DE102004059165A1

DE102004059165A1 - Verfahren und Vorrichtung zur Ermittlung der Drehrichtung eines Rades

Info

Publication number: DE102004059165A1
Application number: DE102004059165A
Authority: DE
Inventors: Herbert Froitzheim; Peter Turban; Herbert Zimmer
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Continental Automotive GmbH
Priority date: 2004-12-08
Filing date: 2004-12-08
Publication date: 2006-06-14

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Drehrichtungserkennung eines rotierenden Rades, wobei wenigstens zwei mit dem Rad rotierende, in Umfangsrichtung versetzt angeordnete Kondensatoren hinsichtlich rotationsbedingter Kapazitätsänderungen überwacht werden, um aus der Reihenfolge der Änderungen auf die Drehrichtung des Rades schließen zu können.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Ermittlung der Drehrichtung eines Rades für die Anwendung insbesondere im Bereich von Kraftfahrzeugen.
Aus dem Kraftfahrzeugsektor ist das Problem bekannt, Daten über den Zustand von Fahrzeugreifen auch während der Fahrt zu erfassen und in geeigneter Weise dem Fahrzeugführer zu übermitteln. Dies betrifft vorzugsweise den Luftdruck, aber auch Temperaturen oder sonstige Betriebsdaten der Reifen. Bekannt ist die Erfassung dieser Daten lokal im Bereich des jeweiligen Rades und die Übermittlung der Werte an eine meist zentral im Fahrzeug angeordnete Auswerteeinheit.
Als Teilaufgabe ergibt sich dabei die Zuordnung des Rades zu dem jeweiligen Wert, das heißt die Klärung, welches Rad als Quelle für einen jeweils gemessenen und an die Auswerteeinheit übermittelten Wert in Frage kommt. Eine Einschränkung der dafür in Frage kommenden Räder bzw. Reifen kann dabei dahingehend vorgenommen werden, dass die Drehrichtung des Rades ermittelt und der Auswerteeinheit übermittelt wird, so dass zumindest auf die Räder einer Fahrzeugseite (rechte oder linke Seite) geschlossen werden kann.

Die EP 0 760 299 A1 beschreibt zu diesem Zweck die Platzierung eines Drehrichtungssensors an jedem Rad, um von dort Informationen an eine im Fahrzeug angeordnete Auswertevorrichtung zu übermitteln. Als beispielhaften Drehsensor beschreibt diese Druckschrift einen Rollschalter mit einer Kugel und einer Schaltfolgenerfassungseinheit. Ein solcher Schalter erfordert aber ein relativ zum Sensor bewegliches mechanisches Teil (Kugel) und funktioniert bei zunehmender Drehzahl schlechter.

Ebenfalls bekannt ist ein Drehrichtungssensor aus der EP 1 172 656 A1 . Hierbei werden über zwei winkelversetzte Kraftsensoren Messungen der Fliehkraft bzw. der Erdanziehung vorgenommen, wobei aus dem Phasenversatz auf die Drehrichtung geschlossen wird. Nachteiligerweise sind hier zwei Sensoren einzusetzen, die eine gewisse räumliche Ausdehnung erfordern.

Aus der DE 100 55 822 A1 ist ein Sensor zur Erfassung von Zweirad-Bewegungen in wenigstens zwei vorgegebene unterschiedliche Richtungen bekannt. Abhängig von den Bewegungen wird dabei indirekt auf einen Betriebszustand des Reifens (Luftdruck) anhand hinterlegter Zuordnungen geschlossen. Für vierrädrige Kraftfahrzeuge mit unterschiedlichen Gewichten ist diese Vorrichtung weder praktikabel einsetzbar noch hinreichend eindeutig zur Zuordnung von Messdaten zu einem bestimmten Reifen geeignet.

Die WO 2004/036784 A1 schließlich beschreibt ein asymmetrisches Nachrichtenübertragungssystem unter Verwendung eines elektrischen Nahfeldes. Dabei wird auf ein Reifendruckmesssystem Bezug genommen, wobei zur Datenübertragung der in jedem Reifen durch einen Sensor erfassten Messgrößen das metallene und elektrisch leitende Fahrwerk (Felgen und Radachsen sowie die Karosserie) verwendet wird, um die Daten an einen fahrzeugseitigen Empfänger zu übertragen. Das Problem der Drehrichtungserkennung wird dabei nicht gelöst.

