Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur dynamischen Ermittlung einer Reifenlängskraft.

Herkömmliche Verfahren zur Ermittlung der im Kontaktbereich zwischen Reifen und Unter grund auftretenden Reifenlängskraft beruhen meist auf einer Bewertung der in einem An triebsstrang auftretenden Drehmomentverhältnisse. Eine derartige Bewertung ist aufwändig und ausschließlich im Zusammenhang mit angetriebenen Rädern möglich.

Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren der eingangs genannten Art anzugeben, das eine einfach durchzuführende Ermittlung der Reifenlängskraft sowohl an an getriebenen wie auch frei laufenden Rädern eines Fahrzeugs erlaubt.

Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst.

Bei dem Verfahren zur dynamischen Ermittlung einer Reifenlängskraft wird mittels eines in einem Reifenwulst angeordneten Beschleunigungsaufnehmers eine Reifenbeschleunigungs größe ermittelt, die eine innerhalb des Reifenwulsts auftretende Beschleunigung charakteri siert, wobei ausgehend von der ermittelten Reifenbeschleunigungsgröße mittels einer Pro zessoreinheit ein erster Zeit- oder Winkelabstand zwischen einem Reifenlatscheintrittspunkt und einem Beschleunigungsscheitelpunkt und ein zweiter Zeit- oder Winkelabstand zwischen dem Beschleunigungsscheitelpunkt und einem Reifenlatschaustrittspunkt bestimmt wird, wo bei von der Prozessoreinheit aus einer zwischen den beiden Zeit- oder Winkelabständen er fassten Symmetrieverschiebung auf Betrag und/oder Richtung einer eine Reifenlängskraft charakterisierenden Reifenlängskraftgröße geschlossen wird.

Das erfindungsgemäße Verfahren macht sich den Umstand zunutze, dass luftgefüllte Reifen den Untergrund nicht etwa in einer Linie berühren, wie es bei einem starren Zylinder der Fall wäre, sondern im Bereich einer kompressionsbedingt auftretenden Kontaktfläche, dem soge nannten Reifenlatsch. Hierbei erfolgt im Reifenlatsch die Übertragung der in Längs- und Qu errichtung wirkenden Reifenkräfte auf den Untergrund. Beim rotationsbedingten Durchlaufen des Reifenlatschs verringert sich der Reifenradius in einem Reifenlatscheintrittspunkt, bevor dieser am Ende des Reifenlatschs in einem Reifenlatschaustrittspunkt wieder seinen ur sprünglichen Nennradius annimmt. Dies verursacht umfangsmäßig wirkende (tangentiale) Kräfte im Reifenlatsch. Erfindungsgemäß wurde erkannt, dass umgekehrt eine von außen aufgeprägte Veränderung dieser Kräfte zu einem bezüglich der Symmetrie der beiden Zeit- oder Winkelabstände verschobenen Reifenlatsch führt. Eine derartige Veränderung der Kräf teverhältnisse tritt beispielsweise beim Beschleunigen oder Verzögern des Rads wie auch aufgrund des Rollwiderstands zwischen Reifenlatsch und Untergrund auf.

Die von der Prozessoreinheit auf Grundlage der Reifenbeschleunigungsgröße dynamisch, d.h. durch Auswertung des dynamischen Verhaltens des Reifens bzw. Reifenlatschs ermit telte Reifenlängskraftgröße ist daher im Allgemeinen durch am Reifen auftretende Antriebs und Bremskräfte sowie dessen Rollwiderstand charakterisiert. Letzterer äußert sich in einer entsprechenden Rollwiderstandskraft, die sich ebenfalls in der zu ermittelnden Reifenlängs kraftgröße manifestiert.

Die Erfassung der Symmetrieverschiebung erfolgt durch Vergleich der beiden zeitlichen Ab stände oder aber der beiden Winkelabstände. Letzteres hat den Vorteil, dass die Symmetrie verschiebung nicht von der Reifenumfangsgeschwindigkeit abhängt. Je nach Richtung bzw. Vorzeichen der erfassten Symmetrieverschiebung lässt sich unmittelbar auf das Vorliegen von beschleunigenden bzw. verzögernden Kräften am Reifen schließen.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Verfahrens gehen aus den Unteransprüchen hervor.

