintervalle
- f) einen oder mehrere Speicher (72), zur Speicherung mehrerer aufeinanderfolgend ermittelter Integralwerte,
- g) eine Vergleichseinrichtung (73), weiche die ermittelten Integralwerte der ausgewählten Frequenzintervalle mit einem Referenz- und/oder Schwellenwert vergleicht und bei Überschreitung der Referenz- und/oder Schwellenwerte ein Warnsignal ausgibt.
In Verbindung mit der oben bereits genannten Erzeugung einer definierten und auffälligen,
harmonischen Schwingung für den Notlaufzustand wird durch eine solche
Vorrichtungsausbildung bei der Ermittlung der Frequenzen oder der Frequenzanalyse und
dem nachfolgenden Vergleich mit entsprechenden Referenzgrößen eine zusätzliche
Sicherheit in der Aussage über und in der Detektion des Notlaufzustandes erreicht.
In einer weiteren vorteilhaften Ausbildung ist die Vorrichtung so ausgebildet, daß die
Signalverarbeitungseinrichtung ausgehend von den Signaleingängen für die Drehzahl-
Ausgangssignale der einzelnen Räder oder Achsen folgende Einrichtungen aufweist:
- a) einen oder mehrere Filter für die Drehzahl-Ausgangssignale der einzelnen Räder oder Achsen, vorzugweise Tiefpaß-Filter, zur Filterung der Drehzahl- Ausgangssignale von hochfrequenten Rauschanteilen,
- b) eine oder mehrere Komparatorschaltungen, insbesondere Rechtecksignale erzeugende Schmitt-Trigger, für die Drehzahl-Ausgangssignale der einzelnen Räder oder Achsen, zur Umwandlung der Drehzahl-Ausgangssignale in Signale aus Einzelimpulsen,
- c) eine oder mehrere Zeitkontrolleinrichtungen (Timer), welche für mehrere aufeinanderfolgende und definierte Raddrehwinkel die entsprechenden Zeiten für die durch die definierten Raddrehwinkel bestimmten Teildrehungen des Rades messen, wobei die Messung der Zeiten durch die Ermittl 43394 00070 552 001000280000000200012000285914328300040 0002019908701 00004 43275ung der Zeitdifferenzen zwischen zwei auf- bzw. absteigenden und mit den Zeiten für die Teildrehungen korrelierenden Flanken des Rechtecksignales erfolgt,
- d) eine Rechnerschaltung zur Berechnung der augenblicklichen Radgeschwindigkeiten entsprechend den gem. c) ermittelten Zeiten,
- e) einen oder mehrere Speicher, zur Speicherung der gem. d) berechneten augenblicklichen Radgeschwindigkeiten,
- f) eine Rechnerschaltung zur Berechnung eines Mittelwertes der gem. d) berechneten Radgeschwindigkeit für eine oder mehrere Radumdrehungen und zur Berechnung der Abweichungen der gem. d) ermittelten Radgeschwindigkeiten von dem errechneten Mittelwert,
- g) eine Vergleichseinrichtung, welche die ermittelten Abweichungen mit Referenz und/ oder Schwellenwerten vergleicht und bei Überschreitung der Referenz- und/oder Schwellenwerte ein Warnsignal ausgibt.
Wie bereits in der vorlaufenden Verfahrensbeschreibung dargestellt, läßt sich mit einer
solchen Ausbildung der Vorrichtung - auch zusätzlich zur Auswertung der
Standardabweichungen der Nulldurchgangszeiten oder der Frequenzauswertung - auf
einfache Weise eine präzise Geschwindigkeitsanalyse durchführen, wobei weitere oder
zusätzliche und auf der Eingangs- oder Zwischengröße "Nulldurchgangszeiten" beruhende
Auswertungen Vorteile im Hinblick auf eine gesteigerte Aussagesicherheit bieten.
Dies gilt auch für die nachfolgend geschilderte Ausbildung der Vorrichtung zur Durchführung
einer Beschleunigungsanalyse, die ebenfalls ggf. angeschlossen werden kann.
Hierzu ist die Vorrichtung vorteilhafterweise so ausgebildet, daß die
Signalverarbeitungseinrichtung ausgehend von den Signaleingängen für die Drehzahl-
Ausgangssignale der einzelnen Räder oder Achsen folgende Einrichtungen aufweist:
- a) einen oder mehrere Filter für die Drehzahl-Ausgangssignale der einzelnen Räder oder Achsen, vorzugweise Tiefpaß-Filter, zur Filterung der Drehzahl- Ausgangssignale von hochfrequenten Rauschanteilen,
- b) eine oder mehrere Komparatorschaltungen, insbesondere Rechtecksignale erzeugende Schmitt-Trigger, für die Drehzahl-Ausgangssignale der einzelnen Räder oder Achsen, zur Umwandlung der Drehzahl-Ausgangssignale in Signale aus Einzelimpulsen,
- c) eine oder mehrere Zeitkontrolleinrichtungen (Timer), welche für mehrere aufeinanderfolgende und definierte Raddrehwinkel die entsprechenden Zeiten für die durch die definierten Raddrehwinkel bestimmten Teildrehungen des Rades messen, wobei die Messung der Zeiten durch die Ermittlung der Zeitdifferenzen zwischen zwei auf- bzw. absteigenden und mit den Zeiten für die Teildrehungen korrelierenden Flanken des Rechtecksignales erfolgt,
- d) eine Rechnerschaltung zur Berechnung der augenblicklichen Radbeschleunigungen entsprechend den gem. c) ermittelten Zeiten,
- e) einen oder mehrere Speicher, zur Speicherung der gem. d) berechneten augenblicklichen Radbeschleunigungen,
- f) eine Rechnerschaltung zur Berechnung eines Mittelwertes der gem. d) berechneten Radbeschleunigung für eine oder mehrere Radumdrehungen und zur Berechnung der Abweichungen der gem. d) ermittelten Radbeschleunigungen von dem errechneten Mittelwert,
- g) eine Vergleichseinrichtung, welche die ermittelten Abweichungen mit Referenz- und/ oder Schwellenwerten vergleicht und bei Überschreitung der Referenz- und/oder Schwellenwerte ein Warnsignal ausgibt.
Die Vorrichtung kann dabei immer so ausgebildet sein, daß die
Signalverarbeitungseinrichtung eine zugeordnete bzw. nachgeschaltete Recheneinheit
aufweist, die über mehrere Radumdrehungen aus den in Bezug auf eine Radumdrehung in
gleichen Zeitintervallen bzw. in gleichen Drehwinkelintervallen gemessenen oder
berechneten Werten, d. h. Zeiten, Frequenzen, Geschwindigkeiten, Beschleunigungen,
zunächst einen Mittelwert errechnet und dann der weiteren Signalverarbeitung zur Verfügung
stellt.
Wie bereits anhand der entsprechenden Verfahrensbeschreibung dargelegt, werden hierbei
die Signale, die in Bezug auf eine Radumdrehung in gleichen Zeitintervallen bzw. in gleichen
Drehwinkelintervallen im Verlauf einer einzelnen Radumdrehung erzeugt werden, über
meherere Radumdrehungen gemittelt, wodurch sich der Einfluß von Signalrauschen oder
von kurzfristig einwirkenden Störgrößen, wie etwa Fahrbahnunebenheiten etc., weiter
reduziert.
Besonders vorteilhaft läßt sich ein Verfahren zur Ermittlung des Notlaufzustandes eines
Luftreifens für Fahrzeugräder innerhalb eines Kontrollsystems für luftbereifte Fahrzeugräder
verwenden, insbesondere innerhalb eines Anti-Blockier-Systems (ABS), wobei durch das
Kontrollsystem mindestens an jeder Achse, vorzugsweise an jedem Rad, eine permanent
vorhandene erste periodische und zur Raddrehzahl proportionale Schwingung erzeugt und
als Drehzahl-Ausgangssignal einer Signalverarbeitungseinrichtung des Kontrollsystems
zugeleitet wird, wobei im Notlaufzustand eine separat definierte, für den Notlaufzustand
charakteristische und zur Raddrehzahl proportionale zweite periodische Schwingung der
ersten Schwingung bzw. dem Drehzahl-Ausgangssignal überlagert wird, und wobei die
Signalverarbeitungseinrichtung des Kontrollsystems eine Überlagerung der ersten
periodischen Schwingung mit der separaten zweiten periodischen Schwingung detektiert und
zu einem Warnsignal für den Notlauf verarbeitet.
Durch eine solche Verwendung des Verfahrens ergibt sich eine besonders leichte
Einbindung und Integration innerhalb bereits ausgereifter und geprüfter Systeme zur
Überprüfung der Fahrzeugdaten, so daß lediglich wenige Änderungen in den hierzu nötigen
Vorrichtungen und in der dazu erforderlichen Elektronik durchzuführen sind, um die
Kapazität eines solchen Kontrollsystems, beispielsweise eines Anti-Blockier-Systems, um die
wichtige Aussage zu erweitern, ob ein Notlaufzustand bei einem Rad vorliegt. Die Nutzung
der vorhandenen Meßaufnehmer und der Auswerteelektronik erlaubt es dann, eine definierte
Aussage über den Notlaufzustand in besonders wirtschaftlicher Weise, auch bei der
Großserie zu erreichen.
