DE202018006904U1

DE202018006904U1 - System zur modellbasierten Reifenverschleißschätzung

Info

Publication number: DE202018006904U1
Application number: DE202018006904.3U
Authority: DE
Original assignee: Goodyear Tire and Rubber Co
Current assignee: Goodyear Tire and Rubber Co
Priority date: 2017-03-23
Filing date: 2018-03-21
Publication date: 2024-04-10
Anticipated expiration: 2028-03-22
Also published as: US20180272813A1; EP3378679B1; US20230294459A1; EP3378679A1; JP2018158722A; JP7083259B2

Abstract

Ein Reifenverschleißschätzsystem, umfassend:wenigstens einen Reifen, der ein Fahrzeug trägt;wenigstens einen Sensor, der an dem Reifen befestigt ist, um einen ersten Prädiktor zu erzeugen;zumindest eines von einer Nachschlagetabelle und einer Datenbank, die Daten für einen zweiten Prädiktor speichert, wobei mindestens einer von den ersten und zweiten Prädiktoren wenigstens einen Fahrzeugeffekt einschließt; undein Modell, das zum Empfangen der Prädiktoren und zum Erzeugen einer geschätzten Verschleißrate für den wenigstens einen Reifen konfiguriert ist, wobeidas System weiter einen zusätzlichen Prädiktor umfasst, der zumindest eines von einem Streckenschweregrad und einem Fahrerschweregrad einschließt, oder einen zusätzlichen Prädiktor, der zumindest eines von einer Zusammensetzungsidentifikation für den wenigstens einen Reifen und einer Laufstreifenstrukturidentifikation für den wenigstens einen Reifen einschließt.

Description

Gebiet der Erfindung
Die Erfindung bezieht sich allgemein auf Reifenüberwachungssysteme. Insbesondere bezieht sich die Erfindung auf Systeme, die Reifenparameterdaten erfassen. Die Erfindung betrifft ein System zur Schätzung des Reifenverschleißes auf der Grundlage mehrerer Prädiktoren, um eine genaue und zuverlässige Schätzung zu ermöglichen.
Hintergrund der Erfindung
Der Reifenverschleiß spielt eine wichtige Rolle bei Fahrzeugfaktoren wie Sicherheit, Zuverlässigkeit und Leistung. Die Laufstreifenabnutzung, die sich auf den Materialverlust des Reifenlaufstreifens bezieht, wirkt sich direkt auf diese Fahrzeugfaktoren aus. Daher ist es wünschenswert, den Umfang der Laufstreifenabnutzung eines Reifens zu überwachen und/oder zu messen.
Ein Ansatz zur Überwachung und/oder Messung der Laufstreifenabnutzung ist die Verwendung von Verschleißsensoren, die in dem Laufstreifen des Reifens angebracht sind, was als direkte Methode oder Ansatz bezeichnet wird. Der direkte Ansatz zur Messung des Reifenverschleißes durch im Reifen angebrachte Sensoren birgt mehrere Herausforderungen. Das Einbauen der Sensoren in einen unvulkanisierten oder „grünen“ Reifen eingebaut, der dann bei hohen Temperaturen vulkanisiert wird, kann die Verschleißsensoren beschädigen. Darüber hinaus kann die Haltbarkeit der Sensoren ein Problem darstellen, wenn es darum geht, die Anforderungen an die Millionen von Zyklen für Reifen zu erfüllen. Außerdem müssen die Verschleißsensoren bei einem direkten Messverfahren klein genug sein, um keine Gleichmäßigkeitsprobleme zu verursachen, wenn sich der Reifen mit hoher Geschwindigkeit dreht. Schließlich können Verschleißsensoren kostspielig sein und die Kosten des Reifens erheblich erhöhen.
Aufgrund dieser Herausforderungen wurden alternative Ansätze entwickelt, die eine Vorhersage der Laufstreifenabnutzung über die Lebensdauer des Reifens beinhalten. Diese alternativen Ansätze haben im Stand der Technik gewisse Nachteile erfahren, da es keine optimalen Vorhersagetechniken gibt, was wiederum die Genauigkeit und/oder Zuverlässigkeit der Vorhersage der Laufstreifenabnutzung verringert.
Infolgedessen besteht ein Bedarf auf dem Gebiet an einem System, das den Reifenverschleiß genau und zuverlässig vorhersagt.
Zusammenfassung der Erfindung
Die Erfindung bezieht sich auf ein System nach Anspruch 1.
Die abhängigen Ansprüche beziehen sich auf bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung.
