DE60205272T2

DE60205272T2 - Verfahren zur schätzung der lufttemperatur im innenraum eines reifens und anwendung zum erfassen von anomalitäten im notlaufbetrieb

Info

Publication number: DE60205272T2
Application number: DE60205272T
Authority: DE
Inventors: Russell Shepherd; Richard Abinal; Eric Berger
Original assignee: Michelin Recherche et Technique SA Switzerland; Societe de Technologie Michelin SAS
Current assignee: Michelin Recherche et Technique SA Switzerland; Societe de Technologie Michelin SAS
Priority date: 2001-10-18
Filing date: 2002-10-15
Publication date: 2006-04-20
Anticipated expiration: 2022-10-16
Also published as: EP1438204A1; JP4131855B2; EP1464519B1; DE60233757D1; US20060193368A1; ATE300437T1; WO2003035414A1; DE60205272D1; US7043973B2; ATE442968T1; US20040261511A1; FR2831107A1; FR2831107B1; EP1464519A1; US7338201B2; EP1438204B1; JP2005506237A

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Abschätzen der Temperatur der Luft im Innenraum eines Reifens beim Abrollen sowie die Anwendung dieses Verfahrens, um Anomalitäten eines Reifens und eines Radsystems bei einem Platten zu erfassen.
Es ist bekannt, dass die Temperatur ein wesentlicher Parameter beim Betrieb bei Elementen aus Kautschuk ist, da die physikalischen und mechanischen Eigenschaften dieser Elemente in Abhängigkeit von der Temperatur erheblich schwanken. In Bezug auf Reifen ist die Temperatur der Luft im Innenraum zwischen Rad und Reifen ein wichtiger Indikator für die Betriebsbedingungen des Reifens. Es ist außerdem nicht immer einfach, diese Temperatur beim Abrollen zu messen, und man möchte sie zuverlässig abschätzen können.
Ziel der Erfindung ist es, ein Verfahren zum Abschätzen der Temperatur der Luft im Innenraum eines Reifens anzugeben, wobei: mit einer Einrichtung zum Messen der Temperatur der Luft in dem Hohlraum bei dem Reifen eine Reihe von Ablauftests vor dem Normalbetrieb bei gegebenen Geschwindigkeiten V und Außentemperaturen T_amb durchgeführt werden, wobei der Reifen eine gegebene Last trägt und der Hohlraum einen gegebenen relativen Innendruck aufweist, und es wird eine Funktion angepasst, die die Temperatur der Innenluft T_ai angibt als Funktion der Parameter Geschwindigkeit und Außentemperatur: Tai = F(V, Tamb);bei Normalbetrieb, bei dem der Reifen an einem Fahrzeug unter den obigen Bedingungen in Bezug auf Last und relativen Druck in dem Hohlraum betrieben wird, die Temperatur der Luft in dem Hohlraum in Abhängigkeit von der Geschwindigkeit des Fahrzeugs und der Außentemperatur des Fahrzeugs abgeschätzt wird.
Als bevorzugtes Beispiel kann die Innentemperatur T_ai gegeben sein durch:
wobei T_ai,n die zum Zeitpunkt t_n abgeschätzte Innentemperatur ist, T_ai,n-1 die zum Zeitpunkt t_n-1 abgeschätzte Innentemperatur ist, T_SS die Innentemperatur bei thermischem Gleichgewicht unter den gegebenen Versuchsbedingungen ist, τ der Anpassungskoeffizient ist und
wobei a, b, c und d Anpassungskoeffizienten sind.
Es ist von Vorteil, die Ablauftests unter solchen Bedingungen durchzuführen, bei denen der relative Druck in dem Hohlraum in kaltem Zustand dem normalen relativen Druck des Reifens entspricht.
Eine derartige Abschätzung kann besonders sinnvoll sein für den Fall, dass das System im Notlauf betrieben wird. In diesem Fall ist es von Vorteil, die Ablauftests unter Bedingungen eines Notlaufs durchzuführen, das heißt bei einem relativen Druck in dem Hohlraum des Reifens, der im Wesentlichen null ist.
Das obige Verfahren zum Abschätzen der Temperatur der Luft in dem Innenraum eines Reifens beim Abrollen kann auf zahlreiche Arten angewendet werden. Unter diesen ist die Erfassung von anomalen Betriebsbedingungen eines Reifens bei Abrollbedingungen, normal oder im Notlauf, besonders vorteilhaft.
Es ist bekannt, dass die Reduzierung des relativen Drucks eines Reifens abrupt erfolgen kann, beispielsweise nach einem Platzen, oder sehr langsam, beispielsweise bei einer Reifenpanne, jedoch besteht in allen Fällen das Risiko, dass es durch den Verlust der Kontrolle über das Fahrzeug zu einem Unfall kommen kann. Es wurden sogenannte "Notlauf-"Vorrichtungen entwickelt, die allgemein eine ringförmige Sicherheitsstütze im Innern des Reifens umfassen, um letzteren nicht vollständig kollabieren zu lassen und um eventuell zu vermeiden, dass die Wulsthaftung verloren geht, das heißt dass sich ein Wulst des Reifens in die Felge schiebt, was dazu führt, dass sich der Reifen von der Felge löst.
