DE10162341A1 - Einrichtung mit einem drehbaren, magnetfelderzeugenden Encoder - Google Patents

Einrichtung mit einem drehbaren, magnetfelderzeugenden Encoder

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DE10162341A1
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Jochen Burgdorf
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    • B60T2240/08—Spare wheel detection; Adjusting brake control in case of spare wheel use

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Einrichtung mit einem drehenden, magnetfelderzeugenden Encoder, bestehend aus in Reifenseitenwänden eines Kfz-Reifens eingelagerten permanentmagnetischen Arealen bzw. Polen, vorzugsweise in Form eines aufmagnetisierten Rings, mit wechselweise angeordneten, vorzugsweise streifenförmig ausgebildeten Nord- und Südpolen (N, S) und einer im Abstand zu den Polen bzw. Arealen starr angeordneten Sensoreinrichtung mit mindestens einem Messwertaufnehmer, wobei die Pole bzw. Areale des magnetfelderzeugenden Encoders dem Messwertaufnehmer der Sensoreinrichtung zugewandt sind. Um Reifen mit unterschiedlicher Breite und/oder Schneeketten ohne Nachjustierung der Sensoreinrichtung bei einem Fahrzeug montieren zu können, wird in Abhängigkeit von dem gewünschten Abstand der Pole bzw. Areale zu dem Messwertaufnehmer der Sensoreinrichtung die Anzahl bzw. der Modul der Areale bzw. Pole des Encoders bestimmt.

