DE10025504C1

DE10025504C1 - Sensor for measuring forces in stressed regions of a tire, is formed by conductive layers in the deformed region of the tire

Info

Publication number: DE10025504C1
Application number: DE2000125504
Authority: DE
Inventors: Stefan Gaier; Masoud Habibi; Henrik Siegle; Bernhard Elsner; Henry Heidemeyer
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2000-05-23
Filing date: 2000-05-23
Publication date: 2002-01-31
Anticipated expiration: 2020-05-24

Abstract

The sensor (4) is formed by conductive layers (5, 6) arranged in the region of the tire which is deformed. Preferred Features: Several layers in the region of deformation, measure forces in different directions.

Description

State of the art

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Sensor zur Messung von Kräften in einem Reifen.The present invention relates to a sensor for measurement of forces in a tire.

Der Kontaktstelle zwischen dem Reifen und der Fahrbahn kommt im Hinblick auf die Fahrsicherheit eine entscheidende Bedeutung zu, da die zur Fahrzeugführung erforderlichen Kräfte für Bremsen, Beschleunigen und Kurvenfahrt maßgeblich durch die kraftschlüssige Verbindung zwischen Reifen und Fahrbahn übertragen werden. Derartige Daten sind insbesondere zur Regelung von Systemen zur aktiven Fahrwerksregelung wie z. B. EAR, ABC, ESP und ABS interessant.The point of contact between the tire and the road comes a crucial one in terms of driving safety Importance because the necessary for the vehicle guidance Forces for braking, accelerating and cornering mainly due to the positive connection between Tires and road surface are transferred. Such data are in particular for regulating systems for active Chassis control such as B. EAR, ABC, ESP and ABS Interesting.

Um derartige Kräfte aufzunehmen, wurden beispielsweise auf dem 3. Esslinger Forum für Kfz-Mechatronik vom 06.11.1997 Sensoren vorgeschlagen, welche im Reifenlatsch angeordnet sind. Dabei werden magnetoresistive Sensoren und Hall- Sensoren zusammen mit in das Gummi des Reifens eingebrachten Magneten eingesetzt, um die Verformung der Reifenstollen zu messen. Der Magnet wird dabei direkt im Reifenstollen angeordnet und die magnetoresistiven Sensoren bzw. Hall-Sensoren sind ungefähr in der Mitte des Reifenmantels oder an dessen Innenseite montiert. Die Sensorsysteme werden in der gesamten Lauffläche des Reifens eingebaut, um zu jedem Zeitpunkt zu gewährleisten, dass ein Sensor an der Kontaktfläche des Reifens zur Straße liegt und die auftretenden Kräfte messen kann. Die Signale der Sensoren werden über Kabel zur Felge und zum Radlager übertragen und dann mittels eines Drehübertragers oder über Schleifkontakte zu einer Fahrzeugsteuerung übertragen. Dieser Aufbau ist jedoch nur für eine Laufleistung von ca. 100 km funktionsfähig, da die Sensoren und die Kabel im Reifenlatsch auf Grund der Walkarbeit und der auftretenden Beschleunigungen zerstört werden. Daher sind derartige Sensoren nur für Versuchszwecke geeignet, nicht aber in einem Reifen für den täglichen Bedarf, bei dem ständig Daten zu einer Fahrzeugsteuerung/ -regelung übertragen werden müssen.For example, to absorb such forces the 3rd Esslingen forum for automotive mechatronics on November 6th, 1997 Sensors proposed which are arranged in the tire contact patch are. Magnetoresistive sensors and Hall Sensors along with in the rubber of the tire inserted magnets used to the deformation of the Measure tire studs. The magnet is directly in the Tire studs arranged and the magnetoresistive sensors or Hall sensors are approximately in the middle of the Tire casing or mounted on the inside. The Sensor systems are in the entire tread of the tire built in to ensure at all times that a Sensor is on the contact surface of the tire with the road and can measure the occurring forces. The signals of the Sensors are wired to the rim and wheel bearings transferred and then by means of a rotary transformer or via Transfer sliding contacts to a vehicle controller. However, this structure is only for a mileage of approx. 100 km functional because the sensors and the cables in the Tire flap due to the flexing work and the occurring Accelerations are destroyed. Therefore they are Sensors only suitable for experimental purposes, but not in a tire for everyday needs that is constantly Transfer data to a vehicle control system Need to become.

