DE10105367C1 - Verfahren und Vorrichtung zum Messen einer physikalischen Grösse und zum Bestimmen eines Drucks und/oder einer Druckänderung in einem Luftreifen - Google Patents

Abstract

Zum Messen einer physikalischen Größe wird ein analoges Schwingungssignal, das von einem Wert der physikalischen Größe abhängig ist, an einen Komparator (2, 10) angelegt. Mittels des Komparators (2, 10) wird ein Ausgangssignal am Komparator (2, 10) erzeugt, in dem zumindest zwei Signalamplituden des analogen Signals, die über einem festlegbaren Schwellwert liegen, enthalten sind. Dieses Ausgangssignal wird an eine Auswerteeinheit angelegt, die das Ausgangssignal auf einen Abstand zwischen den zwei Amplituden oder einem Amplitudenverhältnis der Amplituden hin auswertet. Die aus dem Abstand oder dem Amplitudenverhältnis ausgewerteten Informationen werden zum weiteren Auswerten an die Steuereinheit (1, 4) übertragen.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Messen einer physikalischen Größe und betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Bestimmen eines Drucks und/oder ei­ ner Druckänderung in einem Luftreifen.

Das Auswerten von analogen elektrischen Signalen, insbesonde­ re von Hochfrequenzsignalen erfordert mehrere Verarbeitungs­ schritte. Die Hochfrequenzsignale werden meist verstärkt und auf eine, für die weitere Auswertung geeignete Trägerfrequenz gemischt. Mittels eines A/D-Wandlers wird das analoge Signal vollständig digitalisiert. Dazu ist eine entsprechend schnell arbeitende A/D-Wandlerkarte notwendig, die die Datenworte in einen Datenspeicher schreibt. Die Daten werden über eine Schnittstelle zu einem digitalen Signalprozessor übertragen, in dem die Daten weiter ausgewertet werden können. In dem di­ gitalen Signalprozessor wird das Signal transformiert und/oder demoduliert und für die weitere Auswertung erfasst.

Bei einem bekannten Verfahren zum Messen eines Drucks in ei­ nem Luftreifen (US 5,838,229 oder US 5,600,301) ist im Reifen ein Sender angeordnet, dem ein Druckwert zugeführt wird. Die­ ser Druckwert wird moduliert von dem Sender ausgesendet. Zum Modulieren ist ein SAW-Resonator (der mit akustischen Ober­ flächenwellen funktioniert) vorhanden, der als Erzeuger für ein Trägersignal dient. Dem Trägersignal wird in einem Oszil­ lator der codierte Druckwert aufmoduliert. Das modulierte Signal wird in einem Verstärker verstärkt und über eine An­ tenne ausgesendet. Zum Modulieren/Codieren kann bei dem be­ kannten Verfahren beispielsweise eine Pulsweitenmodulation verwendet werden.

Bei einem anderen, bekannten Verfahren (US 4,703,650) wird zur Gewinnung von zwei Messgrößen (und zwar Reifendruck und Temperatur) die Impulsbreitenmodulation verwendet wird. Dabei wird die Ausgangsspannung eines Integrators einem Schmitt- Trigger zugeführt, dessen Ausgang den Integratoreingang zwi­ schen Drucksignal und Integratorentladung umschaltet. Im Ent­ ladekreis des Integrators liegt ein temperaturabhängiger Wi­ derstand, so dass die Impulsbreite vom Temperaturwert und die Impulspause vom Reifendruck abhängen. Auch bei einem solchen Verfahren findet also eine Modulation/Codierung der Druckwer­ te und modulierte Übertragung der Werte statt.

Bei einem weiteren, bekannten Verfahren zur digitalen Signal­ verarbeitung (DE 198 19 550 A1), insbesondere für das Mischen von Eingangssignalen zu Ausgangssignalen, werden digitale Signalprozessorkarten verwendet um eine Vielzahl von Ein­ gangssignalen verarbeiten zu können. Auf den digitalen Sig­ nalprozessorkarten werden zunächst Kartenvorsummen der Ein­ gangssignale berechnet und zur weiteren Summierung auf die restlichen digitalen Signalprozessorkarten verteilt. Die ein­ zelne Summierung erfolgt in Summierknoten der einzelnen Sig­ nalprozessorkarten. Die Summen werden in Speicher geschrie­ ben, von denen die Summen an Summenrechner der gleichen digi­ talen Signalprozessorkarte zur weiteren Berechnung übergeben werden.

Bei den bekannten Verfahren und der bekannten Vorrichtung ist die Signalerfassung und Auswertung mittels digitalen Signal­ prozessoren aufwendig. Um die Datenmenge der digitalisierten Signale verarbeiten und auswerten zu können sind große Spei­ cher notwendig. Zusätzlich sind viele Signalverarbeitungs­ schritte notwendig um ein entsprechendes Ausgangssignal zu erzeugen. Des Weiteren sind Vorrichtungen mit ausreichend schnellen Signalprozessorkarten und hinreichend großen Daten­ speichern sehr teuer.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Messen einer physikalischen Größe und zum Bestimmen eines Drucks und/oder einer Druckänderung zu schaffen, bei dem bzw. bei der eine Signalverarbeitung des a­ nalogen Eingangssignals mit geringem Aufwand kostengünstig und schnell durchgeführt werden kann.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mit einem Verfahren, das die Schritte nach Patentanspruch 1 oder 5 aufweist und mit einer Vorrichtung, die die Merkmale nach Patentanspruch 14 o­ der 15 aufweist, gelöst.

Eine Vorrichtung zum Auswerten eines analogen Schwingungssig­ nals weist eine Steuereinheit auf, mit der die Vorrichtung gesteuert wird.