Anhand eines Ausführungsbeispiels soll die Erfindung näher erläutert werden. Es zeigen:
Fig. 1 eine Prinzipskizze zur Anordnung einer erfindungsgemäßen Vorrichtung
innerhalb eines Kraftfahrzeuges,
Fig. 2a eine prinzipielle Darstellung einer im Stand der Technik vorhandenen und mit
einer aktiven Gebereinrichtung versehenen Sensoreinrichtung für die
Raddrehzahl,
Fig. 2b eine prinzipielle Darstellung einer im Stand der Technik vorhandenen und mit
einer passiven Gebereinrichtung versehenen Sensoreinrichtung für die
Raddrehzahl,
Fig. 2c eine prinzipielle Darstellung einer im Stand der Technik vorhandenen und mit
einer aktiven Gebereinrichtung in Form von in der Reifenseitenwand
angeordneten permanentmagnetischen Arealen versehenen
Sensoreinrichtung für die Raddrehzahl,
Fig. 3 eine Notlauf-Einrichtung zur Erzeugung einer oder mehrerer, für den
Notlaufzustand charakteristischer und zur Raddrehzahl proportionaler
periodischer Schwingungen in Form eines auf der Felge abgestützten
Notlaufstützkörpers,
Fig. 4 einen Abschnitt eines Notlaufstützkörper gemäß Fig. 3 mit über den Umfang
verteilten Einbuchtungen in der Notlauffläche,
Fig. 5a ein Diagramm, welches die Auswertung der verarbeiteten und mit Hilfe der
Sensoreinrichtungen über die Raddrehzahl ermittelten Radgeschwindigkeiten
der einzelnen Räder innerhalb definierter Zählzeiten (Loops) zeigt,
Fig. 5b ein vergrößerte Darstellung (Lupe) des in Fig. 5a markierten Zeitintervalls,
Fig. 6a das Zeitverhalten einer ungestörten und mit Hilfe von Sensoreinrichtungen
ermittelten und zur Raddrehzahl proportionalen Schwingung (normales
Drehzahl-Ausgangssignal) bei konstanter Geschwindigkeit,
Fig. 6b das Zeitverhalten einer mit Hilfe von Sensoreinrichtungen ermittelten und zur
Raddrehzahl proportionalen Schwingung mit überlagerter Schwingung n-ter
Ordnung der Reifenperiode (überlagertes Drehzahl-Ausgangssignal) im
Vergleich zum normalen Drehzahl-Ausgangssignal gem. Fig. 6a,
Fig. 7a die über einer Zeitachse aufgetragenen Nulldurchgangszeiten ΔT0(i)(t)
(Nulldurchgangszeiten-Signal) des normalen und des überlagerten Drehzahl-
Ausgangssignales gem. Fig. 6b, die mit Hilfe einer die Zeitdifferenzen
zwischen den Nulldurchgängen der erhaltenen Einzelimpulse messenden
Zeitkontrolleinrichtung (Timer) ermittelt wurden,
Fig. 7b die über einer Zeitachse aufgetragenen und durch Kehrwertbildung aus den
Nulldurchgangszeiten gem. Fig. 7a ermittelten Frequenzen,
Fig. 7c die über einer Zeitachse aufgetragene und aus den Nulldurchgangszeiten
gem. Fig. 7a errechnete Radgeschwindigkeit,
Fig. 7d die über einer Zeitachse aufgetragene und aus den Radgeschwindigkeiten
gem. Fig. 7c errechnete Radbeschleunigung,
Fig. 7e die mit Hilfe einer Frequenzanalyse des Nulldurchgangszeiten-Signales gem.
Fig. 7a ermittelte spektrale Leistungsdichte, aufgetragen über der Frequenz,
Fig. 7f die über einer Zeitachse aufgetragene und aus den Nulldurchgangszeiten
errechneten Radgeschwindigkeiten aller vier Räder nach Auswertung realer
und am fahrenden Fährzeug aufgenommener Drehzahl-Ausgangssignale,
Fig. 8 eine schematische Darstellung einer auf der verfahrensgemäßen Auswertung
der Anzahlen der erhaltenen Einzelimpulse innerhalb einer definierten
Zählzeit TL (Loop-Time) des normalen bzw. überlagerten Drehzahl-
Ausgangssignales beruhenden Signalverarbeitung einer erfindungsgemäßen
Vorrichtung als Ablaufplan,
Fig. 9 eine schematische Darstellung einer auf der verfahrensgemäßen Auswertung
der Nulldurchgangszeiten ΔT0(i)(t) beruhenden Signalverarbeitung einer
erfindungsgemäßen Vorrichtung als Ablaufplan,
Fig. 10 eine schematische Darstellung der Signalverarbeitung einer
erfindungsgemäßen Vorrichtung als Ablaufplan, bei der eine auf der
Kehrwertbildung beruhende Berechnung der Frequenzen mehrerer
aufeinanderfolgender Messungen der Nulldurchgangszeiten erfolgt,
Fig. 11 zeigt eine schematische Darstellung der Signalverarbeitung einer
erfindungsgemäßen Vorrichtung als Ablaufplan, bei der mit Hilfe einer
Recheneinheit das Frequenzspektrum der Nulldurchgangszeiten in
Abhängigkeit von der Zeit (Zeiten-Signal) einer Frequenzanalyse zur
Ermittlung der spektralen Leistungsdichte (power spectral density) unterzogen
wird.
Die Fig. 1, die die Anordnung einer erfindungsgemäßen Vorrichtung innerhalb eines
Kraftfahrzeuges darstellt, zeigt zunächst eine zentrale Rechner- bzw. Auswerteeinheit 1, die
mit Sensoreinrichtungen 2-5 verbunden ist, welche wiederum den einzelnen Rädern 6-9
zugeordnet sind.
Die Sensoreinrichtungen detektieren die Drehzahl-Ausgangssignale der einzelnen Räder
und leiten diese an die zentrale Rechnereinheit weiter, welche ausgangsseitig mit einer
Anzeige- und Warneinrichtung 10 verbunden ist, etwa mit einer im Sichtfeld des Fahrers am
Armaturenbrett angeordneten optischen Warnanzeige.
Die zentrale Rechnereinheit beinhaltet eine Signalverarbeitungseinheit mit allen
Einrichtungen zur Auswertung und zum Vergleich der Drehzahlausgangssignale der
einzelnen Räder sowie zur Erzeugung eines Warnsignals in der Anzeigeeinrichtung 10.
Die Fig. 2a zeigt die prinzipielle Darstellung der in der erfindungsgemäßen Vorrichtung
eingesetzten und an sich bekannten Sensoreinrichtung, wobei je eine aktive
Gebereinrichtung in Form eines mit den jeweiligen Rad rotierenden Polrades 11 vorhanden
ist, welches eine periodische Magnetfeldänderung in dem Magnetfeldsensor 12 erzeugt, die
als Drehzahlausgangssignal in Form einer zur Raddrehzahl proportionalen periodischen
Schwingung in der zur zentralen Rechnereinheit gehörigen Signalverarbeitungseinrichtung
ausgewertet und verarbeitet wird.
Die Fig. 2b zeigt eine prinzipielle Darstellung einer alternativen und ebenfalls im Stand der
Technik vorhandenen Sensoreinrichtung, wobei hier eine passive Gebereinrichtung in Form
eines auf seinem Umfang gezahnten metallischen Rades 13 vorhanden ist, dessen Drehzahl
über einen hierfür ausgebildeten Magnetfeldsensor 14 detektiert wird.
Die Fig. 2c zeigt eine weitere bekannte Alternative einer Sensoreinrichtung in prinzipieller
Darstellung, wobei wiederum eine aktive Gebereinrichtung in Form von in der
Reifenseitenwand 15 angeordneten permanentmagnetischen Arealen 16 angeordnet sind.
Die Drehzahl eines solchermaßen ausgerüsteten Reifens wird dann über einen
entsprechend ausgebildeten Magnetfeldsensor 17 detektiert.
Die Fig. 3 zeigt eine in der erfindungsgemäßen Vorrichtung vorgesehene Notlaufeinrichtung
zur Erzeugung einer oder mehrerer für den Notlaufzustand charakteristischer und zur
Raddrehzahl proportionaler periodischer Schwingungen in Form eines auf einer Felge 18
abgestützten Notlaufstützkörpers 19. Der Notlaufstützkörper befindet sich innerhalb eines
hier im Schnitt dargestellten Reifens 20 und ist an seiner Notlauffläche 23 mit über den
Umfang verteilten Einbuchtungen 21 versehen, wie in der Fig. 4 noch einmal deutlicher
dargestellt wird. Es sind hier insgesamt 13 gleiche Einbuchtungen 21 gleichmäßig über den
Umfang verteilt, wobei bei der hier eingesetzten Form des Notlaufstützkörpers mit seinen
beiden zur Innenseite der Lauffläche des Reifens, d. h. radial nach außen vorspringenden
Wölbungen 23' und 23" die Einbuchtungen 21 symmetrisch jeweils auf beiden Wölbungen
23' und 23" ausgebildet sind.
Bei einem plötzlichen Luftverlust legt sich die Innenseite 22 der Lauffläche des Reifens an
die Außenfläche, d. h. die Notlauffläche 23 des Notlaufstützkörpers an, wodurch ein für den
Notlaufzustand ausreichend sicherer Fahrbetrieb ermöglicht und das Abspringen des
Reifens von der Felge zuverlässig verhindert wird.
Die Fig. 5a zeigt ein Diagramm, welches die Auswertung der in der
Signalverarbeitungseinrichtung verarbeiteten und mit Hilfe der Sensoreinrichtungen über die
Raddrehzahl ermittelten Radgeschwindigkeiten der einzelnen Räder innerhalb definierter
Zählzeiten TL (Loop-Time) zeigt.
Die definierten Zählzeiten sind hier auf der Abszisse dargestellt, während die Ordinate die
Radgeschwindigkeiten der einzelnen Räder beinhaltet. Das Diagramm zeigt dabei synchron
die Radgeschwindigkeiten aller vier Räder, nämlich des linken Vorderrades (FL = Front left)
des rechten Vorderrades (FR = Front right), des linken Hinterrades (RL = Rear left) und des
rechten Hinterrades (RR = Rear right).
Deutlicher erkennbar werden die unterschiedlichen Radgeschwindigkeiten in der Fig. 5b,
die eine vergrößerte Darstellung (Lupe) des in der Fig. 5a markierten Zeitintervalls 24
darstellt.
Die Fig. 5a und 5b zeigen hierbei die verfahrensgemäße Auswertung für ein Fahrzeug,
dessen linkes Hinterrad (RL) sich nach einem plötzlichen Druckverlust im Notlaufzustand
befindet.
Man erkennt hier bereits bei einer sehr einfachen Geschwindigkeitsauswertung, daß der
Geschwindigkeitsverlauf des linken Hinterrades sich deutlich detektierbar von den
Geschwindigkeitsverläufen der übrigen Räder unterscheidet, wobei hier etwa 11 Zählzeiten
(Loops) eine Radumdrehung repräsentieren. Die den Geschwindigkeitsverlauf des linken
Hinterrades repräsentierende Geschwindigkeitskurve 200, deren Charakteristik durch eine
separat definierte und zur Raddrehzahl proportionale periodische Schwingung erzeugt wird,
welche wiederum durch eine Anzahl von gleichmäßig über die Notlauffläche des im linken
Hinterrad befindlichen Notlaufstützkörpers verteilt angeordneten Einbuchtungen angeregt
wird, läßt sich leicht und mit herkömmlichen Mitteln durch Referenz- oder Schwellenwerte
201 und 202 für die Radgeschwindigkeit überprüfen und als für einen Notlauf repräsentative
Geschwindigkeitskurve detektieren, auch wenn diese durch Karosserie- oder
Aufbauschwingungen und Resonanzen beeinflußt ist.