Advantages of the invention

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Sensor zur Messung von Kräften im Reifen zu schaffen, der eine ausgezeichnete Langzeitstabilität aufweist. Dies wird dadurch erreicht, dass der Sensor aus mindestens zwei leitfähigen Schichten, d. h. flächenartig ausgebildeten Bereichen ausgebildet ist, welche im Verformungsbereich des Reifen angeordnet sind. Dabei sind die beiden leitfähigen Schichten integral mit dem Reifen ausgebildet. Dadurch ist gewährleistet, dass auch bei der extremen Belastung der Lauffläche der Sensor nicht beschädigt wird und über die Lebensdauer des Reifens die entsprechenden Kräfte aunehmen kann und an eine Fahrzeugsteuerung/-regelung aufgeben kann.The invention has for its object a sensor for Measuring forces in the tire to create one has excellent long-term stability. this will in that the sensor consists of at least two conductive layers, d. H. area trained Is formed areas which in the deformation area of the Tires are arranged. The two are conductive Layers formed integrally with the tire. This is ensures that even under extreme loads the Tread the sensor is not damaged and over the Tire life under the appropriate forces can and can give up to a vehicle control system.

Vorzugsweise sind die leitfähigen Schichten als leitfähige Gummischichten ausgebildet. Die partiell leitfähige Gummischicht weist damit hinsichtlich der Elastizität ähnliche Eigenschaften wie der Reifengummi auf. Die Gummischicht kann beispielsweise durch Zugabe von Partikeln aus Ruß, Metall, Graphit etc. elektrisch leitfähig gemacht werden. Diese leitfähige Gummimischung lässt sich in dünne Schichten formen und kann anschließend in den Reifenverbund mittels Vulkanisieren eingebracht werden. Somit weist der Reifen verschiedene leitfähige und nichtleitfähige Gummischichten auf. Dadurch werden die Laufeigenschaften des Reifens im Vergleich mit einem Reifen ohne den erfindungsgemäßen Sensor kaum beeinflusst.The conductive layers are preferably as conductive Rubber layers formed. The partially conductive Rubber layer thus shows in terms of elasticity similar properties to the tire rubber. The Rubber layer can, for example, by adding particles made of soot, metal, graphite etc. electrically conductive become. This conductive rubber compound can be made into thin Form layers and can then in the tire composite by vulcanization. Thus, the Tires different conductive and non-conductive Layers of rubber on. This will change the running properties of the tire compared to a tire without the hardly influenced sensor according to the invention.

Vorzugsweise sind die leitfähigen Schichten im Verformungsbereich des Reifen möglichst nahe an den Stollen angeordnet. Hierbei muss jedoch beachtet werden, dass sie nicht durch den gebrauchsbedingten Verschleiß des Reifens zerstört werden.The conductive layers are preferably in the Deformation area of the tire as close as possible to the studs arranged. However, it must be noted that they not due to the wear and tear of the tire be destroyed.

Vorteilhaft bilden die beiden leitfähigen Schichten einen Kondensator. Dadurch können die an der Kontaktfläche zwischen Fahrbahn und Reifen auftretenden Kräfte einfach durch eine dadurch hervorgerufene Veränderung der Kapazität des Kondensators gemessen werden. Aus diesen gemessenen Kapazitätsgrößen kann dann anhand einer Kalibrierkurve auf die auftretenden Kräfte geschlossen werden. Hierbei können die Paare von leitfähigen Schichten derart angeordnet sein, dass sich die Kapazität verändert, wenn sich der Abstand zwischen den beiden Schichten verändert oder wenn eine Verschiebung der beiden Schichten relativ zueinander in unterschiedliche Richtungen auftritt.The two conductive layers advantageously form one Capacitor. This allows the contact surface Forces occurring between the road and the tire are simple by a change in capacity caused thereby of the capacitor can be measured. From these measured Capacity sizes can then be determined using a calibration curve the occurring forces are closed. Here you can the pairs of conductive layers are arranged in such a way that the capacity changes when the distance changes changed between the two layers or if one Displacement of the two layers relative to each other in different directions occurs.

Um die auftretenden Kräfte beim Kontakt zwischen dem Reifen und der Fahrbahn in unterschiedlichen Richtungen erfassen zu können, sind vorzugsweise mehrere Paare von leitfähigen Schichten im Verformungsbereich des Reifens angeordnet. The forces involved in contact between the tire and capture the road in different directions to be able to, preferably several pairs of conductive Layers arranged in the deformation area of the tire.

Vorzugsweise ist eine Guard-Elektrode als äußerste Schicht des Elektrodensystems angeordnet. Dadurch kann eine Signalverfälschung durch Streufeldlinien der Kondensatoren verhindert werden. Beispielsweise wird dadurch auch verhindert, dass auf Grund der hohen Dielektrizitätskonstante des Wassers bei Benetzung des Reifens mit Wasser eine Kapazitätsänderung auftritt.A guard electrode is preferably the outermost layer arranged of the electrode system. This can cause a Signal distortion due to stray field lines of the capacitors be prevented. For example, this will also prevents due to the high Dielectric constant of the water when wetting the A tire change with water occurs.