Gemäß einem Aspekt einer beispielhaften Ausführungsform der Erfindung wird ein System zur Abschätzung des Reifenverschleißes bereitgestellt. Das System umfasst mindestens einen Reifen, der ein Fahrzeug trägt. An dem Reifen ist mindestens ein Sensor angebracht, der einen ersten Prädiktor erzeugt. Eine Nachschlagetabelle oder eine Datenbank speichert Daten für einen zweiten Prädiktor. Einer der Prädiktoren enthält mindestens einen Fahrzeugeffekt. Ein Modell empfängt die Prädiktoren und erzeugt eine geschätzte Verschleißrate für den mindestens einen Reifen.
Weiter wird ein Verfahren zur Abschätzung der Abnutzung eines Reifens, der ein Fahrzeug trägt, bereitgestellt. Das Verfahren umfasst die Bereitstellung mindestens eines Sensors, der an dem Reifen befestigt ist. Ein erster Prädiktor wird von dem mindestens einen Sensor erzeugt. Zum Speichern von Daten wird mindestens eine von einer Nachschlagetabelle oder einer Datenbank bereitgestellt. Ein zweiter Prädiktor wird aus der Nachschlagetabelle oder der Datenbank generiert. Einer der Prädiktoren enthält mindestens einen Fahrzeugeffekt. Die Prädiktoren werden in ein Modell eingegeben, und mit dem Modell wird eine geschätzte Abnutzungsrate für den Reifen erzeugt. Die geschätzte Abnutzungsrate wird an ein Fahrzeugbetriebssystem übermittelt.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Die Erfindung wird anhand von Beispielen und unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben, in denen:

ist eine perspektivische Ansicht eines Fahrzeugs und eines mit einem Sensor ausgestatteten Reifens;
ist eine grafische Darstellung, die die Auswirkung der Radposition auf die Laufstreifenabnutzung zeigt;
ist ein schematisches Diagramm des Fahrzeugantriebstrangs und der Positionen der Räder;
ist ein Boxplot, der die Beziehung zwischen Radposition und Laufstreifenabnutzung für verschiedene Antriebsstrangarten zeigt;
ist ein Boxplot, der einen Vergleich der Laufstreifenabnutzung für Fahrstrecken unterschiedlicher Schweregrade zeigt;
ist eine grafische Darstellung, die den Zusammenhang zwischen Laufstreifenabnutzung und Reifenkraftschwere zeigt;
ist eine grafische Darstellung, die die Korrelation zwischen Laufstreifenabnutzung und Reifendimensionen zeigt;
ist ein Boxplot, der den Zusammenhang zwischen Laufstreifenabnutzung und Witterungseffekten zeigt;
ist ein Boxplot, der die Beziehung zwischen Laufstreifenabnutzung und Eigenschaften der Laufstreifenzusammensetzung zeigt;
10 ist eine schematische Darstellung der Prädiktoren, die in einer ersten beispielhaften Ausführungsform des Systems zur Abschätzung des Reifenverschleißes gemäß der vorliegenden Erfindung verwendet werden;
11 ist eine grafische Darstellung der Genauigkeit einer beispielhaften Ausführungsform des Systems zur Abschätzung des Reifenverschleißes der vorliegenden Erfindung.
12 ist eine schematische Darstellung einer zweiten beispielhaften Ausführungsform des erfindungsgemäßen Systems zur Schätzung des Reifenverschleißes;
13 ist eine schematische Darstellung der Datenintegration in der zweiten beispielhaften Ausführungsform des erfindungsgemäßen Systems zur Schätzung des Reifenverschleißes; und
14 ist eine schematische Darstellung der Implementierung der ersten und zweiten beispielhaften Ausführungsform des erfindungsgemäßen Systems zur Schätzung des Reifenverschleißes.

Ähnliche Ziffern beziehen sich auf ähnliche Teile in den Zeichnungen.
Definitionen
„ANN“ oder „Artificial Neural Network“ ist ein adaptives Werkzeug für die nichtlineare statistische Datenmodellierung, das seine Struktur auf der Grundlage externer oder interner Informationen ändert, die während einer Lernphase durch ein Netz fließen. Neuronale ANN-Netze sind nichtlineare statistische Datenmodellierungswerkzeuge, die zur Modellierung komplexer Beziehungen zwischen Eingaben und Ausgaben oder zum Auffinden von Mustern in Daten verwendet werden.
„Axial“ und „axiale Richtung“ bedeuten Linien oder Richtungen, die sich parallel zur Drehachse des Reifens erstrecken.
„CAN-Bus“ ist eine Abkürzung für Controller Area Network.
„Umfangsrichtung“ bezeichnet Linien oder Richtungen, die sich entlang des Umfangs der Oberfläche des ringförmigen Laufstreifens rechtwinklig zur axialen Richtung erstrecken.