Die Fig. 6a und 6b und 7a-7e zeigen die deutliche Erkennbarkeit einer dem Drehzahl-
Ausgangssignal überlagerten für den Notlaufzustand charakteristischen und separat
definierten, zur Raddrehzahl proportionalen Schwingung, die durch Einbuchtungen auf der
Notlauffläche bzw. auf dem Abrollumfang eines Notlaufstützkörpers erzeugt wird.
In diesen prinzipiellen und lediglich qualitativen Darstellungen zeigt die Fig. 6a zunächst
das durch die Kurve 203 dargestellte Zeitverhalten eines normalen Drehzahl-
Ausgangssignales, beispielweise eines ABS-Signales, bei konstanter Geschwindigkeit ohne
Notlauf, d. h. im Normalzustand.
Erzeugt man nun mit Hilfe der erfindungsgemäßen Vorrichtung, d. h. mit Einbuchtungen auf
der Notlauffläche bzw. auf dem Abrollumfang eines Notlaufstützkörpers eine für den
Notlaufzustand charakteristische separat definierte und zur Raddrehzahl proportionale
periodische Schwingung n-ter Ordnung der Reifenperiode - hier eine als durch 13
gleichmäßig über den Umfang verteilte Einbuchtungen erzeugte harmonische Schwingung
13. Ordnung der Reifenperiode - und überlagert sie dem Drehzahlausgangssignal, so erhält
man das in der Fig. 6b durch die Kurve 204 qualitativ gezeigte Zeitverhalten des
überlagerten Drehzahl-Ausgangssignales, dargestellt im Vergleich zum nicht überlagerten,
d. h. normalen Drehzahl-Ausgangssignal gem. Kurve 203.
Die Fig. 7a zeigt die über einer Zeitachse aufgetragenen ermittelten Zeiten für die durch
die definierten Raddrehwinkel bestimmten Teildrehungen des Rades in Form eines
Nulldurchgangszeiten-Signales ΔT0(i)(t) des normalen und des überlagerten Drehzahl-
Ausgangssignales gem. Fig. 6b anhand der Kurven 205 und 206, das mit Hilfe einer die
Zeiten/Zeitdifferenzen zwischen den Nulldurchgängen der erhaltenen Einzelimpulse
messenden Zeitkontrolleinrichtung (Timer) ermittelt wurde.
Hierbei erkennt man, daß die Nulldurchgangszeiten des normalen Drehzahl-
Ausgangssignales gem. Fig. 6b entsprechend der Kurve 205 im wesentlichen konstant
bleiben und bei etwa bei 0,8 msec liegen, abgesehen von sich durch leichte Schwankungen
zeigenden störenden Einflüsse, wie sie beispielsweise durch Geschwindigkeitsänderungen,
Fahrbahnbelag, Signalrauschen etc. entstehen können.
Die Nulldurchgangszeiten des überlagerten Drehzahl-Ausgangssignales gem. Fig. 6b weisen
entsprechend der Kurve 206 demgegenüber deutliche merkbare periodische Abweichungen
von etwa 0,02 msec auf und schwanken im Hinblick auf ihren Absolutwert zwischen etwa
0,78 und 0,82 msec.
Die Fig. 7b zeigt hierzu die über einer Zeitachse aufgetragenen und durch Kehrwertbildung
entsprechend der bereits beschriebenen Formel f(i)(t) = 0,5/ΔT0(i)(t) ermittelten
Frequenzen der Nulldurchgangszeiten gem. Fig. 7a. Auch hier wird deutlich, daß die
ermittelten Frequenzen der Nulldurchgangszeiten des normalen Drehzahl-Ausgangssignales
gem. Fig. 6b entsprechend der Kurve 207 im wesentlichen konstant bleiben und in diesem
Fall bei etwa bei 625 Hz liegen, abgesehen wieder von sich lediglich durch leichte
Schwankungen zeigenden störenden Einflüssen.
Die entsprechend ermittelten Frequenzen der Nulldurchgangszeiten des überlagerten
Drehzahl-Ausgangssignales gem. Fig. 7a weisen entsprechend der Kurve 208
demgegenüber deutliche merkbare und besonders klar detektierbare periodische
Abweichungen auf, wobei die Frequenzen im Hinblick auf ihren Absolutwert zwischen etwa
610 Hz und 640 Hz schwanken.
Die Fig. 7c zeigt hierzu die über einer Zeitachse aufgetragenen und aus
Nulldurchgangszeiten gem. Fig. 7a entsprechend der bereits beschriebenen Formel v(i)(t) =
0,02 m/ΔT0(i)(t) ermittelten Radgeschwindigkeiten. Auch hier wird deutlich, daß die aus
dem normalen Drehzahl-Ausgangssignales ermittelten Radgeschwindigkeiten entsprechend
der Kurve 209 im wesentlichen konstant bleiben und in diesem Fall bei etwa bei 25 m/sec
liegen, während die aus dem überlagerten Drehzahl-Ausgangssignal ermittelten
Radgeschwindigkeiten entsprechend der Kurve 210 demgegenüber klar detektierbare
periodische Abweichungen aufweisen, wobei die Radgeschwindigkeiten im Hinblick auf ihren
Absolutwert zwischen etwa 24,2 m/sec und 25,8 m/sec schwanken.
Die Fig. 7d zeigt die über einer Zeitachse aufgetragene und aus den Radgeschwindigkeiten
gem. Fig. 7c nach der bereits beschriebenen Formel a(i)(t) = [v(i)-v(i-1)]/ΔT0(i)(t)
errechnete Radbeschleunigung. Hier ist erkennbar, daß die aus den Radgeschwindigkeiten
des normalen Drehzahl-Ausgangssignales ermittelten Radbeschleunigungen gemäß der
Kurve 211 im wesentlichen konstant bleiben, während die aus den Radgeschwindigkeiten
des überlagerten Drehzahl-Ausgangssignales ermittelten Radbeschleunigungen
entsprechend der Kurve 212 demgegenüber klar detektierbare periodische Abweichungen
aufweisen. Die Kurve 213 zeigt hierbei die durch Mittelwertbildung gefilterten
Radbeschleunigungen der Kurve 212. Eine solche Filterung kann gelegentlich sinnvoll
werden, da aufgrund des aufrauhenden Charakters einer Differentiation die
Beschleunigungskurven oftmals besonders verrauscht sind, sodaß nach der Filterung eine
sicherere und leichtere Auswertung erfolgen kann.
Die Fig. 7e zeigt die mit Hilfe einer Frequenzanalyse des Nulldurchgangszeiten-Signales
gem. Fig. 7a, hier nämlich mit Hilfe einer schnellen Fourier-Transformation (FFT), ermittelte
spektrale Leistungsdichte (spectral density), aufgetragen über der Frequenz. Hierbei erkennt
man, daß die aus dem Nulldurchgangszeiten-Signal des überlagerten Drehzahl-
Ausgangssignales ermittelte spektrale Leistungsdichte gemäß der Kurve 215 deutliche
Spitzen (peaks) zeigt im Vergleich zu der aus dem Nulldurchgangszeiten-Signal des
normalen Drehzahl-Ausgangssignales ermittelten spektrale Leistungsdichte gemäß Kurve
214. Die hier gezeigten "peaks" entstehen in Form und Anordnung durch eine mit Hilfe
von 13 gleichmäßig über den Umfang verteilten Einbuchtungen auf einem Notlaufstützkörper
erzeugten harmonischen Schwingung 13. Ordnung der Reifenperiode, wobei die zu
betrachtenden Frequenzintervalle u. a. abhängig sind von der Ordnung der überlagerten
Schwingung und von der Radgeschwindigkeit. Zur weiteren Auswertung bildet man in
solchen bestimmten Frequenzbereichen das Integral über die Kurven spektraler
Leistungsdichte und vergleicht diese mit Referenz- oder Schwellenwerten oder auch
untereinander.
Die Fig. 7f zeigt im Gegensatz zu den obigen qualitativen Darstellungen die Auswertung
realer und am fahrenden Fahrzeug aufgenommener Drehzahl-Ausgangssignale, wobei hier
die aus Nulldurchgangszeiten entsprechend der bereits beschriebenen Formei v(i)(t) =
0,02 m/ΔT0(i)(t) ermittelten Radgeschwindigkeiten aller vier Räder - ähnlich der qualitativen
Darstellung für ein Rad in der Fig. 7c - gezeigt sind. Zur besseren Erkennbarkeit und zur
Minderung des Einflusses des Signalrauschens wurde hier eine Mittelung über sechs
nacheinanderfolgende Berechnungen der Nulldurchgangszeiten (sechs Flankensignale)
durchgeführt.
Anhand dieser Auswertung wird die durch das erfinderische Verfahren ermöglichte
zweifelsfreie Detektion des Notlaufzustandes unter realen Gegebenheiten besonders
deutlich. Die aus dem normalen Drehzahl-Ausgangssignales ermittelten
Radgeschwindigkeiten - entsprechend den Kurve 209' (FL), 209" (FR) und 209''' (RR) -
bleiben bis auf Störgrößen und Signalrauschen im wesentlichen konstant bzw. annähernd
gleichförmig steigend auch bei der hier vorhandenen Geschwindigkeitserhöhung
(Beschleunigung), während die aus dem überlagerten Drehzahl-Ausgangssignal des im
Notlauf befindlichen linken Hinterrades (RL) ermittelten Radgeschwindigkeiten entsprechend
der Kurve 210' demgegenüber klar detektierbare periodische Abweichungen aufweisen.
Die Fig. 8 zeigt eine schematische Darstellung einer auf der verfahrensgemäßen
Auswertung der Anzahlen der erhaltenen Einzelimpulse innerhalb einer definierten Zählzeit
TL (Loop-Time) des normalen bzw. überlagerten Drehzahl-Ausgangssignales beruhenden
Signalverarbeitung einer erfindungsgemäßen Vorrichtung als Ablaufplan, wobei bei dem hier
gezeigten Verarbeitungsschema eine mittlere Raddrehgeschwindigkeit innerhalb von
definierten und mehrere aufeinanderfolgende Raddrehwinkel beinhaltenden Zählzeiten TL
ermittelt wird aus den für die Teildrehungen ermittelten Zeiten und deren Anzahl für eine
oder mehrere Radumdrehungen innerhalb der Zählzeiten TL (Loop-Time).
