Es ist eine Vielzahl von Verfahren und Vorrichtungen zur Regelung des Fahrverhaltens eines Fahrzeugs bekannt, die Reifensensoren zur Erfassung der an den Reifen angreifenden Kräfte und Momente verwenden. Reifensensoren (SWT-Sensoren) bestehen aus einem im oder am Reifen angebrachten Encoder und mindestens einem dem Encoder zugeordneten, stationär am Chassis angeordneten Meßwertaufnehmer. Während in der EP 04 441 09 Bl die Deformation des Reifenprofilbereichs des Reifens-der Reifenlatsch-überwacht wird, offenbart die WO 96/10505 die Überwachung der Deformation der Seitenwand- die Torsionsdeformationen-eines Reifens über eine Zeitspannenmessung zwischen dem Passieren mindestens zweier auf unterschiedlichem Radius zur Rotationsachse angeordneter Marken am rotierenden Rad. Durch Auswertung der so erhaltenen Signale wird auf die am Reifen wirkenden Längskräfte geschlossen.

Darüber hinaus können aus Änderungen der Amplituden des vom Meßwertaufnehmer erfassten Signals, das Abstandsänderungen zwischen dem Meßwertaufnehmer und dem Encoder wiedergibt, die Querkräfte ermittelt werden. Ein Reifensensor, der bei einer Verformung des Reifens infolge der an dem Reifen angreifenden Kräfte eine Änderung der Phasenlage zwischen von Meßwertaufnehmern abgegebenen Ausgangssignalen erfaßt, ist in der WO 97/44673 beschrieben.

Weiterhin ist aus der WO 99/19192 ein Verfahren bekannt, das auf der Basis der auf die einzelnen Räder wirkenden Kraft, die mit Reifensensoren erfaßt werden, Fahrzeugzustandsgrößen bestimmt, die in Bezug auf Genauigkeit und Zuverlässigkeit die hohen Anforderungen von Kraftfahrzeug-Regelungssystemen erfüllen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die von dem Reifensensor zur Verfügung gestellten Signale bereinigt von auf Einflußgrößen beruhenden Fehlern einer Auswertung bzw. dem Kraftfahrzeug-Regelungssystem zuzuführen.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mit einem gattungsgemäßen Reifensensor gelöst, dessen Besonderheit darin besteht, daß zwischen dem Kfz.-Regelungssystem und dem Meßwertaufnehmern mindestens eine analoge und mindestens eine digitale Signalaufbereitungs und/oder-verarbeitung vorgesehen ist, daß die Meßwertaufnehmer mindestens zwei bzgl. einer Änderung der Phasenlage bewertbare Ausgangssignale und/oder mindestens ein bzgl. der Änderung der Amplitude bewertbares Ausgangssignal der digitalen Signalaufbereitung und/oder-verarbeitung zuführen, und daß die digitale Signalaufbereitung und/oder-verarbeitung die systematischen Fehler der Ausgangssignale mit bezug, ob es ein amplitudenbezogener Fehler oder ein phasenbezogener Fehler ist, kalibriert.

Der erfindungsgemäße Reifensensor und eine darauf aufbauende Regelung geht also von den direkt am Reifen auftretenden Kräften aus. Dadurch werden alle Einflußgrößen erfasst und Fehlinterpretationen, die auf mehrdeutige Signale oder Verarbeitungsfehler zurückgehen, bei der Ermittlung von Fahrzeugzustandsgrößen bzw. das Fahrverhalten beschreibenden Größen erschwert. Durch die Kalibrierung der von dem oder den Meßwertaufnehmern zur Verfügung gestellten, im wesentlichen sinusförmigen Signale mit bezug auf deren elektrischen Kenngröße wird eine den jeweiligen elektrischen Kenngrößen zugrundeliegende Fehlergröße, die durch unterschiedliche Einflußgrößen verursacht wird, berücksichtigt.

Die vorgesehene Signalaufbereitung und/oder-verarbeitung reduziert die Datenmenge mehrerer miteinander verknüpfter analoger Eingangssignale dabei in einer vorteilhaften Weise so, daß eine Weiterverarbeitung der gewonnenen Informationen mit geringerem Aufwand in der digitalen Signalverarbeitung gewährleistet ist. Dabei werden aus den Veränderungen der Amplitude, der Periodendauer und des Phasenbezuges der Eingangssignale die Informationen gewonnen, die eine Berechnung der auf die Reifen wirkenden Quer-und Längskräfte möglich machen. Die Signalaufbereitungs-und/oder-verarbeitung enthält dabei Mittel, um die unerwünschten Fehlergrößen zu erkennen und dann während der nachfolgenden Datenverarbeitung rechnerisch auszugleichen.