„Aufstandsfläche“ ist die Kontaktfläche oder der Kontaktbereich, der durch den Laufstreifen des Reifens mit einer ebenen Fläche entsteht, wenn der Reifen rotiert oder rollt.
„Kalman-Filter“ ist eine Reihe von mathematischen Gleichungen, die einen Schätzer des Typen Prädiktor-Korrektor implementieren, der insofern optimal ist, als er die geschätzte Fehlerkovarianz minimiert, wenn einige vorausgesetzte Bedingungen erfüllt sind.
„Lateral“ bedeutet eine axiale Richtung.
„Luenberger-Observer“ ist ein Zustandsbeobachter oder ein Schätzungsmodell. Ein „Zustandsbeobachter“ ist ein System, das eine Schätzung des internen Zustands eines gegebenen realen Systems anhand von Messungen des Eingangs und des Ausgangs des realen Systems liefert. Es ist in der Regel computerimplementiert und bildet die Grundlage für viele praktische Anwendungen.
„MSE“ ist eine Abkürzung für den mittleren quadratischen Fehler, d. h. den Fehler zwischen einem gemessenen Signal und einem geschätzten Signal, den der Kalman-Filter minimiert.
„Nettoaufstandsfläche“ ist die Gesamtfläche der bodenberührenden Laufstreifenelemente zwischen den Seitenkanten über den gesamten Umfang des Laufstreifens geteilt durch die Bruttofläche des gesamten Laufstreifens zwischen den Seitenkanten.
„PSD“ ist die Leistungsspektraldichte (eine technische Bezeichnung, die gleichbedeutend mit FFT (fast fourier transform) ist).
„Radial“ und „radiale Richtung“ bedeuten Richtungen radial zur oder weg von der Drehachse des Reifens.
Detaillierte Beschreibung von Ausführungsbeispielen der Erfindung
Eine erste beispielhafte Ausführungsform des Systems zur Schätzung des Reifenverschleißes der vorliegenden Erfindung ist in den 1 bis 11 mit 50 bezeichnet. Unter besonderer Bezugnahme auf 1 schätzt das System 50 den Reifenverschleiß jedes Reifens 12, der ein Fahrzeug 10 trägt. Obwohl das Fahrzeug 10 als Personenkraftwagen dargestellt ist, soll die Erfindung nicht so eingeschränkt werden. Die Prinzipien der Erfindung finden auch in anderen Fahrzeugkategorien Anwendung, wie z. B. bei Nutzfahrzeugen, bei denen die Fahrzeuge von mehr oder weniger Reifen getragen werden können.
Die Reifen 12 sind konventionell aufgebaut und werden auf ein Rad 14 montiert. Jeder Reifen umfasst ein Paar Seitenwände 18, die sich zu einem umlaufenden Laufstreifen 16 erstrecken, die sich mit zunehmendem Alter durch Straßenabrieb abnutzt. Jeder Reifen 12 ist vorzugsweise mit einem Sensor oder Messwertaufnehmer 24 ausgestattet, der am Reifen angebracht ist, um bestimmte Echtzeit-Reifenparameter wie Reifendruck und -temperatur zu erfassen. Der Sensor 24 enthält vorzugsweise auch eine Reifenidentifikation (Reifen-ID) für jeden einzelnen Reifen 12 und überträgt die gemessenen Parameter und die Daten der Reifen-ID zur Analyse an einen entfernten Prozessor, wie z. B. einen in den CAN-Bus des Fahrzeugs integrierten Prozessor. Bei dem Sensor 24 kann es sich um ein Reifendrucküberwachungsmodul oder um einen Reifendrucküberwachungssensor (TPMS) handeln, und ist von einem im Handel erhältlichen Typ. Der Sensor 24 wird vorzugsweise mit geeigneten Mitteln, wie z. B. Klebstoff, an einer Innenschicht 22 des Reifens 12 befestigt. Der Sensor 24 kann jede bekannte Konfiguration aufweisen, wie z. B. piezoelektrische Sensoren, die einen Druck innerhalb eines Reifenhohlraums 20 erfassen.
