Titel

Sensoranordnung für ein Fahrzeugrad

Die Erfindung geht aus von einer Sensoranordnung für ein Fahrzeugrad nach der Gattung des unabhängigen Patentanspruchs 1. Gegenstand der vorliegenden Er findung ist auch ein korrespondierendes Fahrzeug mit mindestens einer solchen Sensoranordnung.

Aus dem Stand der Technik sind Fahrzeuge mit einer ABS-Funktion bekannt, in welchen Sensoren zur Erfassung der Radgeschwindigkeit der einzelnen Fahr zeugräder eingesetzt werden. Zusätzlich ist es bekannt werden die Signale die ser Sensoren auszugwerten, um Radzustände wie beispielsweise lose Radmut tern oder einen niedrigen Luftdruck des korrespondierenden Fahrzeugrads zu er fassen.

Aus der US 2004/0138831 Al ist eine gattungsgemäße Sensoranordnung mit ei nem Geräuscherkennungssensor, welcher während der Fahrt des Fahrzeugs ein vom Reifen erzeugtes Geräusch erfasst, und einem Raddrehungssensor be kannt, welcher eine Raddrehzahl erfasst. Hierbei werden vorab Merkmalsmen gen berechnet, die einem Straßenoberflächenzustand und von Reifen erzeugten Geräuschquellen entsprechen. Ein Merkmalsvektorgenerator erzeugt einen Merkmalsvektor, der als Komponenten die berechneten Merkmalsgrößen und die erfasste Raddrehzahl aufweist. Ein Beurteilungsprozessor schätzt basierend auf dem erzeugten Merkmalsvektor einen Zustand einer Fahrbahnoberfläche ab, auf welcher das Fahrzeug fährt. Während sich ein Reifen dreht kollidieren kleine Steine oder Vorsprünge der Straßenoberfläche oder Wasser auf der Straßen oberfläche usw. relativ mit dem korrespondierenden Reifen, wodurch ein vom Reifen erzeugtes Geräusch mit solchen Kollisionen als Geräuschquelle erzeugt wird, wobei die erzeugten Geräusche spezifisch für die jeweilige Geräuschquelle ist. Dadurch kann abgeschätzt werden, ob die Straßenoberfläche trocken, nass oder vereist ist. Da die Merkmalsgrößen von der Raddrehzahl abhängig sind, kann unter Berücksichtigung der Raddrehzahl der Straßenzustand genauer ab geschätzt werden.

Aus der JP 2002-340863 A ist eine im Reifen angeordnete Sensoranordnung mit einem Beschleunigungssensor und einem Schalldrucksensor bekannt. Hierbei wird basierend auf der erfassten Beschleunigung ein Beschleunigungsleistungs spektrum und basierend auf dem erfassten Schalldruck ein Schalldruckleistungs spektrum ermittelt, wobei das Beschleunigungsleistungsspektrum mit einem Be schleunigungsreferenzleistungsspektrum und das Schalldruckleistungsspektrum mit einem Schalldruckreferenzleistungsspektrum verglichen wird, um den Zu stand der Straßenoberfläche zu bestimmen.

Offenbarung der Erfindung

Die Sensoranordnung für ein Fahrzeugrad mit den Merkmalen des unabhängigen Patentanspruchs 1 hat den Vorteil, dass durch die Integration mindestens eines weiteren Sensors mit einem ersten Sensor, welcher eine Drehzahl eines zuge ordneten Fahrzeugrads vorhandener Bauraum im Bereich des Fahrzeugrads besser ausgenutzt werden kann. Da zur Ausführung von Sicherheitsfunktionen, wie beispielsweise ABS (Antiblockiersystem), ASR (Antischlupfregelung), ESP (elektronisches Stabilitätsprogramm) usw. an jedem Fahrzeugrad die Raddreh zahl ermittelt wird, sind im Bereich der Fahrzeugräder entsprechende erste Sen soren ohnehin vorhanden. Außerdem bleibt durch das gemeinsame Gehäuse der Verkabelungsaufwand nahezu gleich. Zudem kann durch eine Kombination bzw. Fusion der Sensordaten der mindestens zwei Sensoren eine Ermittlung eines Radzustands im Vergleich zu einer nur auf den Signalen des Drehzahlsensors basierenden Radzustandserkennung verbessert werden. Dadurch kann die Prä zision der Auswerte-Algorithmen erhöht und das Auftreten von Fehlerkennungen oder von Nicht-Erkennungen von kritischen Radzuständen, wie beispielsweise lose Radmutter oder niedriger Luftdruck, deutlich reduziert werden.