Nach einem vorteilhaften Ausführungsbeispiel nach der Erfindung werden in der digitalen Signalaufbereitung und/oder -verarbeitung der amplitudenbezogene Fehler mit einer multiplikativen Kalibrierung und der phasenbezogene Fehler mit einer additiven Kalibrierung kompensiert. Dabei werden erfindungsgemäß in der analogen Signalaufbereitung das amplitudenbezogene Ausgangssignal gleichgerichtet und die Höchstwerte (Amplituden) bestimmt, in der digitalen Signalaufbereitung und/oder-verarbeitung die Versetzung (Offset) über eine vorzeichenrichtige Mittelwertbildung der Höchstwerte bestimmt und ein Multiplikator f aus dem Höchswert dividiert durch den Mittelwert des gleichgerichteten Signals gebildet und jedem Ausgangssignal bzw. jedem Pol des Encoders zugeordnet. Dem phasenbezogenen Ausgangssignal des Reifensensors ist erfindungsgemäß ein der Anzahl der Pole entsprechendes ideales Polmuster, das vorzugsweise äquidistante Pole aufweist, zugeordnet, wobei in der digitalen Signalaufbereitung und/oder-verarbeitung das ideale Polmuster mit jedem Pol des Encoders des phasenbezogenen Ausgangssignals verglichen wird. In Abhängigkeit von dem Vergleich werden dann erfindungsgemäß Korrekturfaktoren gebildet bzw. aktualisiert, die dem Ausgangssignal additiv zugeordnet werden.

Die Erfindung geht also von der Erkenntnis aus, daß der Korrektur des Amplitudenfehlers die Annahme zugrunde gelegt werden kann, daß es sich um einen multiplikativen Fehler handelt, da additive Luftspaltänderungen (Fehler : A) bzw.

Reifenseitenwandungleichheiten vorausgesetzt werden, die über die exponentielle Kennlinie A*exp(B*Luftspalt)zueinermultiplikativenAmplitude-Offset|= Amplitudenänderung werden : Amplitude-Offset = A * exp (B * (Luftspait + A)) Amplitude-Offset = A * exp (B* Luttspalt + t') Amplitude-Offset = A * exp (B * Luftspalt) * exp (A') Amplitude-Offset = A * exp (B * Luftspalt) * A" und eine multiplikative Ungleichheit des magnetischen Feldes vorausgesetzt wird, das direkt proportional zur Amplitude ist und dadurch eine multiplikative Ungleichheit der Amplitude erzeugt.

Der Korrektur des Polteilungsfehlers liegt dagegen die Annahme zugrunde, daß der Polteilungsfehler ein additiver Fehler ist, da er ein Winkelfehler ist, der sich über den Umfang des Encoders 17 additiv verändert.

Vorteilhaft werden zur Fehlerkorrektur die Amplituden und Phasendifferenzen in einem Ringspeicher entsprechend der Polnummer, wie 1,2,.... bis 96, abgelegt.

Durch die erfindungsgemäße Kalbrierung werden radperiodische Fehler sofort korrigiert, ohne daß eine zeitaufwendige (Verzögerungszeit) Filterung vorgenommen werden muß.

Untersuchungen haben ergeben, daß durch die Kalbrierung die Genauigkeit der Signalauswertung um bis zu 7% gesteigert werden kann.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird im folgenden näher beschrieben.

Es zeigen Fig. 1 ein schematisches Schaltbild der SWT-Signalaufbereitung und-verarbeitung Fig. 2 eine schematische Darstellung der Ursachen des Amplitudenfehlers Fig. 3 eine Kennline der Abhängigkeit des Betrages der Ausgangssignal-Amplitude vom Luftspalt Fig. 4 eine Darstellung vom Amplitudenfehler durch einen Offset (Gleichanteil) und durch Ungleichförmigkeit Fig. 5 eine Darstellung des Fehlers in der Phasendifferenz Fig. 6 den Signalfluß zwischen der Signalaufbereitung und- verarbeitung sowie dem Kraftfahrzeug-Regelungssystem Fig. 7 das Prinzip der Kompensation von Offset-und Ungleichförmigkeitsfehlern Die in Figur 1 dargestellte Schaltung weist die folgenden Funktionsgruppen auf : -Analoge Signalaufbereitung 14 -Digitale Signalaufbereitung 15a -Digitale Signal-bzw. Datenverarbeitung 15b (DSP=Digitaler Signalprozessor) -CAN Schnittstelle zur Anbindung an das Kfz- Regelungssystem 13 In der analogen Signalaufbereitung werden die sinusförmigen Ausgangsstromsignale der SWT-Meßwertaufnehmer 10,11 in eine Spannung überführt und in ein Rechtecksignal gewandelt, gefiltert, an Veränderungen des Signaloffsets der Sensoren anpaßt und der Spitzenwert jeder Halbwelle erfaßt.