Das System 50 zur Abschätzung des Reifenverschleißes und die dazugehörige Methode versuchen, die Herausforderungen zu überwinden, die sich aus den Methoden des Standes der Technik ergeben, die den Zustand des Reifenverschleißes durch direkte Sensormessungen messen. Daher werden das System und das Verfahren hier als „indirektes“ Verschleißerfassungssystem und -verfahren bezeichnet, das die Verschleißrate schätzt. Der direkte Ansatz des Standes der Technik zur Messung des Zustands des Reifenverschleißes mit Hilfe von am Reifen montierten Sensoren birgt mehrere Probleme, die oben beschrieben sind. Das System 50 zur Abschätzung des Reifenverschleißes und die dazugehörige Methode verwenden einen indirekten Ansatz und vermeiden die Probleme, die mit der Verwendung von direkt auf dem Reifenlaufstreifen 16 montierten Sensoren einhergehen. Das System 50 verwendet stattdessen ein Modell zur Reifenverschleißschätzung, das mehrere Eingangsparameter erhält, um eine hochpräzise Schätzung der Reifenverschleißrate zu erzeugen.
Aspekte des Systems 50 zur Abschätzung des Reifenverschleißes werden vorzugsweise auf einem Prozessor ausgeführt, der über den CAN-Bus des Fahrzeugs zugänglich ist, der die Eingabe von Daten vom Sensor 24 sowie die Eingabe von Daten aus einer Nachschlagetabelle oder einer Datenbank ermöglicht, die in einem geeigneten Speichermedium gespeichert ist und in elektronischer Kommunikation mit dem Prozessor steht. Wie in dargestellt, verwendet das System 50 zur Abschätzung des Reifenverschleißes eine breite Auswahl an Prädiktoren 52, die eingegeben werden, um eine Schätzung des Reifenverschleißes oder der Reifenverschleißrate 60 zu liefern. Es wird darauf hingewiesen, dass der Begriff „Laufstreifenabnutzung“ der Einfachheit halber hier austauschbar mit dem Begriff „Reifenverschleiß“ verwendet werden kann.
Ein erster der Prädiktoren 52 für das System 50 zur Abschätzung des Reifenverschleißes umfasst Fahrzeugeffekte 54. Insbesondere ist ein Fahrzeugeffekt 54 eine Radposition 56 an dem Fahrzeug 10. Das Fahrzeug 10 umfasst vier verschiedene Radpositionen 56: Fahrerseite oder linke Seite vorne, Beifahrerseite oder rechte Seite vorne, Fahrerseite oder linke Seite hinten und Beifahrerseite oder rechte Seite hinten. Der Reifen 12 an jeder Radposition 56 weist ein anderes Abnutzungsmuster auf, was zu einer unterschiedlichen Laufstreifenabnutzung führt. Zum Beispiel, wie in gezeigt, unterliegt jede Radposition 56 der linken Vorderseite (LF), der rechten Vorderseite (RF), der linken Hinterseite (LR) und der rechten Hinterseite (RR) einem unterschiedlichen Profilverschleiß, der durch die Profiltiefe angezeigt wird, wenn das Fahrzeug 10 gefahren wird. Daher ist die Radposition 56 einer der Prädiktoren 52, die in das System 50 zur Abschätzung des Reifenverschleißes eingegeben werden. Die Radposition 56 kann von dem Sensor 24 erfasst werden, kann in den Reifen-ID-Daten enthalten sein und/oder kann in dem oben beschriebenen Speichermedium gespeichert sein.
Wie in 10 gezeigt, ist ein weiterer Fahrzeugeffekt 54 die Fahrzeugantriebsstrangart 58. Insbesondere wird die Laufstreifenabnutzung des Reifens 12 an jeder Radposition 56 bedeutsamer, wenn die Antriebsstrangart 58 berücksichtigt wird. Wie in dargestellt, gibt es drei verschiedene Antriebsstrangarten 58: Vorderradantrieb 58a, Allradantrieb 58b und Hinterradantrieb 58c. Jeder Antriebsstrangart 58 wirkt sich auf den Reifenverschleiß aus. Bei Vorderradantrieb 58a wird die vordere Lenkachse angetrieben, so dass beide Vorderreifen angetrieben und gelenkt werden, während die Hinterreifen nicht angetrieben oder gelenkt werden. Beim Allradantrieb 58b werden die Vorder- und Hinterachse angetrieben, so dass die Vorderreifen angetrieben und gelenkt werden, während die Hinterreifen angetrieben, aber nicht gelenkt werden. Beim Hinterradantrieb 58c wird die Hinterachse angetrieben, so dass die Vorderreifen gelenkt, aber nicht angetrieben werden, während die Hinterreifen angetrieben und nicht gelenkt werden.