Erfindungsgemäß weist die Vorrichtung ein Vergleicherelement auf, in dem Amplituden des analogen Schwingungssignals mit einem festlegbaren Schwellwert verglichen werden. Das Vergleicherelement erzeugt ein Auswertesignal, in dem ein zeitlicher Abstand zwischen einer Amplitude einer ersten Teilschwingung des analogen Schwingungssignals, die betrags­ mäßig über dem Schwellwert liegt und einer Amplitude zumin­ dest einer zweiten Teilschwingung des analogen Schwingungs­ signals, die betragsmäßig über dem Schwellwert liegt enthal­ ten ist oder zumindest zwei Amplituden einer einzigen Teil­ schwingung des analogen Schwingungssignals, die betragsmäßig über dem Schwellwert liegen und deren zeitlicher Abstand festgelegt wird, enthalten sind. Dieses Auswertesignal wird an einen Eingang einer Auswerteeinheit angelegt. Mittels der Auswerteeinheit wird ein in dem Auswertesignal enthaltener zeitlicher Abstand zwischen den Amplituden oder ein Amplitu­ denverhältnis zwischen zwei Amplituden ausgewertet und daraus erhaltene Informationen an die Steuereinheit zur weiteren Auswertung übertragen.

Dadurch kann eine schnelle Erfassung und Auswertung der Sig­ nale erreicht werden.

Bei einer Vorrichtung zum Bestimmen eines Drucks und/oder ei­ ner Druckänderung in einem Luftreifen, wird ein analoges Sig­ nal von einem Sensor in einem Luftreifen ausgesendet. Das a­ naloge Signal enthält dabei ein Abfragesignal und ein Echo des Abfragesignals. Das analoge Signal wird von einer Emp­ fangseinheit empfangen und an ein Vergleicherelement ange­ legt. Mit dem Vergleicherelement werden diejenigen Spannungs­ amplituden des analogen Signals digitalisiert, die über einem gesetzten Spannungsschwellwert liegen. Das Ausgangssignal des Vergleicherelements wird an eine Auswerteeinheit angelegt und ein Abstand zwischen zwei digitalen Signalpulsen in dem Aus­ gangssignal des Vergleicherelements ausgewertet. Die durch Auswerten des Abstands erhaltenen Informationen werden zur weiteren Auswertung des Drucks und/oder einer Druckänderung im Luftreifen an die Steuereinheit übertragen.

Mit der Vorrichtung und dem Verfahren kann erreicht werden, dass eine Information über den Druck und/oder die Druckände­ rung im Luftreifen schnell erfasst und ausgewertet werden kann.

Vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den Unteransprüchen an­ gegeben.

Es kann dabei vorgesehen sein, dass die Vorrichtung einen rückgekoppelten Schaltkreis aufweist. Das Ausgangssignal des Vergleicherelements und ein Triggersignal werden an zwei ver­ schiedene Eingänge des rückgekoppelten Schaltkreises ange­ legt. Der rückgekoppelte Schaltkreis wird so getriggert, dass das digitale Ausgangssignal des rückgekoppelten Schaltkreises eine Pulsweite aufweist, die einem Abstand zwischen zwei po­ sitiven oder zwei negativen Flanken zwischen zwei digitalen Pulsen im Ausgangssignal des Vergleicherelements entspricht. Das Ausgangssignal des rückgekoppelten Schaltkreises wird an einen zweiten Schaltkreis angelegt, mit dem ein Offsetspan­ nungssignal erzeugt und damit die Pulsweite des Ausgangssig­ nals des rückgekoppelten Schaltkreises vermindert wird. Dadurch kann erreicht werden, dass auch Signale ausgewertet werden können, deren Verhältnis von Laufzeit zu Laufzeitände­ rung sehr groß ist.

Es kann dabei vorgesehen sein, dass das analoge Signal ver­ stärkt wird. Das Verstärken und/oder das Setzen des Span­ nungsschwellwerts kann dabei so ausgeführt werden, dass eine möglichst geringe Anzahl an Spannungsamplituden des analogen Signals über dem Schwellwert liegen.

Das Verstärken und/oder das Setzen des Spannungsschwellwerts kann auch so durchgeführt werden, dass zumindest eine Span­ nungsamplitude des Abfragesignals und zumindest eine Amplitu­ de des Echos des Abfragesignals über dem Spannungsschwellwert liegen.

Dadurch kann erreicht werden, dass die Datenmenge für das Auswerten der Signale wesentlich reduziert werden kann und damit das Auswerten schneller durchgeführt werden kann.

Es kann auch vorgesehen sein, die hochfrequenten, analogen Signale in der Empfangseinheit auf eine niederfrequente Trä­ gerfrequenz zu mischen, um eine vollständige Erfassung des auszuwertenden Signals durch die Vorrichtung zu ermöglichen.

Ein vollständiges Erfassen des hochfrequenten analogen Sig­ nals ist nur mit sehr teuren Bauelementen möglich. Durch das Mischen auf eine niederfrequente Trägerfrequenz kann erreicht werden, dass ein vollständiges Erfassen des analogen Signals mit relativ kostengünstigen Bauelementen möglich ist.

Anhand der folgenden Zeichnungen und Diagramme wird ein Aus­ führungsbeispiel näher beschrieben. Es zeigen:

Fig. 1A ein Blockschaltbild einer erfindungsgemäßen Vor­ richtung,

Fig. 1B ein Blockschaltbild einer Vorrichtung zum Bestimmen eines Drucks und/oder einer Druckänderung in einem Luftreifen,

Fig. 2 ein analoges Schwingungssignal, das von einem Ober­ flächenwellensensor erzeugt wird,

Fig. 3 eine Darstellung eines Latschbereichs eines gewichts­ kraftbelasteten Luftreifens

Fig. 4A-C eine Darstellung von Ausgangssignalen an ver­ schiedenen Bauelementen der Vorrichtung,

Fig. 5A-E eine Darstellung eines Laufzeitunterschieds zwischen zwei Signalen an einem Oberflächenwellen­ sensor,

Fig. 6A-C eine weitere Darstellung von Ausgangssignalen an verschiedenen Bauelementen der Vorrichtung, und

Fig. 7A-D zusammenfassende Darstellung verschiedener Aus­ gangssignale an verschiedenen Vorrichtungselementen.

