Die vorliegende Erfindung betrifft allgemein Messverfahren und Messsysteme. Spezieller betrifft die vorliegende Erfindung Systeme und Verfahren zur Messung des Gewichts eines Fahrzeugs und dessen Ladung unter Verwendung des Reifendrucküberwachungssystems und der Niveauausgleichstechnologie, die bereits bei zahlreichen Fahrzeugen vorgesehen sind.

Reifen sind sehr wichtig für Fahrzeuge, da sie das Fahrzeug beim Überqueren von Unregelmäßigkeiten der Straßenoberfläche abpuffern, eine ausreichende Traktion für das Fahren und das Bremsen zur Verfügung stellen, und eine adäquate Lenkkontrolle und Richtungsstabilität zur Verfügung stellen. Das wichtigste Merkmal von Reifen besteht jedoch darin, dass sie das Gewicht des Fahrzeugs und dessen Ladung tragen. Die Überlastung eines Fahrzeugs kann eine Instabilität hervorrufen sowie Unfälle, was von Bedeutung für sämtliche Fahrzeuge ist, und insbesondere bei großen Nutzfahrzeugen. Die Überlastung jedes Fahrzeugs setzt die Fahrzeugreifen einer massiven Belastung aus, und macht es weniger stabil, schwierig zu lenken, und erhöht den Bremsweg. Leider benötigen die meisten Wägesysteme den Einsatz externer Hardware und von Datenakquisitionsgeräten.

So schlägt beispielsweise US 5 583 765 A ein System und Verfahren zur Überwachung der Ladung und der Emissionen eines Zugmaschinenzuges ferngesteuert vor, während sich dieser bewegt.

US 5 822 224 A schlägt ein Ladungsüberwachungssystem zur Überwachung der Ladungen mehrerer Muldenkipper vor.

US 5 580 409 A schlägt einen Fahrzeuggewichtssensor vor, der in einer Zapfenwelle eines Einzelpunkt-Zapfenaufhängungssystems zum Einsatz bei Sattelaufliegern angebracht ist.

US 5 595 259 A schlägt ein System und ein Verfahren zur Bestimmung des Gewichts und der Geschwindigkeit eins ahrzeugs vor, während es zumindest zwei getrennte, beabstandete Wandler überquert, die auf einer Straße angebracht sind.

US 5 998 741 A schlägt ein System und ein Verfahren zur Bestimmung des Gewichts und der Geschwindigkeit eines Fahrzeugs vor, wenn es zumindest zwei getrennte-, beabstandete Wandler überquert, die auf einer Straße angebracht sind.

US 2003/0154798 A1, schlägt ein Verfahren zur Überwachung des Gewichts eines Fahrzeugs unter Verwendung von Zusatzhardware vor, die zumindest einen Gewichtssensor und zumindest eine Datenverarbeitungseinheit aufweist.

Die DE 197 38 475 A1 beschreibt ein Verfahren zur Messung und Anzeige der Ladelastverteilung von Lagerflächen oder von Fahr- und Flugzeugen. Das Verfahren beruht lediglich darauf, an mehreren Stellen Vorrichtungen zur Erfassung von Gewichten anzuordnen und aus deren Messwerten anschließend eine Ladelastverteilung zu berechnen.

Ein Verfahren zum Ermitteln der Achslast eines Fahrzeugs geht aus der DE 44 39 064 A1 hervor. Bei dem vergleichsweise komplizierten Verfahren ist ein Hydrauliksystem vorgesehen, durch das der Druck in den Reifen des Fahrzeugs zentral versteuert und verändert werden kann. Um die Achslast zu messen, wird der gesamte Fahrzeugaufbau zunächst über die Normalstellung hinaus angehoben und anschließend unter die Normalstellung hinaus abgesenkt, bevor er wieder in die Ausgangsstellung gebracht wird. Währenddessen wird die Verlagerung der Fahrzeugteile gemessen und so auf die Achslast zurückgeschlossen. Für normale Fahrzeuge ist dieses Verfahren schon deshalb nicht durchführbar, weil es an einer zentralen Druckluftversorgung für die Reifen fehlt.

