(57)【要約】  車両タイヤ（２）状態および／または路面（８）状態を識別する方法であって、タイヤ内部（１０）に配置された少なくとも１つのセンサ（３）、とりわけ加速度センサが、車両タイヤ（２）および／または路面（８）の物理的パラメータに割り当てられた信号を形成する。この信号に基づいて、タイヤ状態および／または路面（８）の特性が検出される。
2009539667.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
車両タイヤ（２）状態および／または路面（８）状態を識別する方法であって、
タイヤ内部（１０）に配置された少なくとも１つのセンサ（３）、とりわけ加速度センサが、車両タイヤ（２）および／または路面（８）の物理的パラメータに割り当てられた信号を形成する形式の方法において、
前記信号に基づいて、タイヤ状態および／または路面（８）の特性が検出される、ことを特徴とする方法。
【請求項２】
請求項１記載の方法において、
前記センサ（３）は、周期的に変化する球心加速度（ａｚ）の位相を表わす信号を形成し、
前記信号が下方限界値を下回るときの位相は、タイヤ状態および／または路面（８）の特性を表わす物理的パラメータに割り当てられる、ことを特徴とする方法。
【請求項３】
請求項１または２記載の方法において、
前記信号から信号スペクトルが求められ、
当該求められた信号スペクトルは少なくとも部分的に振動を含んでおり、
該振動は前記加速度センサ（３）に隣接する車両タイヤのトレッド部分の運動によって、路面（８）上を転がるときに形成される、ことを特徴とする方法。
【請求項４】
請求項１から３までのいずれか一項記載の方法において、
前記信号スペクトルはろ波され、これにより求められた信号成分の信号強度が分析され、これによりタイヤ状態および／または路面状態に関する量的予測が得られる、ことを特徴とする方法。
【請求項５】
請求項１から４までのいずれか一項記載の方法において、
前記車両タイヤ（２）に目標信号強度と、前記信号スペクトルの目標周波数スペクトルが割り当てられ、実際信号強度と信号スペクトルの実際周波数スペクトルが検出され、ここから前記目標信号強度および前記目標周波数スペクトルとの比較によって、車両タイヤ（２）のプロフィール高と材料特性とが求められる、ことを特徴とする方法。
【請求項６】
請求項１から５までのいずれか一項記載の方法において、
前記信号に基づいて、車両タイヤ（２）の空気圧が検出される、ことを特徴とする方法。
【請求項７】
車両タイヤ（２）状態および／または路面（８）状態を識別する装置であって、
タイヤ内部（１０）に配置された少なくとも１つのセンサ（３）、とりわけ加速度センサが、車両タイヤ（２）および／または路面（８）の物理的パラメータに割り当てられた信号を形成する形式の装置において、
前記信号に基づいて、タイヤ状態および／または路面（８）の特性が検出される、ことを特徴とする装置。
【請求項８】
請求項７記載の装置において、
前記信号は、車両タイヤ内、または車両内部に設けられた評価装置に供給され、
少なくとも１つの指示手段が車両に配置されており、該指示手段は評価装置の信号に基づいてタイヤ状態および／または路面状態を指示する、ことを特徴とする装置。
【請求項９】
請求項７または８記載の装置において、
前記加速度センサは圧電変換素子として構成されており、車両タイヤ内に硫化処理されている、ことを特徴とする装置。
【請求項１０】
コンピュータまたはマイクロコントローラ、またはマイクロプロセッサを、請求項１から６までのいずれか一項記載の方法を実施するための手段として機能させるプログラムコードを備えたコンピュータプログラム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
従来技術
品発明は、車両タイヤ状態および／または路面状態を識別するための装置、方法、およびコンピュータプログラムに関する。ここではタイヤの内部に配置された少なくとも１つのセンサ、とりわけ加速度センサが、車両タイヤおよび／または路面の物理的パラメータに割り当てられた信号を形成する。
【０００２】