Eine erfindungsgemäße Vorrichtung zum Messen einer physikali­ schen Größe weist eine Steuereinheit 1 (Fig. 1A) auf, mit der die Vorrichtung gesteuert wird. Das analoge Schwingungs­ signal, das von einen Wert der physikalischen Größe abhängt, wird an einen Eingang eines Vergleicherelements, das im Aus­ führungsbeispiel als Komparator 2 ausgeführt ist, angelegt. Durch den Komparator 2 wird ein Schwellwert gesetzt. Der Schwellwert wird dabei so gesetzt, dass möglichst wenig Amp­ lituden des analogen Schwingungssignals über diesem Schwell­ wert liegen. Dadurch kann erreicht werden, dass ein schnelles Auswerten möglich ist und relativ wenig Speicherkapazität für die erzeugten Daten notwendig ist.

Der Komparator erzeugt ein Auswertesignal, in dem ein zeitli­ cher Abstand zwischen einer Amplitude einer ersten Teil­ schwingung des analogen Schwingungssignals, die betragsmäßig über dem Schwellwert liegt und einer Amplitude zumindest ei­ ner zweiten Teilschwingung des analogen Schwingungssignals, die betragsmäßig über dem Schwellwert liegt, enthalten ist o­ der zumindest zwei Amplituden einer einzigen Teilschwingung des analogen Schwingungssignals, die betragsmäßig über dem Schwellwert liegen und deren zeitlicher Abstand festgelegt wird, enthalten sind. Das Ausgangssignal des Komparators 2 wird an einen Eingang einer Auswerteeinheit angelegt. Die Auswerteeinheit ist im Ausführungsbeispiel als Integrator 3 ausgeführt. Das Auswerten des Ausgangssignals des Komparators 2 durch den Integrator 3 wird durch ein Triggersignal der Steuereinheit 1 gestartet. Die in dem Ausgangssignal des Kom­ parators 2 enthaltenen Informationen werden zum weiteren Aus­ werten vom Integrator 3 an die Steuereinheit 1 übertragen.

Um den Abstand zwischen zwei Amplituden zu erfassen, kann vorgesehen sein, die erste Amplitude der ersten Teilschwin­ gung des analogen Schwingungssignals als Startpunkt einer Ab­ standsmessung zu verwenden und die erste Amplitude zumindest der zweiten Teilschwingung des analogen Schwingungssignals als Endpunkt der Abstandsmessung zu verwenden.

Eine erfindungsgemäße Vorrichtung zum Bestimmen eines Drucks und/oder einer Druckänderung in einem Luftreifen weist eine Steuereinheit 4 (Fig. 1B) auf, mit der die Vorrichtung zum Auswerten eines analogen Signals gesteuert wird. Die Steuer­ einheit 4 ist mit einer Empfangseinheit und einer Sendeein­ heit elektrisch verbunden. Im Ausführungsbeispiel ist die Sendeeinheit und die Empfangseinheit als eine Einheit ausge­ führt und als Sende- und Empfangseinheit 5 bezeichnet. Über eine Antenne 51 der Sende- und Empfangseinheit 5 wird ein Ab­ fragesignal drahtlos an eine Antenne 61 eines Oberflächenwel­ lensensors 6 gesendet. Ein Antwortsignal wird drahtlos über die Antenne 61 an die Antenne 51 zurückgesendet. Das hochfre­ quente Antwortsignal wird in der Sende- und Empfangseinheit 5 auf eine niederfrequente Trägerfrequenz gemischt und durch einen Operationsverstärker 7 verstärkt. Ein Ausgang des Ope­ rationsverstärkers 7 ist mit einem Eingang eines Vergleiche­ relements, das im Ausführungsbeispiel als Komparator 8 ausge­ führt ist, elektrisch verbunden. Mittels des Komparators 8 wird ein Spannungsschwellwert gesetzt.

Spannungsamplituden des empfangenen analogen Signals, die diesen Schwellwert übersteigen, werden durch den Komparator 8 digitalisiert. Die genaue Vorgehensweise dazu wird weiter un­ ten erklärt. Ein Ausgang des Komparators 8 ist mit einem Ein­ gang eines Flip-Flops, das im Ausführungsbeispiel als Set- Reset-Flip-Flop 9 (SR-Flip-Flop) ausgeführt ist, elektrisch verbunden. An einem zweiten Eingang ist das SR-Flip-Flop 9 mit der Steuereinheit 4 elektrisch verbunden. Über diesen zweiten Eingang des SR-Flip-Flops 9 wird ein Triggersignal an das SR-Flip-Flop 9 angelegt. Ein Ausgang des SR-Flip-Flops 9 ist mit einem Eingang eines elektrischen Schaltkreises, der im Ausführungsbeispiel als Multivibrator 10 ausgeführt ist, elektrisch verbunden. Durch den Multivibrator 10 wird ein Offsetspannungssignal erzeugt, das die Signalpulsweite des Ausgangssignals des SR-Flip-Flops 9 vermindert und wird im weiteren Verlauf der Beschreibung näher ausgeführt. Mittels eines zweiten elektrischen Schaltkreises, der im Ausführungs­ beispiel als Integrator 11 ausgeführt ist und mit dem Multi­ vibrator 10 elektrisch verbunden ist wird das Ausgangssignal des Multivibrators 10 integriert und die erhaltenen Signalin­ formationen zum Auswerten an die Steuereinheit 4 übertragen.