Schließlich beschreibt die WO 03/016115 A1 ein Verfahren zur Bestimmung der Belastung eines Fahrzeugreifens, bei dem aus der Beobachtung des Raddrehverhaltens auf dessen Belastung zurückgeschlossen werden soll. Nachteilig daran ist, dass sich das Drehverhalten auch auf Grund des Straßenzustands ändern kann, wodurch das Messergebnis mit einer erheblichen Unsicherheit behaftet ist.

Daher ist immer noch ein Bedürfnis dahingehend vorhanden, ein wirksames Verfahren zur Bestimmung einer Überlastung eines Fahrzeugs zur Verfügung zu stellen, welches nicht den Einsatz externer Waagen benötigt. Dies gilt besonders für Privatfahrzeuge, die selten, falls überhaupt, zu Nutzfahrzeugwaagen bewegt werden, um festzustellen, ob ihre Ladung das Fahrzeug in einen überlasteten Zustand versetzt.

Die Aufgabe, dieses Bedürfnis zu befriedigen, wird erfindungsgemäß gelöst durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 bzw. durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 11. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.

Die vorliegende Erfindung stellt Vorteile und Alternativen gegenüber dem Stand der Technik dadurch zur Verfügung, dass ein Mittel zur Bestimmung zur Verfügung gestellt wird, ob ein Fahrzeug überladen ist, ohne das Erfordernis des Anbringens zusätzlicher Hardware und entsprechender Kosten.

Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung wird ein Verfahren zur Bestimmung eines Fahrzeuggewichtsüberlastungszustands unter Verwendung des vorhandenen Reifendrucküberwachungssystems und des vorhandenen Niveauausgleichssystems eines Fahrzeugs zur Verfügung gestellt, welches umfasst: Einsatz des Niveauausgleichssystems zur Bestimmung des Gewichts des Fahrzeugs; und Einsatz des Reifendrucküberwachungssystems zur Bestimmung eines Überlastungszustands des Fahrzeugs.

Gemäß noch einem anderen Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zur Bestimmung einer Fahrzeuggewichtsüberlastung zur Verfügung gestellt, welches das vorhandene Reifendrucküberwachungssystem und das vorhandene Niveauausgleichsaufhängungssystem des Fahrzeugs einsetzt, und folgende Schritte umfasst: a) Ingangsetzen des Gewichtsüberlastungsüberwachungssystems; b) Überprüfung der Bewegung des Fahrzeugs; c) falls sich das Fahrzeug nicht im bewegungslosen Zustand befindet, Senden eines Warnsignals an den Fahrer und Rückkehr zum Schritt b); d) wenn das Fahrzeug bewegungslos ist, Überprüfung des Zustands des Reifendrucküberwachungssystems; e) wenn das Reifendrucküberwachungssystem nicht normal reagiert, Feststellen, welche Abschnitte des Reifendrucküberwachungssystems nicht normal reagieren, und Senden einer Warnung an den Fahrer; f) wenn das Reifendrucküberwachungssystem nicht normal reagiert, Ingangsetzen des Niveauausgleichsaufhängungssystems; g) Eingabe der Obergrenze und der Untergrenze von Vertikalpositionen der Aufhängungsfeder in einen Speicher; h) Berechnung der Vertikalverschiebung der Aufhängungsfeder für ein unbeladenes Fahrzeug und des Steifigkeitskoeffizienten der Aufhängungsfeder; i) Berechnung der Vertikalverschiebung der Aufhängungsfeder für ein beladenes Fahrzeug und des Steifigkeitskoeffizienten der Aufhängungsfeder; j) Bestimmung der momentanen Vertikalverschiebung der Aufhängungsfeder; k) Bestimmung, ob das Ergebnis des Schrittes j) größer ist als das Ergebnis des Schrittes h); l) ist das Ergebnis des Schrittes k) gleich Nein, Senden einer Warnung an den Fahrer, dass die Aufhängung nicht in Ordnung ist, und Rückkehr zum Schritt f); m) wenn das Ergebnis des Schrittes k) gleich Ja ist, Bestimmung, ob das Ergebnis des Schrittes j) größer ist als das Ergebnis des Schrittes i); n) ist das Ergebnis des Schrittes m) gleich Nein, Senden einer Warnung an den Fahrer, dass das Fahrzeug überladen ist, und Rückkehr zum Schritt f); o) ist das Ergebnis des Schrittes m) gleich Ja, Ende.

