DE4330617A1 - Verfahren zur Bestimmung des Reifenluftdrucks von Fahrzeugrädern - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Ein derartiges Verfahren ist aus der DE 29 05 931 C be­ kannt. Dabei wird ein Frequenzbereich von 0 bis 3 Hz (unterer Frequenzbereich) und von 3 bis 20 Hz (oberer Frequenzbereich) betrachtet. Der untere Frequenzbereich ist für Schwingungen des Fahrzeugaufbaus, der obere Fre­ quenzbereich für Schwingungen des Rad-/Aufbausystems cha­ rakteristisch. Die Bestimmung des Reifenluftdrucks aus den Ausgangssignalen des Beschleunigungssensors in dem Frequenzbereich von deutlich unter 50 Hz bereitet inso­ weit Probleme, als dabei eine Aussage über den Reifen­ luftdruck allein nicht zu gewinnen ist. Vielmehr spielt auch das Verhalten der Stoßdämpfer eine Rolle.

Um zwischen dem Einfluß des Reifenluftdrucks und dem des zugehörigen Stoßdämpfers zu unterscheiden, ist es notwen­ dig, entweder zwei Auswerteschaltungen für das Ausgangs­ signal eines Bewegungssensors vorzusehen, mit denen der untere und der obere Frequenzbereich analysiert wird, oder aber mit zwei Bewegungssensoren pro Rad zu arbeiten, von denen einer an einer dem zu überwachenden Rad nahe­ liegenden Stelle der Fahrzeugkarosserie und der andere an einem tragenden Bauteil des Rades angeordnet ist.

Ferner ist aus der DE 40 09 540 A1 ein weiteres Verfahren der eingangs genannten Art bekannt, mit dem die Eigenfre­ quenzen der Radvertikalbewegungen unter Berücksichtigung der maximalen Schwingungsamplituden und aus dem Eigenfre­ quenzen die Federraten der einzelnen Räder ermittelt wer­ den. Aus der jeweiligen Federrate wird unter Berücksich­ tigung fahrzeugspezifischer Meßdaten, wie Beladung, Fahr­ zeuggeschwindigkeit, Schräglaufwinkel, Sturzwinkel und dgl. auf den Luftdruck in dem Reifen geschlossen. Auch dieses Verfahren ist, wie das vorgenannte, besonders auf­ wendig, da es zusätzliche Sensorik oder aber den Einsatz von Simulationsmodellen erfordert, bei denen unter Zu­ grundelegen weiterer Informationen, wie Reifentemperatur, Außentemperatur, Betriebszeit und Bremsenbetätigung, die zu bestimmenden Meßgrößen festgelegt werden.

Beiden Verfahren gemeinsam ist, daß sie trotz des hohen Aufwands relativ ungenau sind, da erfahrungsgemäß zusätz­ liche Einflußgrößen das Ergebnis bestimmen, die ihrer­ seits nicht oder nicht mit hinreichender Genauigkeit be­ stimmbar sind. Dies zeigt sich in völlig unterschiedli­ chen Aussagen über den Reifenluftdruck bei aufeinander­ folgenden Meßzyklen ohne daß hierfür tatsächlich eine Än­ derung des Reifenluftdrucks vorliegt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der eingangs genannten Art zu schaffen, das mit geringem Aufwand eine präzise Aussage über den tatsächlichen Rei­ fenluftdruck ermöglicht.

Die Erfindung löst diese Aufgabe durch die kennzeichnen­ den Merkmale des Patentanspruchs 1.

Es hat sich gezeigt, daß in dem angegebenen Frequenzbe­ reich von ca. 70 bis 120 Hz eine Resonanzschwingung auf­ treten kann, deren Mittenfrequenz (Resonanzfrequenz) al­ lein vom Reifenluftdruck abhängt. Ursache hierfür ist die Gürtelschwingung des Fahrzeugreifens. Die Frequenz dieser Schwingung ist allein durch die Masse des Reifengürtels und den Reifenluftdruck bestimmt. Da diese wesentlich geringer als die Masse des Fahrzeugrads ist, ergibt sich der angegebene Frequenzbereich. Da Stoßdämpfer lediglich für niederfrequente Schwingungen wirksam sind, - typische Frequenzen liegen im Bereich der Eigenschwingungen des Fahrzeugaufbaus und betragen wenige Hz - ergibt sich, be­ dingt durch den großen Frequenzabstand, daß der Einfluß des Stoßdämpfers auf den angegebenen Frequenzbereich mit Sicherheit ausgeschlossen werden kann.

Voraussetzung für das Auftreten der angegebenen Resonanz­ schwingung ist eine Anregung mit dieser Frequenz. Für das Ergebnis ist dabei nicht die maximale Amplitude der Reso­ nanzschwingung, sondern lediglich ihre Mittenfrequenz maßgeblich. Damit ergibt sich, daß das Ergebnis frei von weiteren Einflußgrößen ist, die beispielsweise im Falle der DE 40 09 540 A1 schwer abzuschätzen sind.

