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HINTERGRUND DER ERFINDUNG
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1. Technisches Gebiet der Erfindung
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Die Erfindung betrifft eine Reifenzustandsgrößenerfassungsvorrichtung und ein Verfahren zur Erfassung einer Reifenzustandsgröße. Die Erfindung betrifft im Besonderen eine Technologie zur Vergrößerung des Erfassungsbereichs der Reifenzustandsgröße.
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2. Stand der Technik
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Aus der
JP 2002-36836 A ist eine in einem Reifen vorgesehene Reifenzustandsgrößenerfassungsvorrichtung zur Erfassung einer Zustandsgröße des Reifens bekannt.
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Der in der
JP 2002-36836 A beschriebenen Technologie zufolge sind an den Seitenflächen von im Laufflächenteil eines auf dem Boden stehenden Reifens vorgesehenen Rippen oder Blöcken oder an den Innenoberflächen zwischen den Rippen oder Blöcken Verformungsmesselemente angebracht, um den Reibungskoeffizienten zwischen Reifen und Fahrbahn abzuschätzen.
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Diese Technologie ermöglicht die Erfassung der Verformungsgröße des Reifens mit Hilfe der Verformungsmesselemente während eines Fahrzustands eines Fahrzeugs. Die Ist-Verformungsgröße des Reifens kann aber durchaus über den normalen Erfassungsbereich der Verformungsmesselemente hinausgehen.
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Daher gewährleistet diese Technologie nicht in jedem Fall eine genaue Erfassung der Verformungsgröße eines Reifens, d. h. eine genaue Erfassung einer Reifenzustandsgröße.
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Die
DE 69 801 098 T2 offenbart einen Beschleunigungssensor, der eine Radialbeschleunigung bei Bodenberührung erfasst.
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Die
US 2002/0092364 A1 lehrt eine Mittelwertbildung aus Werten einer Reifenverformung, die von einer Vielzahl von Sensoren erfasst werden.
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Die
DE 198 07 004 A1 , die als nächstkommender Stand der Technik angesehen wird, offenbart eine in einem Reifen vorgesehene Reifenzustandsgrößenerfassungsvorrichtung zur Erfassung einer Zustandsgröße des Reifens und ein entsprechendes Verfahren. Sie zeigt eine im Reifen eingebettete Erfassungseinrichtung, die sich unter einer vom Reifen ausgeübten Kraft verformt und ein Signal entsprechend der Verformungsgröße der Erfassungseinrichtung ausgibt, und einen zwischen Reifen und Erfassungseinrichtung angeordneten Verringerungsmechanismus zur dynamischen Verringerung der Verformungsgröße der Erfassungseinrichtung gegenüber der Verformungsgröße des Reifens, wobei die Reifenzustandsgröße auf der Grundlage des Ausgangssignals der Erfassungseinrichtung erfasst wird, wobei die Verformungsgröße der Erfassungseinrichtung eine Verformungsgröße beinhaltet, die bezüglich des in einer bestimmten Position an einem Fahrzeug angeordneten Reifens in Vertikalrichtung auftritt und auf der Bodenkontaktlast des Reifens beruht, und die Erfassungseinrichtung im Laufflächenteil des Reifens eingebettet ist, wobei die Reifenzustandsgrößenerfassungsvorrichtung zusammen mit einem Signalverarbeitungsabschnitt verwendet wird, der das Ausgangssignal der Erfassungseinrichtung, das erhalten wird, wenn der Einbettungsbereich des Laufflächenteils, in dem die Erfassungseinrichtung eingebettet ist, den Boden kontaktiert, als ein Signal verarbeitet, das die Verformung der Erfassungseinrichtung anzeigt, wobei ein Abgabesignal der Erfassungseinrichtung erfasst wird, wenn ein Abschnitt, in den die Erfassungseinrichtung eingefügt ist, den Boden berührt, wobei eine elektronische Steuereinheit eine Position des Einbettungsbereichs der Erfassungseinrichtung auf der Grundlage des Abgabesignals der Erfassungseinrichtung erfasst.
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Die
DE 101 46 031 A1 zeigt ein Verfahren zur Bestimmung des Reifenluftdrucks und der Radlast von Fahrzeugreifen. Dabei werden von mindestens einem im Fahrzeugreifen eingebetteten Verformungssensor gelieferte Messsignale ausgewertet. Die signalverläufe beim Durchlauf des Verformungssensors durch den Reifenlatsch werden aufgenommen. Weiter werden die Signalkurvenbreiten zwischen Nulldurchgängen des Signalverlaufs und die Amplitudenminima des Signalverlaufs aufgenommen.
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KURZDARSTELLUNG DER ERFINDUNG
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Hiervon ausgehend liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine in einem Reifen vorgesehene Reifenzustandsgrößenerfassungsvorrichtung zur Erfassung einer Reifenzustandsgröße bereitzustellen, bei der sich der Erfassungsbereich der Reifenzustandsgröße vergrößern lässt.
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Diese Aufgabe wird durch eine Reifenzustandsgrößenerfassungsvorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.
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Die Erfindung betrifft im Besonderen eine in einem Reifen vorgesehene Reifenzustandsgrößenerfassungsvorrichtung zur Erfassung einer Zustandsgröße des Reifens mit: einer im Reifen eingebetteten Erfassungseinrichtung, die eine vom Reifen ausgeübte Kraft erfasst und ein Signal entsprechend der Verformungsgröße der Erfassungseinrichtung ausgibt, einem zwischen Reifen und Erfassungseinrichtung angeordneten Verringerungsmechanismus, der die Verformungsgröße der Erfassungseinrichtung gegenüber der Verformungsgröße des Reifens dynamisch verringert, wobei die Reifenzustandsgröße auf der Grundlage des Ausgangssignal der Erfassungseinrichtung erfasst wird.