In zeigt ein Boxplot die Beziehung zwischen der Radposition 56 und der Laufstreifenabnutzung für verschiedene Antriebsstrangsarten 58. Bei einem Allradantrieb 58b sind die Abnutzungsraten der Reifen 12 an allen vier Radpositionen 56 ähnlich. Bei einem Vorderradantrieb 58a sind die Verschleißraten der Vorderreifen etwa doppelt so hoch wie die der Hinterreifen. Beim Hinterradantrieb 58c sind die Verschleißraten der Hinterreifen etwa 1,5 mal so hoch wie die der Vorderreifen. Daher hat die Antriebsstrangart 58 einen erheblichen Einfluss auf den Reifenverschleiß und ist einer der Prädiktoren 52, die in das System 50 zur Abschätzung des Reifenverschleißes eingegeben werden. Die Antriebsstrangart 58 kann vom Sensor 24 erfasst werden, in den Reifen-ID-Daten enthalten sein und/oder in dem oben beschriebenen Speichermedium gespeichert sein.
Wie in 10 gezeigt, enthält ein zweiter der Prädiktoren 52 für das System 50 zur Abschätzung des Reifenverschleißes Strecken- und Fahrereffekte 62. Die Strecken- und Fahrereffekte 62 umfassen wiederum die Straßenschwere 64 und die Fahrerschwere 66. Die Straßenschwere 64 berücksichtigt die Anzahl der Kurven, Starts und Stopps auf einer vom Fahrzeug 10 gefahrenen Strecke. Eine Strecke, die mehr Kurven, mehr Starts und/oder mehr Stopps als eine andere Straßenschwere enthält, wird als schwieriger angesehen und hat daher eine höhere Straßenschwere 64. ist ein Boxplot, der einen Vergleich der Laufstreifenabnutzung für Fahrstrecken mit zwei unterschiedlichen Schweren zeigt. Die Strecke LG11 hat eine höhere Straßenschwere 64 als die Strecke LG21. Da die Route LG11 eine höhere Straßenschwere 64 aufweist und somit eine schwerere Route ist, führt sie zu einem höheren Verschleiß der Reifen 12.
Die Fahrerschwere 66 berücksichtigt den Fahrstil des Fahrers des Fahrzeugs 10. Eine aggressivere Fahrweise, wie z. B. aggressives Anfahren und Anhalten, erzeugt mehr Reibungsenergie, was die Reifenkraft erhöht, und die Laufstreifenabnutzung verstärkt. Wie in dargestellt, kann die Fahrersschwere 66 als Kraftschwere auf den Reifen 10 ausgedrückt werden. Die Berechnung der auf den Reifen 10 einwirkenden Kraftschwere kann mit verschiedenen Verfahren erfolgen. Ein beispielhaftes Verfahren ist in US-B-9,873,293 beschrieben. ist eine grafische Darstellung, die den Zusammenhang zwischen Laufstreifenabnutzung und Kraftschwere des Reifens zeigt, aus der hervorgeht, dass eine höhere Kraftschwere des Fahrers 66 zu mehr Reifenverschleiß führt. Die Strecken- und Fahrereffekte 62 können vom Sensor 24 erfasst werden, in den Reifen-ID-Daten enthalten sein und/oder in dem oben beschriebenen Speichermedium gespeichert sein.
Zurück zu 10: Ein dritter der Prädiktoren 52 für das System 50 zur Abschätzung des Reifenverschleißes umfasst dimensionale Reifeneffekte 68. Die Reifendimensionseffekte 68 umfassen wiederum die Felgengröße 70, die Reifenbreite 72 und den Reifenaußendurchmesser 74. zeigt eine grafische Darstellung der Korrelation zwischen der Laufstreifenabnutzung und den Reifenabmessungen 68, einschließlich der Felgengröße 70, der Reifenbreite 72 und des Reifenaußendurchmessers 74. Diese Korrelation zeigt, dass die Reifengröße die Abnutzungsrate beeinflusst, da größere Reifen dazu neigen, sich stärker abzunutzen. Daher sind die Reifenabmessungen 68 einer der Prädiktoren 52, die in das System 50 zur Abschätzung des Reifenverschleißes eingegeben werden. Die maßlichen Reifeneffekte 68 können vom Sensor 24 erfasst werden, in den Reifen-ID-Daten enthalten sein und/oder in dem oben beschriebenen Speichermedium gespeichert sein.
Ein vierter der Prädiktoren 52 für das System 50 zur Schätzung des Reifenverschleißes, wie in dargestellt, umfasst die Witterungseffekte 76. ist ein Boxplot, der die Beziehung zwischen Laufstreifenverschleiß und Witterungseffekten 76 zeigt. Aus dem Boxplot ist ersichtlich, dass in Jahreszeiten mit niedrigeren Temperaturen höhere Verschleißraten auftreten. Ein geeigneter Indikator für die Witterungseffekte 76 ist daher die Umgebungstemperatur 78. Höhere Verschleißraten treten also bei niedrigeren Umgebungstemperaturen 78 auf. Die Umgebungstemperatur 78 wird vorzugsweise von dem Sensor 24 erfasst und in das System 50 zur Abschätzung des Reifenverschleißes eingegeben.