Eine derartige Vorrichtung ist beispielsweise in den Patenten WO 94/13498 und EP 0 796 747 (Michelin et Cie.) beschrieben.
Es wurden auch Reifen entwickelt, deren Aufbau, insbesondere der Seitenwände, erheblich verstärkt wurde, um sie in die Lage zu versetzen, bei niedrigem relativen Druck oder relativem Druck null abrollen zu können. Ein Beispiel solcher Reifen, bekannt als "selbsttragend", findet man in dem Patent US 6 026 878 .
Paradoxerweise ist es so, dass diese modernen Notlaufeinrichtungen derartig effektiv sind, dass der Fahrer den Abfall des relativen Druckes eines der Reifen seines Fahrzeugs nicht ohne weiteres bemerkt. Diese Systeme müssen daher eine Vorrichtung aufweisen, um den relativen Druck der Reifen zu messen, und ihre wesentliche Funktion ist es, den Fahrer unmittelbar in dem Moment zu warnen, wenn der relative Druck in dem Reifen unter einen vorgegebenen Schwellenwert absinkt.
Diese Notlaufsysteme auf der Basis von Einrichtungen, die die Mantelfläche im Fall des Druckabfalls des Mantels abstützen und sich innerhalb oder außerhalb des Reifens befinden, machen es nach Angaben der Reifenhersteller zum gegenwärtigen Zeitpunkt möglich, dass man unter den Bedingungen eines Plattens noch mit beschränkter Geschwindigkeit (etwa 80 km/h höchstens) und über eine Entfernung, die ebenfalls begrenzt ist (etwa 200 km), fahren kann.
Diese Werte bezüglich Autonomie sind Werte, die für sehr widrige Bedingungen festgelegt wurden, um die Sicherheit der Benutzer im Falle eines Plattens zu gewährleisten. Es kann jedoch sinnvoll sein, diese Mittelwerte zu ergänzen, indem der Fahrer eines Fahrzeugs bei einem System mit Platten über die anomalen Betriebsbedingungen informiert wird.
Gegenstand der Erfindung ist ein Verfahren zum Erfassen von Anomalitäten im Betrieb eines Notlaufsystems für ein Fahrzeug, wobei das System für jedes Rad einen Reifen, der mit dem Rad einen Hohlraum bildet, eine Einrichtung zur Erfassung der Innentemperatur des Hohlraums, eine Einrichtung zum Abschätzen der Innentemperatur und Einrichtungen zum Erzeugen und Übertragen eines Alarms umfasst. Bei dem Verfahren wird im Betrieb:
wiederholt die Innentemperatur T_n in dem Hohlraum gemessen,
wiederholt die Innentemperatur T_ai abgeschätzt,
die gemessene Temperatur und die abgeschätzte Temperatur verglichen und
ein Alarm ausgelöst, wenn das Ergebnis des Vergleichs eine bestimmte Beziehung erfüllt.
Gemäß einer einfachen Ausführungsform wird die Innentemperatur in Abhängigkeit von der Geschwindigkeit V des Fahrzeugs und der Außentemperatur T_amb des Fahrzeugs abgeschätzt nach: Tai = F(V, Tamb).
Vorzugsweise wird vor dem laufenden Betrieb die Funktion F mit einer Folge von Notlauftests des Reifens bei Geschwindigkeiten V und gegebenen Außentemperaturen T_amb bestimmt, wobei der Reifen maximal belastet wird und der Hohlraum im Wesentlichen einen Druck null aufweist.
Diese Versuchsreihe wird daher unter sehr schwierigen Bedingungen für den Reifen in Bezug auf die Belastung und den relativen Druck innerhalb des Hohlraums des Reifens durchgeführt. Hierfür kann beispielsweise das Reifenventil entfernt werden.
Ein Beispiel für die Funktion ist gegeben durch:
wobei T_ai,n die Innentemperatur ist, die zum Zeitpunkt t_n abgeschätzt wurde, T_ai,n-1 die Innentemperatur ist, die zum Zeitpunkt t_n-1 abgeschätzt wurde, T_SS die Innentemperatur im thermischen Gleichgewicht unter den gegebenen Versuchsbedingungen ist, τ ein Anpassungskoeffizient ist und
wobei a, b, c und d Anpassungskoeffizienten sind.
Die Abschätzung der Innentemperatur kann zusätzlich auf dem Wert für die Last Q des Reifens beruhen. Die Tests zum Festlegen der entsprechenden Funktion F beinhalten dann diese Last Q als zusätzlichen Parameter für den Test. Dies verbessert erheblich die Genauig keit der Abschätzung der Temperatur der Luft in dem Hohlraum des Reifens.
Man kann außerdem den Wert für den relativen Fülldruck P des Reifens verwenden. Die Tests zum Festlegen der Funktion F beinhalten dann außerdem diesen Parameter P.
Gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren kann ein Alarm ausgelöst werden, wenn die Messtemperatur T_n die abgeschätzte Temperatur T_ai um einen gegebenen Schwellenwert übersteigt. Dieser Schwellenwert kann in der Größenordnung von 10 Grad Celsius liegen.