Schematisch dargestellt sind hier zunächst die an den einzelnen Rädern vorn links (FL), vorn
rechts (FR), hinten links (RL) und hinten rechts (RR) angeordnete Sensoreinrichtungen, die
aus den als Polräder gemäß der Fig. 2a ausgebildeten aktiven Gebereinrichtungen 27-30
und den jeweils zugeordneten Magnetfeldsensoren 31-34 bestehen.
Die durch die Sensoreinrichtungen detektierten Drehzahl-Ausgangssignale werden dann an
die zur zentralen Rechnereinheit 1 gehörigen Signalverarbeitungseinrichtung 100
weitergeleitet und hier mit Hilfe der Tiefpaß-Filter 35-38 von hochfrequenten Rauschanteilen
gefiltert, wonach die das Drehzahl-Ausgangssignal repräsentierende Schwingung über
Schmitt-Trigger 39-42 in ein Rechtecksignal aus Einzelimpulsen umgewandelt wird.
Die so entstandenen Einzelimpulse aus den Drehzahl-Ausgangssignalen der einzelnen
Räder gelangen dann zu den Zeitkontrolleinrichtungen 43 bis 46 (Timer), welche für mehrere
aufeinanderfolgende und definierte Raddrehwinkel die entsprechenden Zeiten für die durch
die definierten Raddrehwinkel bestimmten Teildrehungen des Rades messen, wobei die
Messung der Zeiten durch die Ermittlung der Zeitdifferenzen (Nulldurchgangszeiten)
zwischen zwei auf- bzw. absteigenden und mit den Zeiten für die Teildrehungen
korrelierenden Flanken des Rechtecksignales erfolgt.
Parallel hierzu werden die Einzelimpulse des Rechtecksignales den Zähleinrichtungen 43'
bis 46' zugeleitet zur Ermittlung der Anzahl n (TL) der erhaltenen Einzelimpulse bzw. der
gemessenen Zeiten innerhalb einer definierten Zählzeit TL.
Die Anzahlen der erhaltenen Einzelimpulse mehrerer aufeinander folgender Zählzeiten, hier
die Anzahlen n (TL)FL(i), n (TL)FR(i), n (TL)RL(i), und n (TL)RR(i) von 10 aufeinander folgenden
Zählzeiten (i = 1-10) der jeweils verarbeiteten Drehzahl-Ausgangssignale der einzelnen
Räder, sowie auch die ermittelten Zeiten für die durch die definierten Raddrehwinkel
bestimmten Teildrehungen des Rades werden dann dem Speicher 47 eingelesen und durch
eine nachgeschaltete Rechnerschaltung 48 weiterverarbeitet, in der eine Berechnung und
ggf. Speicherung der mittleren Raddrehgeschwindigkeiten V (TL)FL(i), V (TL)FR(i), V (TL)RL(i),
und V (TL)RR(i) innerhalb der Zählzeiten TL für eine oder mehrere Radumdrehungen aus den
für die Teildrehungen ermittelten Zeiten und deren Anzahlen innerhalb der Zählzeiten TL
erfolgt.
Die gemittelten Raddrehgeschwindigkeiten werden dann in einer Vergleichseinrichtung 49
mit Referenz- und/oder Schwellenwerten verglichen, wobei die Vergleichseinrichtung bei
Überschreitung einer vorgegebenen Differenz zu den Referenz- und/oder Schwellenwerten
ein Signal an die Anzeigeeinrichtung 10 übermittelt, welche im Sichtbereich des Fahrers im
Armaturenbrett angeordnet ist.
Die zentrale Rechnereinheit 1 beinhaltet im weiteren hier nicht näher dargestellte
Einrichtungen zur Energieversorgung und -leitung, ggf. zur Signalverstärkung und zur
Signalübertragung, Kühleinrichtungen etc., wie sie üblicherweise in solchen auch als Mikro-
Rechner bezeichneten Einheiten vorhanden und notwendig sind.
Die Zeitkontrolleinrichtungen 43 bis 46 sowie die Zähleinrichtungen 43' bis 46' können
hierbei auch, ebenso wie etwa die in den Fig. 9 und 10 dargestellten
Zeitkontrolleinrichtungen (Timer), als jeweils eine "Multiplex"-Einrichtung ausgebildet sein,
die in kurzen Zeitabständen die einzelnen Drehzahl-Ausgangssignale der Achsen oder
Räder zeitlich nacheinander verarbeitet.
Die Fig. 9 zeigt eine schematische Darstellung einer auf der verfahrensgemäßen
Auswertung der Nulldurchgangszeiten ΔT0(i)(t) beruhenden Signalverarbeitung einer
erfindungsgemäßen Vorrichtung als Ablaufplan, bei der die Zeiten für Teildrehungen des
Rades über die Zeitdifferenzen zwischen den Nulldurchgängen (Nulldurchgangszeiten) direkt
gemessen werden, d. h. die zeitlichen Abstände ΔT0(i)(t) zwischen den Flanken einer
Rechteckschwingung, wobei ΔT0(i) die Nulldurchgangszeit jeweils für die Ermittlungen/
Messungen i, i + 1, i + 2 etc. darstellt.
Schematisch dargestellt sind hier wiederum zunächst die an den einzelnen Rädern vorn links
(FL), vorn rechts (FR), hinten links (RL) und hinten rechts (RR) angeordneten
Sensoreinrichtungen, die aus den als Polräder gemäß der Fig. 2a ausgebildeten aktiven
Gebereinrichtungen 27-30 und den jeweils zugeordneten Magnetfeldsensoren 31-34
bestehen.
Wie bereits bei der in der Fig. 8 dargestellten Signalverarbeitung werden auch hier die
durch die Sensoreinrichtung detektierten Drehzahl-Ausgangssignale an die zur zentralen
Rechnereinheit 1 gehörigen Signalverarbeitungseinrichtung 100 weitergeleitet und hier mit
Hilfe der Tiefpaß-Filter 35-38 von hochfrequenten Rauschanteilen gefiltert, wonach die das
Drehzahl-Ausgangssignal repräsentierende Schwingung über Schmitt-Trigger 39-42 in ein
Rechtecksignal aus Einzelimpulsen umgewandelt wird.
Die jeweils erhaltenen Einzelimpulse aus den Drehzahl-Ausgangssignalen der einzelnen
Räder gelangen dann zu den Zeitkontrolleinrichtungen 50 bis 53 (Timer), welche für mehrere
aufeinanderfolgende und definierte Raddrehwinkel die entsprechenden Zeiten für die durch
die definierten Raddrehwinkel bestimmten Teildrehungen des Rades messen, wobei die
Messung der Zeiten durch die Ermittlung der Zeitdifferenzen ΔT0(i)(t) zwischen zwei auf-
bzw. absteigenden und mit den Zeiten für die Teildrehungen korrelierenden Flanken des
Rechtecksignales (Nulldurchgangszeiten) erfolgt.
In einem nachgeschalteten Speicher 54 werden die Nulldurchgangszeiten ΔT0FL(i), ΔT0FR(i),
ΔT0RL(i), und ΔT0RR(i) mehrerer aufeinander folgender Zeitmessungen der jeweils
verarbeiteten Drehzahl-Ausgangssignale der einzelnen Räder abgelegt, wobei hier jeweils
10 aufeinander folgende Zeitmessungen (i = 10) gespeichert werden.
In einer nachfolgenden Rechnerschaltung 55 werden die Abweichungen der Zeiten für die
Teildrehungen des Rades von den hier für eine oder mehrere Radumdrehungen
berechneten Mittelwerten der Zeiten für die Teildrehungen des Rades bzw. der
Nulldurchgangszeiten mehrerer aufeinander folgender Messungen ermittelt und einer
Vergleichseinrichtung 56 zugeleitet, welche die ermittelten Abweichungen mit Referenz-
und/oder Schwellenwerten vergleicht und bei Überschreitung einer vorgegebenen Differenz
zu den Referenz- und/oder Schwellenwerten ein Warnsignal an die Warneinrichtung 10
abgibt, die wiederum im Blickfeld des Fahrers im Armaturenbrett angeordnet ist.
Die Fig. 10 zeigt eine schematische Darstellung der Signalverarbeitung einer
erfindungsgemäßen Vorrichtung als Ablaufplan, bei der eine auf der Kehrwertbildung
beruhende Berechnung der Frequenzen mehrerer aufeinanderfolgender Messungen der
Nulldurchgangszeiten erfolgt.
Wiederum sind hier zunächst schematisch dargestellt die an den einzelnen Rädern vorn links
(FL), vorn rechts (FR), hinten links (RL) und hinten rechts (RR) angeordneten
Sensoreinrichtungen, die aus den als Polräder gemäß der Fig. 2a ausgebildeten
Gebereinrichtungen 27-30 und den jeweils zugeordneten Magnetfeldsensoren 31-34
bestehen.
Die durch die Sensoreinrichtungen detektierten Drehzahl-Ausgangssignale werden dann an
die zur zentralen Rechnereinheit 1 gehörigen Signalverarbeitungseinrichtung 100
weitergeleitet und hier mit Hilfe der Tiefpaß-Filter 35-38 von hochfrequenten Rauschanteilen
gefiltert, wonach die das Drehzahl-Ausgangssignal repräsentierende Schwingung über
Schmitt-Trigger 39-42 in ein Rechtecksignal aus Einzelimpulsen umgewandelt wird.
Die jeweils erhaltenen Einzelimpulse aus den Drehzahl-Ausgangssignalen der einzelnen
Räder gelangen dann zu den Zeitkontrolleinrichtungen 50 bis 53 (Timer), welche für mehrere
aufeinanderfolgende und definierte Raddrehwinkel die entsprechenden Zeiten für die durch
die definierten Raddrehwinkel bestimmten Teildrehungen des Rades messen, wobei die
Messung der Zeiten durch die Ermittlung der Zeitdifferenzen ΔT0(i)(t) zwischen zwei auf-
bzw. absteigenden und mit den Zeiten für die Teildrehungen korrelierenden Flanken des
Rechtecksignales (Nulldurchgangszeiten) erfolgt.