タイヤ状態の監視、とりわけタイヤの空気圧監視のために車両内部装置を使用することは公知である。この装置は、固定の装置と、車両のそれぞれのタイヤと共に運動する装置とを有し、これらの装置は共働する。これにより車両に運転中に空気圧を監視することができる。共に運動する装置は、適切な手段によって空気圧をセンシングし、空気圧が所定の値を下回ると測定値を無線信号によって固定装置に通知し、固定装置は運転者に情報を通知する。
【０００３】
従来技術の問題点
タイヤ監視のための現在のシステムは、タイヤ空気圧の監視のためにだけ規定されており、したがってタイヤの空気圧を測定するための圧力センサを有する。この圧力センサの測定値は、とりわけ無線での遠隔測定によって、車両の固定の制御装置に伝送するのに適する。タイヤ組み込みシステムを指向する新たに開発されたシステムでは、センサ系、遠隔測定、およびエネルギー形成がタイヤに直接、硫化処理されている。この種のシステムは、圧力センサと信号伝送手段を必要とする。タイヤ空気圧を検出するための公知のシステムは、高価であり、とりわけ車両ホイールが厳しい環境にあると信頼性に欠ける傾向がある。
【０００４】
したがって、タイヤ状態を監視するための高性能なシステムが必要であり、このシステムは予測力のある情報を、タイヤ空気圧に関してだけでなく、タイヤの材料特性および場合により路面傾斜に関しても提供するようにする。
【０００５】
発明の開示
したがって本発明の課題は、車両タイヤ状態および／または路面状態を識別するための方法、装置、およびコンピュータプログラムを提供することであり、これにより、タイヤ状態および路面傾斜を検出する高性能なシステムが、簡単かつ安価に高い信頼性を以て実現されるようにすることである。
【０００６】
この課題は、車両タイヤ状態および／または路面状態の本発明の識別方法によって解決される。ここではタイヤの内部に配置された少なくとも１つのセンサ、とりわけ加速度センサが、車両タイヤおよび／または路面のパラメータに割り当てられた信号を形成し、この信号に基づいて、タイヤ状態および／または路面の特性、とりわけ路面表面の特性が検出される。このために、タイヤの「自由」周囲の回転と、路面τとの接触面の回転との時間間隔（Ｔ−τ）を、加速度信号を用いて精確に検出し、分析する。ここでＴは周期時間である。ここでは大きな加速度信号から比較的に小さな加速度信号、ないしは障害を受けて急速に変動する信号への変化だけが重要である。この障害を受けて急速に変動する信号は、加速度センサと路面との接触を表わす。
【０００７】
本発明の解決手段によって、簡単かつ安価なやり方で、タイヤ状態ならびに路面状態に対して重要な信号成分が検出され、引き続き分析される。すなわちこの信号成分は、センサがそれぞれ路面の上を転がっているときの信号である。したがって時間に関しての分析情報により、クリティカルなタイヤ特性および所定の路面特性を得ることができる。
【０００８】
有利にはセンサは、周期的に変化する球心加速度の位相を表わす信号を形成し、この信号が下方限界値（ほぼゼロ）を下回るときの位相は物理的パラメータに割り当てられる。この物理的パラメータは、タイヤ状態および／または路面の特性、とりわけ路面表面の特性を表わす。この下方限界値は、加速度センサが路面との接触面の領域にはないときの位相における信号強度よりも格段に小さいように選択される。このようにして、加速度センサが路面との接触面にあるときの時間領域が取り出しろ波される。有利には加速度センサは、次のようにタイヤのトレッド面の内側に固定されている。すなわち球心加速度の周期的に変化する位相をこの加速度センサにより検出することができるように固定されている。ここで加速度センサは、球心加速度がほぼゼロである位相で加速度信号を検出し、この加速度信号は車両タイヤ内部または車両内部に設けられた評価装置に供給される。そして指示手段が設けられており、この指示手段は評価装置の信号に基づいてタイヤ状態および／または路面状態を指示する。
【０００９】
有利にはこの信号から信号スペクトルが求められる。求められた信号スペクトルは少なくとも部分的に振動を含んでおり、この振動は加速度センサに隣接する車両タイヤのトレッド部分の運動によって、路面上を転がるときに形成される。ここでは加速度センサによって検出された信号スペクトルが、加速度センサに隣接する車両タイヤの外側トレッド部分の運動によって、路面上を転がるときに形成されるすべての振動を含んでいると有利である。これは、半径方向の加速度値と、路面または走行方向に対して平行な加速度値の両方であり得る。