Description

Die Erfindung betrifft eine Einrichtung mit einem drehbaren, magnetfelderzeugenden Encoder, bestehend aus in Reifenseitenwänden eines Kfz Reifens eingelagerten permanentmagnetischen Arealen bzw. Polen, vorzugsweise in Form eines aufmagnetisierten Rings, mit wechselweise angeordneten, vorzugsweise streifenförmig ausgebildeten Nord- und Südpolen (N, S) und einer im Abstand zu den Polen bzw. Arealen starr angeordneten Sensoreinrichtung mit mindestens einem Messwertaufnehmer, wobei die Pole bzw. Areale des magnetfelderzeugenden Encoders dem Messwertaufnehmer der Sensoreinrichtung zugewandt sind.
Bei derartigen KFZ-Regelungssystemen ist es bekannt, mittels sogenannter Reifensensoren (Reifenseitenwandtorsions Sensor bzw. SWT Sensor), die an dem Reifen angreifenden Kräfte während der Reifenrotation aus der von der Stellung abhängigen Torsions-Deformation des Reifens zwischen einem radial inneren Bereich des Rades oder der Nabe und einem radial äußeren Bereich des Reifens (Gürtelbereich) in mindestens einer nicht rotierenden Stellung zu bestimmen (WO 96/10505). Hierzu ist gemäß der DE 44 35 160 A1 mindestens ein magnetfelderzeugender, ringförmiger Encoder mit wechselnden Polen in der Seitenwand des Reifens vorgesehen. Dem Encoder ist mindestens eine stationär am Chassis angebrachte Sensoreinrichtung mit Messwertaufnehmer zugeordnet. Eine zweite Sensoreinrichtung mit Messwertaufnehmer kann als herkömmlicher Raddrehzahlsensor ausgebildet werden. Bei diesen herkömmlichen Raddrehzahlsensoren ist der Encoder am Radlager befestigt. Durch diese Anordnung der Encoder und Messwertaufnehmer tritt bei einer Verformung des Reifens infolge der am Reifen angreifenden Kräfte eine Änderung der auswertbaren Phasenlage zwischen den von den Messwertaufnehmern abgegebenen Messsignalen auf. Zusätzlich zur Phasenauswertung kann auch eine Amplitudenauswertung vorgenommen werden, die Aufschluss über die Seitenwandverformung des Reifens gibt. Darüber hinaus ist es aus der DE 196 26 843 A1 bekannt, die Drehfrequenz der Reifenlauffläche mit einem Reifensensor und die Drehfrequenz der Bremstrommel bzw. -scheibe mit einem herkömmlichen Raddrehzahlsensor zu bestimmen und die Messwerte jeweils für sich auszuwerten und dann diese Ergebnisse in Beziehung zueinander zu setzen. Die eingesetzte Sensoreinrichtung und deren Messergebnisse werden zur Schlupfermittlung bei ABS- oder ASR-Funktionen eingesetzt.
In der WO97/44673 wird mit den mindestens zwei örtlich versetzten Sensoreinrichtungen zusätzlich zu der Messung der Dreh- oder Winkelbewegungen die Torsionsbeanspruchung des Reifens bzw. der Reifenwandung zur Messung der übertragenen Momente und/oder des Kraftschlussbeiwertes eingesetzt.
Ein Encoder besteht aus in der Reifenseitenwand eines Rades ausgebildeten bzw. eingelagerten Magnetpolen, wobei die Magnetfelder wechselnde bzw. alternierende Magnetfeldrichtungen bezüglich der Meßwertaufnehmer haben. Die in mindestens einer Reifenseitenwand eingelagerten permanentmagnetischen Areale bzw. Pole, vorzugsweise in Form eines aufmagnetisierten Rings, mit wechselweise angeordneten, streifenförmig ausgebildeten Nord- und Südpolen (N, S), haben bei den zur Zeit bekannten Kraft- und/oder Drehzahlerfassungsvorrichtungen eine in Nord- und Südpolpaare unterteilte Lesespur mit hoher Auflösung. Der nutzbare Luftspalt zwischen dem Encoder und dem Messwertaufnehmer beträgt bei diesem Modul zwischen 10 und 15 Millimeter. Dabei ist es erforderlich, daß bei breiteren Reifen bzw. von der Normbreite abweichenden Reifen sowie bei der Bestückung der Räder mit Gleitschutzmitteln (Schneeketten) die Sensoreinrichtungen nachjustiert werden müssen.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Einrichtung zu schaffen, die die Detektion der magnetischen Feldkomponente des Reifenencoders in einem grösseren Abstand ermöglicht.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mit einer Einrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Diese Einrichtung sieht gemäss dem kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 vor, dass in Abhängigkeit von dem Abstand der Pole bzw. Areale zu dem Messwertaufnehmer der Sensoreinrichtung die Anzahl bzw. der Modul der Areale bzw. Pole des Encoders bestimmt wird.