Um eine einfache Erfassung von Kräften in unterschiedlichen Richtungen zu ermöglichen, sind die leitfähigen Schichten derart ausgebildet, dass sie jeweils unterschiedlich große Flächen bilden. Dabei sind die sich überdeckenden und nicht überdeckenden Bereiche der unterschiedlich ausgebildeten Flächen derart vorgesehen, dass das jeweilige Schichtpaar bestimmte Kräfte in einer Richtung erfassen kann.To easily capture forces in different The conductive layers are to enable directions trained such that they each have different sizes Form surfaces. Here are the overlapping and not overlapping areas of differently trained Areas provided such that the respective pair of layers can detect certain forces in one direction.

Vorteilhaft ist die leitfähige Gummischicht, welche die größere Fläche aufweist, als äußere Schicht im Reifen, d. h. in Richtung der Laufseite des Reifens, angeordnet, da es hier zur größten Verformung und somit zur größten Verschiebung der Flächen kommt. Demgemäß liegt die innere Schicht näher am Gürtel des Reifens und wird daher geringer aus ihrer Ruhelage verschoben.The conductive rubber layer, which the has a larger area than the outer layer in the tire, d. H. towards the tread side of the tire, since it here for the greatest deformation and thus the greatest Shift of the surfaces comes. Accordingly, the inner lies Layer closer to the belt of the tire and therefore becomes smaller shifted from their rest position.

Um eine hohe Auflösung des Sensors zu erhalten, ist mindestens eine der beiden leitfähigen Schichten mehrfach unterteilt. Dadurch kann für jedes Teilstück eine separat messbare Kapazität gemessen werden. Weiter kann dadurch eine Kompensation des Signals verhindert werden, welche auftritt, wenn Verschiebungen im Kontaktbereich zwischen Reifen und Fahrbahn durch gegenläufige Verschiebungen in ihrer Wirkung zumindest teilweise aufgehoben werden. Weiterhin ist vorteilhaft, dass ein Defekt an der mehrfach unterteilten Schicht nicht sofort dazu führt, dass der gesamte Sensor ausfällt.To get a high resolution of the sensor is at least one of the two conductive layers multiple times divided. This allows a separate for each section measurable capacity can be measured. This can continue compensation of the signal can be prevented, which occurs when there are shifts in the contact area between Tires and road surface due to opposing shifts in their effects are at least partially canceled. It is also advantageous that a defect in the multiple divided layer does not immediately result in the entire sensor fails.

Um eine sichere und lang haltende Verdrahtung des Sensors mit anderen Komponenten der Signalübertragung zu erreichen, sind die leitfähigen Schichten vorzugsweise durch leitfähige Kunststoffbahnen verdrahtet. Diese bestehen ebenfalls aus Gummimischungen mit eingebrachten, leitfähigen Partikeln wie z. B. Ruß. Diese Leitbahnen werden vorgeformt und anschließend wie die Sensorschichten in den Reifen eingebracht, sodass sie integral mit dem Reifen gebildet sind.For safe and long-lasting wiring of the sensor to achieve with other components of signal transmission the conductive layers are preferably through conductive plastic sheets wired. These exist also made of rubber compounds with conductive particles such as B. carbon black. These traces will be preformed and then like the sensor layers in the Tires inserted so that they are integral with the tire are formed.

Vorzugsweise erfolgt die Signalübertragung von den Sensoren zu einem Steuergerät über Quarz- oder SAW-Resonatoren, welche über die Kapazität verstimmbar sind. Die Resonanzfrequenz der Resonatoren können mittels HF- Übertragungstechnik drahtlos ausgelesen werden. Dadurch sind keine Drahtverbindungen aus dem Reifenlatsch heraus notwendig. Allerdings müssen die Resonatoren im Innenbereich des Reifens angebracht werden. Gemäß einer anderen Ausgestaltung der Erfindung erfolgt die Signalübertragung vom Sensor zu einem Steuergerät induktiv. Dabei werden an die Kapazitäten Leitungen angebracht und bis zur Reifenseitenwand geführt. Dort wird das Signal induktiv über einen Drehübertrager auf eine feste Spule am Fahrzeug übertragen. Hierbei besteht die Möglichkeit, entweder die Resonanzfrequenz des LC-Schwingkreises im Reifen zu bestimmen oder das Signal durch einen IC im Reifen zu verarbeiten, welcher induktiv mit Spannung versorgt wird, und anschließend direkt das Digitalsignal über den Drehübertrager nach außen auf das Fahrzeug zu übertragen. The signals are preferably transmitted from the sensors to a control unit via quartz or SAW resonators, which are detunable via the capacity. The The resonance frequency of the resonators can be Transmission technology can be read wirelessly. Thereby there are no wire connections out of the tire contact patch necessary. However, the resonators in the Be attached to the inside of the tire. According to one other embodiment of the invention Signal transmission from the sensor to a control unit inductive. Lines are attached to the capacities and led to the tire sidewall. There is the signal inductively on a rotary coil on a fixed coil Transfer vehicle. Here there is the possibility either the resonance frequency of the LC resonant circuit in the To determine tires or the signal through an IC in the Process tires, which are inductive with voltage is supplied, and then directly the digital signal towards the vehicle via the rotary transmitter transfer.