Wiederum mit Bezug auf 10 umfasst ein fünfter der Prädiktoren 52 für das System 50 zur Abschätzung des Reifenverschleißes physikalische Reifeneffekte 80. Die physikalischen Reifeneffekte 80 umfassen wiederum die für den Laufstreifen 16 verwendete Zusammensetzung, die durch den Laufstreifenoberteilcode 82 angegeben werden kann, und die Laufstreifenstruktur, die durch den Reifenformcode 84 angegeben werden kann. ist beispielsweise ein Boxplot, der die Beziehung zwischen Laufstreifenabnutzung und verschiedenen Arten von Laufstreifenzusammensetzungen 82 zeigt. Wie aus hervorgeht, beeinflussen die Eigenschaften einer bestimmten Laufstreifenzusammensetzung 82 den Verschleiß ebenso wie die Eigenschaften einer bestimmten Laufstreifenstruktur 84. Daher sind die physikalischen Reifeneffekte 80 einer der Prädiktoren 52, die in das System 50 zur Abschätzung des Reifenverschleißes eingegeben werden. Die physikalischen Reifeneffekte 80 können in den Reifen-ID-Daten enthalten sein und/oder in dem oben beschriebenen Speichermedium gespeichert sein.
Andere Prädiktoren 52 können optional in dem System 50 zur Abschätzung des Reifenverschleißes verwendet werden. Zum Beispiel kann der vom Sensor 24 erfasste Reifendruck als Prädiktor 52 verwendet werden, da ein zu niedriger Druck, bekannt als Unterdruck, und ein zu hoher Druck, bekannt als Überdruck, die Abnutzungsrate des Reifens 12 beeinflussen können. Die Rauheit der vom Fahrzeug 10 befahrenen Straße kann sich auf den Reifenverschleiß auswirken und kann daher als Prädiktor 52 verwendet und von dem Sensor 24 erfasst und/oder in dem oben beschriebenen Speichermedium gespeichert werden. Auch das Scheuern der Reifen 12, d. h. das Schleifen eines Reifens in seitlicher Richtung aufgrund von kurzen Kurvenfahrten oder Parkmanövern, kann den Reifenverschleiß beschleunigen und kann vom Sensor 24 erfasst und als Prädiktor 52 verwendet werden.
Wie in dargestellt, werden alle Prädiktoren 52 in ein Modell 86 eingegeben, um die geschätzte Verschleißrate 60 für einen bestimmten Reifen 12 zu ermitteln. Das System 50 zur Abschätzung des Reifenverschleißes erzeugt die geschätzte Verschleißrate 60 durch Modellanpassung, wobei jedes geeignete Modell ausgewählt werden kann. Zum Beispiel kann ein lineares Mehrfachregressionsmodell (MLR) verwendet werden. Die lineare Regression ist eine einfache Methode des überwachten Lernens. Sie geht davon aus, dass die Abhängigkeit von Y von X1; X2; ... Xp linear ist. In diesem Beispiel lautet das Modell: $Y = β_{0} + β_{1} X_{1} + β_{2} X_{2} + \dots + β_{p} X_{p} + ε,$
Wir interpretieren β_j als die durchschnittliche Auswirkung einer Erhöhung von X_i um eine Einheit auf Y, wobei alle anderen Prädiktoren unverändert bleiben.
Die Modellanpassung erfolgt mittels schrittweiser Regression, die ihrerseits eine Vorwärtsselektionstechnik mit p-Wert-Kriterien verwendet. Die Auswahl der Regressionsteilmengen erfolgt mit Hilfe einer schrittweisen Vorwärtsselektionstechnik. Bei dieser Technik beginnt man mit einem Modell ohne Prädiktoren, d. h. das Modell wird nur mit dem Achsenabschnitt erstellt. Die unabhängige Variable mit dem niedrigsten p-Wert oder dem höchsten F-Wert wird ausgewählt, und die übrigen Variablen werden nacheinander zum bestehenden Modell hinzugefügt. Die Variable mit dem niedrigsten signifikanten p-Wert wird ausgewählt. Dieser Schritt wird so lange wiederholt, bis der niedrigste p-Wert größer als 0,05 ist. Zusammengefasst besteht das Verfahren darin, mit dem einfachsten Modell, Y = β₀, zu beginnen und einen Prädiktor nach dem anderen hinzuzufügen, bis kein statistisch signifikanter Unterschied zwischen dem Hinzufügen eines weiteren Prädiktors besteht.