Als einzige Variable für das Ergebnis ist die Masse des Reifengürtels anzunehmen. Da diese für verschiedene Reifentypen unterschiedlich sein kann, ist es daher vorteilhaft, die Mittenfrequenz auf den Reifentyp zu be­ ziehen. Wird die Mittenfrequenz mit einer für den Reifen­ typ charakteristischen Tabelle verglichen, so läßt sich damit unmittelbar der jeweilige Reifenluftdruck bestim­ men.

Anhand der Zeichnung ist die Erfindung weiter erläutert. Es zeigt

Fig. 1 ein Modell zur Erläuterung des für die Erfindung maßgeblichen Zusammenhangs der Schwingungen von Rad, Radgürtel und Aufbau eines Kraftfahrzeugs

Fig. 2 das Schwingungsspektrum eines Fahrzeugrads und

Fig. 3 eine Tabelle für die Bestimmung des Reifenluft­ drucks.

Fig. 1 zeigt als Modell ein einfaches Zwei-Massen- Schwingsystem, wobei die Masse m₁ die Radmasse ein­ schließlich anteiliger Fahrwerksbauteile und die Masse m₂ ein Gürtelmassestück des Reifens darstellt. Die weiteren Parameter sind die Aufbaufeder c₁, der Stoßdämpfer b₁, die durch den Reifenluftdruck gebildete Feder c₂, die Reifendämpfung b₂ und eine (nicht starre) Kopplung an die Straße c₃. Die Ortskoordinaten der Radachse sind z₀, des Reifengürtelstücks z₁ und die der Straße z (Anregung). Unter Zugrundelegen folgender Parameter

c₁ = 20000 N/m
m₁ = 40 kg
b₁ = 1000 N×s/m
m₂ = 0,9 kg
b₂ = 150 N×s/m

läßt sich das für einen konkreten Anwendungsfall ermit­ telte Beschleunigungsspektrum in Übereinstimmung bringen mit dem sich theoretisch ergebenden Verlauf. Das Spektrum wird mit Hilfe eines Bewegungssensors gewonnen, der in der Nähe der Radachse oder am unteren Stoßdämpferende sitzt (nicht dargestellt) und der ein Maß für die Verti­ kalbewegung des Fahrzeugrades oder der Radachse liefert. Es kann sich dabei um einen Weg-, Geschwindigkeits- oder Beschleunigungssensor handeln, aus dessen Ausgangssignal ggf. durch Differentiation ein Schwingungsspektrum gewon­ nen wird.

Dieses Schwingungsspektrum ist in Fig. 2 für ein Be­ schleunigungssensor dargestellt und für den Fall einer Schwellenüberfahrt für verschiedene Reifenluftdrucke ge­ wonnen. Der Wert des jeweiligen Reifenluftdrucks ist für jede der Kurven angegeben. Er schwankt zwischen 1,0 und 3,0 bar.

Damit ergibt sich ein Zusammenhang zwischen der Mitten­ frequenz der zwischen ca. 70 und 120 Hz auftretenden Resonanzschwingung, wie er in Fig. 3 wiedergegeben ist. Darin ist die Mittenfrequenz als Funktion des Reifenluft­ drucks wiedergegeben. Dieser funktionelle Zusammenhang ist in einer Tabelle hinterlegt. Er kann auch im Rahmen einer Fuzzy-Logik eingesetzt werden.

Die Verschiebung der Resonanzfrequenz der Gürtelschwin­ gung bietet ein Kriterium, den Reifenluftdruck absolut aus dem Einzel-Bewegungssignal eines Rades zu ermitteln. Der mögliche Einfluß des Reifentyps auf das Ergebnis ist, wie Versuche gezeigt haben, gering, da die Gürtelmasse, zumindest bei in etwa gleicher Reifengröße etwa den gleichen Wert unabhängig vom Reifentyp bzw. -Hersteller besitzt. Für das jeweilige Fahrzeug bedeutet dies, daß nur ein von der Norm stark abweichender Reifentyp als Einflußgröße in das Ergebnis für den Wert des Reifenluftdrucks eingeht.

Claims (2)

1. Verfahren zur Bestimmung des Reifenluftdrucks von Fahrzeugrädern, mit einem Sensor für die Vertikalbe­ wegung des Rades und mit einer Auswerteschaltung, der das Ausgangssignal des Sensors zugeführt wird, dadurch gekennzeichnet, daß das Ausgangssignal hin­ sichtlich der Frequenzanteile untersucht wird, die über 50 Hz liegen und daß bei einer relativen Ver­ größerung des Ausgangssignals in dem Bereich zwi­ schen 60 und 120 Hz die Mittenfrequenz bestimmt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittenfrequenz mit einer für den Reifentyp charakteristischen Tabelle verglichen wird.