Daher stellt die vorliegende Erfindung in vorteilhafter Weise eine Maßnahme zum Warnen des Fahrers eines Fahrzeugs zur Verfügung, wenn das Fahrzeug überladen ist, und die Reifen einen zu hohen oder zu niedrigen Druck aufweisen, ohne das Erfordernis, das Fahrzeug auf einer Nutzfahrzeugwaage wiegen zu müssen, sowie ein Verfahren zur ständigen Überprüfung des Aufhängungssystems des Fahrzeugs.

Die Erfindung wird nachstehend anhand zeichnerisch dargestellter Ausführungsbeispiele näher erläutert, aus welchen weitere Vorteile und Merkmale hervorgehen. Es zeigt:

1 eine Darstellung des Steuerprozeduralgorithmus zur Bestimmung, ob das Reifendrucküberwachungssystem (TPMS) arbeitet oder nicht;

2 eine Darstellung des Steuerprozeduralgorithmus zum Ingangsetzen der Steuerprozedur für das Niveauausgleichssystem, wenn sich bei dem Reifendrucküberwachungssystem (TPMS) herausstellt, dass es nicht arbeitet;

3 eine Darstellung der ersten Hälfte des Steuerprozeduralgorithmus, der es dem Reifendrucküberwachungssystem (TPMS) ermöglicht zu bestimmen, ob das Fahrzeug überladen ist;

4 eine Darstellung der zweiten Hälfte des Steuerprozeduralgorithmus, der es dem Reifendrucküberwachungssystem (TPMS) ermöglicht zu bestimmen, ob das Fahrzeug überladen ist;

5 ein Funktionsblockschaltbild eines Fahrzeugreifendrucküberwachungssystems (TPMS), wobei die grundlegenden Bauteile dargestellt sind; und

6 ein Funktionsblockschaltbild eines Fahrzeugniveauausgleichssystems, wobei die grundlegenden Bauteile dargestellt sind.

Es wird nunmehr auf die Zeichnungen Bezug genommen, in welchen im größtmöglichen Ausmaß gleiche Bezugszeichen dazu verwendet werden, gleiche Bauteile in den verschiedenen Figuren zu bezeichnen. 1 zeigt einen Steuerprozeduralgorithmus, der dem Mikroprozessor an Bord hinzugefügt wird, um zu bestimmen, ob das Reifendrucküberwachungssystem (TPMS) ordnungsgemäß arbeitet, mit folgenden Schritten: Starten des Algorithmus 1, Überprüfung der Bewegung des Fahrzeugs 2, Bestimmen, ob das Fahrzeug bewegungslos ist (3), bei Nein (4) Rückkehr nach 2, bei Ja (5) Übergang zur Überprüfung des Zustands des Reifendrucküberwachungssystems (TPMS) (6), Abfrage, ob das Reifendrucküberwachungssystem (TPMS) normal reagiert (7), falls Ja (8), Übergang zum Aufhängungsalgorithmus (9), falls Nein (10) Feststellung, welches Reifendrucküberwachungssystem (TPMS) nicht arbeitet, und Beginn des Aufhängungsalgorithmus (11).

In 2 ist der Steuerprozeduralgorithmus gezeigt, der dem Mikroprozessor an Bord hinzugefügt ist, um das Niveauausgleichssystemverfahren einzuleiten, um zu bestimmen, ob das Fahrzeug überladen ist, mit folgenden Schritten: Starten des Aufhängungsalgorithmus (20), Einstellen der Obergrenze und der Untergrenze des Herstellers für die Vertikalposition der Aufhängungsfeder (21), Berechnung der Vertikalverschiebung der Aufhängungsfeder für ein entladenes und für ein vollständig beladenes Fahrzeug und des Steifigkeitskoeffizienten der Aufhängungsfeder (22), Bestimmung (23), ob die momentane Vertikalverschiebung größer als jene ist, die für das entladene Fahrzeug berechnet wurde, falls Nein, Senden einer Warnung, dass die Aufhängung nicht in Ordnung ist (25), zurück (26) zur Wiederholung des Schrittes (21), bei Ja (27) Bestimmung, ob die Vertikalverschiebung größer ist als jene für ein beladenes Fahrzeug, falls Nein (29) Ingangsetzen des TPMS (30), falls Ja (31), Senden einer Warnung, dass das Fahrzeug überladen ist (32), und zurück zum Start (33).

