WO2012110431A1 - Verfahren und system zum ermitteln der beladung eines kraftfahrzeugs und kraftfahrzeug - Google Patents

Verfahren und system zum ermitteln der beladung eines kraftfahrzeugs und kraftfahrzeug Download PDF

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WO2012110431A1
WO2012110431A1 PCT/EP2012/052355 EP2012052355W WO2012110431A1 WO 2012110431 A1 WO2012110431 A1 WO 2012110431A1 EP 2012052355 W EP2012052355 W EP 2012052355W WO 2012110431 A1 WO2012110431 A1 WO 2012110431A1
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WO
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load
measured
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loading
motor vehicle
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PCT/EP2012/052355
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Stefan Kammann
Michael BORSCHE
Martin Griesser
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Aumovio Germany GmbH
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Continental Automotive Technologies GmbH
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    • G01G—WEIGHING
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    • G01G19/08—Weighing apparatus or methods adapted for special purposes not provided for in the preceding groups for incorporation in vehicles
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60C—VEHICLE TYRES; TYRE INFLATION; TYRE CHANGING; CONNECTING VALVES TO INFLATABLE ELASTIC BODIES IN GENERAL; DEVICES OR ARRANGEMENTS RELATED TO TYRES
    • B60C23/00—Devices for measuring, signalling, controlling, or distributing tyre pressure or temperature, specially adapted for mounting on vehicles; Arrangement of tyre inflating devices on vehicles, e.g. of pumps or of tanks; Tyre cooling arrangements
    • B60C23/02—Signalling devices actuated by tyre pressure
    • B60C23/04—Signalling devices actuated by tyre pressure mounted on the wheel or tyre
    • B60C23/0408—Signalling devices actuated by tyre pressure mounted on the wheel or tyre transmitting the signals by non-mechanical means from the wheel or tyre to a vehicle body mounted receiver
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60T—VEHICLE BRAKE CONTROL SYSTEMS OR PARTS THEREOF; BRAKE CONTROL SYSTEMS OR PARTS THEREOF, IN GENERAL; ARRANGEMENT OF BRAKING ELEMENTS ON VEHICLES IN GENERAL; PORTABLE DEVICES FOR PREVENTING UNWANTED MOVEMENT OF VEHICLES; VEHICLE MODIFICATIONS TO FACILITATE COOLING OF BRAKES
    • B60T8/00—Arrangements for adjusting wheel-braking force to meet varying vehicular or ground-surface conditions, e.g. limiting or varying distribution of braking force
    • B60T8/17—Using electrical or electronic regulation means to control braking
    • B60T8/172—Determining control parameters used in the regulation, e.g. by calculations involving measured or detected parameters
    • B60T8/1725—Using tyre sensors, e.g. Sidewall Torsion sensors [SWT]
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60T—VEHICLE BRAKE CONTROL SYSTEMS OR PARTS THEREOF; BRAKE CONTROL SYSTEMS OR PARTS THEREOF, IN GENERAL; ARRANGEMENT OF BRAKING ELEMENTS ON VEHICLES IN GENERAL; PORTABLE DEVICES FOR PREVENTING UNWANTED MOVEMENT OF VEHICLES; VEHICLE MODIFICATIONS TO FACILITATE COOLING OF BRAKES
    • B60T2250/00—Monitoring, detecting, estimating vehicle conditions
    • B60T2250/02—Vehicle mass

Definitions

  • the invention relates to a method and a system for detecting the loading of a motor vehicle.
  • the invention further relates to a motor vehicle.
  • each motor vehicle may only be loaded with a maximum load.
  • the sum of the empty weight plus the maximum payload of a motor vehicle is the permissible total mass or is as in the German road traffic licensing regulation ⁇ also as a permissible total weight be ⁇ draws.
  • Devices for detecting the load on vehicles are widely known. Such methods are based on indirect measuring methods in which the vehicle load is derived on the basis of engine torque, driving resistance or also from the wheel load.
  • a disadvantage of such methods is that the engine torque and the driving resistances are only inaccurately to determine, since for example wind or slope have a not insignificant influence on the driving resistance. Likewise, measured tire pressures to determine wheel load do not necessarily indicate correct loading. Thus, the determined results for loading are heavily flawed.
  • a use in a passenger car is therefore not useful with such methods, since in a passenger car, the proportion of the possible payload based on the weight of the vehicle is rather low. In commercial vehicles, on the other hand, such a load estimation can certainly be used, although this too is not accurate enough. If the load is low, the determination of the load is just as flawed.
  • the loading of the vehicle and / or a change in the load is determined on the basis of an analysis of the measured latitudinal distances (ie
  • the load is detected on the basis of a measurement, for example, at each wheel position.
  • measurements and the load determinations derived therefrom are very inaccurate, since external disturbances can falsify the result more or less, and are therefore not suitable for all operating situations.
  • a method for determining the loading of a motor vehicle comprising the steps of: detecting at least one of the load-dependent physical measured variable and generating a measured value representing this detected measured value; Evaluating the generated measured values to determine the loading by correlating the generated measured values or the loading values determined therefrom in order to generate from the correlation a correction value with the aid of which an actual loading value for the loading of the motor vehicle is determined becomes .
  • a system for determining the loading of a motor vehicle comprising at least one wheel-side and / or vehicle-side sensor device which is designed to detect at least one physical measured variable dependent on the load of the motor vehicle and to generate a measured value representing this detected measured value, with an evaluation device, which is designed to evaluate the measured values generated for determining the load by correlating the measured values of one or more sensor devices arranged on the wheel side and / or on the vehicle side or the load values determined therefrom to generate a correction value from the correlation with the aid of which a loading value for the loading of the motor vehicle is determined.
  • a motor vehicle in particular utility vehicle, with a plurality of wheels, with a device for receiving a load, with a system according to the invention, which is designed to determine the load.
  • At least one physical measured variable dependent, inter alia, on the loading is partially detected several times by means of at least one sensor device. From this, a measured value representing the measured variable is generated, which is evaluated in a central evaluating device in order to determine therefrom the result for the current loading.
  • the measured variables can be recorded on the wheel side at all wheel positions or also on the vehicle side. The results of at least two measured values are correlated with one another in order to determine the correct loading of the motor vehicle from them, if appropriate.
  • the sensor devices detect vehicle-dependent measurement variables such as tire pressure, driving resistance and / or engine torque on the vehicle side.
  • a predetermined minimum number of measured values dependent on the load or on the vehicle mass can also be recorded, the measured values being taken from an application of statistical methods, such as averaging or median, for determining the load.
  • the measured values can also be divided into value groups according to their corresponding quantitative height of the measured value and be correlated within a group with other measured values of the same group in order to determine the loading therefrom.
  • the tire pressure can be repeatedly measured on the wheel side for each wheel position and the temporal change of the tire pressure can be detected.
  • the result which is determined from the measured values, can be correlated with the results that result from vehicle-side measured values.
  • FIG. 1 shows a block diagram of a system according to the invention for detecting the loading of a motor vehicle
  • FIG. 2 is a view of a vehicle wheel in which a Sen ⁇ sor annoying is arranged, which measures a mass dependent on the vehicle physical measuring quantity
  • FIG. 3 shows a measurement curve for a multiplicity of measured values of a measured quantity measured on the vehicle side
  • FIG. 4 is a graph of the relationship between the ratio of pressure rise values in the tires of axle-mounted wheels to the vehicle mass.
  • the accompanying drawings are intended to provide further understanding of the embodiments of the invention. They illustrate embodiments and are used in conjunction with the description of the principles and concepts of the invention. Other embodiments and many of the advantages mentioned will become apparent with reference to the drawings. The elements of the drawings are not necessarily shown to scale ⁇ true to each other.
  • the system for detecting the loading of a motor vehicle can of course be used not only in a motor vehicle, but also in a motorcycle, a truck or other commercial vehicle. It is also possible to use the system on an aircraft.
  • FIG. 1 shows a schematic block diagram of a system with which physical measured variables such as the tire pressure of each motor vehicle tire 12, the tire lash of each tire 12, or the vehicle side, such as the driving resistance or the engine torque, etc., can be measured. Among other things, these physical quantities depend on the vehicle mass. The load and, if applicable, the load distribution can therefore be determined from these measured variables.
  • a vehicle wheel 10 usually has a rim 11 (see FIG. 2) with tires 12 mounted thereon. In the following, only a wheel 10 is generally spoken (unless it is expressly the tire 12 or the rim 11 or any other part of the wheel 10 meant).
  • the system according to the invention for detecting the loading has vehicle-side sensor devices 21 which are arranged in the vicinity of each wheel 10, for example, on the spring strut. Wheel or tire-specific physical measurements, such as rotational speed of a wheel 10 or the load of the vehicle damping system for each wheel 10, i. measured for each wheel position.
  • the measured values are forwarded to a further processing device (here an evaluation device 23) and evaluated there by means of mathematical methods.
  • the actual load is to be calculated as the final result.
  • the measured values and the result are also available to every other control device in the motor vehicle if the measured values are "put" on a data bus or data / signal lines 24.
  • the evaluation device 23 can determine measured values which are determined by other control devices 22 in the motor vehicle, such as For example, the currently applied engine torque, which is available in the engine control unit 22, are communicated, since the engine control unit 22 is also connected to the data bus.