Aufgabe der Erfindung ist es daher, die vorgenannten Nachteile zu überwinden und ein Verfahren zur Ermittlung der Drehrichtung eines Rades anzubieten, welches unter Nutzung einfachster Komponenten schnell und weitgehend drehzahlunabhängig eine qualitative Aussage über die Drehrichtung erlaubt. Aufgabe der Erfindung ist es weiterhin, eine Vorrichtung zur derartigen Ermittlung der Drehrichtung, insbesondere auch nach dem vorgenannten Verfahren, anzubieten.

Die Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren nach Anspruch 1 und eine Vorrichtung nach Anspruch 9.

Der Erfindung liegt der Gedanke zugrunde, rotationsabhängige Änderungen zweier mit dem Rad bewegter Kondensatoren sowie deren Reihenfolge zu erfassen, um daraus auf die Drehrichtung schließen zu können.

Ein an einem Kraftfahrzeug montierter Reifen erfährt zum einen während einer Umdrehung jeweils an der auf der Straße aufliegenden Stelle eine Abplattung bzw. Verformung, andererseits nimmt jede Reifenpartie bei ihrem Umlauf um die Radachse periodisch wiederkehrend unterschiedliche Abstände zu asymmetrisch zu der Radachse angeordneten Komponenten des Fahrzeugs (Bremse, Stoßdämpfer, Kotflügel, Querlenker etc.) ein. Die Idee besteht nun darin, im Bereich des Rades zwei mit dem Rad um dessen Achse bewegte Kondensatoren anzuordnen, deren Kapazität sich bei einer Umdrehung des Rades dadurch ändert, dass beispielsweise durch die Abplattung des Reifens im Bereich der Straßenauflage dieser Reifenabschnitt näher an die Kondensatoren heranbewegt wird, oder dass sonstige (Fahrzeug-)Komponenten bei einer Umdrehung des Rades in und aus dem Wirkungsbereich der Kondensatoren gelangen.

Bei geeigneter Ausbildung der Kondensatoren kommt eine solche Abplattung einer Verschiebung eines Dielektrikums oder eines sonstigen Mediums in den Wirkbereich der Kondensatoren gleich, so dass deren Kapazität zumindest solange verändert wird, solange das Medium (hier also etwa der Reifen, ein im Reifen vorhandenes Stahlgeflecht etc.) seinen Abstand relativ zu den Kondensatoren verändert.

Sind zwei Kondensatoren in Umfangsrichtung zu einander versetzt an dem rotierenden Rad angeordnet, so erfolgt die Kapazitätsänderung während der Umdrehung des Rades zwangsläufig nacheinander. Unabhängig von der Richtung und der tatsächlichen Höhe der Kapazitätsänderung kann allein aus der qualitativen Änderung ermittelt werden, welcher Kondensator zuerst eine Kapazitätsänderung erfuhr, während der zweite Kondensator abhängig vom Versatz in Umfangsrichtung diese Kapazitätsänderung entsprechend später erfährt. Bei bekannter Anordnung der Kondensatoren in Umlaufrichtung des Rades lässt sich also aus der Signalfolge auf die Drehrichtung des Rades schließen.

Der Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens bzw. der zugehörigen Vorrichtung liegt darin, dass die Drehrichtungserkennung unabhängig von der Beschleunigung oder der Kurvenfahrt des Fahrzeugs erfolgen kann. Auch eine minimale Fahrgeschwindigkeit erlaubt die Feststellung der Drehrichtung, und lediglich die Phasenbeziehung der Signale und nicht deren Absolutbetrag muss ermittelt werden, was eine robuste Auswertung erheblich erleichtert. Weiterhin liegt ein Vorteil in der sehr einfachen Ausbildung und Anordnung der erforderlichen Komponenten, da die Kondensatoren in vielfältigster Weise und insbesondere unter Nutzung von ohnehin am Fahrzeug oder Reifen bestehenden Komponenten ausgebildet sein können. Darüber hinaus können alle mit dem Rad bewegten Teile der Vorrichtung starr und unbeweglich zueinander ausgebildet und angeordnet sein, so dass eine federnde Aufhängung oder eine in einem Sensor mitlaufende Kugel etc. nicht erforderlich sind. Dies spart Bauraum und minimiert den Verschleiß erheblich.

