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Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Betreiben einer Einrichtung zum Überwachen und drahtlosen Signalisieren einer Druckänderung und zur automatischen Druckregelung in Luftreifen an Fahrzeugen. Ferner ist Gegenstand der Erfindung eine Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens.
Der richtige Reifendruck ist eine wesentliche Voraussetzung zum Ausnützen der vollen fahrdynamischen Eigenschaften eines Reifens sowie zur Erreichung seiner konstruktiv vorgegebenen Lebensdauer und Zuverlässigkeit. Ein zu hoher oder zu geringer Reifendruck führt zu einer einseitigen raschen Abnützung des Fahrzeugreifens. Zu geringer Reifendruck und die daraus resultierende hohe Walkarbeit belastet den Reifen thermisch sehr stark und kann zu irreparable Schäden an der Karkasse des Reifens führen. Dies ist neben mechanischen Beschädigungen die häufigste Ursache des Versagens von modernen Fahrzeugreifen.
Mittlerweile ist es, speziell in Fahrzeugen der Oberklasse, zum Stand der Technik geworden, Fahrzeuge mit einem Reifendruckkontrollsystem auszustatten. Eine typische Anwendung dazu ist aus WO 98/05519 bekannt. Dabei ist das jeweilige Rad mit einer Radelektronik ausgestattet, welche einen Drucksensor, eine Schaltung zur Verarbeitung des Druckmesssignals, einen Sender mit Sendeantenne und eine Batterie enthält. Die Radelektroniken der einzelnen Räder senden ihre Signale in regelmässigen Abständen an das zentrale Steuergerät. Die erforderliche Energie für das Betreiben der Sensoren und der Elektronik sowie das Senden der Signale wird aus einer Batterie bezogen, die in die Steuerelektronik integriert ist und für die eine möglichst lange Betriebszeit im Automobil, in der Regel sieben bis zehn Jahre, angestrebt wird.
Da diese Radelektronik jedoch üblicherweise im Luftraum des Reifens, vorzugsweise als Fortsatz des Ventils ausgebildet, untergebracht ist, ist die gesamte Elektronikeinheit einschliesslich der Batterie aus Gründen der Betriebssicherheit meist hermetisch gekapselt oder sogar mit einer Vergussmasse umhüllt. Aufgrund der Einbausituation ist die Baugrösse und damit die Kapazität der Batterie sehr eingeschränkt. Um die erforderliche lange Lebensdauer nun zu erreichen ist dafür zu sorgen, dass der Stromverbrauch der gesamten Einheit so gering wie möglich ist, da ein Tausch der Batterie mit erheblichem Aufwand und erheblichen Kosten verbunden wäre.
Die erforderliche Lebensdauer der Batterie wird häufig dadurch erreicht, dass das Messen und Senden der Daten nicht kontinuierlich an die zentrale Elektronik im Fahrzeug erfolgt, sondern die Mess- und Sendezeiten in bestimmten längeren Intervallen getätigt werden. EP 1 092 570 A 1 beschreibt ein derartiges System, wobei das Messen kontinuierlich erfolgt, jedoch das energieaufwendige Senden nur in grösseren Intervallen getätigt wird. Im Falle eines grösseren Druckverlustes innerhalb des vorgegebenen Zeitfensters wird die Information jedoch sofort an den Fahrer weitergeleitet.
Eine alternative Möglichkeit, die ohne innere Stromversorgung auskommt, ist z. B. in WO 99/52724 beschrieben. Dabei wird mittels eines Transponders, der keine eigene Stromversorgung hat, die zum Betrieb der Radelektronik erforderliche Energie von Aussen vom Abfragesignal des Interrogators selbst bezogen. Der
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Abfragesender sendet in zeitlichen Abständen ein Abfragesignal an einen in der Radelektronik vorhandenen Abfragesender (Transponder), welcher die Radelektronik aktiviert und ihr gleichzeitig die für den Mess- und Sendevorgang notwendige elektrische Energie zuführt.