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Die Erfassungseinrichtung, die sich unter einer vom Reifen ausgeübten Kraft verformt und ein Signal entsprechend der Verformungsgröße ausgibt, ist im Reifen eingebettet, um die Verformungsgröße des Reifens als eine Reifenzustandsgröße zu erfassen. Im Vergleich zu dem Fall, in dem die Erfassungseinrichtung an einer Reifenoberfläche vorgesehen ist, kann erfindungsgemäß die Verformungsgröße des Reifens genau erfasst werden. Der zwischen Reifen und Erfassungseinrichtung angeordnete Verringerungsmechanismus verringert dynamisch die Verformungsgröße der Erfassungseinrichtung gegenüber der Verformungsgröße des Reifens. Erfindungsgemäß ist damit Verformungsgrößenempfindlichkeit der Erfassungseinrichtung im Hinblick auf die Verformungsgröße des Reifens verringert und daher der Erfassungsbereich der Verformungsgröße des Reifens größer als in dem Fall, in dem kein Verringerungsmechanismus vorgesehen ist. Daher lässt sich die Situation problemlos vermeiden, in der die Verformungsgröße eines Reifens infolge einer starken Verformung des Reifens über den Erfassungsbereich der Erfassungseinrichtung hinausgeht. Im Ergebnis wird der Erfassungsbereich der Reifenzustandsgröße erweitert, so dass die Zuverlässigkeit im Hinblick auf die Erfassungswerte der Reifenzustandsgröße erhöht wird.
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Ein Beispiel für den vorgenannten ”Reifen” ist ein Fahrzeugreifen, der an einem Fahrzeug montiert ist und auf einer Fahrbahn abrollt. Der Reifen kann aber auch ein anderer Reifentyp sein, dessen Verformung kritisch ist.
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Beispiele für die ”Verformungsgröße des Reifens” sind Verformung, Verwindung, Verzerrung, Ausdehnung, Kontraktion, Biegung, Verdrehung, Verdrallung, etc. des Reifens. Was die Richtung betrifft, in der die ”Verformungsgröße des Reifens” auftritt, so kann beispielsweise die Vertikalrichtung, Querrichtung, Längsrichtung, etc. relativ zum Reifen gewählt werden, vorausgesetzt der Reifen ist in einer bestimmten Position am Fahrzeug angeordnet.
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Was die ”Reifenzustandsgröße” betrifft, so kann diese Größe beispielsweise die Verformungsgröße eines Reifens oder die auf einen Reifen einwirkende Kraft, beispielsweise die Bodenkontaktlast, Längskraft, Querkraft etc. oder der Reibungskoeffizient zwischen Reifen und Fahrbahn sein.
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Die ”Verformungsgröße der Erfassungseinrichtung” kann beispielsweise die Verformungsgröße des Aufbaus der Erfassungseinrichtung selbst sein.
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Was den Typ der ”Erfassungseinrichtung” betrifft, so kann ein Typ mit einer Vielzahl von Teilen, die relativ zueinander bewegbar sind und deren Positionen sich relativ zueinander in Abhängigkeit von der Verformungsgröße des Reifens ändern, herangezogen werden, wie z. B. ein kapazitiver Wegsensor oder dergleichen. In dem Fall, in dem dieser Typ von Erfassungseinrichtung verwendet wird, bewirken die Relativbewegungen der Vielzahl von Teilen Änderungen in dem durch das Zusammenwirken der vielen Teile definierten Aufbau. Daher entsprechen in diesem Fall die Relativbewegungen zwischen den vielen Teilen der ”Verformungsgröße der Erfassungseinrichtung” wie in dem vorgenannten Fall.
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Die Erfassungseinrichtung kann einen kapazitiven Wegsensor, ein piezoelektrisches Element und/oder ein Verformungsmesselement umfassen, der bzw. das in der Weise vorgesehen ist, dass eine Komponente gemessen werden kann, die einer Bodenkontaktlast des Reifens entspricht.
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Das Ausgangssignal der Erfassungseinrichtung kann in der Weise korrigiert werden, dass es nicht von der Temperatur der Erfassungseinrichtung abhängt. Selbst wenn das Ausgangssignal der Erfassungseinrichtung von der Temperatur der Erfassungseinrichtung abhängig ist, ist es daher möglich, dass das nach der Korrektur erhaltene Ausgangssignal der Erfassungseinrichtung von der Temperatur der Erfassungseinrichtung unabhängig ist. Somit kann die Zuverlässigkeit der Erfassungswerte der Reifenzustandsgröße trotz einer Temperaturänderung der Erfassungseinrichtung einfach sichergestellt werden.
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Der Verringerungsmechanismus kann ein Gehäuse umfassen, in dem die Erfassungseinrichtung im Reifen aufgenommen ist und das eine Härte aufweist, die höher ist als die Härte des Einbettungsbereichs des Reifens, in dem die Erfassungseinrichtung eingebettet ist. Bei diesem Aufbau ist die Erfassungseinrichtung innerhalb des Reifens in dem Gehäuse untergebracht, das eine höhere Härte besitzt als der Einbettungsbereich des Reifens, in dem die Erfassungseinrichtung eingebettet ist. Durch diesen Aufbau ist die Verformungsgröße der Erfassungseinrichtung gegenüber der Verformungsgröße des Reifens daher vorteilhafterweise gering.
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Die Verformungsgröße der Erfassungseinrichtung kann eine Verformungsgröße beinhalten, die bezüglich des in einer bestimmten Position an einem Fahrzeug angeordneten Reifen in Vertikalrichtung auftritt und auf einer Bodenkontaktlast des Reifens beruht, und die Erfassungseinrichtung im Laufflächenteil des Reifens eingebettet sein. Dieser Aufbau ermöglicht eine genaue Erfassung der Bodenkontaktlast des Reifens auf der Grundlage des Ausgangssignals der Erfassungseinrichtung.
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Weiter kann die Reifenzustandsgrößenerfassungsvorrichtung zusammen mit einem Signalverarbeitungsabschnitt verwendet werden, der ein Ausgangssignal der Erfassungseinrichtung, das auftritt, wenn der Einbettungsbereich des Laufflächenteils, in dem die Erfassungseinrichtung eingebettet ist, den Boden kontaktiert, als ein Signal, das die Verformungsgröße der Erfassungseinrichtung anzeigt, in Abhängigkeit vom Drehwinkel des Reifens verarbeitet.