  • Physical measures which depend inter alia on the vehicle mass (such as tire pressure, Laces, tire pressure) can also be measured wheel side for each wheel 10 or each tire 12, ie for each wheel position VL, VR, HL, HR.
  • one or more sensor devices 14 are arranged which have the sensor elements as Rei ⁇ fendrucksensor, accelerometer and / or deformation sensor in the wheels 10th In each wheel 10 (front left VL, front right VR, rear left HL and rear right HR), which rotates while driving, such a wheel-side sensor device 14 may anyway, for example, for a tire used in the motor vehicle ⁇ pressure control system.
  • the wheel-side sensor devices 14 may have transmitting and receiving units (not illustrated in drawings) as well as electronic units including power supply in each wheel 10.
  • the sensor devices 14 measure the various physical variables (measured variables) of the wheel 10 directly, such as tire pressure, latitude length 1, acceleration and / or wheel load and transmit the measured values in a signal to the vehicle-side evaluation device 23 for evaluation.
  • a corresponding vehicle-specific function may optionally be controlled (either directly by the evaluation device 23 or by another control device, such as the engine control unit 22 or an ABS control unit, not shown), and although depending on the respectively determined from the measured values loading of the motor vehicle.
  • an optical or acoustic display unit 25 can be activated for the driver if an operational or safety-relevant situation is detected, for example, if too high a load is detected or the tire pressure for the current load is too low.
  • the latitudinal length 1 of each tire 12, ie at each wheel position VL, VR, HL, HR can be measured as the physical measured variable.
  • the latitudinal length 1 changes depending on the vehicle mass and thus depending on the respective wheel load and thus of the load or load distribution (such the load in the motor vehicle is distributed locally). If the latitudinal lengths 1 of the various wheels 10 are compared with the tire pressures there, a loading distribution can also be determined. The latitudinal length 1 is moreover dependent on the properties / parameters of the tire 12 itself. The tire parameters can be communicated to the evaluation device 23 during a tire change, so that these parameters can be taken into account when determining the load.
  • the tire pressure can be measured for each wheel position VL, VR, HL, HR.
  • the tire pressure also depends on the load.
  • a distribution of the load can also be determined by comparing the different tire pressures at the different wheel positions VL, VR, HL, HR. Since the
  • Tire pressure is also dependent on the vehicle speed (due to the speed of the wheels 10), and the pressure increase dP can be determined with increasing speed.
  • the Ge ⁇ speed can be measured wheel side or even on the vehicle side.
  • the tire pressure can be measured via speed sensors, strain sensors, acceleration sensors or pressure sensors. From the measured values for the tire pressure, the load of the motor vehicle can be determined.
  • mechanical loads on the suspension of the suspension can be measured for each wheel position VL, VR, HL, HR on the vehicle side.
  • the load of the suspension can be measured separately.
  • the measured values can also be present anyway in a control unit (for example engine control unit 22 or another control unit).
  • the load of the motor vehicle can also be determined from the corresponding measured values.
  • the vehicle mass is determined from the optionally added measured values for the tire pressure or the latitudinal length 1 as the result and the load is determined at a known empty weight (empty mass).
  • disturbance variables such as ambient air pressure, the driving speed, the road surface, the age of the tire and / or the tread depth.
  • the load values determined from partially several measured values are now correlated with one another. That a first result (also referred to as individual result) for the determined load may be corrected with a second or several other (individual) results for the load if the results deviate from one another by more than one tolerance limit.
  • the wheel loads, the latitudes 1 or tire pressure values of the wheels 10 can be detected on the wheel as measured values and the load can be determined individually or by adding up all the values.
  • one or two measurements or the result thereof may be correlated with two other measurements or their respective results for the determination of the load.
  • the measured values from the two wheels 10 of one axle are compared with those measured values from the wheels of another axle in order to calculate the resulting load therefrom or to correct the calculation of the individual measured values.
  • the two readings of diagonally arranged wheels 10 or of two measured values of wheels on a vehicle longitudinal side can be correlated with the corresponding other two measured values.
  • a motor vehicle is partially loaded and with an axle load distribution of 40% front and 60% rear, the motor vehicle is fully loaded (if the trunk is located at the rear). If the empty weight is known, the total load of the motor vehicle can be determined relatively accurately from these ratios and corrected for external disturbances.
  • the wheel loads of individual wheels 10 are set in relation to all other wheels 10.
  • the wheel loads of wheels 10 on one side may be related to the wheel loads of wheels 10 on the other side or the wheel loads of cross / diagonal wheels 10. From this, the loading of the motor vehicle can then be determined precisely and corrected for disturbance variables.
  • the driving resistance refers to the sum of the resistances that a motor vehicle must overcome with the help of a driving force to travel at a constant or accelerated speed v on a horizontal or inclined plane.
  • the driving resistance is the sum of the air resistance, rolling resistance, gradient resistance and acceleration resistance. Closely linked to the driving resistance is the question of the drive ⁇ power that is required to reach a certain speed. So a certain drive torque is needed to reach the speed v. It is possible to record the load from the analysis of the engine torque. The drive torque is compared to the driving resistance. However, the measurement of the driving resistance ⁇ is considerably subject to tolerances (for example, by up and down or strong counter or crosswinds). The engine torques can only be estimated inaccurately. Therefore un ⁇ terliegt determining the load more or less errors.
  • more than a minimum number of measurements are made for the physical measured variable "engine torque". From the measurements obtained from z. Example, by means of statistical methods, such as the averaging or the median, then each of the engine torque can be determined. Alternatively, the engine torque is determined directly as a measured variable. In addition, tolerant loads can be calculated, which are then statistically considered. From the engine torque finally the loading of the motor vehicle can be calculated.
  • the median denotes a boundary between two halves, as shown in FIG. In statistics, the median halves a distribution (according to Figure 3, the median is on the zero line). Compared to the arithmetic mean, too Called average, the median has the advantage of being more robust against outliers (extremely deviant values).
  • FIG. 3 shows the deviations of the engine torques from the calculated engine torques over the number n of the measurements.
  • the statistically evaluated measured values from the torque analysis are correlated with mean values or median values from the additive or relative load recognition with the aid of the wheel-side measured latitudinal length 1, the tire pressure values or the measured wheel loads as described above. This allows the load to be determined even more accurately.
  • Latitude length 1, engine torque) according to the height of the respective values are divided into size groups.
  • the measured values in ⁇ ner endeavour each having a size group can then be subjected to a statistical ⁇ -Nazi correction method, such as averaging, to determine from the load accurately.
  • a statistical ⁇ -Nazi correction method such as averaging
  • the measured values for the latitudinal length 1 can be detected can, and by means of addition or in the ratio of the Latschlinin 1 at the other wheel positions VL, VR, HL, HR, the load can be determined.
  • the calculated load values can be divided into groups, for example the load values into the groups of 0-200 kg, 201-400 kg, 401-600 kg, etc.
  • the determined values within the groups can then be averaged and with the associated mean values of the
  • Torque analysis are correlated. This not only gives you a comparison value or a calibration value / correction value, but also several calibration values. Thus, not only an offset in the load detection, but also a temporal change (increase) can be corrected by correlation.
  • the offset refers to a linear shift up or down (e.g., from zero value).
  • the calibration value describes, as it were, the slope of the measured values relative to one another (for example the ratios of pressure difference dP front / rear relative to the load values from the torque analysis)).
  • the measured values are corrected to the correct value using the deviation.
  • the values calculated from measurements are corrected to become more accurate than the initial values.
  • the "exact" values are initially unknown, but can be determined relatively accurately by statistical considerations.
  • the load can also be determined by analyzing the time course of the tire pressure values.
  • the tire ⁇ pressure values can be measured in each wheel side wheel 10 (tire pressure direct measurement) or indirectly vehicle-side, for example by means of speed sensors on the strut.
  • the tire pressure values of each wheel 10 are measured and evaluated anyway in modern vehicles.
  • the measured values for the measured variable pressure rise dP can / v (on the rate of normalized pressure rise) of all wheels 10 ⁇ he averages are (total pressure increase). For this, several tire pressure values of all wheels 10 are necessary and several speed values within a time interval are necessary (if the speed v changes).
  • the normalized pressure rise values are evaluated in the evaluation device 23 and sorted into their amount and divided into at least two groups. In parallel, the corresponding load values from the torque analysis can be determined and the associated load values are also determined and grouped according to their amount. Statistical methods such as mean or median can now be formed within the groups, ie the loading values can be correlated with one another in order to obtain the most accurate possible value for the loading.
  • the measured values from the pressure analysis and the torque analysis from the individual groups can be correlated with each other.
  • the values can be compared longitudinally or transversely with each other and corrected accordingly.
  • the measured values of the individual wheels can be compared with each other in any way (for example, diagonally or front / back or page by page, etc.).
  • the measured values for the load can be determined with the help of the pressure analysis and calculated on the basis of the
  • Torque analysis be corrected if there are sufficiently many readings. From the pressure increase values, the vehicle mass and thus the load can be determined with sufficient accuracy. Additionally or alternatively, instead of considering the total pressure increase across all wheels 10, the tire pressure values (pressure increase values) of axle-mounted wheels 10 (respectively front axle and rear axle) may be related to each other. Through this correlation and the correlation with the result of the moment analysis, the loading can also be determined through ⁇ sufficiently accurate and the individual values are thus corrected.