Gemäß einer anderen Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung ist eine der beiden Gummischichten aus Magnetgummi hergestellt und die andere der beiden Gummischichten ist als Spule ausgebildet. Dadurch lässt sich ein Reifenlatschsensor auf einer induktiven Basis herstellen. Wenn sich nun das Magnetfeld durch Verringerung oder Vergrößerung des Abstandes zwischen der Spulenschicht und der Magnetgummischicht ändert oder wenn sich die Überlappung zwischen der Spulenschicht und der Magnetgummischicht infolge der Verformung des Reifens ändert, wird in der Spule eine Spannung induziert. Aus der Größe der induzierten Spannung sowie dem Vorzeichen der Spannung kann ähnlich, wie bei der kapazitiven Ausführung des Sensors auf die auf den Reifen wirkende Kraft geschlossen werden. Hierbei müssen die Spulen entsprechend der zu detektierenden Kraftrichtung ausgelegt sein. Im Vergleich mit dem Sensor, bei dem die beiden leitfähigen Schichten einen Kondensator bilden, ist bei dem induktiv ausgestalteten Sensor ein Überkreuzen von Leiterbahnen der aufnehmenden Spule unvermeidlich. Dies ist jedoch fertigungstechnisch relativ aufwendig, sodass die Ausbildung eines Kondensators aus leitfähigen Gummischichten einfacher und deutlich kostengünstiger realisierbar ist.According to another embodiment of the present Invention is one of the two rubber layers Magnetic rubber made and the other of the two Rubber layers are designed as a coil. This leaves tire tire sensor on an inductive basis produce. If the magnetic field is reduced by or increasing the distance between the coil layer and the magnetic rubber layer changes or if the Overlap between the coil layer and the Magnetic rubber layer due to the deformation of the tire changes, a voltage is induced in the coil. From the Size of the induced voltage and the sign of the Voltage can be similar to that of the capacitive version of the sensor on the force acting on the tire getting closed. The coils have to be adjusted accordingly the direction of force to be detected. in the Comparison with the sensor where the two conductive Layers forming a capacitor is inductive configured sensor a crossing of conductor tracks receiving coil inevitable. However, this is relatively expensive to manufacture, so that Formation of a capacitor from conductive Layers of rubber easier and significantly cheaper is feasible.

Bei der Ausgestaltung des Sensors mit zwei leitfähigen Schichten, welche einen Kondensator bilden, ergibt sich eine Kapazitätsänderung in der Größenordnung eines ein- bis zweistelligen Pikofarad-Bereich. Bei dem induktiv ausgebildeten Sensor ergibt sich eine in induzierte Spannung im ein- bis zweistelligen Mikrovolt-Bereich.When designing the sensor with two conductive Layers that form a capacitor result a change in capacity on the order of one to double-digit picofarad range. With the inductive trained sensor results in an induced Voltage in the one to two-digit microvolt range.

Vorzugsweise erfolgt die Signalübertragung vom Sensor zum Fahrgestell induktiv bzw. über einen Resonator. Desweiteren ist die Verdrahtung im Reifen vorteilhaft über leitfähiges Gummi ausgebildet.The signal is preferably transmitted from the sensor to the Chassis inductive or via a resonator. Furthermore the wiring in the tire is advantageous over conductive Rubber trained.

drawing

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert.An embodiment of the invention is in the drawing shown and is in the description below explained in more detail.

Fig. 1 zeigt eine schematische Seitenansicht eines Reifens mit einem Reifenlatschsensor gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung, Fig. 1 is a schematic side view of a tire having a tire contact sensor according to an embodiment of the present invention,

Fig. 2 zeigt eine schematische Draufsicht auf eine Reifenlauffläche mit einem erfindungsgemäßen Reifenlatschsensor und Fig. 2 shows a schematic plan view of a tire tread according to the invention with a tire contact sensor and

Fig. 3 zeigt eine perspektivische Ansicht eines Reifen latschsensors. Fig. 3 shows a perspective view of a tire pin sensor.

Description of the embodiment

In den Fig. 1 bis 3 ist ein Ausführungsbeispiel eines Sensors zur Messung von Kräften im Reifen gemäß der vorliegenden Erfindung dargestellt.In Figs. 1 to 3, an embodiment is a sensor for measuring forces in the tire illustrated in accordance with the present invention.