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Der Erfassungseinrichtungseinbettungsbereich des Laufflächenteils wechselt zwischen einem Zustand, in dem er mit dem Boden in Kontakt ist, und einem Zustand, in dem er den Boden nicht kontaktiert, wenn sich der Reifen dreht. Daher gibt es Phasen, in denen das Ausgangssignal der Erfassungseinrichtung nicht genau der Bodenkontaktlast des Reifens entspricht. Bei dem vorstehend beschriebenen Aufbau wird das Ausgangssignal der Erfassungseinrichtung, das auftritt, wenn der Erfassungseinrichtungseinbettungsbereich des Laufflächenteils den Boden kontaktiert, in Abhängigkeit vom Drehwinkel des Reifens als ein Signal verarbeitet, das die Verformungsgröße der Erfassungseinrichtung anzeigt. Daher kann mit diesem Aufbau eine Situation vermieden werden, in der ein Ausgangssignal der Erfassungseinrichtung als ein Signal verarbeitet wird, das der Bodenkontaktlast des Reifens genau entspricht, obwohl das Ausgangssignal tatsächlich die Bodenkontaktlast des Reifens nicht genau wiedergibt.
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Der ”Signalverarbeitungsabschnitt” kann als eine Komponente der Reifenszustandsgrößenerfassungsvorrichtung oder als ein von der Reifenzustandsgrößenerfassungsvorrichtung unabhängiges Element ausgeführt sein. Beispielsweise kann für den Fall, dass der ”Reifen” in der vorstehend beschriebenen Ausführungsform ein Fahrzeugreifen ist, der ”Signalverarbeitungsabschnitt” auf Seiten einer Fahrzeugkarosserie angeordnet sein.
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Die Reifenzustandsgrößenerfassungsvorrichtung kann weiter eine Kommunikationsvorrichtung aufweisen, die ein Signal, das das Erfassungsergebnis der Erfassungseinrichtung anzeigt, drahtlos sendet. Gemäß dieser Ausführungsform wird das Signal, das das Erfassungsergebnis der im Reifen eingebetteten Erfassungseinrichtung anzeigt, drahtlos auf eine Vorrichtung außerhalb des Reifens übertragen, so dass die Reifenzustandsgröße problemlos fernüberwacht werden kann.
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Weiter kann die Verformungsgröße der Erfassungseinrichtung eine Verformungsgröße beinhalten, die bezüglich des in einer bestimmten Position an einem Fahrzeug angeordneten Reifens in Vertikalrichtung auftritt und auf einer Bodenkontaktlast des Reifens beruht, die Erfassungseinrichtung im Laufflächenteil des Reifens eingebettet sein, und die Kommunikationsvorrichtung ein Signal senden, das das Erfassungsergebnis der Erfassungseinrichtung anzeigt, wenn der Einbettungsbereich des Laufflächenteils, in dem die Erfassungseinrichtung eingebettet ist, den Boden kontaktiert. In dieser Ausführungsform sendet die Kommunikationsvorrichtung ein Signal, das das Erfassungsergebnis der Erfassungseinrichtung anzeigt, wenn der Einbettungsbereich des Laufflächenteils, in dem der Erfassungseinrichtung eingebettet ist, den Boden kontaktiert, d. h. wenn eine Verformungsgröße, die die Bodenkontaktlast des Reifens genau wiedergibt, in der Erfassungseinrichtung vorliegt. Daher wird gemäß dieser Ausführungsform sichergestellt, dass das von der Kommunikationsvorrichtung auf Seiten des Reifens gesendete Signal ein Signal ist, das die Bodenkontaktlast des Reifens ausreichend wiedergibt. Somit kann die Zuverlässigkeit im Hinblick auf das gesendete Signal einfach erhöht werden.
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Die Zahl der im Laufflächenteil eingebetteten Erfassungseinrichtungen kann eins betragen.
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Wenn eine Vielzahl von Erfassungseinrichtungen im Laufflächenteil eingebettet und in Umfangsrichtung des Reifens ausgerichtet sind, besteht die Möglichkeit dafür, dass sich eine Erfassungseinrichtung, deren Einbettungsbereich im Laufflächenteil mit dem Boden in Kontakt steht, und einer Erfassungseinrichtung, deren Einbettungsbereich nicht mit dem Boden in Kontakt steht, nebeneinander liegen. Wenn in diesem Fall die Möglichkeit dafür besteht, dass Signale, die die Erfassungsergebnisse dieser Erfassungseinrichtungs anzeigen, gemeinsam gesendet werden, sinkt die Zuverlässigkeit im Hinblick auf die gesendeten Signale. Daher ist in der vorstehenden Ausführungsform nur eine Erfassungseinrichtung im Laufflächenteil eingebettet. Gemäß dieser Ausführungsform kann daher die Möglichkeit, dass ein gesendetes Signal, das die Bodenkontaktlast des Reifens nicht genau wiedergibt, ausgeschlossen werden, wenn das Signal, das das Erfassungsergebnis der Erfassungseinrichtung anzeigt, nur dann gesendet wird, wenn der Erfassungseinrichtungseinbettungsbereich des Laufflächenteils den Boden kontaktiert. Somit wird die Zuverlässigkeit im Hinblick auf das gesendete Signal erhöht.
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Das Gehäuse kann eine Kapsel sein, in dem die Erfassungseinrichtung und die Kommunikationsvorrichtung eingeschlossen sind.
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Die Reifenzustandsgrößenerfassungsvorrichtung kann weiter einen Temperatursensor aufweisen, der die Temperatur der Erfassungseinrichtung oder eine mit der Temperatur der Erfassungseinrichtung in Zusammenhang stehende Temperatur erfasst, wobei ein Erfassungswert der Verformung der Erfassungseinrichtung auf der Grundlage der durch den Temperatursensor erfassten Temperatur korrigiert wird.
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Die Reifenzustandsgrößenerfassungsvorrichtung kann weiter eine Kommunikationsvorrichtung beinhalten, die ein Signal, das das Erfassungsergebnis der Erfassungseinrichtung anzeigt, drahtlos sendet.