Das erfindungsgemäße Verfahren macht es möglich, dass der Fahrer informiert wird, sobald das Notlaufsystem nicht mehr unter den Bedingungen arbeitet, die durch den Reifenhersteller festgelegt wurden. Dies kann zum Beispiel auftreten, wenn das Fahrzeug überaus überladen ist oder wenn aus irgendeinem Grund die Schmiermittelmenge in dem Hohlraum, die zur Unterstützung des Notlaufs da ist, nicht korrekt ist oder wenn beispielsweise auf Grund einer Reparatur die innere Oberfläche des Reifens durch eine Einfärbung für die Reparatur modifiziert wurde.
Dieses Verfahren macht es außerdem möglich, dass der Fahrer über das Ende der normalen Lebensdauer des Notlaufsystems informiert wird. Unter diesen Umständen wird oft ein erheblicher Anstieg der Temperatur der Luft in dem Hohlraum beobachtet. Dieses Aufheizen wird signifikant und kann durch Überwachen der gemessenen und abgeschätzten Temperaturen eindeutig interpretiert werden. Die Tatsache, dass die gemessene Temperatur wesentlich die abgeschätzte Temperatur übersteigt, kann unter stabilen Ablaufbedingungen als eine Verschlechterung des Betriebs des Notlaufsystems interpretiert werden, was eine Information darstellt, die ohne Verzug an den Fahrer des Fahrzeugs weitergegeben werden muss.
Vorzugsweise umfasst das System außerdem eine Vorrichtung, um bei dem Absinken des Druckes in dem Hohlraum zu warnen, und das Verfahren zum Erfassen von Anomalitäten gemäß der Erfindung wird in dem Moment gestartet, in dem die Warnvorrichtung einen vorgegebenen Schwellenwert für den Druckabfall erkannt hat.
Der Reifen wird vorzugsweise mit Verstärkungsstrukturen ausgestattet. Diese können in Form einer Sicherheitsstütze radial außen in Bezug auf die Felge des Rades vorliegen und dazu dienen, die Mantelfläche des Reifens für den Fall des Absinkens des relativen Druckes zu stützen.
Sie können genauso gut in die Reifenstruktur integriert sein.
Gegenstand der Erfindung ist außerdem eine Vorrichtung zum Erfassen von Anomalitäten beim Betrieb eines Notlaufsystems für ein Fahrzeug, wobei das System für jedes Rad einen Reifen umfasst, der mit dem Rad einen Hohlraum bildet, die umfasst:
eine Einrichtung zum Messen der Innentemperatur des Hohlraums,
eine Einrichtung zum Abschätzen der Innentemperatur,
eine Einrichtungen zum Vergleichen der gemessenen Innentemperatur und der abgeschätzten Innentemperatur und
Einrichtungen zum Erzeugen und Übertragen eines Alarms an den Fahrer.
Diese Vorrichtung ist eingerichtet, um im laufenden Betrieb einen Alarm auszulösen, wenn das Ergebnis des Vergleichs eine gegebene Beziehung erfüllt.
Gegenstand der Erfindung ist außerdem ein ähnliches Verfahren, das bei einem Reifen angewendet wird, der an einem Fahrzeug angebracht werden soll. Bei dieser Anwendung wie bei der vorigen kann man die Innentemperatur in Abhängigkeit von der Geschwindigkeit des Fahrzeugs und der Außentemperatur des Fahrzeugs abschätzen.
Auf ähnliche Weise wird vor dem Normalbetrieb die Funktion F auf Grund einer Reihe von Ablauftests des Reifens bei einer gegebenen Geschwindigkeit V und externen Temperaturen T_amb bestimmt, wobei der Reifen eine Last trägt, die der normalen maximalen Last entspricht, und der Hohlraum im kalten Zustand einen relativen Innendruck aufweist, der dem normalen relativen Druck entspricht.
Dieses Verfahren hat somit den Vorteil, anomale Betriebsbedingungen anzuzeigen, die mit einem übergroßen Aufheizen des Innenraums des Reifens zusammenhängen, und die vorangehenden Tests werden tatsächlich bei den empfohlenen normalen Bedingungen für den relativen Druck ausgeführt und nicht bei Druckwerten, die den relativen Druckwerten null nahe kommen.
Verfahren und Vorrichtung gemäß der Erfindung werden im Folgenden im Einzelnen erläutert, wobei als Anwendungsbeispiel die Erfassung einer anomalen Betriebsbedingung eines Notlaufsystems angenommen wird, wobei auf die beigefügten Zeichnungen Bezug genommen wird.
1 ist eine Seitenansicht einer Sicherheitsstütze.
2 ist ein axialer Schnitt durch die Stütze in 1 auf einer Radfelge, die gegen einen Reifen drückt.
3 ist ein Schnitt durch eine Sicherheitsstütze entlang AA in 1.
4 zeigt den Einbau einer Warnvorrichtung an einem Rad.
5 zeigt ein Schema für den Einbau einer erfindungsgemäßen Vorrichtung in einem Fahrzeug.