Wie in Fig. 1 dargestellt, ist ein Sensor 4 integral in einem auf einer Felge 2 befestigten Reifen 1 gebildet. Dabei ist der Sensor 4 in der Nähe einer Lauffläche 3 angeordnet. Er weist jedoch einen bestimmten Abstand von der Lauffläche 3 des Reifens 1 auf, um nicht durch den gebrauchsbedingten Verschleiß des Reifens beschädigt zu werden. As shown in FIG. 1, a sensor 4 is integrally formed in a tire 1 fastened on a rim 2 . The sensor 4 is arranged in the vicinity of a tread 3 . However, it is at a certain distance from the tread 3 of the tire 1 in order not to be damaged by the wear of the tire due to use.

In Fig. 2 ist eine vergrößerte, teilweise geschnittene Draufsicht auf die Lauffläche des Reifens 1 dargestellt. Hierbei wird der Reifenlatschsensor aus drei einzelnen Sensoren gebildet, nämlich einem Z-Sensor 8, einem X-Sensor 11 und einem Y-Sensor 17. Hierbei nimmt der Z-Sensor 8 Kräfte in Z-Richtung auf, wobei die Z-Richtung ausgehend vom Auflagepunkt zwischen Reifen und Asphalt die radiale Richtung zur Mitte des Reifens bezeichnet (vgl. Fig. 1). Der X-Sensor 11 nimmt Kräfte in Fahrtrichtung des Reifens auf, wobei X die Fahrtrichtung bezeichnet. Der Y-Sensor 17 nimmt seitliche Kräfte senkrecht zur Fahrtrichtung, d. h. senkrecht zur Richtung X auf (vgl. Fig. 2). Jeder der drei Sensoren besteht aus zwei übereinander liegenden, leit fähigen Gummischichten, welche jeweils eine vorbestimmte Geometrie aufweisen. Die Sensoren sind nebeneinander angeordnet und verlaufen in Umfangsrichtung um den gesamten Umfang des Reifens 1.In Fig. 2 is an enlarged, partially sectioned plan view is shown on the tread of the tire 1. Here, the tire contact sensor is formed from three individual sensors, namely a Z sensor 8 , an X sensor 11 and a Y sensor 17 . Here, the Z sensor absorbs 8 forces in the Z direction, the Z direction, starting from the point of contact between the tire and the asphalt, denoting the radial direction to the center of the tire (cf. FIG. 1). The X sensor 11 absorbs forces in the direction of travel of the tire, X denoting the direction of travel. The Y sensor 17 absorbs lateral forces perpendicular to the direction of travel, ie perpendicular to the direction X (cf. FIG. 2). Each of the three sensors consists of two superimposed, conductive rubber layers, each having a predetermined geometry. The sensors are arranged next to one another and run in the circumferential direction around the entire circumference of the tire 1 .

Nachfolgend wird die Funktionsweise der jeweiligen Sensoren beschrieben. Der Z-Sensor 8 besteht aus einer ersten leitfähigen Gummischicht 9 und einer zweiten leitfähigen Gummischicht 10. Hierbei liegt die erste Gummischicht 9 in Richtung der Lauffläche des Rades 1 und die zweite Gummischicht 10 liegt in Richtung der Felge 2 des Rades. Infolge der Auflagekraft, welche durch das Fahrzeuggewicht hervorgerufen wird, verändern die Schichten 9, 10 ihren Abstand zueinander, wodurch sich die Kapazität ändert. Auf Grund dieser Änderung der Kapazität kann die Auflagekraft bestimmt werden. Wie in Fig. 2 gezeigt, weisen die beiden Gummischichten 19 die gleiche geometrische Außenkontur auf, jedoch weist die erste Gummischicht 9 eine größere Fläche als die zweite Gummischicht 10 auf. Dadurch ist die zweite Gummischicht 10 vollständig von der ersten Gummischicht 9 überdeckt, wobei die erste Gummischicht 9 die gesamte Außenkontur der zweiten Gummischicht 10 überlappt. Wenn nun Relativbewegungen zwischen der ersten und zweiten Gummischicht 9, 10 infolge von Kräften auftreten, welche in X- und/oder Y-Richtung wirken, tritt selbst bei maximal möglicher Auslenkung der Schichten zueinander keine Änderung der Überlappungsfläche zwischen der ersten und der zweiten Gummischicht 9, 10 auf. Somit werden durch den Sensor 8 nur Kräfte gemessen, welche in Z-Richtung wirken und der Abstand zwischen den beiden Schichten 9, 10 ändern.The functioning of the respective sensors is described below. The Z sensor 8 consists of a first conductive rubber layer 9 and a second conductive rubber layer 10 . Here, the first rubber layer 9 lies in the direction of the tread of the wheel 1 and the second rubber layer 10 lies in the direction of the rim 2 of the wheel. As a result of the contact force which is caused by the vehicle weight, the layers 9 , 10 change their distance from one another, as a result of which the capacity changes. Due to this change in capacity, the contact force can be determined. As shown in FIG. 2, the two rubber layers 19 have the same geometrical outer contour, but the first rubber layer 9 has a larger area than the second rubber layer 10 . Thus, the second rubber layer 10 is completely covered by the first rubber layer 9, wherein the first rubber layer 9 overlaps the entire outer contour of the second rubber layer 10th If relative movements now occur between the first and second rubber layers 9 , 10 as a result of forces which act in the X and / or Y direction, there is no change in the overlap area between the first and second rubber layers 9 even with the maximum possible deflection of the layers relative to one another , 10 on. Thus, only forces are measured by the sensor 8 which act in the Z direction and change the distance between the two layers 9 , 10 .