【００１０】
有利にはこの信号スペクトルはろ波され、これにより求められた信号成分の信号強度が分析される。これによりタイヤ状態および／または路面状態に関する量的予測が得られる。この分析は、ダイナミックに車輪回転数に適合されるフィルタパラメータまたはフーリエ分析に基づいて実行することができる。フーリエ分析または同種のスペクトルフィルタリングおよび信号強度分析はタイヤ内で、または有利には車両の制御装置において中央で実行することができる。中央の制御装置に伝送する前に、データを適切に圧縮してデータ量を低減すると有利である。
【００１１】
有利には、車両タイヤないしはタイヤプロフィールに目標信号強度と、信号スペクトルの目標周波数スペクトルが割り当てられ、実際信号強度と信号スペクトルの実際周波数スペクトルが検出され、ここから目標信号強度および目標周波数スペクトルとの比較によって、車両タイヤのプロフィール高と材料特性とが求められる。目標信号強度と目標周波数スペクトルは、それぞれの車両タイヤないしはタイヤ形式、またはタイヤのモデルシリーズに対して特徴的なパラメータである。ここではこのタイヤプロフィールに対して特徴的な信号の信号強度と周波数スペクトルに基づいて、車両タイヤのプロフィールと材料特性が求められる。そして加速度センサにより検出された低周波信号成分に基づいて、路面特性、とりわけ不均一性を求めることができる。ここでは相応のスペクトルにある信号強度が、プロフィールに依存する信号成分の完全な消失も含めて、欠けていることにより、プロフィール高を推定することができる。すなわち不十分な深さのタイヤプロフィールを識別することができる。さらに材料特性、例えばゴムの弾力性を推定することができ、これにより摩耗現象または脆化現象を早期に識別することができる。タイヤの歪みは、これが少なくとも加速度センサの周囲に発生した場合には識別することができる。路面上での転がり特性も同様に分析することができる。
【００１２】
加速度センサにより検出された信号成分に基づき、路面特性、とりわけ障害物および非平坦性を検出することができるので特に有利である。さらに路面状態を粗く推定することができ、とりわけ非常に静かな（滑らかな）路面は、危険な水溜まり、または路面凍結に対する早期の指示を提供する。
【００１３】
有利には信号に基づいて、車両タイヤの空気圧が検出される。加速度センサは測定値記録のために使用される。この加速度センサはタイヤに対して、球心加速度および／または路面または走行方向に対して平行な加速度を検出するように配向されている。絶対値、または絶対的に精確に測定する加速度センサは、このためにはそれ自体不要である。むしろ上ですでに述べたように、ここでは大きな信号からほぼゼロである小さい信号、ないしは障害を受けて急速に変動する信号へ変化することだけが重要である。したがって、タイヤ空気圧に対して実際に重要な測定量は、小さい信号の持続時間と大きい信号の持続時間との時間比（τ／Ｔ）である。この比が時間に関して増大することは、それ自体公知のように所定の割合で、タイヤ空気圧の危険な減少として解釈することができる。
【００１４】
前記課題は、車両タイヤ状態および／または路面状態の識別装置によっても解決される。この装置では、タイヤの内部に配置された少なくとも１つのセンサ、とりわけ加速度センサが、車両タイヤおよび／または路面のパラメータに割り当てられた信号を形成する。この装置は、この信号に基づいて、タイヤ状態および／または路面の特性、とりわけ路面表面の特性が検出されることを特徴とする。有利にはこの信号は、車両タイヤ内、または車両内部に設けられた評価装置に供給される。そして少なくとも１つの指示手段が車両に配置されており、この指示手段は評価装置の信号に基づいてタイヤ状態および／または路面状態を指示する。更に有利には、加速度センサは圧電変換素子として構成されており、車両タイヤ内に硫化処理されている。ここで加速度センサは、次のようにタイヤのトレッド面の内側に固定されている。すなわち球心加速度ａｚの周期的に変化する位相をこの加速度センサにより検出することができるように固定されている。ここで加速度センサは、球心加速度がほぼゼロである位相で加速度信号を検出し、この加速度信号は車両タイヤ内部または車両内部に設けられた評価装置に供給される。そして指示手段が設けられており、この指示手段は評価装置の信号に基づいてタイヤ状態および／または路面状態を指示する。