In den 3 und 4 ist die erste Hälfte einer Steuerprozedur für die Bestimmung einer Überlastung des Reifendrucküberwachungssystems (TPMS) in 3 gezeigt, und die zweite Hälfte der Steuerprozedur für die Bestimmung einer Überlastung des Reifendrucküberwachungssystems (TPMS) in 4. 3 zeigt den Start der Prozedur (40) des Reifendrucküberwachungssystems (TPMS), die Bestimmung (41), ob das Fahrzeug bewegungslos ist, falls Nein (42) Wiederholung von 41, falls Ja (43), Laden in einen Speicher des idealen Fahrzeugdrucks für kalte Reifen (44), Bestimmung (45), ob der Reifen kalt ist, bei Ja (49) Bestimmung des Reifendrucks (55), bei Nein (46) erneute Berechnung des idealen Reifendrucks für die Temperatur der Reifen (47) und Übergang zum Schritt 50, Bestimmung (51), ob der Reifendruck gleich dem idealen Reifendruck ist, bei Nein (52) Senden einer Warnung, dass der Reifendruck eingestellt werden muss (53), und dann Übergang (54) zum Schritt 56, bei Ja (55) Berechnung der Oberflächenaufstandsfläche (56). 4 zeigt die Fortsetzung von 3, wobei bestimmt wird, ob die Oberflächenaufstandsfläche, die im Schritt 56 ermittelt wurde, größer ist als die berechnete Aufstandsfläche, bei Nein (58) Senden einer Warnung, dass der Reifen einen zu hohen Druck aufweist, und Druck abgelassen werden muss, und Rückkehr nach 57, bei Ja (61) Bestimmung der Aufstandsfläche des vollständig beladenen Fahrzeugs (62), Bestimmung (63), ob der bei 62 ermittelte Wert kleiner ist als die berechnete Aufstandsfläche, bei Nein (64) Senden einer Warnung, dass der Reifen einen zu hohen Druck aufweist, und das Fahrzeug überladen ist (65), und Rückkehr (66) zum Schritt 63, bei Ja (67) Senden von Information, welche den Druck des Reifens angibt, der zur Erzielung einer sicheren Aufstandsfläche benötigt wird (68), Bestimmung (69), ob der ermittelte Druck gleich dem neuen idealen Druck ist, falls Nein (70) Senden einer Warninformation (71) und Rückkehr (72) zum Schritt (69), falls Ja Beendigung der Prozedur.

5 zeigt ein Blockschaltbild eines Fahrzeugs 100, das zwei Vorderreifen 101 aufweist, zwei Hinterreifen 102, und einen Reservereifen 106, wobei jeder Reifen eine Reifendrucküberwachungssystemvorrichtung 103 (TPMS-Vorrichtung) aufweist, die betriebsmäßig mit ihm verbunden ist, und jede Reifendrucküberwachungssystemvorrichtung 103 (TPMS-Vorrichtung) darüber hinaus an einem Prozessor 104 über eine Verbindungsvorrichtung 105 angeschlossen ist.

6 zeigt ein Blockschaltbild eines Fahrzeugs 200, das zwei Vorderreifen 201 aufweist, zwei Hinterreifen 202, und einen Reservereifen 206, wobei jeder Vorderreifen 201 eine Niveauausgleichssensorvorrichtung 203 aufweist, die betriebsmäßig mit ihm verbunden ist, und darüber hinaus betriebsmäßig an einen Prozessor 204 über eine Verbindungsvorrichtung 205 angeschlossen ist.