  • Pressure increase values of axle-mounted wheels could be determined erroneous values when driving uphill. If in this case the method of the total pressure increase (ie dP / v for all wheels 10) was determined, the determination of the load during the ascent would be more accurate.
  • the determination method can be erroneous with the overall pressure increase of all wheels 10 under changing environmental conditions, which can be corrected by the relative method of the values considered by the axle.
  • FIG. 4 shows a graph for the relationship in kg between the ratio of pressure rise values in the tires of wheels 10 arranged on the axle to the vehicle mass.
  • the associated vehicle mass and therefrom the load are determined.
  • the result for the determined load can then be correlated with the result from the engine torque analysis. It would then increase slightly according to a correction value or decrease the driving ⁇ convincing mass when both results do not match.
  • the correction value may also depend on a driving situation, the driving speed, the duration of the previous trip and / or the outside temperature. To calculate the correction value, it is also possible to make plausibility checks as to whether one or the other result is more plausible or probable than the other under the prevailing conditions. By measuring the tire pressure values and associated times or vehicle speeds, as well as correlating the tire pressure or pressure increase values, it is therefore possible to determine the load at the known empty weight of the motor vehicle.
  • the measured load values are the more accurate, the more frequently the measured values are correlated with other measured values (such as from torque analysis). This means that the measured values can be corrected to determine the exact load depending on the situation and environmental conditions.
  • the determination of the load can be carried out by means of wheel-side measured values (tire pressure or latitudinal length 1). In this case, all measured values of all wheel positions VL, VR, HL, HR added (additive method) can be evaluated or multiple readings (for example, from all wheels 10 of an axis to the Wheels 10 of another axis) to each other ms ratio (relative method) are set.
  • a pressure difference within a time interval can also be evaluated in order to determine the load.
  • All measured values of all wheel positions VL, VR, HL, HR can be added (additive method) and evaluated together or several measured values relative to each other (relative method) can be set.
  • the load can be determined by means of the evaluation of vehicle-side measured values, such as the engine torques or drive torques (torque analysis) or suspension spring measurement values (of the air springs at the respective wheel positions VL, VR, HL, HR).
  • vehicle-side measured values such as the engine torques or drive torques (torque analysis) or suspension spring measurement values (of the air springs at the respective wheel positions VL, VR, HL, HR).
  • the torque analysis can be used for long-term corrections, whereby the results from the other methods are correlated with the results from the torque analysis in order to obtain as accurate as possible a value for the load.
  • results from the relative method can also be correlated with the results from the additive method in order to obtain the most plausible and accurate result for the loading.
  • the additive method already delivers quite useful results, but this is not enough to obtain sufficiently accurate results in all conditions and driving situations, such as rough road surface or low outside air pressure. This is because the additive method also adds the errors from the individual values. Therefore, these results can then be correlated with the results from the relative method and thus corrected. For example, from both results, the mean value can be determined as the final or total result for the load.
  • the results from the latsch-based measurements complement each other by correlation with the results from the moment analysis.
  • the determination of the pressure increase is preferably used in the first time after the vehicle start. Because in this time anyway, the Latschin 1 or the tire pressure is measured anyway as during the subsequent trip.
  • the load can only change when the motor vehicle is at a standstill. A change in the load should therefore be detected shortly after the start. Later during the journey usually no load change takes place, so that in these phases less often or not at all the load must be determined.
  • the tire pressure or the latency for example, by uphill and downhill, by potholes or by changing the ambient pressure change, which would lead to an incorrect result for the load.
  • the individual methods for determining the loading can also be correlated with each other similar to a neural network.
  • all sensor devices 14, 21 for detecting a measured variable which is inter alia dependent on the load, are linked to one another via the evaluation device 23 in the manner of a neural network.
  • an information exchange takes place, ie the results of a method or a ⁇ be arbitrary combination of two or more methods can be correlated with each other to determine the load as closely as possible and under any conditions. External disturbances then do not flow or only very slightly into the result of the determination of the load.
  • the advantage of accurate load detection is that it increases driving safety. Because a modified load requires adjusted air pressure and adjusted control information for various control devices, such as engine control unit 22 or ABS control unit. In addition, the driver may be informed that the tire pressure should be adjusted at the current load. Because when driving with too low tire pressure, it can lead to tire damage; but at least to an increased energy consumption / consumption or uneven tire abrasion.
  • a location on the wheel 10 is meant, no matter where the object is located (inside or outside the tire 12, on the rim 11, etc.).
  • vehicle-side for example, objects on the wheel well in the vicinity of the wheels 10 or the strut.
  • correlation is to be understood as meaning the relationship of two or more measured values using, where appropriate, statistical methods to evaluate the individual measured values or whole series of measurements, the values being measured or obtained by statistical methods measurements or results (by means of one or more methods determined loading) corrected.
  • correlation is to be understood as meaning the relationship of two or more measured values using, where appropriate, statistical methods to evaluate the individual measured values or whole series of measurements, the values being measured or obtained by statistical methods measurements or results (by means of one or more methods determined loading) corrected.
  • Probabilities can be decided which of the correlated individual results is given more weight.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Ermitteln der Beladung eines Kraftfahrzeugs, mit den Schritten: Erfassen zumindest einer von der Beladung abhängige physikalische Messgröße und Erzeugen eines diese erfasste Messgröße repräsentierenden Messwertes; Auswerten der erzeugten Messwerte zur Ermittlung der Beladung durch miteinander Korrelieren der erzeugten Messwerte oder der daraus ermittelten Beladungswerte, um aus der Korrelation einen Korrekturwert zu erzeugen, mit dessen Hilfe ein tatsächlicher Beladungswert für die Beladung des Kraftfahrzeugs ermittelt wird. Die Erfindung betrifft ferner ein System zum Erkennen der Beladung eines Kraftfahrzeugs sowie ein Kraftfahrzeug.

Description

VERFAHREN UND SYSTEM UM ERMITTELN DER BELADUNG EINES KRAFTFAHRZEUGS UND KRAFTFAHRZEUG
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und ein System zum Erkennen der Beladung eines Kraftfahrzeugs. Die Erfindung betrifft ferner ein Kraftfahrzeug.
Gemäß Betriebszulassung darf jedes Kraftfahrzeug nur mit einer maximalen Last beladen werden. Die Summe aus dem Leergewicht plus maximaler Zuladung eines Kraftfahrzeuges ist die zulässige Gesamtmasse oder wird als in der deutschen Straßenverkehrs¬ zulassungsverordnung auch als zulässiges Gesamtgewicht be¬ zeichnet .
Bei Überschreiten des Gesamtgewichts kann die Verkehrssicherheit gefährdet sein. Wie allgemein bekannt ist, hat die Zuladung mehr oder weniger Einfluss auf die Funktion und Rolleigenschaft der Reifen, die Fahrzeugmasse oder die Fahrzeugträgheit. Folglich hat der Beladungszustand großen Einfluss auf das Fahrverhalten eines Fahrzeugs, die Fahrzeughandhabung sowie die Fahrsi¬ cherheit, insbesondere wenn die Zuladung zu groß ist oder ungleichmäßig im Kraftfahrzeug verteilt ist.
In modernen Fahrzeugen werden vermehrt Systeme zum Verbessern der Fahrsicherheit verwendet, wie beispielsweise ein Antiblo- ckiersystem ABS, ein elektronisches Stabilitätsprogramm ESP, eine Traktionskontrolle TCS, eine elektronische Bremskraft¬ verteilung EBV, ein aktives Fahrwerk ABC, ein aktiver Überrollschutz ARP, eine Leuchtweitenregelung, ein Reifendruckkontrollsystem TPMS, etc. Durch Kenntnis der aktuellen Beladung können diese Systeme hinsichtlich ihrer Regelalgorithmen verbessert werden, wodurch die Sicherheit des Kraftfahrzeugs weiter erhöht wird. Für unzulässig stark beladene Fahrzeuge können bereits Fahrsituationen kritisch sein, die bei einem noch zulässigen Beladungszustand völlig problemlos beherrschbar sind .
Vorrichtungen zur Beladungserkennung bei Fahrzeugen sind vielfach bekannt. Solche Verfahren basieren auf indirekten Messverfahren, bei denen anhand von Motormoment, Fahrwiderstand oder auch aus der Radlast die Fahrzeugbeladung abgeleitet wird.
Nachteilig bei solchen Verfahren ist, dass die Motormomente und auch die Fahrwiderstände nur ungenau zu bestimmen sind, da beispielsweise Wind oder Steigung einen nicht unbedeutenden Einfluss auf den Fahrwiderstand haben. Ebenso lassen gemessene Reifendruckwerte zum Ermitteln der Radlast nicht unbedingt auf die korrekte Beladung schließen. Somit sind die ermittelten Ergebnisse für die Beladung stark Fehler behaftet. Ein Einsatz in einem Personenkraftwagen ist daher mit solchen Verfahren nicht sinnvoll, da in einem Personenkraftwagen der Anteil der möglichen Zuladung bezogen auf das Gewicht des Fahrzeugs eher gering ist. In Nutzfahrzeugen hingegen ist eine solche Beladungsschätzung durchaus einzusetzen, obgleich auch diese nicht genau genug ist. Ist die Beladung gering, so ist die Ermittlung der Beladung ebenso stark Fehler behaftet.