In der digitalen Signalaufbereitung 15a erfolgt eine Umsetzung der analogen Signale in digitale Signale bzgl. der Amplitude, der Periode und des Zeitversatzes.

In der digitalen Signal-bzw. Datenverarbeitung 15b erfolgt die Ermittlung der Radgeschwindigkeit und der Radkräfte. Darüber hinaus werden die Polteilungs-und Amplitudenfehler kompensiert.

Die Amplitudenfehler beruhen auf einer Ungleichförmigkeit der Reifen in lateraler Richtung. Figur 2 zeigt die Reifen- Seitenwand-Ungleichformigkeit schematisch als gewellte Linie 16. Die Reifen-Seitenwand-Ungleichformigkeit führt zu Veränderungen des Luftspalts zwischen den stationär am Chassis im Abstand zur Rotationsachse des Rades bzw. des Reifens befestigten Meßwertaufnehmern (Sensoren) 10 bzw. 11 und dem in der Reifenseitenwand angeordneten Encoder 17 (Figur 5), die nicht unter der Einwirkung von Kräften auf den Reifen erfolgt.

Es ergibt sich vielmehr eine radperiodische Abstandsänderung, die mit der durch die analoge Signalaufbereitung 14 erfaßten Amplitude zusammenhängt. Der Zusammenhang zwischen der Amplitude und dem Luftspalt oder Abstand zwischen den Meßwertaufnehmern 10,11 und dem Encoder 17 ist in Figur 3 dargestellt, wobei auf der Abszisse der Luftspalt in Millimeter (mm) und auf der Ordinate die Amplitude in Milli Volt (mV) bereinigt um einen Gleichanteil (Offset bzw. Versatz) aufgetragen ist. Eine weiterer Amplitudenfehler beruht auf der Ungleichförmigkeit der Magnetisierung der Reifenseitenwand über den Umfang der Seitenwand, so daß sich durch die in Figur 2 aufgeführte Ungleichheit des magnetischen Feldes bzw. der Änderung der magnetischen Feldstärke eine zusätzliche radperiodische Änderung der Amplitude ergibt.

Ferner kann ein Amplitudenfehler daraus entstehen, daß das Ausgangssignal einen Wechsel-und einen Gleichanteil 19 (Offset) enthalt, der in der analogen Signalaufbereitung 14 herausgefiltert wird. Aus dem verbleibenden Wechselanteil wird die Amplitude durch Gleichrichtung mit anschließender Maximalwertbestimmung gewonnen. Dabei ist es möglich, daß der Offset stationär unzureichend oder zeitverzögert ermittelt wird. Dann sind die Maximalwerte der Halbwellen (Amplituden) durch den Ungleichförmigkeits-Anteil 18 (Figur 4) unterschiedlich.

Phasenfehler entstehen durch eine Abweichung der aufgebrachten Magnetisierung vom idealen Polmuster, dem eine gleichmäßige (aquidistante) Verteilung der Pole des Encoders 17 über dem Umfang der Reifenseitenwand zugrunde liegt. Dies gilt für Baugruppen die einen Reifensensor und einen herkömmlichen Sensor oder zwei Reifensensoren mit zwei Meßwertaufnehmern 10.

11 aufweisen.

Die Fehler des Ausgangssignals der Meßwertaufnehmer 10,11 werden wie folgt korrigiert : Die Kalibrierung bzw. Initialisierung der Fehlerkorrektur erfolgt bei stationärem Fahrverhalten. Das stationäre Fahrverhalten wird mit Hilfe von Eingangsgrößen festgestellt, die von herkömmlichen Sensoren bereitgestellt werden und beispielsweise die Quer-und Längsbeschleunigungsänderung und die Gierbeschleunigung umfassen. Geeigneterweise wirken zu diesem Zeitpunkt keine oder nur sehr kleine Kraftänderungen auf das Rad bzw. den Reifen. Dabei können folgende Bedingungen einem stationären Fahrverhalten zugrunde gelegt sein : Quer-undLängsbeschleunigungsänderung|< 0, 05g/s Gierbeschleunigung2 Wenn die Bedingungen erfüllt sind, darf die Kalibrierung des Ausgangssignals durchgeführt werden.