6 zeigt die Entwicklung der inneren Temperatur in einem PAX-System bei Notlauf.
7 zeigt die Entwicklungen der inneren Temperatur bei einem PAX-System bei Versuchen zur Analyse unter verschiedenen Bedingungen.
8 zeigt einen Vergleich zwischen der innen gemessenen Temperatur und abgeschätzten Temperatur bei einem Versuch mit einem PAX-System bei Notlauf.
9 zeigt einen Vergleich zwischen den Entwicklungen der innen gemessenen und abgeschätzten Temperaturen bei einem Abrollen zur Analyse.
10 zeigt einen Vergleich zwischen den Entwicklungen der innen gemessenen und abgeschätzten Temperaturen bei einem Abrollen zur Analyse ähnlich wie in 4, aber mit einer geringen Menge an Schmiermittel.
11 ist ähnlich zu 9 während eines Abrollens zur Analyse mit einer noch kleineren Menge von Schmiermittel.
12 zeigt eine vereinfachte Darstellung eines Beispiels für das Verfahren zum Erfassen von anomalen Betriebsbedingungen eines Notlaufsystems.
Die Folge der Tests, die im Folgenden beschrieben werden, wurde mit einem Renault "Scenic" durchgeführt, der mit einem Notlaufsystem "PAX" von Michelin ausgestattet war, das eine Sicherheitsstütze aus Kautschuk umfasst.
Die 1 bis 4 zeigen das PAX-Notlaufsystem. Dieses System umfasst einen Reifen 1 (2), ein Rad 2 (2 und 4), eine Sicherheitsstütze 3 (1, 2 und 3) und eine Vorrichtung zum Warnen bei Druckabfall in dem Innenraum zwischen dem Reifen und dem Rad, wobei für jedes Rad ein Radmodul 4 in dem Innenraum 5 des Reifens (4) vorgesehen ist.
Der Reifen 1 umfasst zwei Wülste 11, zwei Seitenwände 12 und eine Mantelfläche 13. Der Reifen 1 wird insbesondere in der Patentanmeldung WO 00/41902 beschrieben. Die Größe, die bei den Tests eingesetzt wurde, ist 195-620R420 Spacity. Der Reifen 1 ist so eingerichtet, dass er auf einem Rad 2 mit einer Platte 21 (4) und einer Felge 22 (2) befestigt wird. Die Felge 22 umfasst zwei Sitze 23, eine Montagenut 24 und einen Träger 25 für die Sicherheitsstütze. Das Rad 2, das in den Tests verwendet wurde, ist in 4 dargestellt. Die Felge dieses Rades hat einen Träger 25 für die Sicherheitsstütze 3 mit einer umlaufenden Entlastungsnut 26, wie sie beschrieben ist in der Patentanmeldung WO 00/5083. Wie in den 2 und 4 dargestellt, ist das Radmodul 4 in der Montagenut 24 angeordnet und wird mit einem festen Band 41 fixiert, das diese Montagenut 24 umgibt. Das Radmodul, das eingesetzt wird, ist ein SmarTire Generation I. Dieses Modul enthält einen Drucksensor und einen Temperatursensor. Dieses Modul wird eingesetzt, um in der Folge von Tests die Innentemperatur in dem Hohlraum 5 zu messen.
1 zeigt eine Seitenansicht der Sicherheitsstütze 3 des PAX-Systems. Diese Stütze umfasst im Wesentlichen drei Teile: eine Basis 31, die insbesondere ringförmig ist, eine Decke 32, die im Wesentlichen ringförmig ist, mit Längsrillen 33 auf ihrer Wand radial außen (optional) und einen Ringkörper 34 für die Verbindung zwischen der Basis 31 und der Decke 32. Die 3 zeigt eine Ausführungsform des Ringkörpers 34, wie er bei den Tests verwendet wurde. 3 ist ein Schnitt entlang AA, wie es in 1 dargestellt ist. Der ringförmige Körper 34 setzt sich in Richtung des Umfangs fort. Er umfasst Zwischenwände 35, die sich auf beiden Seiten der Stütze mit einem Zentralteil 36 im Wesentlichen in Umfangsrichtung erstrecken. Die Zwischenwände 35 sind gegenüber der Umfangsrichtung um einen Winkel α geneigt. Dieser Winkel liegt nahe bei 80 Grad. Die Zwischenwände sind damit fast axial orientiert. Die Zwischenwände 35 sind in alternierender Form miteinander verbunden, und zwar durch Verbindungen, die in Umfangsrichtung 37 orientiert sind. Eine derartige Sicherheitsstütze wird in der Patentanmeldung WO 00/76791 beschrieben (Ausführungsform in 5 in der Anmeldung). Die Eigenschaften der eingesetzten Sicherheitsstütze sind: 115–420 (45); 115 ist die Breite der Stütze, 420 der nominelle Durchmesser des Reifens und der entsprechenden Felge, und 45 ist die Höhe der Stütze; alle diese Angaben sind in Millimeter. Diese Stützen werden im Wesentlichen aus Kautschukmaterial gefertigt.