Bei einem in der DE 10 2007 023 069 AI beschriebenen Verfahren zum Erkennen der Beladung eines Kraftfahrzeugs wird die Beladung des Fahrzeugs und/oder eine Änderung der Beladung anhand einer Analyse der gemessenen Latschlängen (also der
RadaufStandsflächen) der Räder erkannt. Die Latschlängen werden während einer Bremsung und/oder Beschleunigung des Kraftfahrzeugs und/oder während einer Kurvenfahrt ermittelt. Bei einem in der DE 10160059 AI beschriebenen System zum Erkennen der Beladung eines Kraftfahrzeugs wird eine im Wesentlichen zwischen Fahruntergrund und RadaufStandsfläche wirkende
Radaufstandskraft des jeweiligen Rades als die zur Fahrzeugmasse proportionale physikalische Messgröße erfasst. Daraus wird dann der Beladungszustand des Fahrzeugs ermittelt.
Bei diesen bekannten Verfahren wird die Beladung anhand von einer Messung beispielsweise an jeder Radposition erkannt. Solche Messungen und die daraus abgeleitete Ermittlungen der Beladung sind jedoch sehr ungenau, da äußere Störgrößen das Ergebnis mehr oder weniger stark verfälschen können, und sind daher nicht für alle Betriebssituation geeignet.
Es ist Aufgabe der Erfindung, ein System zum Erkennen der Beladung eines Kraftfahrzeugs zu schaffen, das die aktuelle Beladung und gegebenenfalls die Beladungsverteilung zuverlässig ermittelt.
Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1, durch ein System mit den Merkmalen des Patentanspruchs 10 sowie durch ein Kraftfahrzeug mit den Merkmalen des Patentanspruchs 11 gelöst.
Demgemäß ist vorgesehen:
Ein Verfahren zum Ermitteln der Beladung eines Kraftfahrzeugs, mit den Schritten: Erfassen zumindest einer von der Beladung abhängigen physikalischen Messgröße und Erzeugen eines diese erfasste Messgröße repräsentierenden Messwertes; Auswerten der erzeugten Messwerte zur Ermittlung der Beladung durch miteinander Korrelieren der erzeugten Messwerte oder der daraus ermittelten Beladungswerte, um aus der Korrelation einen Korrekturwert zu erzeugen, mit dessen Hilfe ein tatsächlicher Beladungswert für die Beladung des Kraftfahrzeugs ermittelt wird .
Ein System zum Ermitteln der Beladung eines Kraftfahrzeugs, mit wenigstens einer radseitigen und/oder fahrzeugseitigen Sensoreinrichtung, die dazu ausgelegt ist, zumindest eine von der Beladung des Kraftfahrzeugs abhängige physikalische Messgröße zu erfassen und einen diese erfasste Messgröße repräsentierenden Messwert zu erzeugen, mit einer Auswerteeinrichtung, die dazu ausgelegt ist, die zur Ermittlung der Beladung die erzeugten Messwerte auszuwerten, indem sie die Messwerte von einer oder mehreren radseitig und/oder fahrzeugseitig angeordneten Sensoreinrichtungen oder die daraus ermittelten Beladungswerte miteinander korreliert, um aus der Korrelation einen Korrekturwert zu erzeugen, mit dessen Hilfe ein Beladungswert für die Beladung des Kraftfahrzeugs ermittelt wird.
Ein Kraftfahrzeug, insbesondere Nutzfahrzeug, mit einer Mehrzahl von Rädern, mit einer Einrichtung zur Aufnahme einer Beladung, mit einem erfindungsgemäßen System, welches dazu ausgelegt ist, die Beladung zu ermitteln.
Erfindungsgemäß wird mittels wenigstens einer Sensoreinrichtung zumindest eine unter anderem von der Beladung abhängige physikalische Messgröße zum Teil mehrfach erfasst. Daraus wird ein die Messgröße repräsentierender Messwert erzeugt, der in einer zentralen Auswerteeinrichtung ausgewertet wird, um daraus das Ergebnis für die aktuelle Beladung zu ermitteln. Die Messgrößen können radseitig an allen Radpositionen oder auch fahrzeugseitig erfasst werden. Die Ergebnisse von zumindest zwei Messwerten werden miteinander korreliert, um daraus gegebenenfalls die korrekte Beladung des Kraftfahrzeugs zu ermitteln.
Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus den weiteren Unteransprüchen sowie aus der Beschreibung unter Bezugnahme auf die Figuren der Zeichnung .
Vorteilhaft ist es, wenn die Sensoreinrichtungen von der Fahrzeugmasse abhängige Messgrößen, wie Reifendruck, Fahrwiderstand und/oder Motormoment fahrzeugseitig erfassen.
Es können auch die Latschlängen und/oder der Reifendruckwerte in jedem Rad erfasst werden und aus den zugehörigen Messwerten können jeweils Ergebnisse für die Beladung ermittelt werden, wobei dann zwei oder mehrere Ergebnisse miteinander korreliert werden .
Es kann auch eine vorgegebene Mindestanzahl von der Beladung oder von der Fahrzeugmasse abhängige Messwerte erfasst werden, wobei die Messwerte aus einer Anwendung von statistischen Methoden, wie Mittelwertbildung oder Median zum Ermitteln der Beladung herangezogen werden.
Die Messwerte können auch entsprechend ihrer entsprechenden quantitativen Höhe des Messwerts in Wertgruppen aufgeteilt werden und innerhalb einer Gruppe mit anderen Messwerten derselben Gruppe korreliert werden, um daraus die Beladung zu ermitteln .
Der Reifendruck kann radseitig für jede Radposition mehrfach gemessen und die zeitliche Änderung des Reifendrucks erfasst werden. Das Ergebnis, das aus den Messwerten ermittelt wird, kann mit den Ergebnissen, die sich aus fahrzeugseitigen Messwerten ergeben, korreliert werden.
Vorteilhaft ist es, die von der Fahrzeugmasse abhängigen Messgrößen Latschlänge der Reifen oder Reifendruck jeweils für die unterschiedlichen Radpositionen radseitig zu erfassen und die daraus erzeugten Messwerte jeweils mit Messwerten, die von Rädern einer Achse oder von diagonal angeordneten Rädern stammen, miteinander zu korrelieren. Es können auch die einem einzigen Rad zugeordneten Messwerte mit den Messwerten, die von den anderen Rädern stammen, miteinander korreliert werden.
Die obigen Ausgestaltungen und Weiterbildungen lassen sich, sofern sinnvoll, beliebig miteinander kombinieren. Weitere mögliche Ausgestaltungen, Weiterbildungen und Implementierungen der Erfindung umfassen auch nicht explizit genannte Kombina¬ tionen von zuvor oder im Folgenden bezüglich der Ausführungsbeispiele beschriebenen Merkmale der Erfindung. Insbe¬ sondere wird dabei der Fachmann auch Einzelaspekte als Ver¬ besserungen oder Ergänzungen zu der jeweiligen Grundform der vorliegenden Erfindung hinzufügen.
Die vorliegende Erfindung wird nachfolgend anhand der in den schematischen Figuren der Zeichnungen angegebenen Ausführungsbeispiele näher erläutert. Es zeigen dabei:
Figur 1 ein Blockschaltbild eines erfindungsgemäßen Systems zum Erkennen der Beladung eines Kraftfahrzeugs,
Figur 2 eine Ansicht eines Fahrzeugrades, in dem eine Sen¬ soreinrichtung angeordnet ist, die eine von der Fahrzeugmasse abhängige physikalische Messgröße misst ,
Figur 3 eine Messkurve für eine Vielzahl von Messwerten einer fahrzeugseitig gemessenen Messgröße und
Figur 4 ein Diagramm für den Zusammenhang des Verhältnisses von Druckanstiegswerten in den Reifen von achsweise angeordneten Rädern zu der Fahrzeugmasse. Die beiliegenden Zeichnungen sollen ein weiteres Verständnis der Aus führungs formen der Erfindung vermitteln. Sie veranschaulichen Aus führungs formen und dienen im Zusammenhang mit der Beschreibung der Erklärung von Prinzipien und Konzepten der Erfindung. Andere Aus führungs formen und viele der genannten Vorteile ergeben sich im Hinblick auf die Zeichnungen. Die Elemente der Zeichnungen sind nicht notwendigerweise ma߬ stabsgetreu zueinander gezeigt.
In den Figuren der Zeichnung sind gleiche, funktionsgleiche und gleich wirkende Elemente, Merkmale und Komponenten - sofern nichts Anderes ausführt ist - jeweils mit denselben Bezugszeichen versehen .
Im Folgenden wird die Erfindung anhand der Verwendung in einem Kraftfahrzeug als Ausführungsbeispiel näher erläutert. Das System zum Erkennen der Beladung eines Kraftfahrzeugs kann selbstverständlich nicht nur bei einem Kraftfahrzeug, sondern auch bei einem Motorrad, einem Lastkraftwagen oder einem sonstigen Nutzfahrzeug Verwendung finden. Ebenso ist es möglich, das System auch bei einem Flugzeug einzusetzen.