Nachfolgend wird die Funktionsweise der Vorrichtung zum Bestimmen eines Drucks und/oder einer Druckänderung in einem Luftreifen näher erläutert.

Die Steuereinheit 4 (Fig. 1B) erzeugt ein Abfragesignal, das über die Antenne 51 der Sende- und Empfangseinheit 5 aus­ gesendet wird. Das hochfrequente Abfragesignal wird über die Antenne 61 des Oberflächenwellensensors 6 empfangen.

Der Oberflächenwellensensor 6 ist dabei im Ausführungsbei­ spiel in einem Luftreifen eines Kraftfahrzeugs oder eines Nutzfahrzeugs angeordnet. Um eine Kontrolle des Drucks im Luftreifen durchzuführen, wird das empfangene hochfrequente Abfragesignal in einen Interdigitalwandler 62 eingekoppelt und aufgrund der piezoelektrischen Eigenschaften des Interdi­ gitalwandlermaterials in eine akustische Oberflächenwelle um­ gewandelt. Der Sensor 6 weist auf der Oberfläche Reflektoren 63 und 64 auf, an denen die akustische Oberflächenwelle re­ flektiert wird. Die reflektierte akustische Oberflächenwelle wird am Interdigitalwandler 62 wieder in eine elektromagneti­ sche Welle umgewandelt und als hochfrequentes analoges Ant­ wortsignal über die Antenne 61 ausgesendet.

Durch eine Verformung des Oberflächenwellensensors 6 im Luft­ reifen ändert sich die Materialdichte und die mechanische Festigkeit des Materials des Oberflächenwellensensors 6. So­ mit ändert sich auch die Wegstrecke zwischen dem Interdigi­ talwandler 62 und den Reflektoren 63 und 64. Diese Änderung der Wegstrecke sowie die Änderung der mechanischen Eigen­ schaften führt zu einer Laufzeitänderung des Signals im Ober­ flächenwellensensor 6. Dadurch ändert sich die Phase zwischen einem Echo der akustischen Oberflächenwelle des Abfragesig­ nals bei unverformten Sensor 6 und einem Echo einer akusti­ schen Oberflächenwelle eines zweiten Abfragesignals bei ver­ formten Sensor 6. Daher tritt auch eine Phasenverschiebung zwischen den elektromagnetischen Wellen auf, die im Interdi­ gitalwandler 62 aus den akustischen Oberflächenwellen gewan­ delt werden. Durch den Vergleich der Laufzeit mit einer Soll­ laufzeit bei annähernd optimalen Druckverhältnissen im Luft­ reifen kann eine Information über den Druck und damit einer möglichen Druckänderung in Bezug auf einen annähernd optima­ len Druck erhalten werden.

Das hochfrequente analoge Antwortsignal des Oberflächenwel­ lensensors 6 wird über die Antenne 51 der Sende- und Emp­ fangseinheit 5 empfangen. Dieses hochfrequente Antwortsignal weist im Ausführungsbeispiel eine Frequenz von etwa 434 MHz auf und wird in der Sende- und Empfangseinheit 5 auf eine Trägerfrequenz von etwa 10,7 MHz gemischt. Das Mischen auf die niederfrequente Trägerfrequenz von etwa 10,7 MHz erlaubt eine für die Signalauswertung ausreichend genaue Erfassung des Antwortsignals des Oberflächenwellensensors 6.

Das auf die Frequenz von 10,7 MHz gemischte Antwortsignal ist in Fig. 2 dargestellt. Hierbei bezeichnet ein Signal A das ausgesendete Abfragesignal am Oberflächenwellensensor 6 und ein Echo B das am Reflektor 63 reflektierte und am Interdigi­ talwandler 62 wieder empfangene Signal A. Des Weiteren stellt das Echo C das am Reflektor 64 reflektierte und durch den In­ terdigitalwandler 62 wieder empfangene Signal A dar.

Dieses, aus den Signalen A, B und C bestehende analoge Signal kann durch den Operationsverstärker 7 (Fig. 1B) verstärkt werden. Für ein genaues Auswerten ist eine Verstärkung des a­ nalogen Signals vorteilhaft, da dieses analoge Antwortsignal des Oberflächenwellensensors 6 in der Amplitude aufgrund von möglichen Unterbrechungen oder Dämpfungen bei der drahtlosen Übertragung abgeschwächt sein kann. Eine Dämpfung der Signal­ amplituden der Signale A, B und C des Oberflächenwellensen­ sors 6 kann sich auch dann ergeben, wenn sich das Reifenseg­ ment, in dem der Oberflächenwellensensor 6 angeordnet ist, im Latschbereich befindet.

Als Latschbereich (Fig. 3) L wird dabei jener Bereich des Luftreifens 12 bezeichnet, der beim Kontakt des Luftreifens 12 mit dem Untergrund 13 durch die Gewichtskraft F des Kraft- oder Nutzfahrzeugs deformiert wird und somit eine Form auf­ weist, die abweichend von der nahezu kreisrunden Form des un­ belasteten Luftreifens 12 ist.

Das durch den Operationsverstärker 7 (Fig. 1B) verstärkte analoge und gemischte Antwortsignal des Oberflächenwellensen­ sors 6 wird an den Komparator 8 angelegt. Mit dem Komparator 8 wird ein Schwellwert für eine Spannung eingestellt. Der Schwellwert und/oder die Verstärkung wird dabei so einge­ stellt, dass möglichst wenig aber zumindest eine Spannungs­ amplitude des Signals A und möglichst wenig aber zumindest jeweils eine Spannungsamplitude der Echos B und C über dem Schwellwert liegen. Dadurch ist ein schnelles Erfassen und Auswerten der generierten Datenmenge mit relativ wenig Spei­ cherkapazität möglich.