2 zeigt die Funktion des PAX-Systems bei einem Notlauf. Wenn der Luftdruck in dem Innenraum stark absinkt und sich dem Atmosphärendruck nähert, berührt die Mantelfläche die radial außen liegende Wand der Sicherheitsstütze, und es ist diese Sicherheitsstütze, die zunehmend einen Teil des auf dem Rad lastenden Gewichts ü bernimmt. Man sagt daher, dass es sich hier um einen "Notlauf" handelt. Wenn der Druck in dem Innenraum gleich dem Atmosphärendruck wird, sagt man, dass der "relative Druck" in dem Innenraum null ist.
Diese Figur zeigt, dass in einer Notlaufsituation Reibung zwischen der Mantelfläche des Reifens und der Decke der Sicherheitsstütze auftritt. Diese Reibung kann zu einem erheblichen Aufheizen führen. Um dieses Aufheizen beherrschen zu können, bringt man gewöhnlicherweise in den Innenraum des Reifens ein Schmiermittel. Dieses Schmiermittel kann auf der Oberfläche der Decke der Sicherheitsstütze aufgebracht werden oder in Speicherräumen, die so ausgelegt sind, wie es in der Anmeldung WO 01/28789 beschrieben ist.
5 zeigt schematisch den Einbau der erfindungsgemäßen Vorrichtung in ein Fahrzeug 6. Das Fahrzeug 6 umfasst vier Reifen 1. Das Fahrzeug ist mit einer Einrichtung ausgestattet, um bei Druckabfall der Reifen 1 zu warnen. Diese Warneinrichtung umfasst ein Radmodul 4 in jeder Einheit aus Rad und Reifen des Fahrzeugs, eine Zentraleinheit 41 im Chassis des Fahrzeugs 6 und eine Anzeige 42 im Innenraum des Fahrzeugs. Die Radmodule sind in den Einheiten aus Reifen und Rädern des Fahrzeugs derart angeordnet, dass sie in Kontakt mit dem Innenraum 5 der Reifen stehen (siehe 2 und 4). Diese Module umfassen insbesondere Drucksensoren und Temperatursensoren. Die Radmodule 4 und die Zentraleinheit 41 sind mit Einrichtungen für die Übertragung von Daten wie Funksendeempfängern und den dazugehörigen Antennen ausgestattet. Diese Funksendeempfänger ermöglichen die Übertragung von Messdaten von den Temperatur- und Drucksensoren in den Radmodulen 4 an die Zentraleinheit 41. Die Zentraleinheit 41 umfasst Einrichtungen zum Verarbeiten der empfangenen Daten, wie beispielsweise einen Mikrorechner. Der Rechner ist so programmiert, dass er den Ursprung der Funksignale erkennt, die von den Radmodulen ausgesendet werden, dass er die empfangenen Druck- und Temperaturwerte abspeichert, sie verarbeitet, Alarmsignale erzeugt und sie an die Anzeige 42 überträgt, um sie dem Fahrer des Fahrzeugs zur Kenntnis zu bringen. Im Fall der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist die Zentraleinheit außerdem mit dem Kilometerzähler des Fahrzeugs wie auch mit einem Sensor für die Außentemperatur an dem Chassis des Fahrzeugs verbunden. Außerdem liest sie regelmäßig die Geschwindigkeitswerte V des Fahrzeugs und die Außentemperatur T_n des Fahrzeugs ein.
6 zeigt eine typische Entwicklung der Temperatur der Luft in dem Innenraum des Reifens oder der "Innentemperatur" bei einem Notlauftest bei einer Fahrt unter sehr schwierigen Bedingungen. Die grafische Darstellung zeigt die Entwicklung der Temperatur T_n in Abhängigkeit von der Dauer des Tests t. Nach einem starken Aufheizen zu Beginn in der Größenordnung von 80 Grad Celsius stabilisiert sich die Temperatur. Am Ende des Versuchs stellt man von neuem ein starkes Ansteigen der Temperatur fest, das von einer irreversiblen Beschädigung der Sicherheitsstütze zeugt. Die Stütze ist damit nicht mehr in der Lage, ihre Funktionen zu erfüllen.
Um empirisch die Temperatur der Luft in dem Hohlraum des Reifens unter Notlaufbedingungen bestimmen zu können, wird eine Reihe von Tests zur Analyse bei Geschwindigkeiten V, Außentemperaturen T_amb und Belastungen Q, die variabel sind, durchgeführt. Die 7 zeigt die sich daraus ergebenden Resultate. Auf der Abszisse ist in der grafischen Darstellung die Dauer des Tests angegeben, und auf der Ordinate ist der gemessene Unterschied zwischen der Innentemperatur in dem Hohlraum und der Außentemperatur angegeben: T_n – T_amb.