Zudem können die Sensordaten für weitere Anwendungen, wie beispielsweise eine Ermittlung eines Zustands der befahrenen Straßen verwendet werden. So kann beispielsweise über eine Auswertung von erfasstem Körperschall bzw. Rei fenvibrationen oder von erfassten Abrollgeräuschen, welche von den Reifen ver ursacht werden, ein Zustand der Fahrbahnoberfläche, insbesondere ein Reib- beiwert zwischen Fahrbahnoberfläche und Reifen, ermittelt werden, so dass ein unkritischer trockener Straßenzustand oder ein durch Straßenglätte oder Aqua planing-Gefahr gekennzeichneter kritischer Straßenzustand erkannt werden kann. Hierzu kann beispielsweise ein auf die Raddrehzahl bezogenes Frequenz spektrum aufgenommen und durch einen Vergleich mit gespeicherten Referenz frequenzspektren ausgewertet werden. Des Weiteren können der erfasste Kör perschall und die erfassten Geräusche von Komfortfunktionen zur aktiven Ge räuschunterdrückung im Fahrzeuginnenraum verwendet werden.

Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung stellen eine Sensoranordnung für ein Fahrzeugrad, mit einem ersten Sensor, welcher geeignet ist, eine Drehzahl eines zugeordneten Fahrzeugrads zu erfassen, und mindestens einem weiteren Sensor zur Verfügung, welcher geeignet ist, eine weitere physikalische Größe im Bereich eines zugeordneten Fahrzeugrads zu erfassen. Hierbei sind der erste Sensor und mindestens ein weiterer Sensor innerhalb eines gemeinsamen Ge häuses angeordnet, welches im Bereich des zugeordneten Fahrzeugrads an- bringbar ist.

Zudem wird ein Fahrzeug mit mehreren Rädern vorgeschlagen, welchen jeweils eine solche Sensoranordnung zugeordnet ist.

Durch die in den abhängigen Ansprüchen aufgeführten Maßnahmen und Weiter bildungen sind vorteilhafte Verbesserungen der im unabhängigen Patentan spruch 1 angegebenen Sensoranordnung für ein Fahrzeugrad und des im unab hängigen Patentanspruch 5 angegebenen Fahrzeugs möglich.

In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung der Sensoranordnung können die einzel nen Sensoren jeweils über eine eigene elektrische Schnittstelle oder über eine gemeinsame elektrische Schnittstelle mit einer Auswerte- und Steuereinheit kommunizieren. Die elektrischen Schnittstellen sind vorzugsweise als PSI5- Schnittstellen ausgeführt. Unter der Auswerte- und Steuereinheit kann vorliegend ein elektrisches Gerät, wie beispielsweise ein Steuergerät, insbesondere ein ESP-Steuergerät, verstan den werden, welches erfasste Sensorsignale verarbeitet bzw. auswertet. Die Auswerte- und Steuereinheit kann mindestens eine Schnittstelle aufweisen, die hard- und/oder softwaremäßig ausgebildet sein kann. Bei einer hardwaremäßi gen Ausbildung können die Schnittstellen beispielsweise Teil eines sogenannten System-ASICs sein, der verschiedenste Funktionen der Auswerte- und Steuer einheit beinhaltet. Es ist jedoch auch möglich, dass die Schnittstellen eigene, in tegrierte Schaltkreise sind oder zumindest teilweise aus diskreten Bauelementen bestehen. Bei einer softwaremäßigen Ausbildung können die Schnittstellen Soft- waremodule sein, die beispielsweise auf einem Mikrocontroller neben anderen Softwaremodulen vorhanden sind. Von Vorteil ist auch ein Computerprogramm produkt mit Programmcode, der auf einem maschinenlesbaren Träger wie einem Halbleiterspeicher, einem Festplattenspeicher oder einem optischen Speicher gespeichert ist und zur Durchführung der Auswertung verwendet wird, wenn das Programm von der Auswerte- und Steuereinheit ausgeführt wird.

In vorteilhafter Ausgestaltung der Sensoranordnung kann ein zweiter Sensor eine vom zugeordneten rotierenden Fahrzeugrad verursachte Beschleunigung mit ei ner Ausbreitung im unteren Frequenzbereich von beispielsweise 0 Hz bis 100 Hz als weitere physikalische Größe erfassen. Hierbei kann die Auswerte- und Steu ereinheit die Sensorsignale des ersten Sensors und des zweiten Sensors zur Ermittlung eines Zustands des korrespondierenden Fahrzeugrads auswerten, um beispielsweise einen niedrigen Reifendruck oder lose Radmuttern zu erkennen.