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Die Verformungsgröße der Erfassungseinrichtung kann eine Verformungsgröße beinhalten, die bezüglich des in einer bestimmten Position an einem Fahrzeug angeordneten Reifens in Vertikalrichtung. auftritt und auf einer Bodenkontaktlast des Reifens beruht, die Erfassungseinrichtung kann im Laufflächenteil des Reifens eingebettet sein, und die Kommunikationsvorrichtung kann ein Signal senden, das das Erfassungsergebnis der Erfassungseinrichtung anzeigt, wenn der Einbettungsbereich des Laufflächenteils, in dem der Erfassungseinrichtung eingebettet ist, den Boden kontaktiert.
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Die Zahl der im Laufflächenteil eingebetteten Erfassungseinrichtungen kann eins betragen.
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Die Erfassungseinrichtung kann einen kapazitiven Wegsensor, ein piezoelektrisches Element und/oder ein Verformungsmesselement umfassen, der bzw. das in der Weise vorgesehen ist, dass eine Komponente gemessen werden kann, die eine Bodenkontaktlast des Reifens widerspiegelt.
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Die Erfindung betrifft weiter ein Reifenzustandsgrößenerfassungsverfahren zur Erfassung einer Zustandsgröße des Reifens mit folgenden Schritten: Ausgeben eines Signals von einer im Reifen eingebetteten Erfassungseinrichtung, die sich unter einer vom Reifen ausgeübten Kraft verformt, wobei das Signal einer Verformungsgröße der Erfassungseinrichtung entspricht, und wobei zwischen Reifen und Erfassungseinrichtung ein Verringerungsmechanismus zur Verringerung der Verformungsgröße der Erfassungseinrichtung relativ zu einer Verformungsgröße des Reifens angeordnet ist; und Bestimmen der Reifenzustandsgröße des Reifens in Abhängigkeit vom Ausgangssignal.
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KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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Die vorgenannten und weiteren Gegenstände, Merkmale und erzielbaren Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter, beispielhafter Ausführungsformen unter Bezugnahme auf die Zeichnungen, in denen dieselben Elemente mit denselben Bezugszeichen angegeben sind und:
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1 eine bruchstückhafte Schnittansicht ist, die eine Reifenverformungserfassungsvorrichtung gemäß einer Ausführungsform der Erfindung zeigt;
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2 eine Schnittansicht ist, die einen Fahrzeugreifen zeigt, in dem die in 1 gezeigte Reifenverformungserfassungsvorrichtung eingebettet ist, wobei auf die Position der Einbettung abgestellt wird;
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3 eine vergrößerte Perspektivansicht der in 1 gezeigten Reifenverformungserfassungsvorrichtung ist, die im Fahrzeugreifen eingebettet ist;
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4 ein Blockschema ist, das konzeptionell den elektrischen Aufbau der in 1 gezeigten Reifenverformungserfassungsvorrichtung zeigt;
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5 ein Ablaufschema ist, das konzeptionell den Inhalt eines Verformungserfassungsprogramms zeigt, das in einem in 4 gezeigten ROM gespeichert ist;
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6 eine Draufsicht eines Fahrzeugs ist, das mit der in 1 gezeigten Reifenverformungserfassungsvorrichtung ausgestattet ist, und zeigt die auf Seiten der Fahrzeugkarosserieseite verwendete elektrische Anlage;
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7 ein Blockschema ist, das den Aufbau einer in 6 gezeigten ECU sowie mit der ECU verbundene Komponenten zeigt;
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8 ein Ablaufschema ist, das konzeptionell den Inhalt eines Bodenkontaktlastabschätzungsprogramm, das in einem in 7 gezeigten ROM gespeichert ist;
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9A und 9B Perspektivansichten zur Darstellung der in den Schritten S103 und S104 in 8 ausgeführten Funktionen sind; und
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10 eine Ansicht zur Darstellung des Inhalts des Schritts S108 in 8 ist.
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AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG BEVORZUGTER AUSFÜHRUNGSFORMEN
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Bezugnehmend auf die Zeichnungen wird im Folgenden eine beispielhafte Ausführungsform der Erfindung beschrieben.
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1 zeigt eine vergrößerte bruchstückhafte Schnittansicht einer Reifenverformungserfassungsvorrichtung 10 gemäß einer Ausführungsform der Erfindung. Die Reifenverformungserfassungsvorrichtung 10 ist, wie es aus der frontalen Schnittansicht in 2 ersichtlich ist, im Laufflächenteil 14 eines Reifens 12 eingebettet. Der Reifen 12 sitzt auf einer (nicht gezeigten) Radfelge und ist mit Luft gefüllt. Die Reifenverformungserfassungsvorrichtung 10 wird auf Seiten des Reifens 12 verwendet, um eine Verformung des Reifens 12 zu erfassen, und auf Seiten der Fahrzeugkarosserie, um eine Bodenkontaktlast des Reifens 12 auf der Grundlage der erfassten Verformung abzuschätzen.
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Wie es in 2 gezeigt ist, weist die Oberfläche des Laufflächenteils 14 eine Vielzahl von Rillen 20 auf, so dass eine Vielzahl von Gummiblöcken 22 in Querrichtung des Reifens 12 angeordnet sind. Die nebeneinanderliegenden Blöcke 22 sind durch Rillen 20 getrennt.
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In dieser Ausführungsform wurde einer der Blöcke 22 gewählt. Die Reifenverformungserfassungsvorrichtung 10 ist in dem gewählten Block 22 eingebettet.
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Wie es in 2 gezeigt ist, ist die Reifenverformungserfassungsvorrichtung 10 in dem gewählten Block 22 an einer Stelle eingebettet, in der die Reifenverformungserfassungsvorrichtung 10 selbst dann nicht offen an der Oberfläche des Laufflächenteils 14 liegt, wenn der Laufflächenteil 14 seine Abriebsgrenze (Verschleißgrenze) erreicht hat. Eine geeignete Stelle zur Einbettung liegt beispielsweise radial innerhalb der Stelle, an der eine mit dem Reifen 12 koaxiale Zylinderfläche durch eine in 2 gestrichelt gezeigte Erscheinungsstelle eines Laufflächenverschleißindikators 24 geht.