Typischerweise wird die Reifenlängskraftgröße von der Prozessoreinheit auf Grundlage einer für den verwendeten Reifentyp spezifischen Zuordnungstabelle ermittelt, wobei in der Zuord nungstabelle eine Vielzahl vorgegebener Werte für die Symmetrieverschiebung empirisch mit jeweils korrespondierenden Werten für die Reifenlängskraftgröße verknüpft sein kann.

Zur Verbesserung der Datenqualität ist es denkbar, dass die Zuordnungstabelle von der Pro zessoreinheit in Abhängigkeit von Informationen hinsichtlich des Fülldrucks des Reifens und/oder der Reifentemperatur modifiziert wird. Denn diese beiden Größen haben ihrerseits unmittelbaren Einfluss auf die Ausbildung des Reifenlatschs.

Wie bereits eingangs erwähnt, enthält die ermittelte Reifenlängskraftgröße im Allgemeinen sowohl Anteile hinsichtlich eines beim Abrollen des Reifens auftretenden Rollwiderstands als auch solche, die auf Antriebs- oder Bremskräfte des Fahrzeugs zurückgehen. Um insofern eine eindeutige Zuordnung treffen zu können, kann zunächst zur Identifizierung des Rollwi derstands eine entsprechende Reifenrollwiderstandsgröße bestimmt werden. Deren Bestim mung wird von der Prozessoreinheit auf Grundlage der in einem antriebs- bzw. bremskraft freien Fahrtzustand ermittelten Reifenlängskraftgröße durchgeführt. Ob sich das Fahrzeug in einem solchen Fahrtzustand befindet, kann von der Prozessoreinheit unschwer aus dem Be triebsstatus eines zugehörigen Antriebs- bzw. Bremssystems abgeleitet werden.

Hierbei kann die Ermittlung der Reifenrollwiderstandsgröße von der Prozessoreinheit jedes Mal bei Erkennung eines derartigen antriebs- bzw. bremskraftfreien Fahrtzustands durchge führt werden, sodass stets ein hinsichtlich der jeweiligen Untergrundbeschaffenheit aktueller Wert zur Verfügung gestellt wird.

Die Reifenbeschleunigungsgröße kann von Seiten des Beschleunigungsaufnehmers insbe sondere durch eine im Reifenlatsch tangential oder radial wirkende Beschleunigung charak terisiert werden. Auch ist es vorstellbar, dass von der Prozessoreinheit eine Variation der Reifenumfangsgeschwindigkeit aufgrund der beim rotationsbedingten Durchlaufen des Rei- fenlatschs verursachten Radiusänderung ausgewertet und zur Charakterisierung der Reifen beschleunigungsgröße herangezogen wird. Hierzu kann eine von dem Beschleunigungsauf nehmer umfasste inertiale Messeinheit dienen.

Des Weiteren kann die Reifenbeschleunigungsgröße der Prozessoreinheit seitens des Be schleunigungsaufnehmers drahtlos zur Verfügung gestellt werden. Daneben können Infor mationen hinsichtlich des Reifentyps wie auch des Fülldrucks des Reifens und/oder der Rei fentemperatur mitübermittelt werden, um diese zur Auswahl der für den verwendeten Reifen typ spezifischen Zuordnungstabelle bzw. zu deren Modifikation heranzuziehen. Die drahtlose Übertragung kann mittels eines Bluetooth- oder RFID-Transponders erfolgen. Die Angaben hinsichtlich des Reifentyps sind dabei in einer in dem Bluetooth- oder RFID-Transponder zu geordneten Speichereinheit hinterlegt, wohingegen Fülldruck und/oder Reifentemperatur sensorisch bereitgestellt werden.

Das erfindungsgemäße Verfahren wird im Folgenden anhand der beigefügten Zeichnungen näher erläutert. Hierbei sind übereinstimmende oder bezüglich ihrer Funktion vergleichbare Komponenten mit denselben Bezugszeichen gekennzeichnet. Es zeigen:

Fig. 1 eine beispielhaft dargestellte Fahrzeugumgebung, in der das erfindungsgemä ßen Verfahren ausgeführt wird,

Fig. 2 eine Veranschaulichung eines an einem frei laufenden Rad auftretenden Rei- fenlatschs,

Fig. 3 eine Veranschaulichung eines unter der zusätzlichen Wirkung einer beschleu nigenden Antriebskraft auftretenden Reifenlatschs, und Fig. 4 ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens in Gestalt eines

Flussdiagramms.