Natürlich kann jede geeignete Modellierungstechnik, die dem Fachmann bekannt ist, verwendet werden, ohne das Konzept oder die Funktionsweise der Erfindung zu beeinträchtigen. Sobald die geschätzte Verschleißrate 60 generiert ist, wird sie von dem System 50 zur Abschätzung des Reifenverschleißes über den Fahrzeug-CAN-Bus an die Fahrzeugbetriebssysteme, wie z. B. Brems- und Stabilitätskontrollsysteme, weitergeleitet.
In ist eine grafische Darstellung der Genauigkeit einer beispielhaften Ausführungsform des Systems 50 zur Abschätzung des Reifenverschleißes der vorliegenden Erfindung zu sehen. Die Verwendung des Modells 86 mit mehreren Eingangsprädiktoren 52 erreicht eine Genauigkeit von über 85 % bei der Verschleißschätzung, was auf eine genaue und zuverlässige Schätzung der Reifenverschleißrate 60 hinweist. Auf diese Weise verwendet das System 50 zur Abschätzung des Reifenverschleißes der vorliegenden Erfindung mehrere Prädiktoren, um den Reifenverschleiß genau und zuverlässig zu messen.
Eine zweite beispielhafte Ausführungsform des Systems zur Schätzung des Reifenverschleißes der vorliegenden Erfindung ist in den 12 bis 14 mit 100 bezeichnet. Unter besonderer Bezugnahme auf 12 enthält die zweite Ausführungsform des Systems 100 zur Abschätzung des Reifenverschleißes die erste Ausführungsform des Systems 100 zur Abschätzung des Reifenverschleißes, wie oben beschrieben, und fügt bestimmte Echtzeit-Prädiktoren 102 hinzu. Insbesondere ist die erste Ausführungsform des Systems 50 zur Abschätzung des Reifenverschleißes ein indirektes Verschleißerfassungssystem und -verfahren, das ein Modell zur Reifenverschleißschätzung verwendet, das mehrere Eingangsparameter oder Prädiktoren 52 empfängt, um eine hochgenaue Schätzung der Reifenverschleißrate zu erzeugen. Die zweite Ausführungsform des Systems 100 zur Abschätzung des Reifenverschleißes fügt Prädiktoren 102 hinzu, die Echtzeitmessungen der erfassten Bedingungen des Reifens 12 beinhalten.
Solche Echtzeitmessungen umfassen Änderungen der physikalischen Attribute oder Eigenschaften des Reifens, wie z. B. die Steifigkeit des Laufstreifens 16. Die Echtzeitmessung und -modellierung solcher physikalischen Attribute oder Eigenschaften kann durch Techniken erfolgen, die dem Fachmann bekannt sind.
Wie in 13 gezeigt, wird ein vorausgesagter Verschleißzustand 104 berechnet, wenn die erste Ausführungsform des Systems 50 zur Abschätzung des Reifenverschleißes mit den Echtzeitprädiktoren 102 integriert wird. Der vorhergesagte Verschleißzustand 104 umfasst die oben beschriebene Verschleißrate 60 unter Hinzufügung der korrigierten Echtzeitprädiktoren, die die gemessenen Verschleißzustandsparameter 106 mit Filteranpassungen 108 enthalten. Insbesondere subtrahieren oder entfernen die Filteranpassungen 108 Daten, die „Rauschen“ oder ungenaue Werte erzeugen können.
zeigt, dass die zweite Ausführungsform des Systems 100 zur Abschätzung des Reifenverschleißes mit einem cloudbasierten Server 110 implementiert werden kann. Insbesondere sind Sensoren am Reifen 12 und/oder am Fahrzeug 10 eine erste Quelle 114, die Echtzeit-Prädiktoren 102 messen, die mit bekannten Mitteln 112 drahtlos an den Server 110 übertragen werden. Der Reifensensor 24 kann auch bestimmte ausgewählte Prädiktoren 52, wie die Umgebungstemperatur 78 und Reifenidentifikationsdaten, an den Server 110 übertragen. Andere ausgewählte Prädiktoren 52 zur Abschätzung der Verschleißrate 60, wie Standort-, Wetter- und Straßenzustandsdaten, können von einer zweiten Quelle 116 an den Server 110 übertragen werden. Noch andere ausgewählte Prädiktoren 52 für die Schätzung der Verschleißrate 60, wie z. B. Daten über die Laufstreifenzusammensetzung 82 und Daten über die Laufstreifenstruktur 84, können von einer dritten Quelle 118 an den Server 110 gesendet werden. Auf dem Server 110 werden die Prädiktoren 52 in das Modell 86 zur Schätzung der Verschleißrate 60 eingegeben, das mit den Echtzeitprädiktoren 102 integriert wird, um den vorhergesagten Verschleißzustand 104 zu erhalten. Der vorhergesagte Verschleißzustand 104 wird drahtlos mit bekannten Mitteln 112 an ein Gerät 120 zur Anzeige für einen Benutzer oder einen Techniker, wie z. B. ein Smartphone, übertragen.