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Wie es in 1 gezeigt ist, weist die Reifenverformungserfassungsvorrichtung 10 weiter eine Kapsel 30 mit einem im Wesentlichen vollständig geschlossenen Innenraum auf. Die Kapsel 30 ist aus einem Material hergestellt, das eine Härte besitzt, die über der Härte eines Bereichs des Blocks der Vielzahl von Blöcken 22 liegt, in dem die Reifenverformungserfassungsvorrichtung 10 eingebettet ist. Gemäß dieser Ausführungsform, kann die Größe der Ausdehnung- und Kontraktion (Verformungsgröße) des Verformungsmesselements kleiner gehalten werden als die Verformungsgröße des Reifens 12. Beispiele für das Material der Kapsel 30 sind Glas und harte Kunstharze (beispielsweise Polycarbonat, FRP, PP, PA, etc.). In dieser Ausführungsform wurde ein elektrisch nicht leitfähiges Material als Material für die Kapsel 30 gewählt, da ein derartiges Material für die nachstehend beschriebene Transponderkommunikation geeignet ist.
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Wie es in 1 gezeigt ist, ist in der Kapsel 30 ein Verformungssensor 32 eingeschlossen. Der Verformungssensor 32 ist als ein Verformungsmesselement zum Messen der Verformung ausgeführt. Wie es in 3 gezeigt ist, ist der Verformungssensor 32 integral an einem (nicht gezeigten) Teil an der Innenoberfläche der Kapsel 30 angebracht und erstreckt sich in Vertikalrichtung bezüglich des in einer bestimmten Position an einem Fahrzeug angeordneten Reifens 12 so, dass sich der Sensor 32 ausgehend von der Drehachse des Reifens 12 parallel zu einer Richtung radial nach außen erstreckt.
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Die vom Reifen 12 über die Kapsel 30 auf den Verformungssensor 32 ausgeübte Kraft besteht daher nur aus einer Komponente, die der Bodenkontaktlast des Reifens 12 (d. h. einer Kraft, die in Vertikalrichtung bezüglich des in einer bestimmten Position am Fahrzeug angeordneten Reifens 12 wirkt) entspricht, so dass die Größe der Ausdehnung und Kontraktion des Verformungssensors 32 von der Bodenkontaktlast abhängt.
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Wie es in 1 gezeigt ist, ist in der Kapsel 30 des Reifenverformungserfassungsvorrichtung 10 weiter ein Temperatursensor 34 zur Erfassung der Temperatur des Verformungssensors 32 eingeschlossen. Der Verformungssensor 32 dehnt sich aus und zieht sich zusammen nicht nur in Abhängigkeit von der Bodenkontaktlast des Reifens 12 sondern auch von der Temperatur des Verformungssensors 32. Der Grund hierfür ist eine Wärmedehnung des Verformungssensors 32. Zum Zweck einer Temperaturkorrektur des Ausgangssignals des Verformungssensors 32 ist in dieser Ausführungsform daher der Temperatursensor 34 in der Kapsel 30 eingeschlossen.
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Wie es in 1 gezeigt ist, ist in der Kapsel 30 der Reifenverformungserfassungsvorrichtung 10 des Weiteren ein Transponder 40 eingeschlossen, der als eine Kommunikationsvorrichtung fungiert. Der Transponder 40 jedes Reifens 12 wird von einer elektromagnetischen Energie angetrieben, die von einer entsprechenden Kommunikationsvorrichtung einer Vielzahl fahrzeugkarosserieseitiger Kommunikationsvorrichtungen 42 (siehe 6) übertragen wird, die an einer Fahrzeugkarosserie an bestimmten Stellen entsprechend den Befestigungspositionen der Reifen 12 an der Fahrzeugkarosserie angeordnet sind.
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Wie es in 1 gezeigt ist, ist in der Kapsel 30 der Reifenverformungserfassungsvorrichtung 10 weiter ein Rechner 44 eingeschlossen. Der Rechner 44 ist für die Verarbeitung der Ausgangssignale des Verformungssensors 32 und des Temperatursensors 34 und für die Kommunikation mit der fahrzeugseitigen Vorrichtung über den Transponder 40 vorgesehen. Wie es in 4 gezeigt ist, umfasst der Rechner 44 eine CPU 46, einen ROM 48 und einen RAM 50, die über einen Bus 52 miteinander verbunden sind. Der Rechner 44 ist so ausgelegt, dass er im Ansprechen auf eine Aktivierung des Transponders 40 mit einer durch Umwandlung aus der elektromagnetischen Energie über den Transponder 40 erhaltenen elektrischen Energie arbeitet.
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Im ROM 48 des Rechners 44 ist ein Verformungserfassungsprogramm gespeichert, das konzeptionell in dem Ablaufschema in 5 veranschaulicht ist. Das Verformungserfassungsprogramm wird von der CPU 46 des Rechners 44 ausgeführt.
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Zunächst wird im Schritt S1 (im Folgenden einfach als ”S1” bezeichnet; dies gilt auch für die anderen Schritte) auf der Grundlage des Ausgangssignals des Verformungssensors 32 des Verformungserfassungsprogramms die Verformung des Verformungsmesselements erfasst. Anschließend wird im S2 auf der Grundlage des Ausgangssignals des Temperatursensors 34 die Temperatur des Verformungsmesselements erfasst.
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Daraufhin wird im S3 der Erfassungswert der Verformung auf der Grundlage der erfassten Temperatur korrigiert. (D. h. es erfolgt eine Temperaturkorrektur des Erfassungswerts der Verformung.) Die Korrektur des Erfassungswerts der Verformung erfolgt in Abhängigkeit von einer bestimmten Beziehung zwischen der Temperatur (der Größe der Änderung gegenüber einer Bezugstemperatur) und dem durch eine Korrektur des Erfassungswerts der Verformung (oder der Größe der Korrektur des Erfassungswerts der Verformung) erhaltenen Wert. Die Beziehung ist im ROM 48 in Form einer Funktion (d. h. Gleichung), einer Tabelle, eines Kennfelds, etc. gespeichert.