Die mit der Einrichtung verbundenen Vorteile sind darin zu sehen, dass ein grösserer Abstand zwischen den Arealen bzw. Polen des Encoders und dem Messwertaufnehmer der Sensoreinrichtung vorgegeben werden kann. Bei einem grösseren Abstand zwischen Reifenencoder und Sensoreinrichtung ist dann die Montage von Reifen mit anderen Abmessungen möglich und die magnetfelderzeugenden, in der Reifenseitenwand angeordneten Encoder können in Verbindung jeder Sensoreinrichtung ohne zusätzliche Ausrichtung der Messwertaufnehmer arbeiten. Schneeketten der üblichen Art können bei grösserem Abstand zwischen Encoder und Sensoreinrichtung vorteilhaft verwendet werden.
Die erfindungsgemässe Einrichtung geht von der Erkenntnis aus, dass das Magnefeld mit grösserer Polfläche über dem Abstand stärker ist. Eine Halbierung der Anzahl der Pole führt zu einer Verdoppelung des Moduls. Der Modul wird nach der Beziehung
mit λ = Periode des von dem drehenden Encoder erzeugten Signals ermittelt.
Der Feldverlauf ergibt sich nach der exponentiellen Beziehung
mit H = Feldstärke, M = Modul, x = Abstand.
Ein in einem Reifen eines Kraftfahrzeugs ausgebildeter Encoder oder Impulsgeber besteht daher vorteilhaft aus in den Reifenseitenwänden eingelagerten permanentmagnetischen Arealen bzw. Magnetpolen in Form eines aufmagnetisierten Rings, mit wechselweise angeordneten, vorzugsweise streifenförmig ausgebildeten Nord- und Südpolen (N, S). Der Modul und damit die Auflösung pro Radumdrehung des Encoders ist so gewählt, dass das magnetische Feld des Encoders, insbesondere dessen nutzbare Grenzfeldstärke, von einem im Abstand von mindestens 20 Millimetern zum Encoder angeordneten Meßwertaufnehmer erfassbar ist. Der Abstand des Encoders zu dem Messwertaufnehmer der Sensoreinrichtung kann selbstverständlich über die Anzahl der magnetfelderzeugenden Areale bzw. Pole den Erfordernissen entsprechend eingestellt werden. Es hat sich überraschend herausgestellt, dass die permanentmagnetischen Areale oder Pole des im Reifen angeordneten Encoders als ein ganzzahliger Bruchteil, zum Beispiel 1/2 oder 1/3, der Geberelemente oder magnetischen Areale eines herkömmlichen Radsensors (Drehzahlsensors) ausgebildet werden können, ohne dass die Dynamik der Kraftermittlung bzw. -messung, insbesondere der Bremskraftmessung, sich verschlechtert. Mit der Verringerung der permanentmagnetischen Areale bzw. Magnetpole von z. B. 96 auf 48 oder 32, kann aber der nutzbare Luftspalt bzw. geometrische Abstand des Messwertaufnehmers zu der Oberfläche des Encoders bzw. des Reifen vergrössert werden.
Es ist zweckmässig, daß die magnetischen Areale bzw. Pole über den Umfang des Reifens gleichmässig verteilt angeordnet sind.
Vorteilhaft ist die den Encoder abtastende magnetfeldempfindliche Sensoreinrichtung an einem Element der Radaufhängung, vorzugsweise an einem Feder- oder Dämpferbein, angeordnet und weist mindestens ein, vorzugsweise zwei oder mehrere, im unterschiedlichen radialen Abstand von der Drehachse eines Rades angeordnete Messwertaufnehmer auf.
Dabei ist mindestens ein Messwertaufnehmer in dem Bereich der Gürtelkante und ein weiterer Messwertaufnehmer in dem Bereich der Felge angeordnet.
Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.
Ein Ausführungsbeispiel ist in den Zeichnungen schematisch dargestellt und wird im Folgenden näher beschrieben.
Es zeigen
Fig. 1 im Querschnitt den Mantel eines Luftreifens der kodierte Zonen mit eingelagerten permanentmagnetischen Arealen enthält
Fig. 2 eine Seitenansicht des Reifens nach der Erfindung
Fig. 3 im Schnitt ein Fahrzeugrad mit einem Reifen Encoder und Elementen der zugehörigen Radaufhängung, einschliesslich einer stationären Sensoreinrichtung
Fig. 4 eine Ausbildung eines herkömmlichen Raddrehzahlsensors
Fig. 1 veranschaulicht, dass kodierten Zonen im Reifen 5 vorgesehen sind. Die kodierten Zonen 1 und 2 befinden sich in der seitlichen Reifenwandung des nur angedeuteten Fahrzeugrades. Der Felgenkörper ist in Fig. 1 mit 8 symbolisiert.