Der X-Sensor 11 misst die Kräfte, welche in X-Richtung auftreten. Wie in Fig. 2 gezeigt, besteht der X-Sensor 11 ebenfalls aus einer ersten Gummischicht 12 und einer zweiten Gummischicht 13. Die erste Gummischicht 12 ist in Richtung der Auflagefläche des Reifens 1 angeordnet und die zweite Gummischicht 13 ist in Richtung der Felge an geordnet. Die beiden Schichten 12, 13 sind fischgratähnlich aufgebaut, wobei ausgehend von einem mittleren Bereich 14 jeweils seitliche Ausbuchtungen bzw. Bereiche 15 und 16 zu beiden Seiten des mittleren Bereichs 14 angeordnet sind. Dabei weisen die seitlichen Bereiche 15, 16 der ersten und zweiten Schicht 12, 13 jeweils in X-Richtung die gleiche Breite auf. In Y-Richtung sind hingegen die seitlichen Bereiche 15 und 16 der zweiten Schicht 13 kürzer als die der ersten Schicht 12. Mit anderen Worten überlappt die erste Schicht 12 die zweite Schicht 13 in Y-Richtung, wohingegen in X-Richtung eine vollständige Überdeckung zwischen der ersten und der zweiten Schicht 12, 13 vorliegt.The X sensor 11 measures the forces which occur in the X direction. As shown in FIG. 2, the X sensor 11 also consists of a first rubber layer 12 and a second rubber layer 13 . The first rubber layer 12 is arranged in the direction of the bearing surface of the tire 1 and the second rubber layer 13 is arranged in the direction of the rim. The two layers 12 , 13 are constructed in a herringbone-like manner, with lateral bulges or regions 15 and 16 being arranged on both sides of the central region 14 , starting from a central region 14 . The lateral regions 15 , 16 of the first and second layers 12 , 13 each have the same width in the X direction. In contrast, in the Y direction, the lateral regions 15 and 16 of the second layer 13 are shorter than those of the first layer 12 . In other words, the first layer 12 overlaps the second layer 13 in the Y direction, whereas in the X direction there is a complete overlap between the first and second layers 12 , 13 .

Wenn sich nun die beiden Schichten 12, 13 in X-Richtung relativ zueinander bewegen, findet nur noch eine teilweise Überlappung der ersten und zweiten Schicht 12 und 13 in X- Richtung statt. Dadurch ändert sich die Kapazität des X- Sensors 11. Wenn eine Relativbewegung zwischen den beiden Schichten 12, 13 in Y-Richtung auftritt, bleibt die Überdeckungsfläche zwischen der ersten und der zweiten Schicht 12, 13 gleich, sodass sich die Kapazität nicht ändert. Bei einer Änderung des Abstandes zwischen der ersten und der zweiten Schicht 12 und 13 in Z-Richtung ändert sich (entsprechend der Wirkung des Z-Sensors) auch die Kapazität zwischen den beiden Schichten 12 und 13 des X-Sensors. Dieser durch die Auflagekraft verursachte Fehler bei der Bestimmung der Kraft in X-Richtung kann jedoch durch einen Rechenalgorithmus unter Verwendung des gemessenen Signals des Z-Sensors 8 herausgerechnet werden.If the two layers 12 , 13 move relative to one another in the X direction, the first and second layers 12 and 13 only partially overlap in the X direction. This changes the capacitance of the X sensor 11 . If a relative movement between the two layers 12 , 13 occurs in the Y direction, the overlap area between the first and the second layer 12 , 13 remains the same, so that the capacitance does not change. When the distance between the first and second layers 12 and 13 changes in the Z direction, the capacitance between the two layers 12 and 13 of the X sensor also changes (in accordance with the effect of the Z sensor). This error caused by the contact force in the determination of the force in the X direction can, however, be eliminated by a calculation algorithm using the measured signal of the Z sensor 8 .