In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung der Sensoranordnung kann ein dritter Sensor eine im Bereich des zugeordneten Fahrzeugrads erzeugte Beschleuni gung mit einer Ausbreitung im höheren Frequenzbereich von beispielsweise 100 Hz bis 10.000 Hz als weitere physikalische Größe erfassen. Hierbei kann die Auswerte- und Steuereinheit die Sensorsignale des ersten Sensors und des drit ten Sensors zur Ermittlung eines Zustands einer befahrenen Straße auswerten, um beispielsweise den Zustand einer Fahrbahnoberfläche zu erkennen. In vorteilhafter Ausgestaltung des Fahrzeugs kann das gemeinsame Gehäuse im Bereich einer Radaufhängung des zugeordneten Fahrzeugrads angebracht wer den.

In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung des Fahrzeugs kann mindestens eine Auswerte- und Steuereinheit vorgesehen werden, welche geeignet ist, Sensor signale des ersten Sensors und des mindestens einen weiteren Sensors zu emp fangen.

In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung des Fahrzeugs können die den einzelnen Rädern zugeordneten Sensoren der einzelnen Sensoranordnungen jeweils mit einer gemeinsamen Auswerte- und Steuereinheit elektrisch verbunden werden. Alternativ können mehrere Auswerte- und Steuereinheiten eingesetzt werden, die beispielsweise jeweils einer Sensoranordnung zugeordnet sind.

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und wer den in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. In der Zeichnung be zeichnen gleiche Bezugszeichen Komponenten bzw. Elemente, die gleiche bzw. analoge Funktionen ausführen.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Fig. 1 zeigt eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels eines Fahrzeugs mit mehreren erfindungsgemäßen Sensoranordnungen.

Fig. 2 zeigt ein schematisches Blockdiagramm eines ersten Ausführungsbei spiels einer erfindungsgemäßen Sensoranordnung für ein Fahrzeugrad aus Fig.

1.

Fig. 3 zeigt ein schematisches Blockdiagramm eines zweiten Ausführungsbei spiels einer erfindungsgemäßen Sensoranordnung für ein Fahrzeugrad aus Fig.

1.

Ausführungsformen der Erfindung Wie aus Fig. 1 ersichtlich ist, umfasst das dargestellte Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Fahrzeugs 1 vier Räder 4, 4A, 4B, 4C, 4D, welchen jeweils eine Sensoranordnung 10 zugeordnet ist.

Wie aus Fig. 1 bis 3 weiter ersichtlich ist, umfassen die dargestellten Ausfüh rungsbeispiele einer erfindungsgemäßen Sensoranordnung 10, 10A, 10B für ein Fahrzeugrad 4 jeweils einen ersten Sensor 12, welcher geeignet ist, eine Dreh zahl eines zugeordneten Fahrzeugrads 4A, 4B, 4C, 4D zu erfassen, und mindes tens einen weiteren Sensor 14, 14A, 14B, welcher geeignet ist, eine weitere phy sikalische Größe im Bereich eines zugeordneten Fahrzeugrads 4A, 4B, 4C, 4D zu erfassen. Hierbei sind der erste Sensor 12 und der mindestens eine weitere Sensor 14 innerhalb eines gemeinsamen Gehäuses 16 angeordnet, welches im Bereich des zugeordneten Fahrzeugrads 4A, 4B, 4C, 4D anbringbar ist.

Im dargestellten Ausführungsbeispiel ist das gemeinsame Gehäuse 16 der vier Sensoranordnungen jeweils im Bereich einer Radaufhängung des zugeordneten Fahrzeugrads 4A, 4B, 4C, 4D angebracht. Zudem ist mindestens eine Auswerte- und Steuereinheit 20 vorgesehen, welche geeignet ist, Sensorsignale des ersten Sensors 12 und des mindestens einen weiteren Sensors 14 zu empfangen. Im dargestellten Ausführungsbeispiel sind die den einzelnen Rädern 4A, 4B, 4C, 4D zugeordneten Sensoren 12, 14 der einzelnen Sensoranordnungen 10 jeweils mit einer gemeinsamen Auswerte- und Steuereinheit 20 elektrisch verbunden. Die Auswerte- und Steuereinheit 20 ist geeignet, die Sensorsignale des ersten Sen sors 12 und des mindestens einen weiteren Sensors 14, 14A, 14B zur Ermittlung eines Zustands des korrespondierenden Fahrzeugrads 4A, 4B, 4C, 4D und/oder einer befahrenen Straße auszuwerten. Dadurch ist die Auswerte- und Steuerein heit 20 in der Lage, bei der Auswertung der Sensorsignale bzw. Sensordaten ei ne lose Radmutter oder einen zu niedrigen Reifendruck oder den Zustand einer Fahrbahnoberfläche zu erkennen.