Fig. 1 zeigt eine beispielhaft dargestellte Fahrzeugumgebung, in der das erfindungsgemäße Verfahren zur dynamischen Ermittlung einer Reifenlängskraft ausgeführt wird.

Bei der in Fig. 1 schematisch dargestellten Fahrzeugumgebung 10 handelt es sich um einen landwirtschaftlichen Traktor 12 mit lenkbaren Vorderrädern 14 sowie mittels eines Verbren nungsmotors 16 angetriebenen Hinterrädern 18. Die Vorderräder 14 sind im vorliegenden Fall frei laufend ausgebildet, alternativ können diese jedoch auch über ein MFWD-Getriebe (MFWD - Mechanical Front Wheel Drive) mit dem Verbrennungsmotor 16 des landwirtschaft lichen Traktors 12 antriebsverbindbar sein.

Des Weiteren ist eine Prozessoreinheit 20 vorhanden, die Bestandteil einer lediglich durch einen CAN-Datenbus 22 angedeuteten Steuergerätearchitektur des landwirtschaftlichen Traktors 12 ist. Die Prozessoreinheit 20 steht mit einem Bluetooth- oder RFID-Empfänger 24, einer WLAN-Schnittstelle 26 sowie einer in einer Fahrerkabine 28 untergebrachten Bedien einheit 30 in Verbindung.

Eine in einen jeweiligen Reifenwulst 32, 34 der Hinter- bzw. Vorderräder 14, 18 eingebettete Datenerfassungseinheit 36, 38 weist jeweils einen Beschleunigungsaufnehmer 40, einen Fülldrucksensor 42 sowie einen Temperatursensor 44 auf. Zusätzlich ist eine Speichereinheit 46 vorhanden, in der Angaben zum Reifentyp hinterlegt sind. Alternativ können diese auch über die WLAN-Schnittstelle 26 in einem zentralen Datenserver 48 abgerufen werden. Die von der Datenerfassungseinheit 38 sowie der Speichereinheit 46 bzw. dem zentralen Daten server 48 bereitgestellten Informationen werden einem Bluetooth- oder RFID-Transponder 50 zugeführt, der eine Datenaustauschverbindung 52 mit dem Bluetooth- oder RFID-Emp- fänger 24 des landwirtschaftlichen Traktors 12 herstellt. Die Datenerfassungseinheit 36, 38 wird über eine von dem Bluetooth- oder RFID-Transponder 50 umfasste Antenne 54 von Sei ten des Bluetooth- oder RFID-Empfängers 24 induktiv mit Strom versorgt. Alternativ ist diese mit einer gegebenenfalls austauschbaren (Lithium-) Batterie oder einem die Radbewegung nutzenden Generator ausgestattet.

In Fig. 2 ist ferner ein an einem frei laufenden Rad auftretender Reifenlatsch veranschaulicht.

Im vorliegenden Fall ist unter dem Begriff„frei laufend“ ein Rad zu verstehen, das frei von Antriebs- oder Bremskräften ist, bei dem der zugehörige Reifen also ausschließlich unter der Wirkung des beim Abrollen auftretenden Rollwiderstands steht. Der dem Vorder- oder Hinterrad 14, 18 des landwirtschaftlichen Traktors 12 zugeordnete Reifen 56 weist einen Nennradius r = r _nen n auf. Ausgehend von der Darstellung in Fig. 2 ro tiert der Reifen 56 entgegen dem Uhrzeigersinn in Übereinstimmung mit der momentanen Fahrtrichtung 58 des landwirtschaftlichen Traktors 12. Unter der Wirkung der Radaufstands kräfte wird der Reifen 56 im Bereich einer Kontaktfläche 60 komprimiert. Diese Kontaktfläche 60 bildet den Reifenlatsch 62. Beim rotationsbedingten Durchlaufen des Reifenlatschs 62 verringert sich der Reifenradius r in einem Reifenlatscheintrittspunkt 64 bis auf einen minima len Wert r _m in , bevor dieser am Ende des Reifenlatschs 62 in einem Reifenlatschaustrittspunkt 66 wieder seinen ursprünglichen Nennradius r _ne nn annimmt.

Der im Reifenwulst 32, 34 eingebettete Beschleunigungsaufnehmer 40 ermittelt die dabei auftretenden Beschleunigungen in Form einer Reifenbeschleunigungsgröße. Beispielsge mäß charakterisiert die Reifenbeschleunigungsgröße eine von dem Beschleunigungsaufneh mer 40 erfasste radial wirkende Beschleunigung.