Die so erhaltenen Nulldurchgangszeiten werden dann den Recheneinheiten 57-60
zugeleitet, in denen eine Berechnung der Frequenzen der Nulldurchgangszeiten durch
Kehrwertbildung entsprechend der Formel f(i)(t) = 0,5/ΔT0(i)(t) erfolgt, wobei f(i)(t) die
ermittelte Frequenz und ΔT0(i)(t) die Nulldurchgangszeit jeweils für die Ermittlungen/
Messungen i, i + 1, i + 2 etc. darstellen. Der Faktor 0,5 resultiert in diesem Falle aus den jeweils
2 gemessenen Nulldurchgangszeiten bei einer Schwingungsperiode des hier sinusförmigen
Drehzahl-Ausgangssignales eines Rades.
In einem nachgeschalteten Speicher 61 werden die aus den Nulldurchgangszeiten
ermittelten Frequenzen fFL(i), fFR(i), fRL(i) und fRR(i) mehrerer aufeinander folgender
entsprechender Verarbeitungen der jeweiligen Drehzahl-Ausgangssignale der einzelnen
Räder abgelegt, wobei hier jeweils 10 aufeinander folgende Frequenzermittlungen (i = 10)
gespeichert werden.
In einer nachfolgenden Rechnerschaltung 62 werden die Abweichungen der Frequenzen von
den hier für eine oder mehrere Radumdrehungen berechneten Mittelwerten der
Frequenzen für mehrere aufeinander folgende Frequenzermittlungen berechnet und einer
Vergleichseinrichtung 63 zugeleitet, welche die ermittelten Abweichungen mit Referenz-
und/oder Schwellenwerten vergleicht und bei Überschreitung einer vorgegebenen Differenz
zu den Referenz- und/oder Schwellenwerten ein Warnsignal an die im Blickfeld des Fahrers
angeordnete Warneinrichtung 10 abgibt.
Die Fig. 11 zeigt eine schematische Darstellung der Signalverarbeitung einer
erfindungsgemäßen Vorrichtung als Ablaufplan, bei der mit Hilfe einer Recheneinheit das
Frequenzspektrum der Nulldurchgangszeiten in Abhängigkeit von der Zeit
(Nulldurchgangszeiten-Signal) einer Frequenzanalyse zur Ermittlung der spektralen
Leistungsdichte (power spectral density) unterzogen wird.
Wiederum sind hier zunächst schematisch dargestellt die an den einzelnen Rädern vorn links
(FL), vorn rechts (FR), hinten links (RL) und hinten rechts (RR) angeordneten
Sensoreinrichtungen, die aus den als Polräder gemäß der Fig. 2a ausgebildeten
Gebereinrichtungen 27-30 und den jeweils zugeordneten Magnetfeldsensoren 31-34
bestehen.
Die durch die Sensoreinrichtungen detektierten Drehzahl-Ausgangssignale werden dann an
die zur zentralen Rechnereinheit 1 gehörigen Signalverarbeitungseinrichtung 100
weitergeleitet und hier mit Hilfe der Tiefpaß-Filter 35-38 von hochfrequenten Rauschanteilen
gefiltert, wonach die das Drehzahl-Ausgangssignal repräsentierende Schwingung über
Schmitt-Trigger 39-42 in ein Rechtecksignal aus Einzelimpulsen umgewandelt wird.
Die jeweils erhaltenen Einzelimpulse aus den Drehzahl-Ausgangssignalen der einzelnen
Räder gelangen dann zu den Zeitkontrolleinrichtungen 50 bis 53 (Timer), welche für mehrere
aufeinanderfolgende und definierte Raddrehwinkel die entsprechenden Zeiten für die durch
die definierten Raddrehwinkel bestimmten Teildrehungen des Rades messen, wobei die
Messung der Zeiten durch die Ermittlung der Zeitdifferenzen ΔT0(i)(t) zwischen zwei auf-
bzw. absteigenden und mit den Zeiten für die Teildrehungen korrelierenden Flanken des
Rechtecksignales (Nulldurchgangszeiten) erfolgt.
Das Frequenzspektrum des so erhaltenen Nulldurchgangszeiten-Signales wird dann den
Recheneinheiten 64-67 zugeleitet, in denen eine Frequenzanalyse FT (ΔT0) in Form einer
Fourrier-Transformation zur Ermittlung der spektralen Leistungsdichte durchgeführt wird.
Nachfolgend werden die spektralen Leistungsdichten der entsprechend verarbeiteten
jeweiligen Drehzahl-Ausgangssignale der einzelnen Räder in den Recheneinheiten 68-71
einer Integration über bestimmte Frequenzbereiche unterzogen, sodaß sich für das Integral
ein Wert des Ausdrucks
∫ FT(ΔT0)df ∼ If(i)
ergibt. Die so im Hinblick auf die jeweiligen Drehzahl-Ausgangssignale der einzelnen Räder
ermittelten Integralwerte IfFL(i), IfFR(i), IfRL(i), und IfRR(i) werden dann zunächst einem
Speicher 72 und dann einer Vergleichseinrichtung 73 zugeleitet, welche die ermittelten
Integralwerte mit Referenz- und/oder Schwellenwerten vergleicht und bei Überschreitung
einer vorgegebenen Differenz zu den Referenz- und/oder Schwellenwerten ein Warnsignal
an die im Blickfeld des Fahrers angeordnete Warneinrichtung 10 abgibt.
1
zentrale Recheneinheit
2-5
Sensoreinrichtung
6-9
Rad
10
Anzeigeeinrichtung
11
Polrad
12
Magnetfeldsensor
13
gezahntes Rad/Gebereinrichtung
14
Magnetfeldsensor
15
Reifenseitenwand
16
permanentmagnetische Areale
17
Magnetfeldsensor
18
Felge
19
Notlaufstützkörper
20
Reifen
21
Einbuchtung
22
Innenseite der Lauffläche des Reifens
23
Notlauffläche des Notlaufstützkörpers
24
Zeitintervall
25
-
26
-
27-30
aktive Gebereinrichtung
31-34
Magnetfeldsensor
35-38
Tiefpaß-Filter
39-42
Schmitt-Trigger
43-46
Zeitkontrolleinrichtung
43
'-
46
' Zähleinrichtung
47
Speicher
48
Rechnerschaltung
49
Vergleichseinrichtung
50-53
Zeitkontrolleinrichtung (Timer)
54
Speicher
55
Rechnerschaltung
56
Vergleichseinrichtung
57-60
Recheneinheit zur Frequenzbestimmung mittels Kehrwertbildung
61
Speicher
62
Rechnerschaltung
63
Vergleichseinrichtung
64-67
Recheneinheit zur Durchführung einer Fourrier-Transformation
68-71
Recheneinheit zur Durchführung einer Integration
72
Speicher
73
Vergleichseinrichtung
100
Signalverarbeitungseinrichtung
200
Geschwindigkeitskurve
201
,
202
Referenz- oder Schwellenwert
203
Zeitverhalten des normalen Drehzahl-Ausgangssignales
204
Zeitverhalten des überlagerten Drehzahl-Ausgangssignales
205
Nulldurchgangszeiten-Signal des normalen Drehzahl-Ausgangssignales
206
Nulldurchgangszeiten-Signal des überlagerten Drehzahl-Ausgangssignales
207
Frequenzen der Nulldurchgangszeiten des normalen Drehzahl-
Ausgangssignales
208
Frequenzen der Nulldurchgangszeiten des überlagerten Drehzahl-
Ausgangssignales
209
aus dem normalen Drehzahl-Ausgangssignal ermittelte Radgeschwindigkeiten
209
'-
209
''' aus dem normalen Drehzahl-Ausgangssignal bei realem Fahrbetrieb
ermittelte Radgeschwindigkeiten
210
aus dem überlagerten Drehzahl-Ausgangssignal ermittelte
Radgeschwindigkeiten
210
' aus dem überlagerten Drehzahl-Ausgangssignal bei realem Fahrbetrieb
ermittelte Radgeschwindigkeiten
211
aus den Radgeschwindigkeiten des normalen Drehzahl-Ausgangssignales
ermittelte Radbeschleunigungen
212
aus den Radgeschwindigkeiten des überlagerten Drehzahl-Ausgangssignales
ermittelte Radbeschleunigungen
213
durch Mittelwertbildung gefilterte Radbeschleunigungen
214
spektrale Leistungsdichte (normales Drehzahl-Ausgangssignal)
215
spektrale Leistungsdichte (überlagertes Drehzahl-Ausgangssignal)
Claims (31)
1. Verfahren zur Ermittlung des Notlaufzustandes eines Luftreifens für Kraftfahrzeugräder,
bei dem mindestens an jeder Achse, vorzugsweise an jedem Rad, eine permanent
vorhandene erste periodische und zur Raddrehzahl proportionale Schwingung erzeugt
und als Drehzahl-Ausgangssignal einer Signalverarbeitungsseinrichtung zugeleitet wird,
und bei dem im Notlaufzustand eine oder mehrere separat definierte, für den
Notlaufzustand charakteristische und zur Raddrehzahl proportionale periodische
Schwingungen der ersten Schwingung bzw. dem Drehzahl-Ausgangssignal überlagert
werden, und bei dem die Signalverarbeitungsseinrichtung eine Überlagerung der ersten
periodischen Schwingung mit der/den separat definierten und für den Notlaufzustand
charakteristischen periodischen Schwingung(en) detektiert und zu einem Warnsignal
verarbeitet.
2. Verfahren zur Ermittlung des Notlaufzustandes eines Luftreifens für Kraftfahrzeugräder
nach Anspruch 1, bei dem mindestens an jeder Achse, vorzugsweise an jedem Rad, eine
permanent vorhandene erste periodische und zur Raddrehzahl proportionale
Schwingung erzeugt und als Drehzahl-Ausgangssignal einer
Signalverarbeitungsseinrichtung zugeleitet wird, wobei das Drehzahl-Ausgangssignal
durch aktive oder passive Magnetfeldsensoren bereitgestellt wird, indem relativ zu
letzteren rotierende magnetisch aktive oder passive und an mit dem Rad drehenden oder
an feststehenden Teilen des Fahrzeuges befindliche Einrichtungen, vorzugsweise
Encoder, eine zur Raddrehzahl proportionale periodische Magnetfeldänderung erzeugen,
und bei dem im Notlaufzustand eine oder mehrere separat definierte, für den
Notlaufzustand charakteristische und zur Raddrehzahl proportionale periodische
Schwingungen der ersten Schwingung bzw. dem Drehzahl-Ausgangssignal überlagert
werden, und bei dem die Signalverarbeitungsseinrichtung eine Überlagerung der ersten
periodischen Schwingung mit der/den separat definierten und für den Notlaufzustand
charakteristischen periodischen Schwingung(en) detektiert und zu einem Warnsignal
verarbeitet.