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Dann wird im S4 ein Signal, das den durch die Korrektur des Erfassungswerts der Verformung erhaltenen Wert anzeigt, über den Transponder 40 auf die Fahrzeugkarosserieseite übertragen. Im Ergebnis wird auf der Fahrzeugkarosserieseite für jeden Reifen 12 ein Verformungserfassungssignal erhalten, das die jeweilige Reifenverformung anzeigt.
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Damit ist ein Ausführungszyklus der Reifenverformungserfassungsvorrichtung 10 beendet.
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6 zeigt konzeptionell in einer Draufsicht den auf Seiten der Fahrzeugkarosserie vorgesehenen Hardwareaufbau zur Verarbeitung der Signale der Reifenverformungserfassungsvorrichtungen 10. Wie es in 6 gezeigt ist, ist in dieser Ausführungsform an der Fahrzeugkarosserie eine elektronische Steuereinheit (im Folgenden als ”ECU” bezeichnet) 60 als eine gemeinsame Einheit für die Vielzahl von Reifen 12 vorgesehen, um die Bodenkontaktlast jedes Reifens 12 auf der Grundlage eines Signals einer entsprechenden Reifenzustandsgrößenerfassungsvorrichtung 10 abzuschätzen. In den Figuren sind die Fahrzeugreifen mit FL (vorne links), FR (vorne rechts), RL (hinten links) und RR (hinten rechts) angegeben.
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Wie es in 7 gezeigt ist, sind vier, jeweils einem der Reifen 12 zugeordnete Raddrehzahlsensoren 64 mit der ECU 60 verbunden. Die Raddrehzahlsensoren 64 sind bekannterweise jeweils an einer feststehenden Position an der Fahrzeugkarosserie in der Nähe eines sich mit dem entsprechenden Reifen 12 drehenden (nicht gezeigten) Rotors angebracht. Der Rotor weist eine Vielzahl von Zähnen (beispielsweise 48 Zähne) auf, die an der Außenumfangsfläche des Rotors entlang eines mit dem Reifen 12 koaxialen Umfangs angeordnet sind. Die Raddrehzahlsensoren 64 sind jeweils aus einem elektromagnetischen Aufnehmer gebildet, der das Vobeilaufen der Zähne des Rotors elektromagnetisch erfasst. Die Raddrehzahlsensoren 64 erzeugen jeweils ein Spannungssignal in Form von Impulsen, die im Ansprechen auf jeden vorbei laufenden Zahn des Rotors zunimmt.
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Die Raddrehzahlsensoren 64 dienen jeweils zu zwei Zwecken, d. h. einerseits durch Kooperation mit dem Rotor zur Erfassung der Winkelgeschwindigkeit eines entsprechenden Reifens 12 als die Radgeschwindigkeit bzw. Raddrehzahl und andererseits zum Empfang eines Verformungserfassungssignals von der in dem entsprechenden Reifen 12 eingebetteten Reifenverformungserfassungsvorrichtung 10 durch Aktivierung des Transponders 40 zu dem Zeitpunkt, in dem der Bereich des Reifens 12, in dem die Reifenverformungserfassungsvorrichtung 10 eingebettet ist, die Fahrbahn kontaktiert.
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Wie es in 7 gezeigt ist, ist ein Geradeausfahrsensor 68 mit der ECU 60 verbunden. Der Geradeausfahrsensor 68 ist vorgesehen, um zu erfassen, dass sich das Fahrzeug in einem Geradeausfahrzustand befindet, d. h. dass sich das Fahrzeug in keinem Kurvenfahrzustand (Lenkzustand) befindet. Der Geradeausfahrsensor 68 kann verschiedenartig ausgeführt sein, beispielsweise so, dass als eine Hauptkomponente ein Sensor zur Erfassung des Betätigungswinkels eines vom Fahrer betätigten Lenkrads, ein Sensor zur Erfassung der Gierrate oder Querbeschleunigung des Fahrzeugs oder ein Sensor zur Erfassung einer mit den vorgenannten physikalischen Größen in Zusammenhang stehenden physikalischen Größe verwendet wird.
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Wie es in 7 gezeigt ist, ist des Weiteren ein Stationärzustandssensor 70 mit der ECU 60 verbunden. Der Stationärzustandssensor 70 ist vorgesehen, um zu erfassen, dass sich das Fahrzeug in einem stationären Zustand befindet, d. h. in keinem Übergangszustand (Beschleunigungszustand, Verzögerungszustand, Bremszustand, etc.). Der Stationärzustandssensor 70 kann verschiedenartig ausgeführt sein, beispielsweise so, dass als eine Hauptkomponente ein Sensor zur Erfassung einer vom Fahrer vorgegebenen Betätigungsgröße zur Beschleunigung, Verzögerung oder Bremsung des Fahrzeugs, ein Sensor zur Erfassung der Beschleunigung oder Verzögerung des Fahrzeugs oder ein Sensor zur Erfassung einer mit den vorgenannten physikalischen Größen in Zusammenhang stehende physikalische Größe verwendet wird.
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Darüber hinaus sind vier fahrzeugkarosserieseitige Kommunikationsvorrichtungen 42, die an der Fahrzeugkarosserie in Verbindung mit den Reifen 12 angeordnet sind, mit der ECU 60 verbunden. Wie es in 7 gezeigt ist, haben die fahrzeugkarosserieseitigen Kommunikationsvorrichtungen 42 jeweils die Funktion, den Transponders 40 der in dem entsprechenden Reifen 12 eingebetteten Reifenverformungserfassungsvorrichtung 10 zu dem Zeitpunkt, in dem der Bereich, in dem die Reifenverformungserfassungsvorrichtung 10 eingegbettet ist, die Fahrbahn kontaktiert, mit elektromagnetischer Energie zum Antrieb des Transponders 40 zu versorgen, sowie die Funktion, das vom Transponder 40 ausgegebene Erfassungssignal zu empfangen.
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Wie es in 7 gezeigt ist, ist eine weitere ECU 72 mit der ECU 60 verbunden. Ein Beispiel für die ECU 72 ist eine ECU, die zur Steuerung bzw. Regelung der Bewegung des Fahrzeugs in Abhängigkeit von der Bodenkontaktlast des Reifens vorgesehen ist.