Die Versuche wurden durchgeführt, bis die thermische Stabilisierungstemperatur T_SS der Luft innen erreicht wurde, und wurden dann abgebrochen. Wie in 6 dargestellt, wurde dabei ein starkes Aufheizen beobachtet, dann eine Phase der Stabilisierung der Temperatur, gefolgt von einer Abnahme. Die Folge der Ergebnisse, die man mit einer maximalen Last Q erzielt hat, können mit dem folgenden Modell beschrieben werden:
wobei T_SSdie Innentemperatur bei thermischem Gleichgewicht unter den gegebenen Versuchsbedingungen ist, T_amb die Außentemperatur des Reifens ist, V die Abrollgeschwindigkeit ist und a, b, c und d Anpassungskoeffizienten sind.
Bei dem getesteten PAX-System sind die Werte der Koeffizienten die folgenden:
a = 11,9734°C hr/km, b = –0,03152 hr/km, c = 0,4852 und d ≈ 0 (hr ist die Abkürzung für Stunde, km für Kilometer, °C für Grad Celsius).
Man kann die Temperatur der Luft innen bei den Übergangsphasen beim Aufheizen und Abkühlen mit Hilfe der folgenden Gleichung abschätzen:
wobei T_ai,n die Innentemperatur ist, die zum Zeitpunkt t_n abgeschätzt wurde, T_ai,n-1 die Innentemperatur ist, die zum Zeitpunkt t_n-1 abgeschätzt wurde, τ ein Anpassungskoeffizient ist.
Der Koeffizient τ charakterisiert im Wesentlichen die Zeit, die notwendig ist, um das thermische Gleichgewicht einzustellen, und hat die Werte:
τ = 40 min bei T_SS > T_ai,n
τ = 130 min bei T_Ss < T_ai,n (min für Minute).
Man stellt fest, dass die Einstellung des thermischen Gleichgewichts erheblich länger braucht bei Abkühlung als beim Aufheizen.
8 zeigt die Entwicklungen bei Notlauftests bei langer Dauer in Bezug auf abgeschätzte und gemessene Temperaturen. Als Abszisse ist die durchlaufene Distanz aufgetragen, als Ordinate die Temperaturen T_n (gemessen) und T_ai,n (abgeschätzt). Die Gesamtstrecke, die das Fahrzeug gefahren ist, liegt in der Größenordnung von 750 km. Man stellt fest, dass die abgeschätzten Temperaturen praktisch systematisch deutlich höher als die gemessenen Temperaturen sind. Dies hängt im Prinzip damit zusammen, dass die Versuche, die zur Aufstellung des empirischen Modells herangezogen wurden, Versuche sind, die mit der maximalen Last Q für den betrachteten Reifen durchgeführt wurden, während die Lauftests mit variablen Lasten durchgeführt wurden. Ein anderer Grund kann außerdem sein, dass der Sensor zum Messen der Temperatur ungenau arbeitet.
Es ist selbstverständlich möglich, die Genauigkeit bei der Abschätzung der Innentemperatur zu erhöhen, indem bei den Tests zur Analyse, aber auch bei den Notlauftests die tatsächlich auf den Reifen wirkende Belastung berücksichtigt wird.
Das vereinfachte Modell kann jedoch sehr gut für die Betriebssicherheit angewendet werden, da es ermöglicht, zu jedem Zeitpunkt si cherzustellen, dass die Funktion des Notlaufsystems, hier das PAX-System, im Normalbereich ist.
12 zeigt ein vereinfachtes Diagramm des Verfahrens zum Erfassen von Anomalitäten im Betrieb eines Notlaufsystems. Ab der Inbetriebnahme des Fahrzeugs misst die Warnvorrichtung für Druckabfall wiederholt bei jedem Reifen den relativen Druck und die Temperatur der Luft in dem entsprechenden Hohlraum. Die Zentraleinheit empfängt die Daten und verarbeitet die empfangen Daten und löst entsprechende Warnsignale für den Fahrer aus. Sobald bei einem der Reifen der relative Druck kleiner als ein vorgegebener Schwellenwert wird, beispielsweise 0,7 Bar, bedeutet dies für den Reifen, dass die Mantelfläche in Kontakt kommt mit der Sicherheitsstütze und man sich damit unter Notlaufbedingungen befindet. Die Zentraleinheit initialisiert dann das Verfahren zum Erfassen von Anomalitäten im Betrieb bei diesem Notlaufsystem. Dafür liest sie wiederholt die Werte für die Innentemperatur T_n, die Fahrzeuggeschwindigkeit V und die Außentemperatur T_amb ein. Die Zentraleinheit 41 berechnet wiederholt eine Abschätzung für die Innentemperatur T_ai,n und vergleicht diese Abschätzung mit dem gemessenen Wert T_n: Tn – Tai,n.
Wenn das Ergebnis des Vergleichs über 10 Grad Celsius liegt, erzeugt die Zentraleinheit einen Alarm und überträgt diesen an die Anzeige 42, damit der Fahrer des Fahrzeugs davon Kenntnis erhält.
Sobald eine derartige Abweichung erkannt wurde, ist es notwendig, den Fahrer des Fahrzeugs zu warnen, dass das Notlaufsystem nicht mehr normal arbeitet und dass er seine Geschwindigkeit erheblich verringern oder sofort anhalten muss.
Ein konkretes Beispiel für die Anwendung dieses Verfahrens zum Erfassen von Anomalitäten im Betrieb des Notlaufsystems wird im Folgenden mit Hilfe der drei 9 bis 11 erläutert.