Diejenigen Spannungsamplituden des analogen Signals, die über dieser Schwellwertspannung liegen, werden digitalisiert. So­ mit erfolgt keine vollständige Digitalisierung des analogen Antwortsignals, sondern lediglich eine Digitalisierung von Spannungsamplituden, die über dem festgelegten Schwellwert liegen. Somit wird die auszuwertende Datenmenge erheblich vermindert.

In Fig. 4B ist das am Ausgang des Komparators 8 abgegriffe­ ne Signal, das als Komparatorsignal bezeichnet wird, darge­ stellt. Dieses Komparatorsignal wird an einen ersten Eingang des SR-Flip-Flops 9 angelegt. An einen zweiten Eingang des SR-Flip-Flops 9 wird ein von der Steuereinheit 4 erzeugtes Triggersignal angelegt. Das Triggersignal ist in der Fig. 4 A dargestellt. Durch das Triggersignal wird in Kombination mit dem angelegten Komparatorsignal ein Ausgangssignal am SR- Flip-Flop 9 erzeugt, das durch den unteren Signalverlauf in der Fig. 4C dargestellt ist.

Anhand der in Fig. 4A, B und C dargestellten Signalverläufe ist zu erkennen, dass der Eingang des SR-Flip-Flops 9, an dem das Komparatorsignal angelegt ist, auf eine Pegeländerung des Triggersignals reagiert und den Ausgang des Flip-Flops 9 schaltet. Das Ausgangssignal des SR-Flip-Flops 9 - Fig. 4c - charakterisiert nun die Signallaufzeit τ die ein Signal für die Wegstrecke Interdigitalwandler 62-Reflektor 64-Interdi­ gitalwandler 62 (Fig. 1B) benötigt. Dieser digitale Signal­ puls charakterisiert somit die Laufzeit zwischen dem Aussen­ den des Abfragesignals A und dem Empfangen des Echos C am In­ terdigitalwandler 61 des Oberflächenwellensensor 6. Wird eine Laufzeitmessung eines Signals durchgeführt wenn der Oberflä­ chenwellensensor 6 im Latschbereich L ist und der Druck im Luftreifen gesunken ist, so wird eine längere Laufzeit des Signals aufgrund der Verformung des Sensors 6 gemessen.

Dies ist auch in den Fig. 5A bis E nochmals schematisch dargestellt. Im Fig. 5A sind dabei die Signal A, B und C gemäß Fig. 2 vereinfacht dargestellt. Signalamplituden die über der Schwelle U_S liegen werden digitalisiert und sind in Fig. 5b dargestellt. In Fig. 5D ist dazu das Ausgangssig­ nal am SR-Flip-Flop 9 dargestellt. Tritt nun eine Verformung des Oberflächenwellensensors 6 auf, so verändert sich bei­ spielweise die Signallaufzeit zwischen Interdigitalwandler 62 und Reflektor 64 und zurück zum Interdigitalwandler 62. Diese Signallaufzeitänderung beim verformten Sensors 6 gegenüber dem unverformten Sensor 6 ist in der Fig. 5A durch das Sig­ nal D dargestellt, der phasenverschoben zum Signal C ist. E­ benso tritt beim verformten Sensor 6 am Reflektor 63 eine Phasenverschiebung auf, die in Fig. 5A allerdings nicht dargestellt ist. Die digitalisierten Spannungsamplituden des Signals D sind in Fig. 5C dargestellt. Deutlich ist dabei eine zeitliche Verschiebung der Pulse des Echos D gegenüber den Pulsen des Echos C in Fig. 5B zu erkennen.

Mit dem in Fig. 5C dargestellten Signal wird am Ausgang des SR-Flip-Flops 9 ein Signal abgegriffen, das in Fig. 5E dar­ gestellt ist. Die Pulsweite des Signals in Fig. 5E ist grö­ ßer als die Pulsweite des Signals in Fig. 5D.

Die Pulsweite des Ausgangssignals am SR-Flip-Flop 9 im ver­ formten Zustand des Oberflächenwellensensors 6 - Fig. 5E - ist allerdings nur minimal größer als die Pulsweite des Aus­ gangssignals am SR-Flip-Flop 9 im unverformten Zustand des O­ berflächenwellensensors 6 - Fig. 5D. Die Änderung des Puls­ weitenunterschieds zweier Ausgangssignale am SR-Flip-Flop 9 ist daher relativ klein gegenüber den gesamten Pulsweiten der jeweiligen Ausgangssignale.

Um den Laufzeitunterschied zwischen zwei Ausgangssignalen auswerten zu können, wird jedes Ausgangssignal des SR-Flip- Flops 9 an einen Multivibrator 10 angelegt. Durch den Multi­ vibrator 10 wird ein Offsetspannungssignal erzeugt, mit dem die Pulsweite des angelegten Flip-Flop-Ausgangssignals ver­ mindert wird.

In Fig. 6A ist das an den Multivibrator 10 angelegte Flip- Flop-Ausgangssignal dargestellt. Dieses Signal entspricht dem Signal in Fig. 4C und dem Signal in Fig. 5D. Das Signal in Fig. 6A zeigt dabei eine Signallaufzeit 2 der Oberflä­ chenwelle bei korrekten Druckverhältnissen im Luftreifen 12. Das Signal in Fig. 6B zeigt dabei ein Offsetspannungssig­ nal, das durch den Multivibrator 10 auf das SR-Flip-Flop- Ausgangssignal gegeben wird. Die Offsetspannung kann dabei variabel eingestellt werden.

Im Ausführungsbeispiel war die Pulsweite des Ausgangssignals des SR-Flip-Flops 9 bei etwa 7 µs und die Pulsweite des Off­ setsignals bei etwa 6 µs. Die Pulsweite des Flip-Flop-Signals wird dadurch durch den Multivibrator 10 auf etwa 1 µs vermin­ dert. Diese Ausgangssignal des Multivibrators 10 ist in Fig. 6C dargestellt.