Ein typischer Verlauf der Reifenbeschleunigungsgröße relativ zur Erdbeschleunigung g über eine volle Radumdrehung mit der Periode T ist im Diagramm von Fig. 2 widergegeben. Dem gemäß treten jeweils am Reifenlatscheintrittspunkt 64 und am Reifenlatschaustrittspunkt 44 ausgeprägte Beschleunigungsspitzen 68, 70 auf. Außerhalb des Reifenlatschs 62 durchläuft die Reifenbeschleunigungsgröße einen Beschleunigungsscheitelpunkt 72. Zwischen Reifen latscheintrittspunkt 64, Reifenlatschaustrittspunkt 66 und Beschleunigungsscheitelpunkt 72 treten erste, zweite und dritte Zeitabstände ti , t2, t3 bzw. Winkelabstände fi , f ₂ , y3 auf.

In vollständig kraftfreiem Zustand des Reifens 56 ist der erste Zeitabstand ti bzw. Winkelab stand fi zwischen dem Reifenlatscheintrittspunkt 64 und dem Beschleunigungsscheitelpunkt 72 mit dem zweiten Zeitabstand t2 bzw. Winkelabstand cp ₂ zwischen dem Beschleunigungs scheitelpunkt 72 und dem Reifenlatschaustrittspunkt 66 identisch. Der Beschleunigungs scheitelpunkt 72 weist dementsprechend eine mittige Position A zwischen den Beschleuni gungsspitzen 69, 70 auf. Greift eine umfangsmäßig wirkende Kraft im Reifenlatsch 62 an, vorliegend eine sich aus dem Rollwiderstand des Reifens 56 ergebende Rollwiderstandskraft F _r , so führt dies zu einer Symmetrieverschiebung zwischen den beiden Zeitabständen ti , t ₂ bzw. den beiden Winkelabständen fi , cp ₂ . Der Beschleunigungsscheitelpunkt 72 nimmt dann eine entgegen der momentanen Fahrtrichtung 58 versetzte Position B ein, ti > t ₂ bzw. fi > y2. Dies beruht auf dem Effekt der Rollwiderstandskraft F _r , dem rotationsbedingten Durch laufen des Reifenlatschs 62 retardierend entgegenzuwirken. Fig. 3 veranschaulicht das Verhalten des Reifenlatschs unter der zusätzlichen Wirkung einer beschleunigenden Antriebskraft.

Die Antriebskraft F _a überlagert die Rollwiderstandskraft F _r in entgegengesetzter Richtung, was gemäß dem Diagramm von Fig. 3 zu einer Rückverschiebung des Beschleunigungs scheitelpunkts 72 in eine Position C führt, t ^' i > ti > t2 bzw. f ^' i > fi > f ₂ . Wirkt hingegen eine (nicht dargestellte) verzögernde Bremskraft auf den Reifenlatsch 62 ein, so erfolgt die Verschiebung des Beschleunigungsscheitelpunkts 72 in entgegengesetzter Richtung.

Bei der am Reifen 56 auftretenden Antriebs- bzw. Bremskraft sowie der Rollwiderstandskraft handelt es sich um im Reifenlatsch 62 angreifende Reifenlängskräfte. Diese werden im Fol genden durch eine mittels des erfindungsmäßen Verfahrens zu ermittelnde Reifenlängskraft größe charakterisiert.

Fig. 4 zeigt ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens in Gestalt eines Flussdiagramms.

Das in der Prozessoreinheit 20 ablaufende Verfahren wird in einem Initialisierungsschritt 100 bei Inbetriebnahme des landwirtschaftlichen Traktors 12 oder aber manuell über die Bedien einheit 30 gestartet.

Daraufhin wird in einem ersten Hauptschritt 102 die Reifenbeschleunigungsgröße seitens des Beschleunigungsaufnehmers 40 über eine oder mehrere volle Radumdrehungen bzw. Perioden T ermittelt und von der Prozessoreinheit 20 zur Bestimmung des ersten Zeitab stands ti bzw. Winkelabstands fi zwischen dem Reifenlatscheintrittspunkt 64 und dem Be schleunigungsscheitelpunkt 72 und des zweiten Zeitabstands t ₂ bzw. Winkelabstands cp ₂ zwischen dem Beschleunigungsscheitelpunkt 72 und dem Reifenlatschaustrittspunkt 66 aus gewertet. Reifenlatscheintrittspunkt 64 und Reifenlatschaustrittspunkt 66 sind hierbei in ein deutiger Weise durch die beiden Beschleunigungsspitzen 68, 70 gegeben (siehe hierzu Fig. 2 bzw. Fig. 3).