9 zeigt die Entwicklung der Innentemperatur beim Fahren unter normalen Betriebsbedingungen mit einem PAX-System, wobei insbesondere 25 Gramm Silikon-Schmierung vor dem Versuch in den Innenraum gebracht wurden. Man stellt wie bereits vorher fest, dass die abgeschätzte Temperatur wesentlich größer als die gemessene Temperatur ist.
10 zeigt das Ergebnis eines ähnlichen Versuchs, bei dem die Menge des Schmiermittels in dem Hohlraum auf 15 Gramm statt 25 verringert wurde. In diesem Fall stellt man fest, dass sich nach 3000 Sekunden die gemessene Temperatur erheblich erhöht hat und ein Alarmsignal sehr schnell ausgelöst wird.
11 ist ein Versuch, der ähnlich wie die beiden vorangehenden abläuft, bei dem die Menge des Schmiermittels nochmals reduziert wurde auf 7,5 Gramm anstelle von 25 und 15. In diesem Fall stellt man fest, dass die gemessene Temperatur immer noch über der abgeschätzten Temperatur liegt und die Schwelle für Auslösung des Alarms nach 200 Sekunden in dem Test überschritten wurde.
Diese Ergebnisse zeigen den großen Vorteil des Verfahrens zum Erfassen einer Anomalität im Betrieb eines Notlaufsystems gemäß der Erfindung. Es ist tatsächlich aus Sicherheitsgründen beim Einsatz notwendig, so früh wie möglich Anomalitäten im Betrieb zu erkennen. Eine derartige Anomalität im Betrieb kann mit einer Überlastung des Reifens zusammenhängen, einem erheblichen Loch, wodurch die Menge des Schmiermittels in dem Innenraum des Mantels verringert werden kann, oder auch einer langen Dauer beim Notlauf, ohne dass auf die Empfehlungen der Hersteller des Systems geachtet wurde. Dieses Verfahren zum Erfassen ist selbstverständlich beschränkt auf das Erfassen von Anomalitäten im Betrieb, die zu erheblich höherer Reibung zwischen der Sicherheitsstütze und der Mantelfläche des Reifens führen und damit zu einem erheblichen Anstieg der Temperatur innen der Innenluft.

Claims

Verfahren zum Erfassen von Anomalitäten im Betrieb eines Notlaufsystemsfür ein Fahrzeug, wobei das System für jedes Rad einen Reifen umfasst, der mit dem Rad einen Hohlraum bildet, eine Einrichtung zur Erfassung der Innentemperatur des Hohlraums, eine Einrichtung zum Abschätzen der Innentemperatur und Einrichtungen zum Erzeugen und Übertragen eines Alarms, bei dem im Betrieb: wiederholt die Innentemperatur T_n in dem Hohlraum gemessen wird, wiederholt die Innentemperatur T_ai abgeschätzt wird, die gemessene Temperatur und die abgeschätzte Temperatur verglichen werden und ein Alarm ausgelöst wird, wenn das Ergebnis des Vergleichs eine bestimmte Beziehung erfüllt.
Verfahren nach Anspruch 1, bei dem die Innentemperatur in Abhängigkeit von der Geschwindigkeit V des Fahrzeugs und der Außentemperatur T_amb des Fahrzeugs abgeschätzt wird nach: Tai = F(V, Tamb).
Verfahren nach Anspruch 2, bei dem vor dem laufenden Betrieb die Funktion F mit einer Folge von Notlauftests des Reifens bei Geschwindigkeiten V und gegebenen Außentemperaturen T_amb bestimmt wird, wobei der Reifen maximal belastet wird und der Hohlraum im Wesentlichen einen Druck null aufweist.
Verfahren nach Anspruch 2 oder 3, bei dem die Innentemperatur T_ai gegeben ist durch:
wobei T_ai,n die Innentemperatur ist, die zum Zeitpunkt t_n abgeschätzt wurde, T_ai,n-1 die Innentemperatur ist, die zum Zeitpunkt t_n-1 abgeschätzt wurde, T_SS die Innentemperatur im thermischen Gleichgewicht unter den gegebenen Versuchsbedingungen ist, τ ein Anpassungskoeffizient ist und
wobei a, b, c und d Anpassungskoeffizienten sind.
Verfahren nach Anspruch 2, bei dem bei der Abschätzung der genannten Innentemperatur zusätzlich die Belastung Q des Reifens berücksichtigt wird: Tai = F(V, Tamb, Q).
Verfahren nach Anspruch 5, bei dem vor dem laufenden Betrieb die Funktion F mit einer Reihe von Notlauftests des Reifens bei Geschwindigkeiten V und Außentemperaturen T_amb und gegebenen Belastungen Q bestimmt wird, wobei der Hohlraum im Wesentlichen den relativen Druck null aufweist.
Verfahren nach Anspruch 5, bei dem die Abschätzung der Innentemperatur außerdem den relativen Restdruck P in dem Hohlraum des Mantels berücksichtigt: Tai = F(V, Tamb, Q, P).