In einem Ringspeicher der digitalen Signalaufbereitung 15a werden die Amplituden A1, A2 und die Pasendifferenz Aç stationärem Fahrverhalten gemäß folgender Tabelle gespeichert : Pol Nummer.. 96 A1(2)A1(3)..A1(96)A1A1(1) A2 A2 (1) A2 (2) A2 (3).. A2 (96) ##(2)####(1) Der Encoder 17 weist nach der bevorzugten Ausbildung 48 Polpaare, also 96 Pole auf. Dabei erfolgt in dem Ringspeicher die Zuordnung des polspezifischen Fehlers zu dem jeweiligen Pol des Encoders 17. Diese Zuordnung des polspezifischen Fehlers zum zugehörigen Pol wird bei einem Richtungswechsel des Fahrzeugs über eine Synchronisation des Korrekturmusters zum aktuellen Polmuster beibehalten. Encoder 17 mit einer anderen Polzahl können selbstverständlich entsprechend dem Ausführungsbeispiel verwendet werden.

Als Phasendifferenz gilt der Phasenunterschied zwischen dem näher zur Rotationsachse des Rades bzw. des Reifens angeordneten unteren Meßwertaufnehmer 10 oder eines herkömmlichen Sensors und dem entfernter von der Rotationsachse des Rades oder Reifens angeordneten oberen Meßwertaufnehmer 11.

Zur Kompensation des Phasenfehlers wir der Mittelwert der Phasendifferenzen über eine Radumdrehung nach der folgenden Beziehung gebildet : <BR> <BR> <BR> ###(i)<BR> <BR> <BR> ##mittel##mittel= 1............96= <BR> 96<BR> <BR> <BR> <BR> <BR> <BR> <BR> <BR> <BR> Hierzu wird der aktuelle Ringspeicher in einen zweiten Ringspeicher mit der Bezeichnung Op, kopiert : ZweiterRingspeicher ##0(2)##0(3)..##0(96)##0##0(1) Der zweite Ringspeicher wird auf den Mittelwert bezogen : Zweiter Ringspeicher ##A ##0(1)- ##0(2)- ##0(3)- .. ##0(96)- ##mittel##mittel##mittel##mittel Der additive Phasenfehler ist dann in dem zweiten Ringspeicher nach folgender Beziehung enthalten bzw. ersetzt den Ringspeicher Kapo, der dann den Mittelwert der Phasendifferenz während einer Radumdrehung enthält : ##0-##mittel##A= mitApA additiver Phasenfehler, ç0 = Werte im 2ten Ringspeicher In folgenden Korrekturzyklen erfolgt die Fehlerkorrektur des Phasenfehlers durch eine Modifikation der Phasendifferenzen (##*), die für die weiteren Berechnungen verwendet werden nach der folgenden Beziehung : ##*(i)=##(i)-##A(i)=##(i)-##0(i)+##mitteli=1.....96 Der Korrektur des Amplitudenfehlers bei stationärem Fahrverhalten liegt die Bedingung zugrunde, daß das Vorzeichen in der Amplitudeninformation berücksichtigt ist und daß ungerade Polnummern zu der positiven Halbwelle gehören (A (2*i+1) >0, i=0... 48) und die geraden Polnummern zu den negativen Halbwellen gehören (A (2*i) <0, i=0... 48). Die Kompensation des Amplitudenfehlers erfolgt in drei Schritten : 1. Ermitteln des Fehlers des Gleichanteils (Offsets) 2. Ermitteln des Fehlers des Ungleichförmigkeitsanteils 3. Kompensation des der Fehler Es wird im folgenden nur die Kompensation des Amplitudenfehlers der Amplitude A1 beschrieben. Bei der Amplitude A2 ist entsprechend zu verfahren.