Wie aus Fig. 2 weiter ersichtlich ist, umfasst die Sensoranordnung 10A im darge stellten ersten Ausführungsbeispiel einen ersten Sensors 12 und einen weiteren Sensors 14. Hierbei sind die einzelnen Sensoren 12, 14 jeweils über eine eigene elektrische Schnittstelle 18A, 18B in der Lage, mit der Auswerte- und Steuerein heit 20 zu kommunizieren. Die beiden Schnittstellen 18A, 18B sind jeweils als PSI5-Schnittstellen ausgeführt, welche im dargestellten Ausführungsbeispiel über ein PSI5-Protokoll mit der gemeinsamen Auswerte- und Steuereinheit 20 Daten austauschen.

Wie oben bereits ausgeführt ist, erfasst der erste Sensor 12 eine physikalische Größe, aus welcher die aktuelle Raddrehzahl bzw. Radgeschwindigkeit ermittelt werden kann. Der mindestens eine weitere Sensor 14 kann beispielsweise eine vom zugeordneten rotierenden Fahrzeugrad 4A, 4B, 4C, 4D verursachte Be schleunigung mit einer Ausbreitung im unteren Frequenzbereich von beispiels weise 0 Hz bis 100 Hz oder im Bereich des zugeordneten Fahrzeugrads 4A, 4B, 4C, 4D eine Beschleunigung mit einer Ausbreitung im höheren Frequenzbereich von beispielsweise 100 Hz bis 10.000 Hz als weitere physikalische Größe erfas sen.

Wie aus Fig. 3 weiter ersichtlich ist, umfasst die Sensoranordnung 10B im darge stellten zweiten Ausführungsbeispiel einen ersten Sensors 12, einen zweiten Sensors 14A und einen dritten Sensor 14B. Hierbei sind die einzelnen Sensoren 12, 14A, 14B über eine gemeinsame elektrische Schnittstelle 18 in der Lage, mit der Auswerte- und Steuereinheit 20 zu kommunizieren. Die gemeinsame Schnitt stelle 18 ist als PSI5-Schnittstelle ausgeführt, welche im dargestellten Ausfüh rungsbeispiel über ein PSI5-Protokoll mit der gemeinsamen Auswerte- und Steu ereinheit 20 Daten austauscht.

Im dargestellten zweiten Ausführungsbeispiel der Sensoranordnung 10B ist der zweite Sensor 14A geeignet, eine vom zugeordneten rotierenden Fahrzeugrad 4A, 4B, 4C, 4D verursachte Beschleunigung mit einer Ausbreitung im unteren Frequenzbereich als weitere physikalische Größe zu erfassen. Der dritte Sensor 14B ist geeignet, im Bereich des zugeordneten Fahrzeugrads 4A, 4B, 4C, 4D ei ne Beschleunigung mit einer Ausbreitung im höheren Frequenzbereich als weite re physikalische Größe zu erfassen.

In den dargestellten Ausführungsbeispielen wertet die Auswerte- und Steuerein heit 20 die Sensorsignale des ersten Sensors 12 und des mindestens einen wei teren Sensors 14, 14A, 14B zur Ermittlung eines Zustands des korrespondieren den Fahrzeugrads 4A, 4B, 4C, 4D und/oder einer befahrenen Straße aus. Hierbei ist die Auswerte- und Steuereinheit 20 in der Lage, bei der Auswertung eine lose Radmutter oder einen zu niedrigen Reifendruck oder den Zustand einer Fahr bahnoberfläche zu erkennen. In den dargestellten Ausführungsbeispielen ermit telt die Auswerte- und Steuereinheit 20 aus den Sensordaten der einzelnen Sen- soren 12, 14, 14A, 14B einen Reibbeiwert zwischen Fahrbahnoberfläche und

Reifen, so dass ein unkritischer trockener Straßenzustand oder ein durch Stra ßenglätte oder Aquaplaning-Gefahr gekennzeichneter kritischer Straßenzustand unterschieden werden kann.