Der wesentliche Nachteil dieses Systems liegt darin, dass die Reifen das Signal stark dämpfen, weswegen ein möglichst kleiner Abstand von Sende- und Empfangseinheit sowie relativ grosse Antennen und leistungsstarke Signale erforderlich sind.
In der DE 199 39 936 A1 ist ein System beschrieben, wo ein Transponder nur dazu verwendet wird, um die Radelektronik zu aktivieren, die zum Messen und Senden erforderliche Energie wird aus einer elektronikeigenen Batterie zur Verfügung gestellt. Damit wird einerseits die Batterie geschont, da während der zeitlichen Zwischenräume zwischen den Messungen kein Bereitschaftsstrom aufgebracht werden muss, und andererseits kann der Transponder sehr klein ausgelegt werden, da nur der Strom zum Aktivieren der Elektronik übermittelt werden muss, nicht jedoch zum Betrieb der Elektronik.
Aus EP 0 925 958 A2 ist ein System bekannt, das auch die Möglichkeit bietet, die Batterie nicht in die Elektronik integriert unterzubringen, sondern separat im Felgentopf einzubauen, und sowohl elektrisch als auch physikalisch durch eine Öffnung in der Felge mit der Sensoreinheit zu verbinden. Ein einfacherer Batteriewechsel, bei dem nur das Rad, aber nicht der Reifen demontiert werden muss, kann damit gewährleistet werden. Dieses System teilt damit das radseitige Elektronikmodul in mehrere Funktionseinheiten auf, die allesamt miteinander verbunden sind, aber jeweils separate Einheiten bilden. Im Unterschied zu den voranbeschriebenen Systemen benötigt dieses System eine eigene speziell vorbereitete Felge, um die verschiedenen Teilsysteme aufzunehmen.
Weiters ist aus WO 00/69662 ein Reifendruckregelsystem bekannt, bei dem in Abhängigkeit von der Fahrgeschwindigkeit, der Fahrbahnbeschaffenheit und der Achslast nach einer vorgegebenen Logik der jeweilige Reifenluftdruck automatisch eingestellt wird. Ein derartiges System, auf sich alleine gestellt, ist jedoch ein relativ träges System, das den dynamischen Anforderungen des Fahrbetriebes nur eingeschränkt nachkommt, da die erforderliche Präzision des eingeregelte Luftdruckes nur durch einen iterativen Prozess erreicht werden kann, bei dem schrittweise die Druckerhohung oder-absenkung unterbrochen wird, um im ruhenden Medium den jeweils bereits erreichten Druck zu messen, und sich im nächsten Iterationsschritt dem Sollwert weiter zu nähern.
Ziel dieser Erfindung ist sowohl die Erhöhung der Zuverlässigkeit und Sicherheit des Radsystems als auch die Verbesserung der Fahrdynamik. Dies erfolgt durch
Koppelung eines Reifendruckkontrollsystems, das den Fahrer nur auf einen fehlerhaften Reifendruck aufmerksam macht, und einen aktiven
Reifendruckregelsystems, das in der Lage ist, während der Fahrt den
Reifeninnendruck zu verändern bzw. einen erkannten fehlerhaften Druckzustand in einem der Reifen selbsttätig zu korrigieren.
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Erfindungsgemäss soll dazu das System Reifenfüllanlage durch den Entfall der Druckmessanlage vereinfacht und der Regelvorgang wesentlich beschleunigt werden, indem die Sensorsignale eines Reifendruckkontrollsystems in den Regelvorgang mit einbezogen werden. Aufgrund der Tatsache, dass im Vergleich zu den Fülleitungen das Reifeninnere als quasistationär betrachtet werden kann, ist eine iterative Annäherung an den Soll-Reifendruck nicht mehr erforderlich, sondern kann der Reifendruck in nur einem Schritt ohne dem Durchlaufen von Regelschleifen erreicht werden. Dies bedeutet eine wesentliche Verkürzung des Regelvorganges.