3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die separat definierten für den
Notlaufzustand charakteristischen und zur Raddrehzahl proportionalen periodischen
Schwingungen mit einer am Fahrzeugrad vorgesehenen Notlaufeinrichtung zur
Fortsetzung der Fahrt im beschädigten oder luftlosen Zustand der Reifen erzeugt
werden.
4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die für den Notlaufzustand
charakteristischen, separat definierten und zur Raddrehzahl proportionalen periodischen
Schwingungen mit einem innerhalb des Luftreifens auf der Felge angeordneten und mit
Unstetigkeiten, vorzugsweise ausgebildet als Kavitäten oder Einbuchtungen, an seinem
Abrollumfang versehenen Notlaufstützkörper erzeugt werden.
5. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die für den Notlaufzustand
charakteristischen und zur Raddrehzahl proportionalen periodischen Schwingungen mit
einer oder mehreren innerhalb des Reifenkörpers, vorzugsweise im Seitenwandbereich,
ausgebildeten und den Reifen bei Luftverlust im Notlauf stabilisierenden, gegebenenfallls
aus verschiedenen Schichten und/oder Lagen von Festigkeitsträgern aufgebauten
Materialverstärkungen erzeugt werden, wobei die Materialverstärkungen über ihren
Umfang verteilte definierte Unstetigkeiten, vorzugsweise ausgebildet als
Materialanhäufungen oder Materialfehlstellen, aufweisen.
6. Verfahren nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß die für den
Notlaufzustand charakteristischen und zur Raddrehzahl proportionalen periodischen
Schwingungen durch eine erste Anzahl von gleichmäßig über den Umfang verteilten
Unstetigkeiten erzeugt werden.
7. Verfahren nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß die für den
Notlaufzustand charakteristischen und zur Raddrehzahl proportionalen periodischen
Schwingungen durch eine erste Anzahl von gleichmäßig über den Umfang verteilten
Unstetigkeiten und eine zur ersten Anzahl unterschiedliche zweite Anzahl von
gleichmäßig über den Umfang verteilten Unstetigkeiten erzeugt werden.
8. Verfahren nach Anspruch 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Drehzahl-
Ausgangssignal nach einer Verarbeitung in der Signalverarbeitungsseinrichtung mit
einem oder mehreren Referenz- und/oder Schwellenwerten verglichen und die
Überlagerung mit den separaten und für den Notlaufzustand charakteristischen
periodischen Schwingungen anhand einer Überschreitung der Referenz- und/oder
Schwellenwerte erkannt und zu einem Warnsignal verarbeitet wird.
9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Drehzahl-Ausgangssignal
eines Rades oder einer Achse nach einer Verarbeitung in der
Signalverarbeitungsseinrichtung mit Drehzahl-Ausgangssignalen der übrigen Räder oder
Achsen als Referenzwerten verglichen wird.
10. Verfahren nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, daß in der
Signalverarbeitungseinrichtung aus dem Drehzahl-Ausgangssignal die
Radgeschwindigkeit für vorgegebene Zeitintervalle errechnet und mit einem oder
mehreren Referenz-Radgeschwindigkeiten und/oder Schwellenwerten verglichen wird,
wobei ausgehend von der das Drehzahl-Ausgangssignal repräsentierenden Schwingung
in der Signalverarbeitungseinrichtung
- a) zunächst für mehrere aufeinanderfolgende und definierte Raddrehwinkel die entsprechenden Zeiten für die durch die definierten Raddrehwinkel bestimmten Teildrehungen des Rades ermittelt und gespeichert werden, und danach
- b) innerhalb von definierten und mehrere aufeinanderfolgende Raddrehwinkel beinhaltenden Zählzeiten TL aus den für die Teildrehungen ermittelten Zeiten und deren Anzahl eine mittlere Raddrehgeschwindigkeit für eine oder mehrere Radumdrehungen innerhalb der Zählzeiten errechnet und gespeichert wird, wonach
- c) die gemittelten Raddrehgeschwindigkeiten bzw. deren Verlauf mit Referenz- und/ oder Schwellenwerten verglichen werden, wobei
- d) bei Überschreitung der Referenz- und/oder Schwellenwerte ein Warnsignal ausgegeben wird.
11. Verfahren nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, daß ausgehend von der
das Drehzahl-Ausgangssignal repräsentierenden Schwingung in der
Signalverarbeitungseinrichtung
- a) zunächst für mehrere aufeinanderfolgende und definierte Raddrehwinkel die entsprechenden Zeiten für die durch die definierten Raddrehwinkel bestimmten Teildrehungen des Rades ermittelt und gespeichert werden, und danach
- b) ein Mittelwert aus mehreren solchen aufeinanderfolgend ermittelten Zeiten für eine oder mehrere Radumdrehungen errechnet und gespeichert wird, wonach
- c) die Abweichungen der gem. a) ermittelten und gespeicherten Zeiten von dem gem. b) errechneten Mittelwert ermittelt werden, und danach
- d) die ermittelten Abweichungen mit Referenz- und/oder Schwellenwerten verglichen werden, wobei
- e) bei Überschreitung der Referenz- und/oder Schwellenwerte ein Warnsignal ausgegeben wird.
12. Verfahren nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, daß ausgehend von der
das Drehzahl-Ausgangssignal repräsentierenden Schwingung in der
Signalverarbeitungseinrichtung
- a) zunächst für mehrere aufeinanderfolgende und definierte Raddrehwinkel die entsprechenden Zeiten für die durch die definierten Raddrehwinkel bestimmten Teildrehungen des Rades ermittelt und gespeichert werden, und danach
- b) ein Muster mehrerer aufeinanderfolgender und gem. a) ermittelten und gespeicherten Zeiten mit Hilfe eines Mustererkennungsverfahrens ermittelt wird, und danach
- c) das ermittelte Muster mit Referenzmustern- und/oder Schwellenwerten verglichen wird, wobei
- d) bei Abweichungen vom Referenzmuster- und/oder von Schwellenwerten ein Warnsignal ausgegeben wird.
13. Verfahren nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, daß ausgehend von der
das Drehzahl-Ausgangssignal repräsentierenden Schwingung in der
Signalverarbeitungseinrichtung
- a) zunächst für mehrere aufeinanderfolgende und definierte Raddrehwinkel die entsprechenden Zeiten für die durch die definierten Raddrehwinkel bestimmten Teildrehungen des Rades ermittelt und gespeichert werden, und danach
- b) mit Hilfe einer oder mehrerer Recheneinheiten die Frequenzen der gem. a) ermittelten und gespeicherten Zeiten durch Kehrwertbildung errechnet und danach gespeichert werden, wobei anschließend
- c) ein Mittelwert der gem. b) ermittelten Frequenzen für eine oder mehrere Radumdrehungen errechnet und gespeichert wird, wonach
- d) die Abweichungen der gem. b) ermittelten und gespeicherten Frequenzen von dem gem. c) errechneten Mittelwert ermittelt werden, und danach
- e) die ermittelten Abweichungen mit Referenz- und/oder Schwellenwerten verglichen werden, wobei
- f) bei Überschreitung der Referenz- und/oder Schwellenwerte ein Warnsignal ausgegeben wird.
14. Verfahren nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, daß ausgehend von der
das Drehzahl-Ausgangssignal repräsentierenden Schwingung in der
Signalverarbeitungseinrichtung
- a) zunächst für mehrere aufeinanderfolgende und definierte Raddrehwinkel die entsprechenden Zeiten für die durch die definierten Raddrehwinkel bestimmten Teildrehungen des Rades ermittelt und gespeichert werden, und danach
- b) mit Hilfe einer oder mehrerer Recheneinheiten das Frequenzspektrum der gem. a) ermittelten und gespeicherten Zeiten einer Frequenzanalyse zur Ermittlung der spektralen Leistungsdichte (power spectral density) unterzogen wird, wobei anschließend
- c) mit Hilfe einer oder mehrerer Recheneinheiten die ermittelten spektralen Leistungsdichten einer Integration über bestimmte ausgewählte Frequenzintervalle unterzogen und danach gespeichert werden, wonach
- d) der Integralwert der ausgewählten Frequenzintervalle verglichen wird mit einem Referenz- oder Schwellenwert, und
- e) bei Überschreitung der Referenz- oder Schwellenwerte ein Warnsignal ausgegeben wird.
15. Verfahren nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, daß ausgehend von der
das Drehzahl-Ausgangssignal repräsentierenden Schwingung in der
Signalverarbeitungseinrichtung
- a) zunächst für mehrere aufeinanderfolgende und definierte Raddrehwinkel die entsprechenden Zeiten für die durch die definierten Raddrehwinkel bestimmten Teildrehungen des Rades ermittelt und gespeichert werden, und danach
- b) mit Hilfe einer oder mehrerer Recheneinheiten aus den gem. a) ermittelten und gespeicherten Zeiten die augenblicklichen Radgeschwindigkeiten errechnet und danach gespeichert werden, wobei anschließend
- c) ein Mittelwert der gem. b) ermittelten Radgeschwindigkeiten für eine oder mehrere Radumdrehungen errechnet und gespeichert wird, wonach
- d) die Abweichungen der gem. b) ermittelten und gespeicherten Radgeschwindigkeiten von dem gem. c) errechneten Mittelwert ermittelt werden, und danach
- e) die ermittelten Abweichungen mit Referenz- und/oder Schwellenwerten verglichen werden, wobei
- f) bei Überschreitung der Referenz- und/oder Schwellenwerte ein Warnsignal ausgegeben wird.
16. Verfahren nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, daß ausgehend von der
das Drehzahl-Ausgangssignal repräsentierenden Schwingung in der
Signalverarbeitungseinrichtung
- a) zunächst für mehrere aufeinanderfolgende und definierte Raddrehwinkel die entsprechenden Zeiten für die durch die definierten Raddrehwinkel bestimmten Teildrehungen des Rades ermittelt und gespeichert werden, und danach
- b) mit Hilfe einer oder mehrerer Recheneinheiten aus den gem. a) ermittelten und gespeicherten Zeiten die augenblicklichen Radbeschleunigungen errechnet und danach gespeichert werden, wobei anschließend
- c) ein Mittelwert der gem. b) errechneten Radbeschleunigungen für eine oder mehrere Radumdrehungen errechnet und gespeichert wird, wonach
- d) die Abweichungen der gem. b) errechneten Radbeschleunigungen von dem gem. c) errechneten Mittelwert oder von einem Nullwert ermittelt werden, und danach
- e) die ermittelten Abweichungen mit Referenz- und/oder Schwellenwerten verglichen werden, wobei
- f) bei Überschreitung der Referenz- und/oder Schwellenwerte ein Warnsignal ausgegeben wird.