Figur 1 zeigt ein schematisches Blockschaltbild eines Systems, mit dem physikalische Messgrößen radseitig, wie der Reifendruck eines jeden Kraftfahrzeugreifens 12, der Reifenlatsch eines jeden Reifens 12, oder fahrzeugseitig, wie der Fahrwiderstand oder das Motormoment, etc. gemessen werden können. Diese physikalischen Messgrößen sind unter anderem von der Fahrzeugmasse abhängig. Aus diesen Messgrößen kann daher die Beladung und gegebenenfalls die Beladungsverteilung ermittelt werden. Ein Fahrzeugrad 10 weist üblicherweise eine Felge 11 (siehe Figur 2) mit darauf aufgezogenen Reifen 12 auf. Im Folgenden wird nur noch allgemein von einem Rad 10 gesprochen (außer es ist ausdrücklich der Reifen 12 oder die Felge 11 oder ein sonstiges Teil des Rades 10 gemeint) .
Das erfindungsgemäße System zum Erkennen der Beladung weist fahrzeugseitige Sensoreinrichtungen 21 auf, die in der Nähe jeweils jeden Rades 10, beispielsweise am Federbein angeordnet sind. Mit den Sensoreinrichtungen 21 werden rad- oder reifenspezifische, physikalische Messgrößen, wie Drehzahl eines Rades 10 oder die Belastung des Fahrzeugdämpfungssystems für jedes Rad 10, d.h. für jede Radposition gemessen. Die gemessenen Werte (Messwerte) werden an eine weiterverarbeitende Vorrichtung (hier eine Auswerteeinrichtung 23) weitergeleitet und dort mittels mathematischer Methoden ausgewertet. Letztendlich soll daraus die tatsächliche Beladung als Endergebnis berechnet werden .
Die Messwerte und das Ergebnis stehen auch jedem anderen Steuergerät im Kraftfahrzeug zur Verfügung, sofern die Messwerte auf einen Datenbus oder Daten-/Signalleitungen 24 „gelegt" werden. Umgekehrt können der Auswerteeinrichtung 23 Messwerte, die von anderen Steuergeräten 22 im Kraftfahrzeug ermittelt werden, wie beispielsweise das gerade anliegende Motormoment, das im Motorsteuergerät 22 zur Verfügung steht, mitgeteilt werden, da das Motorsteuergerät 22 auch mit dem Datenbus verbunden ist.
Physikalische Messgrößen, die unter anderem von der Fahrzeugmasse abhängen (wie Reifendruck, Latsch, Reifenaufdruckkraft) können auch radseitig für jedes Rad 10 bzw. jeden Reifen 12, d.h. für jede Radposition VL, VR, HL, HR gemessen werden. Hierzu sind in den Rädern 10 eine oder mehrere Sensoreinrichtungen 14 angeordnet, die Sensorelemente wie Rei¬ fendrucksensor, Beschleunigungssensor und/oder Verformungssensor aufweisen. In jedem Rad 10 (vorne links VL, vorne rechts VR, hinten links HL und hinten rechts HR) , das sich während der Fahrt dreht, kann sich eine solche radseitige Sensoreinrichtung 14 ohnehin beispielsweise für ein im Kraftfahrzeug verwendetes Reifen¬ druckkontrollsystem befinden.
Die radseitigen Sensoreinrichtungen 14 können nicht zeichnerisch dargestellte Sende- und Empfangseinheiten sowie Elektronik- einheiten inklusive Energieversorgung in jeweils jedem Rad 10 aufweisen. Die Sensoreinrichtungen 14 messen die verschiedenen physikalischen Größen (Messgrößen) des Rades 10 unmittelbar, wie beispielsweise Reifendruck, Latschlänge 1, Beschleunigung und/oder Radlast und übertragen die Messwerte in einem Signal zur fahrzeugseitigen Auswerteeinrichtung 23 zum Auswerten.
Bei fahrkritischen Situationen (zu hohe Beladung oder zu einseitige Beladung) kann gegebenenfalls eine entsprechende fahrzeugspezifische Funktion gesteuert werden (entweder un- mittelbar durch die Auswerteeinrichtung 23 oder durch ein anderes Steuergerät, wie das Motorsteuergerät 22 oder auch ein nicht dargestelltes ABS-Steuergerät ) , und zwar abhängig von der jeweilig aus den Messwerten ermittelten Beladung des Kraftfahrzeugs. Zusätzlich kann für den Fahrer eine optische oder akustische Anzeigeeinheit 25 aktiviert werden, sofern eine betriebs- oder sicherheitsrelevante Situation erkannt wird, beispielsweise wenn eine zu hohe Beladung erkannt wird oder der Reifendruck für die aktuelle Beladung zu gering ist. Als physikalische Messgröße kann beispielsweise die Latschlänge 1 eines jeden Reifens 12, d.h. an jeder Radposition VL, VR, HL, HR gemessen werden. Die Latschlänge 1 ändert sich dabei abhängig von der Fahrzeugmasse und damit abhängig von der jeweiligen Radlast und damit von der Beladung oder Beladungsverteilung (wie die Beladung im Kraftfahrzeug örtlich verteilt ist) . Wenn die Latschlängen 1 der verschiedenen Räder 10 zusammen mit den dortigen Reifendrücken miteinander verglichen werden, kann auch eine Beladungsverteilung ermittelt werden. Die Latschlänge 1 ist überdies von den Eigenschaften/Parametern des Reifens 12 selber abhängig. Die Reifenparameter können dabei bei einem Reifenwechsel der Auswerteeinrichtung 23 mitgeteilt werden, damit diese Parameter bei der Ermittlung der Beladung berücksichtigt werden können.
Auf gleiche Weise kann der Reifendruck für jede Radposition VL, VR, HL, HR gemessen werden. Der Reifendruck ist ebenfalls von der Beladung abhängig. Auch eine Verteilung der Beladung lässt sich durch Vergleich der verschiedenen Reifendrücke bei den ver- schiedenen Radpositionen VL, VR, HL, HR ermitteln. Da der
Reifendruck auch von der Fahrzeuggeschwindigkeit (aufgrund der Drehzahl der Räder 10) abhängig ist, kann auch der Druckanstieg dP mit steigender Geschwindigkeit ermittelt werden. Die Ge¬ schwindigkeit kann radseitig oder aber auch fahrzeugseitig gemessen werden. Der Reifendruck kann über Drehzahlsensoren, Dehnungssensoren, Beschleunigungssensoren oder Drucksensoren gemessen werden. Aus den Messwerten für den Reifendruck kann die Beladung des Kraftfahrzeugs ermittelt werden. In ähnlicher Weise können auch mechanische Belastungen der Fahrwerksfederung zu jeder Radposition VL, VR, HL, HR fahrzeugseitig gemessen werden. Hierzu kann die Belastung der Federung separat gemessen werden. Die Messwerte können auch ohnehin in einem Steuergerät (beispielsweise Motorsteuergerät 22 oder einem anderen Steuergerät) vorliegen. Aus den entsprechenden Messwerten kann auch die Beladung des Kraftfahrzeugs ermittelt werden. Bei herkömmlichen Systemen werden aus den ggfs. addierten Messwerten für den Reifendruck oder der Latschlänge 1 als Ergebnis die Fahrzeugmasse und bei bekanntem Leergewicht (Leermasse) die Beladung ermittelt. Nachteilig wirken sich jedoch Störgrößen, wie Umgebungsluftdruck, die Fahrgeschwindigkeit, die Fahrbahnoberfläche, das Reifenalter und/oder die Profiltiefe aus. Werden nun die Radlasten aufaddiert, so addiert sich auch der Fehler auf, da sich beispielsweise bei einer Fahrt in großer Höhe der Umgebungsluftdruck auf alle vier Reifen 12 gleich auswirkt und beispielsweise die Latschlänge 1 bei allen vier Rädern 10 kürzer ist. Die Beladung braucht sich allerdings nicht geändert zu haben, auch wenn sich die Latschlänge 1 ändert.
Erfindungsgemäß werden nun die aus teilweise mehreren Messwerte ermittelten Beladungswerte miteinander korreliert. D.h. ein erstes Ergebnis (auch als Einzelergebnis bezeichnet) für die ermittelte Beladung wird mit einem zweiten oder mehreren anderen (Einzel-) Ergebnissen für die Beladung gegebenenfalls korrigiert, falls die Ergebnisse um mehr als eine Toleranzgrenze voneinander abweichen.
So können die Radlasten, die Latschlängen 1 oder Reifendruckwerte der Räder 10 als Messwerte radseitig erfasst und daraus einzeln oder durch Addition aller Werte die Beladung ermittelt werden.