【００１５】
前記課題は、コンピュータ、またはマイクロコントローラ、またはマイクロプロセッサ、本発明の方法を実施するための手段として機能させるプログラムコードを備えるコンピュータプログラムによっても解決される。
【００１６】
次に、本発明の実施例を、添付図面に基づいて詳細に説明する。
図１は、走行路上の面Ａの上にある車輪の概略図である。
図２は、球心加速度の経過を時間について示す線図である。
【００１７】
図１は、車輪１と車両タイヤ２の簡素化した概略図である。車両タイヤ２は、トレッド面９と、通常は空気の充填されたタイヤ内室１０を備える。車両タイヤ２のタイヤ内室１０には加速度センサ３が配置されている。この加速度センサは電磁信号を、検出器４を介して評価装置５に伝送する。検出器４は、例えば車軸に固定して、またはボディに固定して配置されている。評価装置５は制御装置６の一部であり、制御装置６は車両内の運転者の視野にある表示装置７と接続されている。車両タイヤ２は走行路８の上を転がる。走行路は、とりわけ表面の材質、ならびに物理的特性により特徴付けられる表面特性を有している。これには、例えば波、溝または異物による不均一性も属する。同様に、表面上の水のような被覆物も、タイヤと路面とのコンタクトを変化させる。
【００１８】
車両重量は、公知のように複数の車輪に分散されている。ここで各車輪は走行路とのトレッド面Ａを介して車両の部分重量Ｇを支持する。このことが基本的に図示されている。タイヤ空気圧ｐと部分重量Ｇならびにトレッド面Ａとの関係は、Ｇ＝ｐ＊Ａにより規定される。したがってタイヤ空気圧ｐはこの重量Ｇを、タイヤのトレッド面Ａのおかげで路面上に支持する。ここでトレッド面Ａの長さは、タイヤが「正しく」または「間違って」車両で駆動されているか否かを判断するための重要なパラメータである。正しいトレッド面は、それ自体公知のように、タイヤ空気圧ｐを介して調整される。タイヤ空気圧ｐが低すぎると、トレッド面Ａが過度に大きくなり、タイヤは過度に強く延展される。このことは過熱および摩耗の促進、そして力の無駄な消費を招く。しかしタイヤ空気圧ｐが過度に高くても、トレッド面は過度に小さくなり、タイヤと道路との力伝達が相応に最適ではなくなる。このことは例えば加速時または制動時に不利な作用を引き起こす。車両に追加荷重が積載されるか、または荷重がなくなると、通常タイヤ空気圧を高めるか、または低めなければならない。これはタイヤ−道路の正しいトレッド面を調整するためである。
【００１９】
走行方向におけるトレッド面Ａの長さ、ないしはタイヤ全周に対するその相対的割合は、加速度測定によって検出される。加速度センサがタイヤ円周に相当する軌跡部分を通過するとき、加速度センサは通常は１０ｇから数１００ｇである球心加速度を検出する。加速度センサが、路面との接触面Ａに相当する起動部分を通過するとき、加速度信号はほぼゼロであるか、または道路舗装による振動または障害物を検出する。この場合は、非常に不規則で急速に変化する、比較的小さい加速度信号が生じる。この信号は、タイヤ状態ならびに路面状態に関する情報を含んでいる。
【００２０】
図２は、球心加速度ａｚ、すなわちタイヤ円周に対して垂直方向の加速度が時間ｔに関して示す線図である。この経過は、タイヤトレッド面の内側に取り付けられた近似的に点状の、または比較的小さい加速度センサにより得られる。タイヤ円周での球心加速度は、車輪の回転と、タイヤ半径、すなわち車軸の中心から測定の行われるタイヤ面までの距離から直接得られる。球心加速度の値は、
ａｚ＝ω２ｒ  であり、
ｒはタイヤ半径、そしてωは車輪の目下の角速度である。この線図から、球心加速度の値が比較的高い比較的長いフェーズと、加速度が比較的低い比較的短いフェーズとが周期的に交番することが分かる。比較的低い加速度は、加速度センサが路面と接触している間に発生する。したがって短いフェーズは、加速度センサが路面上を転がるときのフェーズである。自由円周部の通過時間（Ｔ−τ）と、路面との接触領域の通過時間（τ）は、加速度信号によって精確に検出される。ｌｐｌｐで測定された時間の比  τ／Ｔ  は、トレッド面Ａの長さの、タイヤ全周に対する延展の程度を反映する：
Ａ／２πｒ＝τ／Ｔ