Tatsächlich nutzt die vorliegende Erfindung die bekannte Beziehung zwischen Druck und Gewicht. Die Formeln für den Zusammenhang von Druck und Gewicht sind folgende:

Wenn der Druck konstant ist, ist die Aufstandsfläche desto größer, je schwerer das Fahrzeug ist. Dies ergibt die Grenze für die Aufstandsfläche. Letztere muss in folgendem Bereich liegen: Aufstandsfläche_{vollständig beladen} > Aufstandsfläche_Fahrzeug > Aufstandsfläche_unbeladen

Wenn die Aufstandsfläche bei voller Beladung größer ist als die Aufstandsfläche, wenn das Fahrzeug entladen ist, ist das Fahrzeug überladen, und muss ein Warnsignal erzeugt werden, sowohl zur Information, dass das Fahrzeug überladen ist, als auch zur Information, dass der Reifen mehr Druck benötigt, um eine sichere Aufstandsfläche zur Verfügung zu stellen.

Wenn die Aufstandsfläche bei voller Beladung kleiner ist als die Aufstandsfläche, wenn das Fahrzeug entladen ist, weist der Reifen einen zu hohen Druck auf, und muss der Reifendruck abgesenkt werden.

Weiterhin stellt das Reifendrucküberwachungssystem (TPMS) einen Reifendruck in Abhängigkeit von der Temperatur zur Verfügung, und stellt der Hersteller Druckgrenzen auf Grundlage eines unbelasteten Reifens bei 25 °C zur Verfügung, so dass die Druckänderung infolge einer Temperaturänderung nach folgender Formel berechnet werden muss:

Hierbei bezeichnet n die Anzahl an Luftmolekülen in dem Reifen, und R die Boltzman-Konstante, und da n und R konstant sind, tritt die einzige Möglichkeit für eine Druckänderung infolge einer Temperaturänderung auf, da auch das Reifenvolumen konstant bleibt.

Da der Druck des Reifens bei einer bestimmten Temperatur gleich bleibt, unabhängig von der Ladung, wird jedoch ein Verfahren zur Bestimmung des Fahrzeuggewichts benötigt. Dieses kann bei Fahrzeugen durch die Niveauausgleichstechnologie bestimmt werden, die als Mittel zur Bestimmung des Fahrzeuggewichts zum Einsatz durch das Reifendrucküberwachungssystem (TPMS) verwendet werden kann.

Das Niveauausgleichssystem kann die bekannte Beziehung zwischen Gewicht und der Verschiebung einer klassischen Feder verwenden. Von der Aufhängung kann angenommen werden, dass sie annähernd den gleichen Gleichungen unterliegt wie eine klassische Feder. Kraft = K × x = Mg

Hierbei ist K der Steifigkeitskoeffizient einer Feder, und x die Verschiebung der Feder. Im Zustand ohne Ladung gilt daher:

Daher ist die Verschiebung der Feder direkt proportional zum Gewicht des Fahrzeugs.

In Bezug auf die Reifendrucküberwachungssystemtechnologie (TPMS-Technologie) geben eine obere und eine untere Gewichtsgrenze den Bereich für die zulässige Vertikalposition vor. Die Messung erfolgt, während das Fahrzeug bewegungslos ist. Liegt das Gewicht des Fahrzeugs jenseits der Grenze, werden die Federn über die Einstellgrenze zusammengedrückt, und ist die Verschiebung zu hoch. Wenn dies geschieht, wird ein Warnsignal erzeugt, um dem Fahrer den gefährlichen Zustand mitzuteilen. Bei einer anderen bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung gibt das Warnsignal auch den ordnungsgemäßen Reifendruck für jeden Reifen an, sowohl für Zustände mit zu hohem als auch zu niedrigem Reifendruck.

Damit das Niveauausgleichstechnologie-Überlastungssystem ordnungsgemäß arbeiten kann, muss die Aufhängung in regelmäßigen Abständen erneut kalibriert werden, um Änderungen des Federsteifigkeitskoeffizienten infolge des Alterns der Feder zu kompensieren.