17. Verfahren nach Anspruch 11 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß die in einer oder
mehreren Zeitkontrolleinrichtungen (Timer) gemessenen Zeitdifferenzen zwischen den
Nulldurchgängen (Nulldurchgangszeiten) vor der weiteren Verarbeitung zunächst einer
drehsynchronen Mittelung in der Art unterzogen werden, daß über mehrere
Radumdrehungen aus den in Bezug auf eine Radumdrehung in gleichen Zeitintervallen
bzw. in gleichen Drehwinkelintervallen gemessenen Nulldurchgangszeiten ein Mittelwert
gebildet wird, der dann der weiteren Signalverarbeitung zugrunde liegt.
18. Vorrichtung zur Ermittlung des Notlaufzustandes eines Luftreifens für Kraftfahrzeugräder,
wobei die Vorrichtung
- a) mindestens an jeder Achse, vorzugsweise an jedem Rad angeordnete Sensor- Einrichtungen (2-5) beinhaltet, die eine permanent vorhandene erste periodische und zur Raddrehzahl proportionale Schwingung als Drehzahl-Ausgangssignal bereitstellen, wobei die Sensoreinrichtungen
- b) aktive oder passive Magnetfeldsensoren (12, 14, 17) beinhaltet, die an mit dem Rad drehenden oder an feststehenden Teilen des Fahrzeuges angeordnet sind, und
- c) magnetisch aktive oder passive Geber-Einrichtungen (11, 13, 16) beinhaltet, die relativ zu den Magnetfeldsensoren mit der Raddrehzahl rotieren und komplementär zu diesen an mit dem Rad drehenden oder an feststehenden Teilen des Fahrzeuges angeordnet sind und die eine zur Raddrehzahl proportionale periodische Magnetfeldänderung im Detektionsbereich der Magnetfeldsensoren erzeugen, wobei die Vorrichtung weiterhin
- d) eine Signalverarbeitungseinrichtung (100) zur Verarbeitung und Auswertung der Drehzahl-Ausgangssignale sowie zur Ausgabe von Steuer- und/oder Warnsignalen aufweist,
- e) Übertragungs- und Anzeigeeinrichtungen aufweist zur Übertragung und/oder Anzeige der Drehzahl-Ausgangssignale sowie der Steuer- und/oder Warnsignale, dadurch gekennzeichnet, daß
- f) die Vorrichtung eine am Fahrzeugrad angeordnete Notlauf-Einrichtung aufweist, die im Notlaufzustand eine oder mehrere separat definierte, für den Notlaufzustand charakteristische und zur Raddrehzahl proportionale periodische Schwingungen erzeugt und der ersten Schwingung bzw. dem Drehzahl-Ausgangssignal überlagert,
- g) die Signalverarbeitungseinrichtung gegebenenfalls Filtereinrichtungen zur Rauschfilterung aufweist und
- h) ein oder mehrere Speichereinrichtungen zur Speicherung von Referenz- und/oder Schwellenwerten, sowie
- i) eine Vergleichseinrichtung aufweist, die nach einer Verarbeitung die jeweiligen Drehzahl-Ausgangssignale der Achsen oder Räder mit einem oder mehreren Referenz- und/oder Schwellenwerten vergleicht und eine Überlagerung der ersten periodischen Schwingung mit den separaten und für den Notlaufzustand charakteristischen periodischen Schwingungen anhand einer Überschreitung der Referenz- und/oder Schwellenwerte detektiert und zu einem Warnsignal verarbeitet.
19. Vorrichtung nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß die Notlauf-Einrichtung zur
Erzeugung einer oder mehrerer, für den Notlaufzustand charakteristischer und zur
Raddrehzahl proportionaler periodischer Schwingungen als mindestens ein innerhalb des
Reifens angeordneter, vorzugsweise auf der Felge abgestützter, Notlaufstützkörper (19)
ausgebildet ist, der auf seiner Notlauffläche über den Umfang verteilte definierte
Unstetigkeiten aufweist.
20. Vorrichtung nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, daß die über den Umfang
verteilten Unstetigkeiten als Kavitäten oder Einbuchtungen (21) in der Notlauffläche (23)
ausgebildet sind.
21. Vorrichtung nach Anspruch 18 bis 20, dadurch gekennzeichnet, daß die Notlauf-
Einrichtung zur Erzeugung einer oder mehrerer, für den Notlaufzustand
charakteristischer und zur Raddrehzahl proportionaler periodischer Schwingungen aus
einer oder mehreren innerhalb des Reifenkörpers, vorzugsweise im Seitenwandbereich,
ausgebildeten und den Reifen bei Luftverlust im Notlauf stabilisierenden, gegebenenfallls
aus verschiedenen Schichten und/oder Lagen von Festigkeitsträgern aufgebauten
Materialverstärkungen besteht, wobei die Materialverstärkungen über ihren Umfang
verteilte definierte Unstetigkeiten aufweisen.
22. Vorrichtung nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, daß die über den Umfang
verteilten definierten Unstetigkeiten als Materialanhäufungen oder Materialfehlstellen
ausgebildet sind.
23. Vorrichtung nach Anspruch 19 bis 22, dadurch gekennzeichnet, daß eine erste Anzahl
von gleichmäßig über den Umfang verteilten Unstetigkeiten ausgebildet sind.
24. Vorrichtung nach Anspruch 19 bis 23, dadurch gekennzeichnet, daß eine erste Anzahl
von gleichmäßig über den Umfang verteilten Unstetigkeiten und eine zur ersten Anzahl
unterschiedliche zweite Anzahl von gleichmäßig über den Umfang verteilten
Unstetigkeiten ausgebildet sind.
25. Vorrichtung nach Anspruch 18 bis 24, dadurch gekennzeichnet, daß die
Signalverarbeitungseinrichtung ausgehend von den Signaleingängen für die Drehzahl-
Ausgangssignale der einzelnen Räder oder Achsen folgende Einrichtungen aufweist:
- a) einen oder mehrere Filter (35-38) für die Drehzahl-Ausgangssignale der einzelnen Räder oder Achsen, vorzugweise Tiefpaß-Filter, zur Filterung der Drehzahl- Ausgangssignale von hochfrequenten Rauschanteilen
- b) eine oder mehrere Komparatorschaltungen, insbesondere Rechtecksignale erzeugende Schmitt-Trigger (39-42), für die Drehzahl-Ausgangssignale der einzelnen Räder oder Achsen, zur Umwandlung der Drehzahl-Ausgangssignale in Signale aus Einzelimpulsen,
- c) eine oder mehrere Zeitkontrolleinrichtungen (43-46) (Timer), welche für mehrere aufeinanderfolgende und definierte Raddrehwinkel die entsprechenden Zeiten für die durch die definierten Raddrehwinkel bestimmten Teildrehungen des Rades messen, wobei die Messung der Zeiten durch die Ermittlung der Zeitdifferenzen zwischen zwei auf- bzw. absteigenden und mit den Zeiten für die Teildrehungen korrelierenden Flanken des Rechtecksignales erfolgt,
- d) eine oder mehrere den Zeitkontrolleinrichtungen parallel geschaltete Zähleinrichtungen (43'-46') für die einzelnen Signale aus Einzelimpulsen zur Ermittlung der Anzahl der erhaltenen Einzelimpulse bzw. der gemessenen Zeiten innerhalb einer definierten Zählzeit TL,
- e) einen oder mehrere Speicher (47) zur Speicherung der gem. c) ermittelten Zeiten und der gem. d) erhaltenen Anzahlen der Einzelimpulse innerhalb mehrerer aufeinanderfolgender Zählzeiten TL,
- f) eine Rechnerschaltung (48) zur Berechnung und Speicherung der mittleren Raddrehgeschwindigkeiten innerhalb der Zählzeiten TL für eine oder mehrere Radumdrehungen aus den für die Teildrehungen ermittelten Zeiten und deren Anzahlen innerhalb der Zählzeiten TL
- g) eine Vergleichseinrichtung (49), welche die die gemittelten Raddrehgeschwindigkeiten bzw. deren Verlauf mit Referenz- und/oder Schwellenwerten vergleicht und bei Überschreitung der Referenz- und/oder Schwellenwerte ein Warnsignal ausgibt.
26. Vorrichtung nach Anspruch 18 bis 24, dadurch gekennzeichnet, daß die
Signalverarbeitungseinrichtung ausgehend von den Signaleingängen für die Drehzahl-
Ausgangssignale der einzelnen Räder oder Achsen folgende Einrichtungen aufweist:
- a) einen oder mehrere Filter (35-38) für die Drehzahl-Ausgangssignale der einzelnen Räder oder Achsen, vorzugweise Tiefpaß-Filter, zur Filterung der Drehzahl- Ausgangssignale von hochfrequenten Rauschanteilen,
- b) eine oder mehrere Komparatorschaltungen, insbesondere Rechtecksignale erzeugende Schmitt-Trigger (39-42), für die Drehzahl-Ausgangssignale der einzelnen Räder oder Achsen, zur Umwandlung der Drehzahl-Ausgangssignale in Signale aus Einzelimpulsen,
- c) eine oder mehrere Zeitkontrolleinrichtungen (50-53) (Timer), welche für mehrere aufeinanderfolgende und definierte Raddrehwinkel die entsprechenden Zeiten für die durch die definierten Raddrehwinkel bestimmten Teildrehungen des Rades messen, wobei die Messung der Zeiten durch die Ermittlung der Zeitdifferenzen zwischen zwei auf- bzw. absteigenden und mit den Zeiten für die Teildrehungen korrelierenden Flanken des Rechtecksignales erfolgt,
- d) einen oder mehrere Speicher (54), zur Speicherung der Zeiten mehrerer aufeinanderfolgender und gem. c) durchgeführter Zeitmessungen,
- e) eine Rechnerschaltung (55) zur Berechnung eines Mittelwertes aus mehreren solchen aufeinanderfolgend ermittelten Zeiten für eine oder mehrere Radumdrehungen und zur Berechnung der Abweichungen der gem. c) ermittelten und gespeicherten Zeiten von dem errechneten Mittelwert,
- f) eine Vergleichseinrichtung (56), welche die ermittelten Abweichungen mit Referenz- und/oder Schwellenwerten vergleicht und bei Überschreitung der Referenz- und/ oder Schwellenwerte ein Warnsignal ausgibt.