短いフェーズの間に加速度センサは、部分的には路面表面に対して特徴的であり、部分的にはタイヤおよびその特性に対して特徴的である信号を検出する。図２から分かるようにこのフェーズでは、加速度センサに隣接するトレッド面の部分の運動により、路面上での転がりの際に形成されたすべての振動を含む信号スペクトルが検出される。このスペクトルは、タイヤプロフィール、すなわちタイヤに規則的に刻まれた凹部と隆起部から生じる周期性を含んでいる。このプロフィール高の変化は、特徴的な周波数を伴うノイズを形成する。この周波数は溝間隔またはプロフィール間隔とタイヤの周速度、ないしは路面上の転がり速度ならびにプロフィール高から生じる。ここで比較的に大きなプロフィール高は、小さいプロフィール高よりも大きな信号を送出することは自明である。さらにこの振動は、タイヤゴムの柔軟特性にも依存する。柔軟性が変化すると振動特性が変化し、ひいてはタイヤプロフィールに対して特徴的な信号の強度と周波数スペクトルが変化する。すなわち、タイヤプロフィールを転がりの際の発生源とする周波数のスペクトルが変化する。
【００２１】
図２から分かるように、加速度センサの信号は一連のスペクトル成分から合成される。これらのスペクトル成分は、相互に関連付けることによりタイヤ状態および路面状態に関する予測を行うことができる。ここでセンサ信号は緩慢な信号成分を含んでおり、この信号成分は路面の不均一性、例えば周期的構造を形成する玉石舗装から発生するものであり、したがって転がり速度とタイヤを共に特徴付ける周波数を備えている。この周波数は、タイププロフィールから発生する信号成分よりも格段に低周波数である。なぜなら路面上での特徴的間隔は、あらゆる場合でタイヤトレッド面上のプロフィール間隔よりも大きいからである。このような路面周期性は、路面でのタイヤのころがり面よりも大きいこともあり、しばしばまったく知覚されないこともある。さらに非周期的な散発的信号成分を含むことがある。これは例えば障害物、ひび割れ、石、またはその他の路面上の不均一性等から発生するものであり、非周期の散発的タイヤノイズを引き起こす。砂状の地面では、粒子状の地面の上を走行するによりタイヤに引き起こされるノイズ成分が、加速度信号ないしノイズ信号に相当するノイズに入り込む。この加速度信号は、半径方向にも走行方向にも、および／または路面に対して平行にも検出することができる。
【００２２】
本発明による装置では、有利には圧電変換素子として構成された１つまたは複数の加速度センサを使用することにより、クリティカルなタイヤ特性および路面特性に関する情報が得られるだけではなく、正しいタイヤ空気圧を監視し、「電力収穫」の意味でこのシステムに必要なエネルギーを得ることができる。評価電子回路にかかわる付加的コストが必要なだけである。この評価電子回路は、タイヤ特性および所定の路面特性に対して特徴的な周波数成分を、路面上での加速度センサの転がりフェーズ中にスペクトルフィルタリングまたはフーリエ分析することにより抽出し、そのスペクトル強度を分析する。
【００２３】
ただ１つのコンポーネントではなく、複数のコンポーネントを使用することも考えられる。例えば別個の加速度センサとしてＯＭＭ−Ｓｉ−センサまたは圧電センサをタイヤ空気圧に対して使用し、別個の加速度センサとしてＯＭＭ−Ｓｉ−センサまたは圧電センサを転がり中、すなわち転がりフェーズ中の加速度経過に対して使用し、「電力収穫」のために、例えば圧電発生器または別の発生器をタイヤの振動からエネルギーを形成するために使用することが考えられる。ここでこれらのコンポーネントすべてを、ただ１つの構成部材に実現することができると特に有利である。加速度センサは、それぞれ異なる加速度方向を検出することができる。例えば路面に対して平行の加速度および／または半径方向で路面に対して垂直の加速度である。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】図１は、走行路上の面Ａの上にある車輪の概略図である。
【図２】図２は、球心加速度の経過を時間について示す線図である。
【図１】
2009539667.tif 000003
【図２】
2009539667.tif 000004
【国際調査報告】
2009539667.tif 000005
2009539667.tif 000006
2009539667.tif 000007
2009539667.tif 000008