Dieses Ausgangssignal des Multivibrators 10 wird an den In­ tegrator 11 angelegt. Das Integrieren des an den Integrator 11 angelegten Ausgangssignals des Multivibrators 10 wird durch die Steuereinheit 4 gestartet. Durch das Integrieren ü­ ber die Pulsweite des Ausgangssignals des Multivibrators 10 wird ein Integratorsignal erzeugt. Dieses Integratorsignal enthält einen Spannungswert, der an die Steuereinheit 4 über­ tragen und dort ausgewertet wird. Der integrierte Spannungs­ wert ist dabei umso größer, je größer die Pulsweite des Aus­ gangssignals des Multivibrators 10 ist.

Wie zu den Fig. 5A bis E bereits ausgeführt, ist die Pulsweite des Ausgangssignals des SR-Flip-Flops 9 größer, wenn der Oberflächenwellensensor 6 verformt wird. Bei gleich­ bleibendem Offset des Multivibrators 10 resultiert folglich eine größere Pulsweite des Ausgangssignals am Multivibrator 10. Ein Integrieren über dieses Ausgangssignal des Multivib­ rators 10 mit größerer Pulsweite liefert daher auch einen größeren Spannungswert des Integratorsignals.

Durch Vergleich des integrierten Spannungswerts des Integra­ torsignal mit einem Sollwert kann eine Information über den Luftdruck im Luftreifen erhalten werden. Der zum Vergleich herangezogenen Sollwert kann dabei so gewählt werden, dass bei optimalem Reifendruck eine Messung der Signallaufzeit dann durchgeführt wird, wenn sich das Reifensegment, in dem der Oberflächenwellensensor 8 angeordnet ist, im Latschbe­ reich ist.

Anhand der Fig. 7A bis d soll eine zusammenfassende Über­ sicht des prinzipiellen Funktionsablaufs gegeben werden. In Fig. 7A ist dabei ein Abfragesignal dargestellt, mit dem die Steuereinheit 4 (Fig. 1B) eine Laufzeitmessung eines Signals startet. In Fig. 7B ist das gemischte analoge Ant­ wortsignal des Oberflächenwellensensors 6 dargestellt. Darin ist das vom Interdigitalwandler 62 (Fig. 1B) ausgesendete Signal A sowie die an den Reflektoren 63 und 64 reflektierten und vom Interdigitalwandler 62 wieder empfangenen Echos B und C des Signals A dargestellt. In Fig. 7C ist das digitali­ sierte Ausgangssignal am Multivibrator 10 dargestellt. Durch Integrieren über die Pulsweite dieses Ausgangssignals des Multivibrators 10 mittels des Integrators 11 erhält man das in Fig. 7D dargestellte Signal mit dem entsprechenden in­ tegrierten Spannungswert V₀.

Durch das erfindungsgemäße Verfahren und der erfindungsgemä­ ßen Vorrichtung können Laufzeitunterschiede zwischen zwei Signalen bis zu etwa 5 ns erfasst werden. Dadurch ist es bei­ spielsweise möglich bereits relativ kleine Druckänderungen im Luftreifen zu erkennen. Befindet sich der Oberflächenwellen­ sensor 6 während einer Kontrollmessung im Latschbereich des Luftreifens, so bedingt eine relativ kleine Druckänderung im Luftreifen auch nur eine relativ kleine Verformung des Ober­ flächenwellensensors 6. Dies bedingt letztlich relativ kleine Unterschiede in den Pulsweiten der digitalen Ausgangssignale des SR-Flip-Flops 9 und daher auch in den digitalen Ausgangs­ signalen des Multivibrators 10. Durch geeignete Wahl des Off­ setspannungssignals am Multivibrator 10 kann die Pulsweite der Ausgangssignale so vermindert werden, dass die relativ kleinen Laufzeitunterschiede zwischen zwei Signalen bei zwei Kontrollmessungen durch das Integrieren mittels des Integra­ tors 11 erfasst werden. Dieser Unterschied ist durch die un­ terschiedlichen Spannungswerte V₀ der Integratorsignale zu erfassen.

Im Ausführungsbeispiel wurde der Oberflächenwellensensor 6 so ausgeführt, dass er zwei Reflektoren 63, 64 aufweist. Ein Re­ flektor dient dabei als Referenzsensor zur Kalibrierung und damit zur Erzeugung eines Referenzwertes. Mit dem zweiten Re­ flektor wird die Laufzeitmessung des Abfragesignals durchge­ führt.

Es ist auch möglich lediglich einen Reflektor oder drei und mehr Reflektoren zu verwenden.

Werden die Reflektoren 63, 64 am Oberflächenwellensensor 6 so angeordnet, dass die Laufzeit der Signale zu den Reflektoren und zurück sehr klein ist, so ist für die Signalauswertung kein Flip-Flop 9 und kein Multivibrator 10 notwendig. Das Verhältnis zwischen der Laufzeit eines Signals und dem Lauf­ zeitunterschied zwischen zwei Signalen ist dann in einer Grö­ ßenordnung die allein aus dem Abstand der digitalisierten Spannungsamplituden des analogen Sensorsignals erfasst werden können. Dies bedeutet, dass in diesem Falle kein digitali­ siertes Flip-Flop-Ausgangssignal notwendig wird, dessen Sig­ nalpulsweite die Laufzeit des analogen Signals am Oberflä­ chenwellensensor 6 darstellt. Somit ist auch kein Vermindern der Pulsweite mittels eines Offsetspannungssignals des Multi­ vibrators 10 notwendig.