Um die Genauigkeit zu verbessern können auch ein oder zwei Messwerte oder das Ergebnis daraus (entsprechend der berechneten Beladung) mit zwei anderen Messwerten oder deren jeweilige Ergebnisse für die Ermittlung der Beladung miteinander korreliert werden. Vorteilhafterweise werden die Messwerte von den beiden Rädern 10 einer Achse mit denjenigen Messwerten von den Rädern einer anderen Achse ins Verhältnis gesetzt, um daraus die resultierende Beladung zu errechnen oder die Berechnung der Einzelmesswerte zu korrigieren. Ebenso können die zwei Messwerte von diagonal angeordneten Rädern 10 oder von zwei Messwerten von Rädern auf einer Fahrzeuglängsseite mit den entsprechend anderen zwei Messwerten korreliert werden.
Bei einer Achslastverteilung beispielsweise von 60 % vorne und 40 % hinten ist ein Kraftfahrzeug teilbeladen und bei einer Achslastverteilung von 40 % vorne und 60 % hinten ist das Kraftfahrzeug voll beladen (sofern der Kofferraum hinten angeordnet ist) . Ist das Leergewicht bekannt, so kann aus diesen Verhältniswerten die Gesamtbeladung des Kraftfahrzeugs relativ genau und von äußeren Störgrößen bereinigt ermittelt werden.
Es können aber auch die Radlasten von einzelnen Rädern 10 ins Verhältnis zu allen anderen Rädern 10 gesetzt werden. Ebenso können die Radlasten von Rädern 10 auf einer Seite mit den Radlasten von Rädern 10 auf der anderen Seite oder die Radlasten von kreuzweise/diagonal angeordneten Rädern 10 ins Verhältnis gesetzt werden. Daraus kann dann die Beladung des Kraftfahrzeugs genau und um Störgrößen bereinigt ermittelt werden.
Vorteilhaft ist es, wenn sich immer auf das Rad VL bezogen wird, da dort (im Falle von Rechtsverkehr) immer ein Fahrer sitzt und damit dieses Rad am wenigsten von der Fahrzeugbeladung be- einflusst wird.
Durch dieses ins Verhältnis setzen der Radlasten (relative Methode der Beladungserkennung) kann nicht nur die absolute Beladung ermittelt werden, sondern auch die Beladungsverteilung. So kann beispielsweise erkannt werden, ob die Sitzplätze mit Personen besetzt sind oder eine entsprechende Last im Kofferraum transportiert wird.
Der Fahrwiderstand bezeichnet die Summe der Widerstände, die ein Kraftfahrzeug mit Hilfe einer Antriebskraft überwinden muss, um mit einer konstanten oder beschleunigten Geschwindigkeit v auf einer horizontalen oder geneigten Ebene zu fahren. Der Fahrwiderstand ist die Summe vom Luftwiderstand, Rollwiderstand, Steigungswiderstand und Beschleunigungswiderstand. Eng mit dem Fahrwiderstand verknüpft ist die Frage nach der Antriebs¬ leistung, die erforderlich ist, um eine bestimmte Geschwindigkeit zu erreichen. Es wird also ein bestimmtes Antriebsmoment benötigt, um die Geschwindigkeit v zu erreichen. Es ist möglich, aus der Analyse der Motormomente die Beladung zu erfassen. Dabei wird das Antriebsmoment dem Fahrwiderstand gegenübergestellt. Allerdings ist die Messung des Fahrwider¬ stands erheblich toleranzbehaftet (beispielsweise durch Berg- und Talfahrt oder bei starkem Gegen- oder Seitenwind) . Die Motormomente können nur ungenau geschätzt werden. Daher un¬ terliegt die Bestimmung der Beladung mehr oder weniger großen Fehlern .
Erfindungsgemäß werden mehr als eine Mindestanzahl von Mes- sungen, beispielsweise mehr als 20 Messungen, für die physikalische Messgröße "Motormoment" vorgenommen. Aus den daraus gewonnenen Messwerten kann z. B. mittels statistischer Methoden, wie der Mittelwertbildung oder des Medians, dann jeweils das Motormoment ermittelt werden. Alternativ wird das Motormoment als Messgröße direkt ermittelt. Zudem können toleranzbehaftete Beladungen errechnet werden, die dann statistisch betrachtet werden. Aus dem Motormoment ist schließlich die Beladung des Kraftfahrzeugs berechenbar. Der Median bezeichnet dabei eine Grenze zwischen zwei Hälften, wie es in Figur 3 dargestellt ist. In der Statistik halbiert der Median eine Verteilung (gemäß Figur 3 liegt der Median auf der Null-Linie) . Gegenüber dem arithmetischen Mittel, auch Durchschnitt genannt, hat der Median den Vorteil, robuster gegenüber Ausreißern (extrem abweichenden Werten) zu sein.
In der Figur 3 sind die Abweichungen der Motormomente von den berechneten Motormomenten über der Anzahl n der Messungen eingetragen. Durch die Mittelwertbildung und bei einer ausreichenden Anzahl von Einzelmessungen (die Anzahl sollte über einer Mindestanzahl von beispielsweise 20 Messungen liegen) ergibt sich ein hinreichend genauer Wert für das Motormoment. Aus dem Motormoment ist somit die Beladung bei bekanntem Leergewicht einfach zu ermitteln.
Die statistisch bewerteten Messwerte aus der Momentenanalyse werden mit Mittelwerten oder Medianwerten aus der additiven oder relativen Beladungserkennung mit Hilfe der radseitig gemessenen Latschlänge 1, den Reifendruckwerten oder den gemessenen Radlasten wie sie oben beschrieben ist, korreliert. Damit kann die Beladung noch genauer ermittelt werden. Der Vorteil der Erkennung der Beladung durch Korrelation mit der Momentenanalyse ist, dass dieses Verfahren weitgehend unabhängig von Alte¬ rungseinflüssen funktioniert. Auch äußere Störgrößen, wie Fahrbahnoberfläche, Art und Dimension der Reifen 12 usw.
verfälschen das Endergebnis kaum. Somit können aus den mit Hilfe der radseitig gemessenen Messgrößen ermittelten Beladungswerte (Ergebnisse) mit Hilfe des aus der Momentenanalyse erhaltenen Beladungswerts durch Korrelation korrigiert werden.
Alternativ können die erfassten Messwerte (Reifendruck,
Latschlänge 1, Motormoment) entsprechend der Höhe der jeweiligen Werte in Größengruppen aufgeteilt werden. Die Messwerte in¬ nerhalb jeweils einer Größengruppe können dann einer statis¬ tischen Korrekturmethode, beispielsweise der Mittelwertbildung unterzogen werden, um daraus die Beladung genauer zu ermitteln. Beispielsweise können die Messwerte für die Latschlänge 1 erfasst werden, und mittels Addition oder ins Verhältnissetzen der Latschlängen 1 an den anderen Radpositionen VL, VR, HL, HR kann die Beladung ermittelt werden.
Beispielsweise können die ermittelten Beladungswerte in Gruppen, beispielsweise die Beladungswerte in die Gruppen von 0 - 200 kg, von 201 - 400 kg, von 401 bis 600 kg, usw. aufgeteilt werden. Die ermittelten Werte innerhalb der Gruppen können dann gemittelt werden und mit den dazugehörigen Mittelwerten der
Momentenanalyse korreliert werden. Somit erhält man nicht nur einen Vergleichswert oder auch Kalibrierwert/Korrekturwert, sondern gleich mehrere Kalibrierwerte. Damit kann nicht nur ein Offset in der Beladungserkennung, sondern auch eine zeitliche Veränderung (Steigerung) durch Korrelation korrigiert werden. Der Offset bezeichnet eine Linearverschiebung nach oben oder unten (z.B. vom Nullwert ) . Der Kalibrierwert beschreibt quasi die Steigung der Messwerte zueinander (z.B. die Verhältnisse von Druckdifferenz dP vorne/hinten relativ zu den Beladungswerten aus der Momentenanalyse) ) . Bei der Kalibrierung werden die gemessenen Werte mit Hilfe der Abweichung zum korrekten Wert korrigiert. Bei einer Kalibrierung werden die aus Messungen errechneten Werte korrigiert, um dadurch genauer als die Ausgangswerte zu werden. Die „genauen" Werte sind zunächst nicht bekannt, können aber durch statistische Betrachtungen relativ genau ermittelt werden.
Die Beladung kann auch mit Hilfe der Analyse des zeitlichen Verlaufs der Reifendruckwerte ermittelt werden. Die Reifen¬ druckwerte können dabei radseitig in jedem Rad 10 gemessen werden (unmittelbare Reifendruckmessung) oder auch mittelbar fahr- zeugseitig beispielsweise über Drehzahlsensoren am Federbein. Die Reifendruckwerte eines jeden Rades 10 werden bei modernen Fahrzeugen ohnehin gemessen und ausgewertet. In erster Näherung ist der Druckanstieg in einem Reifen 12 linear von der Radlast und der Fahrzeuggeschwindigkeit v abhängig, falls sich das System in einem eingeschwungenen Zustand befindet (dP/v ~ F; mit dP = Druckdifferenz zwischen zwei Zeitpunkten, v = Durchschnittsgeschwindigkeit und F = Radlast) . Im Fahrbetrieb können die Messwerte für die Messgröße Druckanstieg dP/v (auf die Geschwindigkeit normierter Druckanstieg) aller Räder 10 er¬ mittelt werden (Gesamtdruckanstieg) . Hierzu sind mehrere Reifendruckwerte aller Räder 10 notwendig und mehrere Ge- schwindigkeitswerte innerhalb eines Zeitintervalls notwendig (falls sich die Geschwindigkeit v ändert) . Die normierten Druckanstiegswerte werden in der Auswerteeinrichtung 23 ausgewertet und nach ihrem Betrag sortiert in zumindest zwei Gruppen aufgeteilt. Parallel dazu können die entsprechenden Bela- dungswerte aus der Momentenanalyse ermittelt werden und die dazugehörigen Beladungswerte werden ebenfalls ermittelt und nach ihrem Betrag eingruppiert. Innerhalb der Gruppen können nun statistische Methoden wie Mittelwert oder Median gebildet werden, d.h. die Beladungswerte können miteinander korreliert werden, um den möglichst genauesten Wert für die Beladung zu erhalten .