Diese Integration des Reifendruckkontrollsystems in die Reifenfüllanlage erfordert während des Regelvorganges eine kontinuierliche Übertragung des jeweiligen IstDruckwertes der Räder, da nur dann die erforderliche Genauigkeit erreicht werden kann. Ausserdem ist es von wesentlichem Vorteil, dass die Druckinformation permanent zur Verfügung steht, da dadurch auf einfache Weise andere Sensorsignale, z. B. eine Achslastinformation, verarbeitet werden kann. Eine permanente Messung und Übertragung kann jedoch mit den dem Stand der Technik entsprechenden Reifendruckkontrollsystemen schwer durchgeführt werden, da die dazu erforderliche Batteriekapazität bei permanentem Sendebetrieb während des Druckregelvorganges über die erforderliche Lebensdauer von sieben bis zehn Jahren nicht bereitgestellt werden kann.
Erfindungsgemäss wird dazu ein Reifendruckkontrollsystem z. B. analog DE 195 22 686 Al und DE 199 39 936 A1, mit einem Reifendruckregelsystem z. B. in WO 00/69662 beschrieben gekoppelt. Das Reifendruckkontrollsystem wird zur Bereitstellung der erforderlichen Energie mit einer zweiten Batterie parallelgeschaltet, die die interne Batterie oder den Akkumulator der Radelektronik speist, und die in einfacher Weise und ohne Demontagen leicht zugänglich von aussen in die Felge integriert wird. Vorzugsweise sind beide Batterien vom Lithium-lonen Typus, die wiederaufladbar sind, und sich durch minimalste Baugrösse, Gewicht und Selbstentladung auszeichnen.
Dazu wird in der Felge ein verschraubbares Batteriefach vorgesehen, von dem eine isolierte elekrische Leitung zur Radelektronik führt. Vorzugsweise wird dazu ein isolierter Leitungsstab in eine in der Felge mitgegossenen Röhre eingefügt.
Das eine Ende dieser Leitung wird elektrisch mit der Batterie bzw. dem Akkumulator der Radelektronik gekoppelt. Das andere Ende dieser Leitung ist erfindungsgemäss mit der zweiten Batterie verbunden.
Um die Batterie vor Umwelteinflüssen zu schützen, wird die Ausnehmung dafür mit einem Deckel dicht verschraubt. Die Auslegung der Kapazität der Batterie kann nun so erfolgen, dass in Abhängigkeit vom Stromverbrauch der jeweiligen Radelektronik die Lebensdauer der Batterie etwa 1, 5 Jahre beträgt, und damit ein jährlicher Wechsel im Rahmen des Fahrzeugservices durchgeführt werden kann.
Da das Batteriefach auch aussen an der Felge untergebracht werden kann, ist eine leichte Zugänglichkeit und ein einfacher Batteriewechsel, ohne das Rad abmontieren zu müssen, gewährleistet.
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Der Zusatzaufwand für die Unterbringung des Batteriefaches und der Verbindungsleitung in der Felge ist sehr gering, da eine für eine Reifenfüllanlage gemäss WO 00/69662 taugliche Felge jedenfalls eine nicht handelsübliche Spezialausführung ist, in die Luftführungsleitungen integriert sein müssen. Ein Ausführungsdetail einer derart geeigneten Spezialfelge betreffend eine vorzugsweise Luftanschlussstelle ist in PCT/AT 99/00221 dargestellt.
Eine Analyse des Last-Reifenluftdruckkennfeldes zeigt sehr deutlich, dass bereits eine geringe Veränderung der Achslast, wie sie z. B. im Zuge einer längeren Fahrtstrecke durch den Kraftstoffverbrauch oder durch den Zu- oder Ausstieg eines Passagiers eintritt, eine Änderung des Soll-Luftdruckes bewirkt.