Um die Datenmenge bei der Überprüfung des Drucks des Luftrei­ fens 12 (Fig. 3) weiter zu reduzieren, kann das Verfahren auch derart ausgeführt sein, dass ein Startsignal der Steuer­ einheit 4 (Fig. 1B) und damit ein Start der Drucküberprü­ fung nur dann durchgeführt wird, wenn sich das Reifensegment, in dem der Oberflächenwellensensor 6 angeordnet ist, im Latschbereich befindet. Um festzustellen wann der Oberflä­ chenwellensensor 6 im Latschbereich ist, werden anfangs meh­ rere Kontrollmessungen pro Radumdrehung des Luftreifens durchgeführt und für einige weitere Radumdrehungen des Luft­ reifens wiederholt. Dadurch kann eine sehr genaue Information erhalten werden, wann der Oberflächenwellensensor 6 im Latschbereich ist.

Das Mischen des hochfrequenten Signals des Oberflächenwellen­ sensors 6 kann auch auf eine andere niederfrequente Träger­ frequenz als auf 10,7 MHz erfolgen.

Anstatt der Spannungsamplituden können auch die Stromamplitu­ den des analogen Signals ausgewertet werden.

Der Abstand zwischen zwei Amplituden des Schwingungssignals ist frequenzabhängig. Dies bedeutet, dass ein Abstand zwi­ schen zwei Amplituden, durch den ein Druckwert im Luftreifen erfasst wird, bei einer hohen Frequenz kleiner ist als bei einer niedrigen Frequenz. Für die Darstellung eines bestimm­ ten Druckwerts ergeben sich daher unterschiedliche Abstände zwischen zwei Amplituden bei unterschiedlichen Frequenzen.

Zum Bestimmen des Drucks und/oder der Druckänderung in einem Luftreifen kann anstatt des Oberflächenwellensensors 6 auch ein beliebiger andere Sensor verwendet werden, mit dem Signa­ le erzeugt und erfasst werden können, die zum Bestimmen des Drucks und/oder der Druckänderung eines Luftreifens ausgewer­ tet werden können.

Das Vergleichen der ausgewerteten Informationen mit Sollin­ formationen kann auch in der Auswerteeinheit erfolgen.

Das Verfahren und die Vorrichtung zum Auswerten eines analo­ gen Signals kann prinzipiell auch bei anderen zeitkritischen Abfragen von hochfrequenten analogen Signalen angewendet wer­ den, bei denen keine Notwendigkeit besteht, das analoge Sig­ nal vollständig zu digitalisieren.

Claims (24)

1. Verfahren zum Messen einer physikalischen Größe, das fol­ gende Schritte aufweist:

• - Anlegen eines analogen Schwingungssignals an einen Eingang eines Vergleicherelements, wobei der zeitliche Abstand zwischen zwei Teilschwingungen von einem Wert der physika­ lische Größe abhängt,
• - Vergleichen von Amplituden des analogen Schwingungssignals mit einem Schwellwert,
• - Erzeugen eines Auswertesignals, in dem der zeitliche Ab­ stand zwischen einer Amplitude einer ersten Teilschwingung des analogen Schwingungssignals, die betragsmäßig über dem Schwellwert liegt und einer Amplitude zumindest einer zweiten Teilschwingung des analogen Schwingungssignals, die betragsmäßig über dem Schwellwert liegt, enthalten ist oder zumindest zwei Amplituden einer einzigen Teilschwin­ gung des analogen Schwingungssignals, die betragsmäßig ü­ ber dem Schwellwert liegen und deren zeitlicher Abstand festgelegt wird, enthalten sind, und
• - Auswerten des zeitlichen Abstands zwischen den Amplituden von jeweils zwei Teilschwingungen oder zwischen zumindest zwei Amplituden einer einzigen Teilschwingung.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der zeitliche Abstand dadurch erfasst wird, dass die erste Amplitude der ersten Teilschwingung des analogen Schwingungs­ signals als Start einer Abstandsmessung und die erste Ampli­ tude zumindest der zweiten Teilschwingung des analogen Schwingungssignals als Ende der Abstandsmessung verwendet werden.

3. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch ge­ kennzeichnet, dass das analoge Schwingungssignal drahtlos zum Vergleicherelement übertragen wird.

4. Verfahren nach einem der vorigen Ansprüche, dadurch ge­ kennzeichnet, dass der Abstand zwischen den zwei Amplituden im Auswertesignal in einem zweiten Auswertesignal ausgewertet wird.

5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Druck und/oder eine Druckänderung in einem Luftreifen, gemessen wird, wobei:

• - ein Abfragesignal und zumindest ein Echo des Abfragesig­ nals von einem Oberflächenwellensensor (6) in einem Luft­ reifen zusammen in einem einzigen analogen Signal vom O­ berflächenwellensensor (6) ausgesendet werden,
• - das analogen Signal durch eine Empfangseinheit empfangen wird,
• - ein Spannungsschwellwert gesetzt wird und Spannungsampli­ tuden des analogen Signals mit dem Spannungsschwellwert mittels eines Vergleicherelements verglichen werden,
• - ein digitales Ausgangssignal erzeugt wird, in dem die Spannungsamplituden des analogen Signals, die über dem Schwellwert liegen, enthalten sind,
• - der zeitliche Abstand zwischen zwei positiven oder zwei negativen Flanken des digitalen Ausgangssignals ausgewer­ tet werden, und
• - der Druck und/oder die Druckänderung im Luftreifen durch Vergleichen der aus dem Abstand ausgewerteten Informatio­ nen mit Sollinformationen ermittelt werden.

6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das digitale Ausgangssignal des Vergleicherelements an einen rückgekoppelten Schaltkreis angelegt wird und der rückgekop­ pelte Schaltkreis mit einem Triggersignal so getriggert wird, dass am Ausgang des rückgekoppelten Schaltkreises ein Signal erzeugt wird, in dem der Abstand zwischen zwei positiven oder zwei negativen Flanken des digitalen Ausgangssignals des Vergleicherelements in einem digitalen Signal mit einer dem Abstand entsprechenden Pulsweite enthalten ist.