Reifen rotieren um einen Radmittelpunkt. In vielen Anwen­ dungsbeispielen ist es daher zweckmässig, die magnetisierten Areale bzw. Pole auf Kreisbögen, konzentrisch zum Mittelpunkt der Radachse anzuordnen. Fig. 2 zeigt ein Beispiel eines Reifens mit über den gesamten Umfang gleichmässig verteilt angeordneten, permanentmagnetischen Arealen. Hierbei symbolisiert N ein Nordpolareal, S ein Südpolareal. In die Seitenwandung des Luftreifens ist eine ganzzahlige Folge gleichartiger, einander abwechselnder, linien- bzw. streifenförmiger Nord- und Südpol-Areale eingebettet, die eine geschlossene, zum Radmittelpunkt konzentrische Kreisbahn 10 bilden. Ein solcher Encoder 17 ist in Verbindung mit einer stationären bzw. starren Sensoreinrichtung 15 (Fig. 3) mit einem Messwertaufnehmer 13 z. B. zur Messung des Drehverhaltens eines Fahrzeugrades als Eingangsgrösse eines Kraftfahrzeug- Regelungssystems geeignet. Die in die Reifenwandung integrierten oder auf der Reifenwandung angeordneten kodierten Zonen dienen in diesem Anwendungsfall als Signal- oder Messwertgeber.
Zur Abtastung der kodierten, aus magnetischen Arealen gebildeten Spuren werden relativ zu dem Reifen bzw. den kodierten Zonen ortsfest angeordnete Sensoreinrichtungen (Signalaufnehmer) verwendet. Besonders geeignet sind aktive Sensoreinrichtungen mit magnetoresistiven Messwertaufnehmern oder mit Hallelementen. Grundsätzlich können alle Arten von Signalaufnehmer oder Sensortypen eingesetzt werden, die auf permanentmagnetische Felder, die Änderung dieser Felder oder auf Polaritätswechsel reagieren. Natürlich ist es grundsätzlich auch möglich, passive Signalaufnehmer oder Spulensysteme einzusetzen, in denen durch die Änderung des Magnetfeldes infolge der Drehung des Reifens Signale induziert werden.
Die Fig. 3 und die Fig. 4 dienen zur Erläuterung einer besonderen Anwendungsform. In diesem Beispiel ist, wie Fig. 3 zeigt, in Höhe der Reifenwandung bzw. in Höhe der kodierten Zone 2 an der Radaufhängung - oder an einem geeigneten mit dem Fahrzeug verbundenen Halter eine Sensoreinrichtung 15 mit einem Messwertaufnehmer 13 angeordnet. Beispielsweise kann der Messwertaufnehmer 13 als magnetfeldempfindliches Element magnetoresistive Sensorelemente enthalten.
Der Messwertaufnehmer 13 ist örtlich versetzt zu dem herkömmlichen Radsensor (Fig. 4) angeordnet. Dieser ist beispielsweise radial angeordnet. Eine andere Anordnung, zum Beispiel im Radlager oder axial, oder Ausbildung als aktiver oder passiver Radsensor, ist selbstverständlich möglich. Die herkömmliche Sensoreinrichtung ist mit 3, der Messwertaufnehmer mit 14, das Impulsrad mit 7, dessen Zähne mit 16 und die Bremsscheibe mit 4 gekennzeichnet.
Die mit dem im Bereich der Gürtelkante des Reifens angeordneten Messwertaufnehmer 15 abgetasteten Areale 2 oder Pole des Encoders 17 sind ein ganzzahliger Bruchteil der magnetischen Areale oder Pole oder Zähne 16, die mit dem Messwertaufnehmer 14 im Bereich der Felge abgetastet werden. Die Einrichtung geht von der Erkenntnis aus, dass das Magnefeld des Encoders 17 mit grösserer Polfläche über dem Abstand stärker ist. Eine Halbierung der Anzahl der Pole führt zu einer Verdoppelung des Moduls. Der Modul wird nach der Beziehung
mit λ = Periode des von dem drehenden Encoder erzeugten Signals ermittelt.
Der Feldverlauf ergibt sich nach der exponentiellen Beziehung
mit H = Feldstärke, M = Modul, x = Abstand.
Der Modul und damit die Auflösung pro Radumdrehung des Encoders ist so gewählt, dass das magnetische Feld des Encoders, insbesondere dessen nutzbare Grenzfeldstärke, von dem im Abstand von mindestens 20 Millimetern, insbesondere mindestens 30 Millimetern, zum Encoder 17 angeordneten Meßwertaufnehmer 13 erfassbar ist. Der Abstand des Encoders zu dem Messwertaufnehmer 13 der Sensoreinrichtung kann selbstverständlich über die Anzahl der magnetfelderzeugenden Areale bzw. Pole den Erfordernissen entsprechend eingestellt werden. Die permanentmagnetischen Areale oder Pole des im Reifen angeordneten Encoders 17 sind als ein ganzzahliger Bruchteil, zum Beispiel 1/2 oder 1/3 oder 1/4 oder 1/6 u. dgl., der Zähne 16 oder magnetischen Areale des herkömmlichen Radsensors (Drehzahlsensors) ausgebildet. Mit der Verringerung der permanentmagnetischen Areale bzw. Magnetpole von z. B. 96 auf 48 oder 32 oder 24 oder kleiner, vergrössert sich der nutzbare Luftspalt bzw. geometrische Abstand des Messwertaufnehmers 13 zu der Oberfläche des Encoders 17 bzw. des Reifens.
Vorteilhaft ist in dem nur schematisch dargestellten Kotflügel 18 eine Ausnehmung 19 vorgesehen, in der die Sensoreinrichtung und/oder der Messwertaufnehmer ganz oder teilweise angeordnet sind.