Verfahren nach Anspruch 7, bei dem vor dem laufenden Betrieb die Funktion F auf Grund einer Folge von Notlauftests des Reifens bei Geschwindigkeiten V, Außentemperaturen T_amb, Belastungen Q und relativen Restdrücken P bestimmt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, bei dem ein Alarm ausgelöst wird, wenn die gemessene Temperatur T_n die abgeschätzte Temperatur T_ai um einen gegebenen Schwellenwert übersteigt.
Verfahren nach Anspruch 9, bei dem der Schwellenwert in der Größenordnung von 10 Grad Celsius liegt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10, bei dem das System außerdem eine Warneinrichtung für den Druckabfall in dem Hohlraum des Reifens umfasst und die Aufnahme des Verfahrens zum Erfassen von Anomalitäten beim Betrieb des Systems ausgelöst wird in dem Moment, in dem die Warneinrichtung für den Druckabfall einen vorgegebenen Schwellenwert für den Druckabfall erkannt hat.
Verfahren nach Anspruch 11, bei dem der Schwellenwert für den Druckabfall einem relativen Druck in dem Innenraum in der Ordnung von 0,7 Bar entspricht.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 12, bei dem das System Einrichtungen zur strukturellen Verstärkung des Reifens aufweist.
Verfahren nach Anspruch 13, bei dem die Einrichtungen zur strukturellen Verstärkung des Reifens eine Sicherheitsstütze umfassen, die in Bezug auf die Felge des Rades radial außerhalb angeordnet ist und dazu dient, die Mantelfläche des Reifens zu stützen, wenn der relative Innendruck abfällt.
Verfahren nach Anspruch 13, bei dem die Einrichtungen für die strukturelle Verstärkung des Reifens in die Struktur des Reifens eingebaut sind.
Vorrichtung zum Erfassen von Anomalitäten beim Betrieb eines Notlaufsystems für ein Fahrzeug, wobei das System für jedes Rad einen Reifen umfasst, der mit dem Rad einen Hohlraum bildet, die umfasst: eine Einrichtung zum Messen der Innentemperatur des Hohlraums, eine Einrichtung zum Abschätzen der Innentemperatur, eine Einrichtungen zum Vergleichen der gemessenen Innentemperatur und der abgeschätzten Innentemperatur und Einrichtungen zum Erzeugen und Übertragen eines Alarms an den Fahrer, wobei die Vorrichtung eingerichtet ist, um im laufenden Betrieb einen Alarm auszulösen, wenn das Ergebnis des Vergleichs eine gegebene Beziehung erfüllt.
Vorrichtung nach Anspruch 16, bei der das Notlaufsystem außerdem eine Warneinrichtung für den Druckabfall des Hohlraums umfasst.
Vorrichtung nach Anspruch 17, bei der die Warneinrichtung für den Druckabfall insbesondere ein Radmodul in dem Hohlraum mit einem Temperatursensor und einem Drucksensor und Einrichtungen für die Übertragung von Signalen umfasst, wobei eine Zentraleinheit dazu ausgelegt ist, dass sie in dem Chassis des Fahrzeugs eingebaut werden kann mit Einrichtungen für die Übertragung/den Empfang und für die Verarbeitung von empfangenen Daten sowie mit Einrichtungen, um einen Alarm für den Fahrer zu erzeugen und zu übertragen, wobei die Einrichtung für das Messen der Innentemperatur des Hohlraums der Temperatursensor ist.
Vorrichtung nach Anspruch 18, bei der die Einrichtung für die Abschätzung der Innentemperatur in der Zentraleinheit eingebaut ist.
Verfahren zum Erfassen von Anomalitäten im Betrieb eines Reifens für ein Fahrzeug, wobei der Reifen einen Innenraum umfasst und mit einer Einrichtung zum Erfassen der Innentemperatur in dem Hohlraum ausgestattet ist, eine Einrichtung zum Abschätzen der Innentemperatur und Einrichtungen zum Erzeugen und Übertragen eines Alarmsignals, bei dem im laufenden Betrieb: wiederholt die Innentemperatur T_n in dem Hohlraum gemessen wird, wiederholt die Innentemperatur T_ai abgeschätzt wird, die gemessene Temperatur und die abgeschätzte Temperatur verglichen werden und ein Alarm ausgelöst wird, wenn das Ergebnis des Vergleichs eine vorgegebene Beziehung erfüllt.
Verfahren nach Anspruch 20, bei dem im laufenden Betrieb die Innentemperatur in Abhängigkeit von der Geschwindigkeit V des Fahrzeugs und der Außentemperatur T_amb des Fahrzeugs abgeschätzt wird nach: Tai = F(V, Tamb).
Verfahren nach Anspruch 21, bei dem vor dem laufenden Betrieb die Funktion F auf Grund einer Reihe von Notlauftests des Reifens bei Geschwindigkeiten V und Außentemperaturen T_amb bestimmt wird, wobei der Reifen eine Last stützt, die der maxi malen Last bei Benutzung entspricht, und der Hohlraum im kalten Zustand einen relativen Innendruck aufweist, der dem relativen Druck bei Benutzung entspricht.