Anschließend können die Messwerte aus der Druckanalyse und der Momentenanalyse aus den einzelnen Gruppen miteinander korreliert werden. Die Werte können längs oder quer miteinander verglichen und entsprechend korrigiert werden. Dies bedeutet, dass die Messwerte der einzelnen Räder in jeglicher Art miteinander vergleichen werden können (z.B. diagonal oder vorne/hinten oder seitenweise usw.) . Somit können die Messwerte für die Beladung mit Hilfe der Druckanalyse ermittelt und anhand der
Momentenanalyse korrigiert werden, sofern hinreichend viele Messwerte vorliegen. Aus den Druckanstiegswerten kann dann die Fahrzeugmasse und damit die Beladung hinreichend genau ermittelt werden . Zusätzlich oder alternativ können statt des Gesamtdruckanstiegs über alle Räder 10 zu betrachten auch die Reifendruckwerte (Druckanstiegswerte) von achsweise angeordneten Rädern 10 (jeweils Vorderachse und Hinterachse) miteinander ins Verhältnis gesetzt werden. Durch diese Korrelation und der Korrelation mit dem Ergebnis der Momentenanalyse kann die Beladung auch hin¬ reichend genau ermittelt werden und die Einzelwerte somit korrigiert werden.
Werden diese beiden Varianten miteinander kombiniert, lassen sich spezielle Beladungs- und Fahrzustände erkennen und auch eine Beladung oder Beladungsverteilung unter erschwerten Bedingungen ermitteln. Denn bei einem ins Verhältnis setzen von
Druckanstiegswerten von achsweise angeordneten Rädern könnten bei einer Bergfahrt fehlerhafte Werte ermittelt werden. Würde in diesem Fall die Methode des Gesamtdruckanstiegs (also dP/v für alle Räder 10) ermittelt, wäre die Ermittlung der Belastung bei der Bergfahrt genauer.
Umgekehrt kann die Ermittlungsmethode mit dem Gesamtdruckanstieg aller Räder 10 bei sich ändernden Umweltbedingungen fehlerhaft sein, was durch die relative Methode der achsweise betrachteten Werte korrigiert werden kann.
In Figur 4 ist ein Diagramm für den Zusammenhang des Verhältnisses von Druckanstiegswerten in den Reifen von achsweise angeordneten Rädern 10 zu der Fahrzeugmasse in kg dargestellt. Wenn die Druckanstiege dP der Räder 10 der Vorderachse „dP vorne" ins Verhältnis zu den Druckanstiegen dP der Räder 10 der Hinterachse („dP hinten") gesetzt werden, so entsprechen diese Verhält¬ niswerte einer entsprechende Fahrzeugmasse. Wenn beispielsweise das Verhältnis der Druckdifferenz oder des Druckanstiegs von den Reifendrücken der Vorderachse zu den Reifendrücken der Hin- terachse etwa 1,545 beträgt, so ist diesem Verhältnis bei Standardumgebungsbedingungen die Fahrzeugmasse von etwa 2840 kg zugeordnet (siehe strichpunktierte Linien in Figur 4) . Um die Beladung zu ermitteln müssen also zunächst die Verhältnisse für die Druckanstiege dP ermittelt werden. Daraus werden dann die zugehörige Fahrzeugmasse und daraus die Beladung ermittelt. Um äußere Störgrößen heraus zu rechnen kann dann noch das Ergebnis für die ermittelte Beladung mit dem Ergebnis aus der Motormomentanalyse korreliert werden. So wäre dann die Fahr¬ zeugmasse entsprechend einem Korrekturwert etwas zu erhöhen oder zu erniedrigen, wenn beide Ergebnisse nicht übereinstimmen. Der Korrekturwert kann zudem von einer Fahrsituation, der Fahrgeschwindigkeit, Zeitdauer der bisherigen Fahrt und/oder Au- ßentemperatur abhängen. Zur Berechnung des Korrekturwerts können auch Plausibilitäten vorgenommen werden, ob bei den derzeit herrschenden Bedingungen das eine oder andere Ergebnis plausibler oder wahrscheinlicher ist als das andere. Durch Messen der Reifendruckwerte und zugehörigen Zeiten bzw. Fahrzeuggeschwindigkeiten sowie Korrelieren der Reifendruckoder Druckanstiegswerte kann somit die Beladung bei bekanntem Leergewicht des Kraftfahrzeugs ermittelt werden. Die ermittelten Beladungswerte werden umso genauer, desto öfter die Messwerte mit anderen Messwerten (wie beispielsweise aus der Momentenanalyse) korreliert werden. D.h. die Messwerte können somit korrigiert werden, um je nach Situation und Umgebungsbedingungen die exakte Beladung zu ermitteln. Die Ermittlung der Beladung kann mittels radseitiger Messwerte (Reifendruck oder Latschlänge 1) vorgenommen werden. Dabei können alle Messwerte von allen Radpositionen VL, VR, HL, HR addiert (additive Methode) ausgewertet werden oder mehrere Messwerte (beispielsweise von allen Rädern 10 einer Achse zu den Rädern 10 einer anderen Achse) zueinander ms Verhältnis (relative Methode) gesetzt werden.
Beim Reifendruck kann auch eine Druckdifferenz innerhalb eines Zeitintervalls (Druckanstiegsmethode) ausgewertet werden, um die Beladung zu ermitteln. Dabei können auch alle Messwerte von allen Radpositionen VL, VR, HL, HR addiert (additive Methode) und zusammen ausgewertet werden oder mehrere Messwerten zueinander ins Verhältnis (relative Methode) gesetzt werden.
Ebenso kann die Beladung mittels der Auswertung von fahr- zeugseitigen Messwerten, wie der Motormomente oder Antriebsmomente (Momentenanalyse) oder von Fahrwerksfederungsmesswerten (der Luftfedern an den jeweiligen Radpositionen VL, VR, HL, HR) ermittelt werden.
Erfindungsgemäß werden nun die einzelnen Ergebnisse der Er¬ mittlung der Beladung einer Methode mit den Ergebnissen mindestens einer anderen Berechnungsmethode korreliert, um einen möglichst genauen Wert unter verschiedensten Bedingungen für die Beladung zu erhalten. Je nachdem welche Berechnungsmethode oder Messmethode genauer ist, hat diese Methode mehr Einfluss auf das Endergebnis .
So kann die Momentenanalyse für Langzeitkorrekturen verwendet werden, wobei die Ergebnisse aus den anderen Methoden mit den Ergebnissen aus der Momentenanalyse korreliert werden, um einen möglichst genauen Wert für die Beladung zu erhalten.
Die Ergebnisse aus der relativen Methode können auch mit den Ergebnissen aus der additiven Methode korreliert werden, um ein möglichst plausibles und genaues Ergebnis für die Beladung zu erhalten. Unter normalen Fahrbedingungen liefert die additive Methode zwar bereits recht brauchbare Ergebnisse, aber dies reicht nicht aus, um unter allen Bedingungen und Fahrsituationen, wie beispielsweise bei rauem Fahrbahnbelag oder niedrigem Außenluftdruck noch ausreichend genaue Ergebnisse zu erhalten. Denn bei der additiven Methode addieren sich auch die Fehler aus den Einzelwerten. Daher können dann diese Ergebnisse mit den Ergebnissen aus der relativen Methode korreliert und damit korrigiert werden. Beispielsweise kann aus beiden Ergebnissen der Mittelwert als End- oder Gesamtergebnis für die Beladung ermittelt werden.
Vorteilhafterweise ergänzen sich die Ergebnisse aus den latschbasierten Messungen (relative und additive Methode) durch Korrelation mit den Ergebnissen aus der Momentenanalyse. Die Ermittlung des Druckanstiegs wird vorzugsweise in der ersten Zeit nach dem Fahrzeugstart verwendet. Denn in dieser Zeit wird ohnehin öfter die Latschlänge 1 oder der Reifendruck gemessen als während der nachfolgenden Fahrt. Typischerweise kann sich die Beladung nur im Stillstand des Kraftfahrzeugs ändern. Eine Änderung der Beladung sollte daher kurz nach dem Start erkannt werden. Später während der Fahrt findet üblicherweise keine Beladungsänderung mehr statt, so dass in diesen Phasen weniger oft oder gar nicht die Beladung ermittelt werden muss. Allerdings kann sich während der Fahrt die Radlast und damit der Reifendruck oder die Latschlänge 1, beispielsweise durch Berg- und Talfahrt, durch Schlaglöcher oder durch veränderten Umgebungsdruck ändern, was zu einem falschen Ergebnis für die Beladung führen würde. Durch die Korrelation und durch das Anpassen der Einzelergebnisse mit Hilfe des Korrekturwertes können Messfehler verringert werden. So kann beispielsweise ein Einzelergebnis verworfen werden, da es unplausibel ist und dafür das andere Einzelergebnis hergenommen werden. Die Überwachung des Reifendrucks und damit auch die Messung des Druckanstiegs können ständig während der Fahrt stattfinden, so dass auch signifikante Änderungen in der Beladung jederzeit erkannt werden können und Störgrößen heraus gerechnet werden können.