Claims (8)

1. Einrichtung mit einem drehbaren, magnetfelderzeugenden Encoder, bestehend aus in Reifenseitenwänden eines Kfz Reifens eingelagerten permanentmagnetischen Arealen bzw. Polen, vorzugsweise in Form eines aufmagnetisierten Rings, mit wechselweise angeordneten, vorzugsweise streifenförmig ausgebildeten Nord- und Südpolen (N, S) und einer im Abstand zu den Polen bzw. Arealen starr angeordneten Sensoreinrichtung mit mindestens einem Messwertaufnehmer, wobei die Pole bzw. Areale des magnetfelderzeugenden Encoders dem Messwertaufnehmer der Sensoreinrichtung zugewandt sind dadurch gekennzeichnet, dass in Abhängigkeit von dem Abstand der Pole bzw. Areale zu dem Messwert­ aufnehmer der Sensoreinrichtung die Anzahl bzw. der Modul der Areale bzw. Pole des Encoders bestimmt wird.
2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die magnetischen Areale bzw. Pole über den Umfang des Reifens gleichmäßig verteilt angeordnet sind.
3. Einrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die den Encoder abtastende magnetfeldempfindliche Sensoreinrichtung und an einem Element der Radaufhängung, vorzugsweise an einem Feder- oder Dämpferbein, angeordnet ist und mindestens ein, vorzugsweise zwei oder mehrere, im unterschiedlichen radialen Abstand von der Drehachse eines Rades angeordnete Messwertaufnehmer aufweist.
4. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Sensoreinrichtung in einer Ausnehmung eines Kotflügels angeordnet ist.
5. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass ein Messwertaufnehmer in dem Bereich der Gürtelkante und ein weiterer Messwertaufnehmer in dem Bereich der Felge angeordnet ist.
6. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die mit dem im Bereich der Gürtelkante angeordneten Messwertaufnehmer abgetasteten Areale oder Pole des Encoders ein ganzzahliger Bruchteil der magnetischen Areale oder Pole oder Zähne sind, die mit dem Messwertaufnehmer im Bereich der Felge abgetastet werden.
7. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass mit dem im Bereich der Felge angeordneten Messwertaufnehmer ein herkömmlicher Raddrehzahlencoder bzw. Raddrehzahlgeber abgetastet wird.
8. Einrichtung nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass bei dem Encoder des Reifens nur 1/2 oder 1/3 oder 1/4 oder 1/6 u. dgl. der Areale oder Pole der Zähne des Raddrehzahlencoders vorgesehen sind.
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP1870679A1 (de) * 2006-06-20 2007-12-26 Hübner Elektromaschinen GmbH Brems- und/oder Blockiereinrichtung mit magnetischem Winkelcodierer

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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EP1870679A1 (de) * 2006-06-20 2007-12-26 Hübner Elektromaschinen GmbH Brems- und/oder Blockiereinrichtung mit magnetischem Winkelcodierer

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