Um miteinander vergleichbare Werte für die Zeitabstände ti , t ₂ zu erhalten, werden diese von der Prozessoreinheit 20 unter Zugrundelegung einer sensorisch erfassten Raddrehzahl auf eine einheitliche Reifenumfangsgeschwindigkeit normiert. Eine derartige Normierung lässt sich bei Verwendung der Winkelabstände fi , cp ₂ umgehen. Diese ergeben sich letztlich durch zeitliche Integration der mit der sensorisch erfassten Raddrehzahl korrelierenden Rei fenumfangsgeschwindigkeit. In einem zweiten Hauptschritt 104 wird von der Prozessoreinheit 20 eine zwischen den bei den Zeitabständen ti , t2 bzw. Winkelabständen fi , f ₂ auftretende Symmetrieverschiebung ermittelt. Dies erfolgt durch Bestimmung einer zwischen dem ersten und zweiten Zeitabstand ti , t ₂ bzw. Winkelabstand fi , f ₂ auftretenden Abweichung, ti - 1 ₂ bzw. fi - f ₂ .

Auf Grundlage einer für den verwendeten Reifentyp spezifischen Zuordnungstabelle ermittelt die Prozessoreinheit 20 anschließend Betrag und/oder Richtung der Reifenlängskraftgröße, wobei in der Zuordnungstabelle eine Vielzahl vorgegebener Werte für die Symmetriever schiebung empirisch mit jeweils korrespondierenden Werten für die Reifenlängskraftgröße verknüpft ist. Zur Verbesserung der Datenqualität wird die Zuordnungstabelle von der Pro zessoreinheit 20 in Abhängigkeit von Informationen hinsichtlich des Fülldrucks des Reifens 56 und/oder der Reifentemperatur modifiziert. Die betreffenden Informationen werden sei tens des Fülldrucksensors 42 bzw. des Temperatursens

ors 44 über die Datenaustauschverbindung 52 der Prozessoreinheit 20 bereitgestellt.

Die solchermaßen ermittelte Reifenlängskraftgröße enthält im Allgemeinen sowohl Anteile hinsichtlich des Rollwiderstands als auch solche, die auf Antriebs- oder Bremskräfte des landwirtschaftlichen Traktors 12 zurückgehen. Um insofern eine eindeutige Zuordnung tref fen zu können, wird zunächst zur Identifizierung des Rollwiderstands eine entsprechende Reifenrollwiderstandsgröße bestimmt. Dies erfolgt durch erneute Ermittlung der Reifenlängs kraftgröße in einem dritten Hauptschritt 106, und zwar jedes Mal dann, wenn von der Prozes soreinheit 20 anhand des Betriebsstatus eines zugehörigen Antriebs- bzw. Bremssystems erkannt wird, dass sich der landwirtschaftliche Traktor 12 in einem antriebs- bzw. bremskraft freien Fahrtzustand befindet. Auf diese Weise wird stets ein hinsichtlich der jeweiligen Unter grundbeschaffenheit aktueller Wert für die Reifenrollwiderstandsgröße zur Verfügung ge stellt.

In einem vierten Hauptschritt 108 wird von der Prozessoreinheit 20 die bezüglich des durch die Reifenrollwiderstandsgröße wiedergegebenen Rollwiderstands bereinigte Reifenlängs kraftgröße bereitgestellt. Ausgehend von dieser lässt sich ein unmittelbarer Schluss auf die auf den Reifen 56 wirkenden Antriebs- oder Bremskräfte ziehen.

Beispielhaft wird die Rollwiderstandsgröße wie auch die diesbezüglich bereinigte Reifen längskraftgröße in einem fünften Hauptschritt 1 10 im Rahmen eines Antriebsmanagement systems des landwirtschaftlichen Traktors 12 genutzt. Dieses kann unter anderem der Zug kraftoptimierung des landwirtschaftlichen Traktors 12 beim Pflügen oder dergleichen dienen. Anschließend wird das erfindungsgemäße Verfahren in einem nachfolgenden Schlussschritt 1 12 beendet.