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Die ECU 60 ist in erster Linie aus einem Rechner 74 aufgebaut. Der Rechner 74 umfasst eine CPU 96, einen ROM 78 und einen RAM 80, die über einen Bus 82 (in bekannter Weise) miteinander verbunden sind. Die ECU 60 ist so ausgelegt, dass sie Bodenkontaktlast jedes Reifens 12 auf der Grundlage der von der Reifenverformungserfassungsvorrichtung 10 empfangenen Erfassungssignale abschätzt, und Signale, die die Ergebnisse der Abschätzung anzeigen, an die ECU 72 sendet. Hierzu ist im ROM 78 ein von der CPU 96 ausgeführtes Bodenkontaktlastabschätzungsprogramm zur Abschätzung der Bodenkontaktlast jedes Reifens 12 gespeichert.
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8 ist ein Ablaufschema, das konzeptionell den Inhalt des Bodenkontaktlastabschätzungsprogramms veranschaulicht. Das Bodenkontaktlastabschätzungsprogramm wird für jeden Reifen 12 gesondert wiederholt ausgeführt, solange die elektrische Stromversorgung des Rechners 74 in Betrieb ist.
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Während der vorliegenden Ausführung des Bodenkontaktlastabschätzungsprogramms für einen Reifen 12 wird zunächst im S101 die Einbettungsposition des Verformungssensors 32 im Reifen 12 (d. h. die Einbettungsposition der Reifenverformungserfassungsvorrichtung 10) in Abhängigkeit vom Drehwinkel des Reifens 12 (beispielsweise einer jedem Zahn des Rotors zugeordneten Zahl) erkannt.
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Bei diesem Erkennungsverfahren sendet beispielsweise die entsprechende fahrzeugkarosserieseitige Kommunikationsvorrichtung 42 eine Vielzahl von Signalen zum Reifen 12 in relativ kurzen Intervallen. Im Ansprechen auf jedes einzelne Signal sendet die Reifenverformungserfassungsvorrichtung 10 ein Verformungserfassungssignal, das von der fahrzeugkarosserieseitigen Kommunikationsvorrichtung 42 empfangen wird. In der ECU 60 wird der Pegel des empfangenen Verformungserfassungssignals in Verbindung mit dem Reifendrehwinkel zum Zeitpunkt des Signalempfangs gespeichert. Während wenigstens einer Drehung des Reifens 12 erfolgt ein Signalaustausch, bei dem die ECU 60 eine Vielzahl von Verformungserfassungssignalen empfängt. Dann wird der Reifendrehwinkel zu dem Zeitpunkt, in dem aus den empfangenen Verformungserfassungssignalen das Signal mit dem höchsten Pegel empfangen wird, in der ECU 60 als der Reifendrehwinkel zum Zeitpunkt des Bodenkontakts, in dem der Bereich des Laufflächenteils 14, in dem der Verformungssensor 32 eingebettet ist, den Boden kontaktiert, gespeichert.
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Im Anschluss an den Erkennungsprozess wird im S102 der Eintritt des Sendezeitpunkts, in dem den Reifenverformungserfassungsvorrichtungen 10 jeweils ein Signal zuzusenden ist, abgewartet; hierbei wird auf der Grundlage des Ausgangssignals des Raddrehzahlsensors 64 abgewartet, bis der Ist-Wert des Reifendrehwinkels gleich dem Bodenkontakt-Reifendrehwinkel wird. Wenn der Sendezeitpunkt kommt, lautet die Antwort der Bestimmung im S102 ”JA”, und der Prozess geht zum S103.
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Im S103 wird auf der Grundlage des Ausgangssignals des Geradeausfahrsensors 68 bestimmt, ob sich das Fahrzeug in einem Geradeausfahrzustand befindet. Wenn das Fahrzeug geradeaus fährt, lautet die Antwort der Bestimmung ”JA”, und der Prozess geht zum S104. Wenn das Fahrzeug dagegen nicht geradeaus fährt, lautet die Antwort der Bestimmung ”NEIN”, und der Prozess geht zum S102 zurück.
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Wenn die Antwort der Bestimmung im S103 ”JA” lautet, da sich das Fahrzeug in einem Geradeausfahrzustand befindet, wird im S104 auf der Grundlage des Ausgangssignals des Stationärzustandssensors 70 bestimmt, ob sich das Fahrzeug in einem stationären Zustand befindet. Wenn sich das Fahrzeug in einem stationären Zustand befindet, lautet die Antwort der Bestimmung ”JA”, und der Prozess geht zum S105. Wenn sich das Fahrzeug dagegen nicht in einem stationären Zustand befindet, lautet die Antwort der Bestimmung ”NEIN”, und der Prozess geht zum S102 zurück.
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Wenn sich das Fahrzeug in einem Geradeausfahrzustand wie auch in einem stationären Zustand befindet, ist die Verformung, die sich im Block 22, in dem das Verformungsmesselement eingebettet ist, einstellt, einzig auf die Bodenkontaktlast zurückzuführen, wie es in 9A gezeigt ist, so dass die Größe der Ausdehnung/Kontraktion des Verformungsmesselements gegenüber dessen natürlicher Länge nur von der Bodenkontaktlast abhängt. In diesem Fall kann die Bodenkontaktlast daher unter Bezugnahme auf die Verformung des Verformungsmesselements genau abgeschätzt werden.
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Im Gegensatz dazu wird der Block 22, der das Verformungsmesselement enthält, in dem Fall, in dem sich das Fahrzeug in einem Kurvenfahrzustand oder einem Beschleunigungs-, Verzögerungs- oder Bremszustand befindet, verdreht oder verdrallt, wie es in 9B konzeptionell gezeigt ist. Daher stellt sich eine Verformung unabhängig von der Bodenkontaktlast wie auch eine Verformung basierend auf der Bodenkontaktlast ein. Die Größe der Ausdehnung/Kontraktion des Verformungsmesselements gegenüber dessen natürlicher Länge hängt daher nicht nur von der Bodenkontaktlast ab. In diesem Fall ist es daher schwierig, die Bodenkontaktlast unter Bezugnahme auf die Verformung des Verformungsmesselements abzuschätzen, und es muß beispielsweise ein spezieller Signalprozess durchgeführt werden, um die Komponente, die nur auf der Bodenkontaktlast beruht, aus einem zusammengesetzten Signal des Verformungssensors 32 zu extrahieren.