Der aktuelle Ringspeicher Ai wird in einen zweiten Ringspeicher mit der Bezeichnung A ; kopiert : Zweiter Ringspeicher A(0)1(2)A(0)1(3)..A(0)1(96)A(0)1A(0)1(1) Da die Amplitude das richtige Vorzeichen enthält, kann der Gleichanteil einer Periode durch die Summation zweier <BR> <BR> <BR> <BR> aufeinanderfolgender Amplituden A (2*i+1) und A (2*i+2) oder der Differenz zweier aufeinanderfolgender Amplituden A (2*i+l) ! undA (2*i+2 ermittelt werden. Der Gleichanteil Aoffset über den gesamten Reifenumfang kann dann nach der folgenden Beziehung bestimmt werden : #A0(i) AOffset=i=1...96 96 Der zweite Ringspeicher Ao wird nun durch den Ringspeicher ao ersetzt, der den offsettkompensierten Betrag der Amplitude nach der folgenden Beziehung enthält : ao =l... 96 Zweiter Ringspeicher a(0)1 |a(0)1(3)..|a(0)1(96)|a(0)1(2) -AOffset|-AOffset|-AOffset|-AOffset| Bei der Ermittlung des Amplitudenfehlers aufgrund der Ungleichförmigkeit der Reifenseitenwand 16 und der Magnetisierung (unterschiedliche Feldstärke) des Encoders 17 wird eine multiplikative Veränderung der Berechnung zugrunde gelegt. Es wird der Mittelwert der Ungleichförmigkeit über eine Radumdrehung nach der folgenden Beziehung gebildet : ffi (l) fi (2) fi (3).. fi (96)) amittel=--"--1=1... 96 Aus der Differenz des offsettkompensierten Betrags und dem Mittelwert wird der multiplikative Fehler nach der folgenden, in Figur 7 dargestellten Beziehung gebildet : a0 |A0(i)-AOffset| i=1...96f(i)== amittelamittel Der zweite Ringspeicher ao wird durch den multiplikativen Fehler f (i) ersetzt bzw. der multiplikative Fehler wird in den zweiten Ringspeicher kopiert.

Die fehlerbehafteten Amplituden A (i) werden dann entsprechend der Darstellung in Figur 7 durch den Betrag der vom Offset-und Ungleichförmigkeitsfehler bereinigten Amplituden A* (i) nach der folgenden Beziehung ersetzt : <BR> <BR> <BR> <BR> <BR> <BR> <BR> |A(i)-AOffset|<BR> A*(i)=i=1...96<BR> <BR> <BR> <BR> <BR> <BR> f(i) In Figur 7, rechtes Diagramm, ist auf der Ordinate das fehlerkompensierte Ausgangssignal und auf der Abszisse die Winkelfrequenz über der Zeit dargestellt. Die offsetkorrigierten Ausgangssignale sind dabei mit 22 und die von Offset-und Ungleichförmigkeitsfehlern bereinigten Signale mit 23 bezeichnet.

Nach einem vorteilhaften Ausführungsbeispiel wird eine Langzeit-Filterung der Korrekturterme vorgesehen. Durch die Filterung mittels eines Tiefpassfilters werden zufällige Störungen und Einflüsse minimiert. Die Korrektur mit einem diskreten Tiefpass erfolgt nach der folgenden Beziehung : f (k) =1/(1+FC)* (FC*f (k-l) +u (k), wobei f (k) =gefilterter Wert von f zum Zeitpunkt tk, f (k- 1) =gefilterter Wert von f zum Zeitpunkt tk-1, u (k) =Wert von f zum Zeitpunkt tk und FC =Filterkonstante (FC >0).

Nach einem weiteren Ausführungsbeispiel wird der multiplikative Fehlerterm so geändert, daß eine Normierung der Amplitude eingeführt wird. Der Mittelwert amittel wird hierbei gleich 1 gesetzt, so daß <BR> <BR> <BR> <BR> <BR> <BR> a0<BR> <BR> |A0(i)-AOffset|f(i)== i=1...96 ist.

Entsprechend kann eine Normierung der Phasendifferenz dadurch vorteilhaft erreicht werden, indem der Mittelwert A (p 0 gesetzt wird, so daß <BR> <BR> <BR> <BR> <BR> <BR> ##A ##0-##mittel ##mittel=0<BR> <BR> <BR> <BR> <BR> <BR> ##A = ##0 ist.

Die Normierung der Amplitude und der Phasendifferenz erfolgt vorzugsweise bei stationärem Fahrverhalten unter den folgenden Bedingungen : Querbeschleunigungl< 0,07g |Längsbeschleunigung|< 0,1g Lenkwinkell< 1 ° [Grad/s]|Lenkwinkelgeschwindigkeit|<20 Vorwärtsfahrt Gangabhängige Geschwindigkeit l. Gang<10 km/h 2. Gang<30 km/h 3. Gang<50 km/h 4. Gang<100 km/h 5.Gang<150km/h Wenn diese Bedingungen erfüllt und ca. 70 ms stabil sind, liegt ein stationäres, längs- bzw. querkraftfreies Fahrverhalten vor.