Die einzelnen Methoden zur Ermittlung der Beladung können auch ähnlich einem neuronalen Netze miteinander korreliert werden. Dabei sind alle Sensoreinrichtungen 14, 21 zum Erfassen einer Messgröße, die unter anderem von der Beladung abhängig ist, über die Auswerteeinrichtung 23 in der Art eines neuronalen Netzes miteinander verknüpft. Somit findet ein Informationsaustausch statt, d.h. die Ergebnisse von einer Methode oder einer be¬ liebigen Kombination von zwei oder mehreren Methoden können miteinander korreliert werden, um die Beladung möglichst genau und unter allen möglichen Bedingungen zu ermitteln. Äußere Störgrößen fließen dann nicht oder nur sehr gering in das Ergebnis der Ermittlung der Beladung ein. Der Vorteil einer genauen Beladungserkennung liegt darin, dass die Fahrsicherheit erhöht wird. Denn eine veränderte Beladung erfordert einen angepassten Luftdruck und angepasste Steuerinformationen für diverse Steuergeräte, wie beispielsweise Motorsteuergerät 22 oder ABS-Steuergerät . Außerdem kann dem Fahrer die Information angezeigt werden, dass der Reifendruck bei der aktuellen Beladung angepasst werden sollte. Denn bei Fahrten mit zu geringem Reifendruck kann es zu Reifenschäden kommen; zumindest aber zu einem erhöhten Energiebedarf/-verbrauch oder auch ungleichmäßigem Reifenabrieb.
Obwohl die vorliegende Erfindung anhand bevorzugter Ausführungsbeispiele vorstehend vollständig beschrieben wurde, ist sie darauf nicht beschränkt, sondern auf vielfältige Art und Weise modifizierbar . Wenn von radseitigen oder reifenseitigen Vorrichtungen gesprochen wird, so ist ein Ort am Rad 10 gemeint, unabhängig davon, wo genau das Objekt angeordnet ist (innerhalb oder außerhalb des Reifens 12, an der Felge 11, etc.) . Die Objekte außerhalb des Rades 10, aber im Kraftfahrzeug werden als fahrzeugseitig bezeichnet (beispielsweise Objekte am Radkasten in der Nähe der Räder 10 oder am Federbein) .
Unter dem Begriff „Korrelation" ist das in Beziehung Setzen von zwei oder mehreren Messwerten zu verstehen, wobei gegebenenfalls statistischen Methoden dabei verwendet werden, um die einzelnen Messwerte oder ganze Messreihen zu bewerten. Durch die Korrelation werden die gemessenen oder durch statistische Methoden erhaltenen Werte durch Messwerte oder Ergebnisse (die mittels einer oder mehrere Methoden ermittelte Beladung) korrigiert. Damit werden genauere Werte für die gewünschte, zu ermittelnde Beladung erzielt, wobei das Endergebnis mit Hilfe eines Kor¬ rekturwerts erhalten wird. Mittels Plausibilitäten oder
Wahrscheinlichkeiten können entschieden werden, welchem der korrelierten Einzelergebnisse mehr Gewicht beigemessen wird. Dazu können auch gemessene Informationen aus dem Fahrzeug, beispielsweise von anderen Steuergeräten entscheidend mit beitragen .
Bezugs zeichenliste
10 Rad
11 Felge
12 Reifen
14 Sensoreinrichtung
21 fahrzeugseitige Sensoreinrichtung
22 Steuergerät
23 Auswerteeinrichtung
24 Daten-/Signalleitungen
25 Anzeigeeinheit dP Druckdifferenz
dP/v Druckanstieg
F Radlast
HL Radposition hinten links
HR Radposition hinten rechts n Anzahl von Messungen
v Geschwindigkeit
VL Radposition vorne links
VR Radposition vorne rechts

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zum Ermitteln der Beladung eines Kraftfahrzeugs, mit den Schritten:
Erfassen zumindest einer von der Beladung abhängigen physikalischen Messgröße und Erzeugen eines diese erfasste Messgröße repräsentierenden Messwertes,
Auswerten der erzeugten Messwerte zur Ermittlung der Beladung durch miteinander Korrelieren der erzeugten Messwerte oder der daraus ermittelten Beladungswerte, um aus der Korrelation einen Korrekturwert zu erzeugen, mit dessen Hilfe ein tatsächlicher Beladungswert für die Beladung des Kraftfahrzeugs ermittelt wird .
2. Verfahren nach Anspruch 1,
dadurch gekennz ei chnet ,
dass von der Fahrzeugmasse abhängige physikalische Messgrößen, insbesondere Reifendruck, Latsch der Reifen (12) , Fahrwiderstand und/oder Motormoment, erfasst werden.
3. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche,
dadurch gekennz ei chnet ,
dass für jedes Rad (10) als physikalische Messgrößen die Latschlänge (1) und/oder der Reifendruck mit ihren Messwerten erfasst werden und dass zur Ermittlung des Korrekturwertes zumindest ein für jede Radposition (VL, VR, HL, HR) ermittelter Messwert mit zumindest einem anderen, für eine andere Radposition (VL, VR, HL, HR) ermittelten Messwert korreliert wird.
4. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche,
dadurch gekennz ei chnet ,
dass eine vorgegebene Mindestanzahl von von der Beladung ab- hängiger Messgrößen erfasst wird und die Messgrößen repräsentierende Messwerte erzeugt werden, wobei der tatsächliche Beladungswert für die Beladung des Kraftfahrzeugs aus einer Anwendung von statistischen Methoden auf die Messwerte ermittelt wird.
5. Verfahren nach Anspruch 4,
dadurch gekennz ei chnet ,
dass als statistische Methoden eine Mittelwertbildung oder eine Medianmethode angewendet wird.
6. Verfahren nach Anspruch 4 oder 5,
dadurch gekennz ei chnet ,
dass als statistische Methode eine Mittelwertbildung verwendet wird, wobei die erfassten Messwerte in Größengruppen aufgeteilt werden und die Messwerte jeweils innerhalb einer Größengruppe der Mittelwertbildung unterzogen werden, um daraus den tatsächlichen Beladungswert für die Beladung des Kraftfahrzeugs zu ermittelt.
7. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche,
dadurch gekennz ei chnet ,
dass der Reifendruck als Messgröße radseitig für jede Radposition (VL, VR, HL, HR) ein- oder mehrmals gemessen wird oder zeitliche Änderungen des Reifendrucks erfasst werden, wobei die ermit- telten Messwerte miteinander korreliert werden oder mit zeitlich zugehörig gemessenen Messwerten für das Motormoment korreliert werden .
8. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche,
dadurch gekennz ei chnet ,
dass die von der Fahrzeugmasse abhängige Messgröße der
Latschlänge (1) der Reifen (12) oder der Reifendruck jeweils für die unterschiedlichen Radpositionen (VL, VR, HL, HR) erfasst werden und die daraus erzeugten Messwerte jeweils mit Messwerten, die von Rädern (10) einer Achse oder Rädern (10) stammen, die diagonal angeordnet sind, miteinander korreliert werden.
9. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche,
dadurch gekennz ei chnet ,
dass radseitig gemessenen Messwerte mit fahrzeugseitig ge¬ messenen Messwerten, die jeweils von der Fahrzeugmasse abhängig sind, miteinander korreliert werden.
10. System zum Ermitteln der Beladung eines Kraftfahrzeugs, insbesondere mittels eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 9, mit wenigstens einer radseitigen und/oder fahrzeugseitigen Sensoreinrichtung (14), die dazu ausgelegt ist, zumindest eine von der Beladung des Kraftfahrzeugs abhängige physikalische Messgröße zu erfassen und einen diese erfasste Messgröße re¬ präsentierenden Messwert zu erzeugen, mit einer Auswerteeinrichtung (23), die dazu ausgelegt ist, die zur Ermittlung der Beladung die erzeugten Messwerte auszuwerten, indem sie die Messwerte von einer oder mehreren radseitig und/oder fahrzeugseitig angeordneten Sensoreinrichtungen (14, 21) oder die daraus ermittelten Beladungswerte miteinander korreliert, um aus der Korrelation einen Korrekturwert zu erzeugen, mit dessen Hilfe ein Beladungswert für die Beladung des Kraftfahrzeugs ermittelt wird.
11. Kraftfahrzeug, insbesondere Nutzfahrzeug,
- mit einer Mehrzahl von Rädern (10),
- mit einer Einrichtung zur Aufnahme einer Beladung,
- mit einem System gemäß Anspruch 10, welches dazu ausgelegt ist, die Beladung zu ermitteln.
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