Diese Erkenntnis soll im Rahmen der Erfindung dadurch berücksichtigt werden, dass bei laufendem Motor und gleichzeitigem Stillstand der Räder für eine gewisse Zeit die Achslasten in Zeitschritten ermittelt werden, und der letzte Wert der Achslasten als aktuelle Ist - Wert für die Berechnung des Reifendrucksollwertes'ierangezogen wird. Damit ist eine permanente Überwachung des Beladungszustandes sichergestellt.
Nachstehend ist die Erfindung an Hand von in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert, ohne auf diese Beispiele beschränkt zu sein. Dabei zeigt Fig. 1 ein Schaltschema für die Ansteuerung jedes einzelnen Rades, Fig. 2 stellt eine mögliche Vereinfachung des Systems durch eine Zusammenfassung mehrerer Räder zu einem Regelkreis dar. Fig. 3 gibt einen Schnitt durch eine Felge wieder und Fig 4 zeigt in einem gegenüber der Fig. 3 vergrössertem Massstab das Detail A mit der zweiten Batterie.
Gemäss Fig. 1 erfolgt die Steuerung durch eine zentrale Regelelektronik 1. Diese Elektronik 1 ist mit einem Sensorsystem verknüpft, das unter anderem den Beladungszustand, den Reifendruck, die Fahrgeschwindigkeit und den Fahrzustand überwacht und an die zentrale Regelelektronik kommuniziert. Eine vorzugsweise Fahrgeschwindigkeits- und Fahrzustandsüberwachung ist im Detail in WO 00/69662, auf die hier besonders Bezug genommen wird, beschrieben. Die Reifendrucküberwachung ist im Stand der Technik anhand mehrerer Beispiele dargestellt.
Durch die Verknüpfung der eingehenden Sensorsignale erkennt die Logik der Steuerung die Notwendigkeit für einen Regelvorgang. Zum Beispiel kann durch einen Lastsensor 23 bei jedem Stillstand des Fahrzeuges nach einer kurzen Beruhigungszeit der Beladungszustand achs- oder radweise gemessen werden und der Letztwert vor der Weiterfahrt als neuer Sollwert für die Berechnung des Soll-Reifendruckes herangezogen werden. Dazu schaltet die Elektronik 1 die
Pneumatikelemente wie folgt :
Erfolgt ein Schaltbefehl aufgrund einer Überschreitung der in den
Regelkennfeldern jeweils vorgegebenen Schaltwerte zur Druckerhöhung in einem oder in mehreren Reifen oder Regelkreisen, werden über die elektrischen
Steuerleitungen 2 die elektromagnetisch betätigten Steuerventile 3 geöffnet.
Die
Druckluft strömt über die Steuerluftleitungen 11 und die Steuerluftdurchführung
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des Dichtpaketes 4 zu den Radventilen 5 und öffnet die Ventile für die Füllung.
Gleichzeitig werden das Einlassventil 6 und die Füllventil 7 der jeweiligen Räder geöffnet, über die nun aus dem vom Kompressor 8 gespeisten Druckreservoir 9 die Druckluft zur Reifeninnendruckerhöhung durch die Fülluftleitungen 10 und die Fülluftdurchführung des Dichtpaketes 4 über das Radventil 5 in die jeweiligen Reifen 13 strömt.
Da das Volumen der Reifen 13 sehr gross ist im Vergleich zum Innenvolumen der Fülleitungen 10, und die Druckänderung im Reifen relativ langsam vor sich geht, kann der Reifeninnendruck messtechnisch als quasistatisch gesehen werden, und nur durch Messung des statischen Anteils der Luft ein hinreichend genauer Wert ermittelt werden. Die Radelektronik mit dem zugehörigen Drucksensor des Reifendruckkontrollsystems im Radinneren 12 ermittelt kontinuierlich den jeweiligen Druckwert und gibt ihn über die elektrische Steuerleitung 14 an die zentrale Steuerelektronik 1 weiter, die bei Erreichen des Sollwertes den Füllvorgang unterbricht, indem die Ansteuerung der Steuer- 3, Füll- 7 und Einlassventil 6 beendet wird. Damit schliesst auch das pneumatisch betätigte Radventil 5.