Der Y-Sensor 17 ist ähnlich wie der X-Sensor 11 aufgebaut. Eine erste und eine zweite Gummischicht 18 und 19 sind ebenfalls fischgratartig aufgebaut und bestehen aus einem mittleren Bereich 20 sowie daran angeordneten seitlichen Bereichen 21 und 22. Im Unterschied zum X-Sensor 11 sind jedoch beim Y-Sensor 18 die seitlichen Bereiche 21, 22 in Y-Richtung gleich lang aufgebaut, sodass sie sich in Y- Richtung vollständig überdecken. In X-Richtung überlappt jedoch die erste Schicht 18 die zweite Schicht 19 (vgl. Fig. 2). Wenn nun eine Kraft in Y-Richtung auftritt, ändert sich die Überdeckung zwischen den beiden Schichten 18 und 19 in Y-Richtung, da die seitlichen Bereiche 20, 21 in Y-Richtung gleich lang ausgebildet sind. Im Gegensatz dazu wird bei einer Verschiebung der beiden Schichten 18 und 19 zueinander in X-Richtung die sich überdeckenden Flächen der ersten und zweiten Schichten 18 und 19 nicht verändert, sodass durch den Y-Sensor keine Kräfte ermittelt werden, welche in X-Richtung wirken. Wie schon beim X- Sensor 11 beschrieben, treten jedoch Kapazitätsänderungen in Z-Richtung infolge der Auflagekraft auf, welche jedoch herausrechenbar sind.The Y sensor 17 is constructed similarly to the X sensor 11 . A first and a second rubber layer 18 and 19 are also constructed in a herringbone manner and consist of a central region 20 and lateral regions 21 and 22 arranged thereon. In contrast to the X sensor 11 , however, the lateral regions 21 , 22 of the Y sensor 18 are of the same length in the Y direction, so that they completely overlap in the Y direction. In the X direction, however, the first layer 18 overlaps the second layer 19 (cf. FIG. 2). If a force now occurs in the Y direction, the overlap between the two layers 18 and 19 changes in the Y direction, since the lateral regions 20 , 21 are of the same length in the Y direction. In contrast to this, when the two layers 18 and 19 are displaced relative to one another in the X direction, the overlapping surfaces of the first and second layers 18 and 19 are not changed, so that no forces which act in the X direction are determined by the Y sensor , As already described for the X sensor 11 , changes in capacitance occur in the Z direction as a result of the contact force, which, however, can be calculated out.

Zur besseren Verdeutlichung der Ausgestaltung der Sensoren ist in Fig. 3 nochmals eine perspektivische Darstellung des Y-Sensors 17 gezeigt. Die erste Schicht 18 und die zweite Schicht 19 sind voneinander in einem Abstand a angeordnet. Beide Schichten 18, 19 weisen eine fischgratähnliche Gestalt auf, bei der an einem mittleren Bereich jeweils zu beiden Seiten seitliche Bereiche angeordnet sind. Die Länge der seitlichen Bereiche in Y- Richtung, welche in Y-Richtung vom mittleren Bereich abstehen, ist bei der ersten und bei der zweiten Schicht 18 und 19 gleich. Wenn nun Kräfte auf den Reifen in Y-Richtung wirken, erfolgt eine Relativverschiebung zwischen den beiden Schichten 18 und 19 in Y-Richtung, wodurch sich die Überdeckung der beiden Schichten 18 und 19 ändert. Auf Grund dieser Änderung der Überdeckung der beiden Schichten 18 und 19 ändert sich die Kapazität, welche als Maß für die Größe der Kraft in Y-Richtung verwendet werden kann. Die Sensoren in X- und Z-Richtung arbeiten nach dem gleichen Prinzip wie der Y-Sensor 17.For better clarification of the configuration of the sensors, a perspective view of the Y sensor 17 is shown again in FIG . The first layer 18 and the second layer 19 are arranged at a distance a from one another. Both layers 18 , 19 have a herringbone-like shape, in which lateral areas are arranged on both sides on a central area. The length of the lateral regions in the Y direction, which protrude from the central region in the Y direction, is the same for the first and for the second layers 18 and 19 . If forces now act on the tire in the Y direction, there is a relative shift between the two layers 18 and 19 in the Y direction, as a result of which the overlap of the two layers 18 and 19 changes. Due to this change in the coverage of the two layers 18 and 19 , the capacitance changes, which can be used as a measure of the magnitude of the force in the Y direction. The sensors in the X and Z directions work on the same principle as the Y sensor 17 .

Um möglichst genaue Werte zu erhalten, sollte eine der beiden Schichten möglichst weit außen nahe der Lauffläche des Reifens angebracht werden, wo die größte Verformung und damit die größte Verschiebung in X- und Y-Richtung und Quetschung in Z-Richtung auftritt.To get the most accurate values possible, one of the two layers as far out as possible near the tread of the tire where the greatest deformation and thus the largest displacement in the X and Y directions and Pinching occurs in the Z direction.