27. Vorrichtung nach Anspruch 18 bis 24, dadurch gekennzeichnet, daß die
Signalverarbeitungseinrichtung ausgehend von den Signaleingängen für die Drehzahl-
Ausgangssignale der einzelnen Räder oder Achsen folgende Einrichtungen aufweist:
- a) einen oder mehrere Filter (35-38) für die Drehzahl-Ausgangssignale der einzelnen Räder oder Achsen, vorzugweise Tiefpaß-Filter, zur Filterung der Drehzahl- Ausgangssignale von hochfrequenten Rauschanteilen,
- b) eine oder mehrere Komparatorschaltungen, insbesondere Rechtecksignale erzeugende Schmitt-Trigger (39-42), für die Drehzahl-Ausgangssignale der einzelnen Räder oder Achsen, zur Umwandlung der Drehzahl-Ausgangssignale in Signale aus Einzelimpulsen,
- c) eine oder mehrere Zeitkontrolleinrichtungen (50-53) (Timer), welche für mehrere aufeinanderfolgende und definierte Raddrehwinkel die entsprechenden Zeiten für die durch die definierten Raddrehwinkel bestimmten Teildrehungen des Rades messen, wobei die Messung der Zeiten durch die Ermittlung der Zeitdifferenzen zwischen zwei auf- bzw. absteigenden und mit den Zeiten für die Teildrehungen korrelierenden Flanken des Rechtecksignales erfolgt,
- d) eine oder mehrere Rechnereinheiten (57-60) zur Berechnung der Frequenzen der gem. c) ermittelten Zeiten durch Kehrwertbildung
- e) einen oder mehrere Speicher (61), zur Speicherung der gem. d) berechneten Frequenzen,
- f) eine Rechnerschaltung (62) zur Berechnung eines Mittelwertes aus mehreren solchen aufeinanderfolgend berechneten Frequenzen für eine oder mehrere Radumdrehungen und zur Berechnung der Abweichungen der gem. d) ermittelten und gespeicherten Frequenzen von dem errechneten Mittelwert,
- g) eine Vergleichseinrichtung (63), welche die ermittelten Abweichungen mit Referenz- und/oder Schwellenwerten vergleicht und bei Überschreitung der Referenz- und/ oder Schwellenwerte ein Warnsignal ausgibt.
28. Vorrichtung nach Anspruch 18 bis 24, dadurch gekennzeichnet, daß die
Signalverarbeitungseinrichtung ausgehend von den Signaleingängen für die Drehzahl-
Ausgangssignale der einzelnen Räder oder Achsen folgende Einrichtungen aufweist:
- a) einen oder mehrere Filter (35-38) für die Drehzahl-Ausgangssignale der einzelnen Räder oder Achsen, vorzugweise Tiefpaß-Filter, zur Filterung der Drehzahl- Ausgangssignale von hochfrequenten Rauschanteilen,
- b) eine oder mehrere Komparatorschaltungen, insbesondere Rechtecksignale erzeugende Schmitt-Trigger (39-42), für die Drehzahl-Ausgangssignale der einzelnen Räder oder Achsen, zur Umwandlung der Drehzahl-Ausgangssignale in Signale aus Einzelimpulsen,
- c) eine oder mehrere Zeitkontrolleinrichtungen (50-53) (Timer), welche für mehrere aufeinanderfolgende und definierte Raddrehwinkel die entsprechenden Zeiten für die durch die definierten Raddrehwinkel bestimmten Teildrehungen des Rades messen, wobei die Messung der Zeiten durch die Ermittlung der Zeitdifferenzen zwischen zwei auf- bzw. absteigenden und mit den Zeiten für die Teildrehungen korrelierenden Flanken des Rechtecksignales erfolgt,
- d) eine oder mehrere Rechnereinheiten (64-67) zur Durchführung einer Frequenzanalyse des Frequenzspektrums der gem. c) gemessenen Zeiten in Abhängigkeit von der Zeit (Zeiten-Signal) und zur Ermittlung der spektralen Leistungsdichte (power spectral density),
- e) eine oder mehrere Recheneinheiten (68-71) zur Durchführung einer Integration der ermittelten spektralen Leistungsdichten über bestimmte ausgewählte Frequenzintervalle
- f) einen oder mehrere Speicher (72), zur Speicherung mehrerer aufeinanderfolgend ermittelter Integralwerte,
- g) eine Vergleichseinrichtung (73), welche die ermittelten Integralwerte der ausgewählten Frequenzintervalle mit einem Referenz- und/oder Schwellenwert vergleicht und bei Überschreitung der Referenz- und/oder Schwellenwerte ein Warnsignal ausgibt.
29. Vorrichtung nach Anspruch 18 bis 24, dadurch gekennzeichnet, daß die
Signalverarbeitungseinrichtung ausgehend von den Signaleingängen für die Drehzahl-
Ausgangssignale der einzelnen Räder oder Achsen folgende Einrichtungen aufweist:
- a) einen oder mehrere Filter für die Drehzahl-Ausgangssignale der einzelnen Räder oder Achsen, vorzugweise Tiefpaß-Filter, zur Filterung der Drehzahl- Ausgangssignale von hochfrequenten Rauschanteilen,
- b) eine oder mehrere Komparatorschaltungen, insbesondere Rechtecksignale erzeugende Schmitt-Trigger, für die Drehzahl-Ausgangssignale der einzelnen Räder oder Achsen, zur Umwandlung der Drehzahl-Ausgangssignale in Signale aus Einzelimpulsen,
- c) eine oder mehrere Zeitkontrolleinrichtungen (Timer), welche für mehrere aufeinanderfolgende und definierte Raddrehwinkel die entsprechenden Zeiten für die durch die definierten Raddrehwinkel bestimmten Teildrehungen des Rades messen, wobei die Messung der Zeiten durch die Ermittlung der Zeitdifferenzen zwischen zwei auf- bzw. absteigenden und mit den Zeiten für die Teildrehungen korrelierenden Flanken des Rechtecksignales erfolgt,
- d) eine Rechnerschaltung zur Berechnung der augenblicklichen Radgeschwindigkeiten entsprechend den gem. c) ermittelten Zeiten,
- e) einen oder mehrere Speicher, zur Speicherung der gem. d) berechneten augenblicklichen Radgeschwindigkeiten,
- f) eine Rechnerschaltung zur Berechnung eines Mittelwertes der gem. d) berechneten Radgeschwindigkeit für eine oder mehrere Radumdrehungen und zur Berechnung der Abweichungen der gem. d) ermittelten Radgeschwindigkeiten von dem errechneten Mittelwert,
- g) eine Vergleichseinrichtung, welche die ermittelten Abweichungen mit Referenz- und/ oder Schwellenwerten vergleicht und bei Überschreitung der Referenz- und/oder Schwellenwerte ein Warnsignal ausgibt.
30. Vorrichtung nach Anspruch 18 bis 24, dadurch gekennzeichnet, daß die
Signalverarbeitungseinrichtung ausgehend von den Signaleingängen für die Drehzahl-
Ausgangssignale der einzelnen Räder oder Achsen folgende Einrichtungen aufweist:
- a) einen oder mehrere Filter für die Drehzahl-Ausgangssignale der einzelnen Räder oder Achsen, vorzugweise Tiefpaß-Filter, zur Filterung der Drehzahl- Ausgangssignale von hochfrequenten Rauschanteilen,
- b) eine oder mehrere Komparatorschaltungen, insbesondere Rechtecksignale erzeugende Schmitt-Trigger, für die Drehzahl-Ausgangssignale der einzelnen Räder oder Achsen, zur Umwandlung der Drehzahl-Ausgangssignale in Signale aus Einzelimpulsen,
- c) eine oder mehrere Zeitkontrolleinrichtungen (Timer), welche für mehrere aufeinanderfolgende und definierte Raddrehwinkel die entsprechenden Zeiten für die durch die definierten Raddrehwinkel bestimmten Teildrehungen des Rades messen, wobei die Messung der Zeiten durch die Ermittlung der Zeitdifferenzen zwischen zwei auf- bzw. absteigenden und mit den Zeiten für die Teildrehungen korrelierenden Flanken des Rechtecksignales erfolgt,
- d) eine Rechnerschaltung zur Berechnung der augenblicklichen Radbeschleunigungen entsprechend den gem. c) ermittelten Zeiten,
- e) einen oder mehrere Speicher, zur Speicherung der gem. d) berechneten augenblicklichen Radbeschleunigungen,
- f) eine Rechnerschaltung zur Berechnung eines Mittelwertes der gem. d) berechneten Radbeschleunigung für eine oder mehrere Radumdrehungen und zur Berechnung der Abweichungen der gem. d) ermittelten Radbeschleunigungen von dem errechneten Mittelwert,
- g) eine Vergleichseinrichtung, welche die ermittelten Abweichungen mit Referenz- und/ oder Schwellenwerten vergleicht und bei Überschreitung der Referenz- und/oder Schwellenwerte ein Warnsignal ausgibt.
31. Verwendung eines Verfahrens zur Ermittlung des Notlaufzustandes eines Luftreifens für
Fahrzeugräder nach Anspruch 1 bis 18 innerhalb eines Kontrollsystems für luftbereifte
Fahrzeugräder, insbesondere innerhalb eines Anti-Blockier-Systems (ABS), wobei durch
das Kontrollsystem mindestens an jeder Achse, vorzugsweise an jedem Rad, eine
permanent vorhandene erste periodische und zur Raddrehzahl proportionale
Schwingung erzeugt und als Drehzahl-Ausgangssignal einer
Signalverarbeitungseinrichtung des Kontrollsystems zugeleitet wird, wobei im
Notlaufzustand eine oder mehrere separat definierte, für den Notlaufzustand
charakteristische und zur Raddrehzahl proportionale periodische Schwingungen der
ersten Schwingung bzw. dem Drehzahl-Ausgangssignal überlagert werden, und bei dem
die Signalverarbeitungsseinrichtung eine Überlagerung der ersten periodischen
Schwingung mit der/den separat definierten und für den Notlaufzustand
charakteristischen periodischen Schwingung(en) detektiert und zu einem Warnsignal
verarbeitet.
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