7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das digitale Ausgangssignal des rückgekoppelten Schaltkreises mit einem Offsetspannungssignal beaufschlagt wird und die Pulsweite des digitalen Ausgangssignal des rückgekoppelten Schaltkreises vermindert wird.

8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass ein pulsweitenvermindertes digitales Ausgangsignal auf eine Signallaufzeit hin ausgewertet wird.

9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen der Signallaufzeit und einem über die Signallaufzeit integrierten Spannungswert ein funktioneller Zusammenhang hergestellt wird.

10. Verfahren nach einem der Ansprüche 5 bis 9, dadurch ge­ kennzeichnet, dass das analoge Signal drahtlos vom Oberflä­ chenwellensensor (6) zur Empfangseinheit gesendet wird.

11. Verfahren nach einem der Ansprüche 5 bis 10, dadurch ge­ kennzeichnet, dass ein Messvorgang zum Bestimmens des Drucks und/oder einer Druckänderung im Luftreifen und das Auslösen eines Abfragesignals im Oberflächenwellensensor (6) durch ein Startsignal einer Steuereinheit (4) ausgelöst wird.

12. Verfahren nach einem der Ansprüche 5 bis 11, dadurch ge­ kennzeichnet, dass das von der Empfangseinheit empfangene hochfrequente analoge Signal auf eine niederfrequente Träger­ frequenz gemischt wird.

13. Verfahren nach einem der Ansprüche 5 bis 12, dadurch ge­ kennzeichnet, dass das empfangene analoge Signal verstärkt wird, und das Verstärken und/oder das Setzen des Spannungs­ schwellwerts so ausgeführt wird, dass auch ein aufgrund ver­ schiedener Betriebszustände des Oberflächenwellensensors (6) amplitudengedämpftes, analoges Signal möglichst wenig aber zumindest eine Spannungsamplitude des Abfragesignals und mög­ lichst wenig aber zumindest eine Spannungsamplitude des Echos über dem gesetzten Spannungsschwellwert aufweist.

14. Vorrichtung zum Auswerten eines analogen Schwingungssig­ nals, mit

• - einer Steuereinheit (1), die die Vorrichtung steuert,
• - einem Vergleicherelement, das die Amplituden eines ange­ legten, analogen Schwingungssignals mit einem Schwellwert vergleicht und ein Auswertesignal erzeugt, in dem diejeni­ gen Amplituden dargestellt sind, die betragsmäßig über dem Schwellwert liegen, und
• - einer Auswerteeinheit, die mit dem Vergleicherelement und der Steuereinheit (1) elektrisch verbunden ist und die das Ausgangssignal des Vergleicherelements auf einen Abstand zwischen zwei Amplituden oder einem Amplitudenverhältnis zwischen zwei Amplituden hin auswertet und die aus dem Ab­ stand oder dem Amplitudenverhältnis erhaltenen Informatio­ nen an die Steuereinheit (1) überträgt.

15. Vorrichtung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass

• - sie einen Sensor aufweist, der in einem Luftreifen eines Kraftfahrzeugs angeordnet ist, der das analoge Signal er­ zeugt, das abhängig vom Druck oder von einer Druckänderung im Luftreifen ist, sowie das Signal drahtlos aussendet, und mit
• - einer Steuereinheit (4), die die Vorrichtung steuert und die die ausgewerteten Informationen mit Sollinformationen vergleicht, um den Druck oder die Druckänderung zu be­ stimmten.

16. Vorrichtung nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung einen rückgekoppelten Schaltkreis auf­ weist der zumindest zwei Eingänge aufweist, mit einem Eingang elektrisch mit dem Vergleicherelement verbunden ist und mit dem zweiten Eingang mit der Steuereinheit (4) verbunden ist, ein Ausgang des rückgekoppelten Schaltkreises elektrisch mit einem Eingang eines zweiten elektrischen Schaltkreises ver­ bunden ist und der rückgekoppelte Schaltkreis ein Ausgangs­ signal aufweist, das eine Signalpulsweite aufweist, die eine Signallaufzeit des analogen Sensorsignals darstellt.

17. Vorrichtung nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung einen zweiten elektrischen Schaltkreis aufweist, der mit einem Eingang mit dem Ausgang des rückge­ koppelten Schaltkreises verbunden ist, mit einem Ausgang mit einem Eingang der Auswerteeinheit elektrisch verbunden ist und der ein Offsetspannungssignal erzeugt, das die Signal­ pulsweite des Ausgangssignals des rückgekoppelten Schaltkrei­ ses vermindert.

18. Vorrichtung nach Anspruch 14 oder 15, dadurch gekenn­ zeichnet, dass das Vergleicherelement als Komparator (2, 8) ausgeführt ist.

19. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 15 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass der Sensor als Oberflächenwellensensor (6) ausgeführt ist.

20. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 15 bis 19, dadurch gekennzeichnet, dass der rückgekoppelte Schaltkreis als Flip- Flop (9) ausgeführt ist.

21. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 15 bis 20, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite elektrische Schaltkreis als Multivibrator (10) ausgeführt ist.

22. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 15 bis 21, dadurch gekennzeichnet, dass ein Verstärkerelement mit der Empfangs­ einheit (4) und dem Vergleicherelement elektrisch verbunden ist.

23. Vorrichtung nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, dass das Verstärkerelement als Operationsverstärker (7) aus­ geführt ist.

24. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 14 oder 15 bis 23, dadurch gekennzeichnet, dass die Auswerteeinheit als Integra­ tor (3, 11) ausgeführt ist.