Auf diese Weise bietet die zweite Ausführungsform des Systems 100 zur Abschätzung des Reifenverschleißes eine zusätzliche Verfeinerung und Genauigkeit, da sie die Prädiktoren 102 der Echtzeitmessungen der erfassten Bedingungen des Reifens 12 zu der Schätzung der Verschleißrate 60 hinzufügt, die von der ersten Ausführungsform des Systems 50 zur Abschätzung des Reifenverschleißes erzeugt wird.
Beschrieben wird auch ein Verfahren zur Schätzung der Verschleißrate eines Reifens 12. Das Verfahren umfasst Schritte gemäß der vorstehenden Beschreibung, die in den 1 bis 14 dargestellt ist.
Es versteht sich, dass die Struktur und das Verfahren des oben beschriebenen Systems zur Abschätzung des Reifenverschleißes geändert oder neu angeordnet werden können, oder Komponenten oder Schritte, die dem Fachmann bekannt sind, weggelassen oder hinzugefügt werden können, ohne das Gesamtkonzept oder die Funktionsweise der Erfindung zu beeinträchtigen.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

US 9873293 B [0031]

Claims

Ein Reifenverschleißschätzsystem, umfassend: wenigstens einen Reifen, der ein Fahrzeug trägt; wenigstens einen Sensor, der an dem Reifen befestigt ist, um einen ersten Prädiktor zu erzeugen; zumindest eines von einer Nachschlagetabelle und einer Datenbank, die Daten für einen zweiten Prädiktor speichert, wobei mindestens einer von den ersten und zweiten Prädiktoren wenigstens einen Fahrzeugeffekt einschließt; und ein Modell, das zum Empfangen der Prädiktoren und zum Erzeugen einer geschätzten Verschleißrate für den wenigstens einen Reifen konfiguriert ist, wobei das System weiter einen zusätzlichen Prädiktor umfasst, der zumindest eines von einem Streckenschweregrad und einem Fahrerschweregrad einschließt, oder einen zusätzlichen Prädiktor, der zumindest eines von einer Zusammensetzungsidentifikation für den wenigstens einen Reifen und einer Laufstreifenstrukturidentifikation für den wenigstens einen Reifen einschließt.
Das Reifenverschleißschätzsystem nach Anspruch 1, wobei das Modell konfiguriert ist, um die geschätzte Verschleißrate auf einem Prozessor zu erzeugen, der durch einen Fahrzeug-CAN-Bus zugänglich ist.
Das Reifenverschleißschätzsystem nach Anspruch 1 oder 2, ferner umfassend Mittel zum Übermitteln der geschätzten Verschleißrate an ein Fahrzeugbetriebssystem.
Das Reifenverschleißschätzsystem nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der erste Prädiktor Wettereffekte einschließt.
Das Reifenverschleißschätzsystem nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der erste Prädiktor eine Umgebungstemperatur ist.
Das Reifenverschleißschätzsystem nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der wenigstens eine Fahrzeugeffekt zumindest eines von einer Radposition des wenigstens einen Reifens und einer Antriebsstrangart des Fahrzeugs einschließt.
Das Reifenverschleißschätzsystem nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, weiter umfassend einen zusätzlichen Prädiktor, der zumindest eines von einer Felgengröße des wenigstens einen Reifens, einer Breite des wenigstens einen Reifens und eines Außendurchmessers des wenigstens einen Reifens einschließt.
Das Reifenverschleißschätzsystem nach Anspruch 1, wobei die Zusammensetzungsidentifikation in einem Laufstreifenoberteilcode ausgedrückt ist und/oder wobei die Laufstreifenstrukturidentifikation in einem Reifenformcode ausgedrückt ist.
Das Reifenverschleißschätzsystem nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, ferner umfassend zusätzliche Prädiktoren, die zumindest eines von einem Druck des wenigstens einen Reifens, einer Straßenrauheit und Reifenscheuervorfälle einschließen.
Das Reifenverschleißschätzsystem nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Modell ein lineares Modell mit multipler Regression einschließt.
Das Reifenverschleißschätzsystem nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, ferner umfassend einen zusätzlichen Prädiktor, der eine Echtzeitmessung eines erfassten physikalischen Zustands des wenigstens einen Reifens einschließt, und wobei das Modell die Echtzeitmessung mit der geschätzten Verschleißrate integriert.