Im vorliegenden Ausführungsbeispiel besteht der erfindungsgemäße Sensor aus drei Sensoreinheiten 8, 11 und 17, welche jeweils Kräfte in X-, Y- und Z-Richtung aufnehmen. Hierbei sind die drei Sensoreinheiten 8, 11 und 17 nebeneinander an der Lauffläche des Reifens angeordnet. Es ist jedoch auch möglich, dass die Sensoreinheiten sich jeweils über die gesamte Lauffläche des Reifens erstrecken und in Schichten übereinander angeordnet sind. Weiter weisen die drei Sensoreinheiten 8, 11 und 17 in vorliegendem Ausführungsbeispiel eine fischgratähnliche Gestalt auf. Sie können jedoch auch in anderen geometrischen Formen, wie z. B. zackenförmig oder nur mit seitlichen Bereichen in einer Richtung ausgehend vom mittleren Bereich, ausgebildet sein.In the present exemplary embodiment, the sensor according to the invention consists of three sensor units 8 , 11 and 17 , which each absorb forces in the X, Y and Z directions. Here, the three sensor units 8 , 11 and 17 are arranged side by side on the tread of the tire. However, it is also possible that the sensor units each extend over the entire tread of the tire and are arranged in layers one above the other. Furthermore, the three sensor units 8 , 11 and 17 in the present exemplary embodiment have a herringbone-like shape. However, you can also in other geometric shapes such. B. jagged or only with lateral areas in one direction starting from the central area.

Zusammenfassend betrifft die vorliegende Erfindung einen Sensor zur Messung von Kräften im Reifen. Der Sensor wird durch mindestens zwei partiell leitfähige Schichten 5, 6 gebildet, welche im Verformungsbereich des Reifens 1 angeordnet sind. Die leitfähigen Schichten 5, 6 können hierbei als Kondensator eingesetzt werden, um über die Änderung der Kapazität auf die am Reifen wirkenden Kräfte zurückzuschließen oder der Sensor arbeitet auf induktiver Basis, wobei aus der Änderung der induzierten Spannung auf die aufgetretenen Kräfte zurückgeschlossen wird.In summary, the present invention relates to a sensor for measuring forces in the tire. The sensor is formed by at least two partially conductive layers 5 , 6 , which are arranged in the deformation region of the tire 1 . The conductive layers 5 , 6 can in this case be used as a capacitor in order to draw conclusions about the forces acting on the tire via the change in capacitance, or the sensor works on an inductive basis, the forces which have arisen from the change in the induced voltage being deduced.

Die vorhergehende Beschreibung des Ausführungsbeispiels gemäß der vorliegenden Erfindung dient nur zu illustrativen Zwecken und nicht zum Zwecke der Beschränkung der Erfindung. Im Rahmen der Erfindung sind verschiedene Änderungen und Modifikationen möglich, ohne den Umfang der Erfindung sowie ihre Äquivalente zu verlassen.The previous description of the embodiment according to the present invention is for illustrative purposes only Purposes and not for the purpose of restricting the Invention. Various are within the scope of the invention Changes and modifications possible without the scope of Invention as well as leaving its equivalents.

Claims

1. Sensor for measuring forces in a tire ( 1 ), characterized in that the sensor ( 4 ) is formed from at least two conductive layers ( 5 , 6 ) which are arranged in the deformation area of the tire ( 1 ).

2. Sensor according to claim 1, characterized in that the layers ( 5 , 6 ) are designed as conductive rubber layers.

3. Sensor according to claim 1 or 2, characterized in that the two conductive layers ( 5 , 6 ) form a capacitor.

4. Sensor according to claim 3, characterized in that a plurality of pairs of conductive layers ( 9 , 10 ; 12 , 13 ; 18 , 19 ) are arranged in the deformation region of the tire ( 1 ) in order to detect forces in different directions.

5. Sensor according to one of claims 1 to 4, characterized characterized that a guard electrode as the outermost Layer of the conductive layers is formed.

6. Sensor according to one of claims 3 to 5, characterized in that the conductive layers ( 5 , 6 ) which form the capacitor have different sized areas.

7. Sensor according to claim 6, characterized in that the conductive layer ( 5 , 6 ), which has the larger area, is arranged in the direction of the running side of the tire ( 1 ).

8. Sensor according to one of claims 1 to 6, characterized in that at least one of the two conductive layers ( 5 , 6 ) is divided several times.

9. Sensor according to one of claims 1 to 8, characterized characterized in that the conductive layers by means of conductive plastic sheets are wired.

10. Sensor according to claim 1, characterized in that one of the layers is made of magnetic rubber and the other Layer is formed as a coil.