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In dieser Ausführungsform wird daher die Reifenverformungserfassungsvorrichtung 10 nur dann dazu veranlasst, die Verformung zu erfassen, und die ECU 60 nur dann dazu veranlasst, das Signal, das die Verformung anzeigt, zu empfangen, wenn sich das Fahrzeug in einem Geradeausfahrzustand und in einem stationären Zustand befindet.
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Im Übrigen kann auf der Grundlage des während einer Beschleunigung/Verzögerung oder während einer Kurvenfahrt des Fahrzeugs erzeugten Ausgangssignals des Verformungssensors 32 und des während des Geradeausfahrzustands und des stationären Fahrzustands erzeugten Ausgangssignals des Verformungssensors 32 eine Reifenwirkkraft einschließlich der auf einen Reifen 12 wirkenden Querkraft und dergleichen abgeschätzt werden.
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Im S105 in 8 werden von der fahrzeugkarosserieseitigen Kommunikationsvorrichtung 42 Signale an die Reifenverformungserfassungsvorrichtung 10 gesendet. Anschließend wird im S106 von der Reifenverformungserfassungsvorrichtung 10 ein Verformungserfassungssignal empfangen, das die Verformung des betreffenden Reifens 12 anzeigt. Danach wird im S107 der Reifeninnendruck, d. h. der Luftdruck des betreffenden Reifens 12, erhalten. Der Reifeninnendruck kann beispielsweise dadurch ermittelt werden, dass von einem im Reifen 12 oder an der Radfelge vorgesehenen Sensor zum unmittelbaren Empfang des Luftdrucks des Reifens 12 ein Signal empfangen wird, oder dass der Reifeninnendruck fahrzeugkarosserieseitig auf der Grundlage des Ausgangssignals des Raddrehzahlsensors 64 abgeschätzt wird, etc..
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Anschließend wird im S108 die Bodenkontaktlast des Reifens 12 auf der Grundlage der Verformung (der nach der Temperaturkorrektur erhaltenen Verformung), die durch das Verformungserfassungssignal angezeigt wird, das wie vorstehend beschrieben empfangen wird, und des Reifeninnendrucks bestimmt, der wie vorstehend beschrieben erhalten wurde. In der Ausführungsform ist die Beziehung zwischen der Verformung und dem Reifeninnendruck im ROM 78 in der Form einer Funktion (Gleichung), einer Tabelle, eines Kennfelds, etc. gespeichert, wie es in der Form einer Tabelle in 10 gezeigt ist; die Bodenkontaktlast wird entsprechend der momentanen Verformung und des momentanen Reifeninnendrucks gemäß dieser Beziehung als die momentane Bodenkontaktlast bestimmt.
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Im S109 wird die in der vorstehenden Weise bestimmte momentane Bodenkontaktlast dann der Montageposition des betreffenden Reifens 12 zugeordnet und an die weitere ECU 72 ausgegeben.
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Damit ist ein Ausführungszyklus des Bodenkontaktlastabschätzungsprogramms beendet.
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Wie sich aus der vorstehenden Beschreibung ergibt, stellt die Reifenverformungserfassungsvorrichtung 10 in dieser Ausführungsform eine Reifenzustandsgrößenerfassungsvorrichtung gemäß einer Ausführungsform der Erfindung dar. Des Weiteren stellt die Verformung eines Reifens 12 (die Verformung in Vertikalrichtung bezüglich des in einer bestimmten Position am Fahrzeug angeordneten Reifens 12) eine Reifenzustandsgröße gemäß einer Ausführungsform der Erfindung dar. Weiter stellt der Verformungssensor 32 eine Erfassungseinrichtung gemäß einer Ausführungsform der Erfindung dar. Die Kapsel 30 stellt einen Verringerungsmechanismus gemäß einer Ausführungsform der Erfindung dar.
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Das Steuergerät (beispielsweise der Rechner 44 und/oder die ECU 60) der gezeigten beispielhaften Ausführungsformen ist als ein programmierter Universalrechner ausgeführt. Der Fachmann weiß jedoch sehr wohl, dass das Steuergerät unter Verwendung einer oder mehrerer spezieller integrierter Schaltungen (z. B. ASIC) mit einer Haupt- oder Zentralprozessorsektion für eine allgemeine Steuerung auf Systemebene und separaten Sektionen zur Ausführung verschiedener spezieller Berechnungen, Funktionen und anderer Prozesse unter der Steuerung der Zentralprozessorsektion ebenso ausgeführt werden kann. Weiter kann das Steuergerät aus einer Vielzahl separater zweckbestimmter oder programmierbarer integrierter oder andere elektronischer Schaltungen oder Vorrichtungen (z. B. festverdrahteten elektronischen oder logischen Schaltungen, wie z. B. mit Diskrete-Elemente-Schaltungen, oder programmierbaren Logikvorrichtungen, wie z. B. PLDs, PLAs, PALs oder dergleichen) gebildet sein. Das Steuergerät lässt sich ebenso unter Verwendung eines oder mehrerer geeignet programmierter Universalrechner, beispielsweise eines Mikroprozessors, Mikrocontrollers oder anderer Prozessorvorrichtungen (CPU oder MPU), entweder allein oder in Verbindung mit einer oder mehreren peripheren (beispielsweise einer integrierten Schaltung) Daten- und Signalverarbeitungsvorrichtungen realisieren. Grundsätzlich kann jede Vorrichtung oder Anordnung von Vorrichtungen oder ein endlicher Automat (FSM) zur Durchführung der vorstehend beschriebenen Verfahren als Steuergerät verwendet werden. Für ein maximales Daten-/Signalverarbeitungspotential und eine maximale Daten-/Signalverarbeitungsgeschwindigkeit kann eine verteilte Prozessorarchitektur verwendet werden.