Anschliessend werden alle pneumatischen Leitungen 10,11 entlüftet.
Da das kontinuierliche Messen und Senden des Drucksignals über die erforderliche Lebensdauer mehr Kapazität beansprucht, als durch die radelektronikinterne Batterie bereitgestellt werden kann, wird die Radelektronik 12 durch eine zweite Batterie 19, die in der Radfelge 20 untergebracht und elektrisch mit der Radelektronik 12 über eine isolierte Leitung 21 gekoppelt ist, gepuffert.
Erfolgt ein Schaltbefehl aufgrund einer Überschreitung der in den
Regelkennfeldern jeweils vorgegebenen Schaltwerte zur Druckverminderung in einem oder in mehreren Reifen, wird der selbe Vorgang wie oben beschrieben durchgeführt, nur das Einlassventil 6 bleibt geschlossen. Anstatt dessen wird das Auslassventil 15 geöffnet, und die Luft strömt in umgekehrter Richtung vom Reifen
13 über das Radventil 5, die Fülleitungen 10, die Füllventil 7, das Auslassventil 15 und einen Schalldämpfer 16 ins Freie. Ein Rückschlagventil 17 verhindert, dass der vorgesehene Mindestluftdruck unterschritten wird, es unterbricht den
Ablassvorgang bei Erreichen desselben.
Der Abschaltbefehl wird ebenfalls durch das entsprechende Sensorsignal der Radelektronik 12 an die zentrale
Steuerelektronik 1 bei Erreichen des Sottdruckes gegeben.
Über eine entsprechende Anzeige 18 kann der Fahrer über den jeweiligen
Zustand der Reifen informiert werden. Diese Information kann einerseits eine
Defektwarnung sein, oder eine Information über die jeweilige, dem Beladung- und Druckzustand der Reifen zugeordnete Fahrzeughöchstgeschwindigkeit.
In Fig. 1 ist auch die Erweiterung des Systems durch einen Lufttrockner 22 dargestellt, der abhängig von den klimatischen Einsatzbedingungen ein
Erfordernis sein kann, aber nicht muss. Damit kann ein Einfrieren und damit ein
Ausfall der Reifendruckregelanlage verhindert werden, indem die Fülluft vor
Einspeisung in das System entfeuchtet wird.
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Die Fig. 2 stellt eine achsweise Ansteuerung der Reifendruckregelanlage dar. Die Vereinfachung besteht darin, dass für jeden Regelkreis, in der gezeigten Darstellung für jede Achse, nur je ein Steuer- 3 und ein Füllventil 7 erforderlich ist.
Weiters können die Leitungen 10,11 zu den Rädern eines Regelkreises über längere Wege einfach geführt werden. Diese Vereinfachung gewinnt vor allem bei mehr als zweiachsigen Fahrzeugen, z. B. schweren Nutzfahrzeugen mit Anhänger an Bedeutung, da hier eine wesentliche Aufwandsreduktion durch Zusammenfassen mehrerer Räder oder Achsen erzielt werden kann.
Gemäss den Fig. 3 und 4 ist in einer Ausnehmung einer Felge 24 die zweite Batterie 19 untergebracht, die beim Ausführungsbeispiel als Knopfzelle ausgebildet ist. Die Batterie 19 wird von einem Gehäuse 26 aufgenommen, das durch einen Deckel 27 dicht verschliessbar ist. In einem Hohlraum 25 der Felge 24 sind die zu den Batterie-polen führenden Leitungen 21 isoliert untergebracht. Die anderen Enden der Leitungen 21 sind elektrisch mit der Batterie bzw. dem Akkumulator 12 der Radelektronik verbunden.