In einer einfachsten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens sind dabei zwei mit dem Rad bewegte Kondensatoren vorgesehen. Ein erster Kondensator besteht dabei aus einer Bezugselektrode und einer ersten Elektrode, während der zweite Kondensator aus ebenfalls einer Bezugselektrode und einer zweiten Elektrode gebildet wird. Jeder Kondensator wird erfindungsgemäß mit einer Spannung beaufschlagt, die vorteilhafterweise eine Wechselspannung ist.

In Abhängigkeit von der jeweiligen Kondensatorkapazität fließt dabei ein Strom, der für jeden Kondensator erfasst wird. Ändert sich die Kapazität eines Kondensators, etwa weil ein Medium in die Feldlinien des Kondensators herein- bzw. herausbewegt wird, so verändert sich auch der zugehörige Kondensatorstrom. Beispielsweise durch Messung jedes Kondensatorstroms, aber auch durch jedes andere geeignete Verfahren lässt sich somit eine Änderung der Kapazität jedes Kondensators ermitteln, wobei hier eine qualitative Ermittlung für die Schlussfolgerung auf eine Drehrichtung vorteilhafterweise völlig ausreicht.

Weiterhin umfasst das Verfahren die Ermittlung der Reihenfolge der gemessenen Kapazitätsänderungen, also insbesondere die Festlegung, ob die Kapazitätsänderung des ersten Kondensators zeitlich vor oder nach der Kapazitätsänderung des zweiten Kondensators erfolgt. Da beim Umlauf des Rades jeder Kondensator weitgehend in gleicher Weise den Änderungen seiner Kapazität unterworfen wird, folgt der Kapazitätsänderung des einen Kondensators je nach Anordnung des zweiten Kondensators und je nach Drehzahl in einem zeitlichen Abstand eine vergleichbare Kapazitätsänderung dieses zweiten Kondensators. Schließlich kann aus der ermittelten Reihenfolge der Kapazitätsänderungen auf die Drehrichtung des Rades geschlossen werden. Dies kann etwa in dem Sinne erfolgen, dass eine Kapazitätsänderung des ersten Kondensators mit anschließender Kapazitätsänderung des zweiten Kondensators einer Drehung des Rades im Uhrzeigersinn entspricht, während bei umgekehrter Kapazitätsänderung (Änderung der Kapazität des zweiten Kondensators vor der Änderung der Kapazität des ersten Kondensators) die entsprechend umgekehrte Drehrichtung gegeben sei.

Erfindungsgemäß werden die Elektroden dabei im Bereich des bewegten Rades so ausgebildet, dass die zwischen ihnen sich ausbildenden Feldlinien bei einer Umdrehung des Rades möglichst einfach gestört werden können. Ein Beispiel dazu wird nachstehend anhand der Figuren zu erläutern sein.

In einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung werden die Bezugselektroden beider Kondensatoren zu einer gemeinsamen Bezugselektrode zusammengefasst. Dies vereinfacht den Aufbau und erfüllt den erfindungsgemäßen Zweck ebenso. Denkbar ist aber auch die vollständig getrennte Ausbildung der Kondensatoren. Darüber hinaus ist auch die Verwendung von mehr als zwei Kondensatoren denkbar, um die Auswertung qualitativ zu verbessern. Insbesondere kann die an zwei Kondensatoren ermittelte Phasenverschiebung über einen dritten oder weitere Kondensatoren bestätigt werden.

Weiterhin ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass die eingesetzten Kondensatoren aus einer gemeinsamen Spannungsquelle beaufschlagt werden. Dies vereinfacht den elektronischen Aufbau und die Auswertung.

Ein weiterer vorteilhaft vorgesehener Verfahrensschritt besteht erfindungsgemäß in der Umwandlung der ermittelten Kapazitätsänderungen in digitale Signale. Dies erlaubt eine einfachere Übertragung der qualitativ erfassten Kapazitätsänderungen an eine (gegebenenfalls auch entfernt angeordnete) Auswerteeinheit.

Eine weitere vorteilhafte Ausführungsform des Verfahrens bzw. der später vorzustellenden Vorrichtung beruht auf der Idee, möglichst wenige der erfindungsgemäß nötigen Komponenten an dem rotierenden Rad vorzusehen, sondern stattdessen eine relativ zu dem rotierenden Rad ortsfeste Anordnung zu wählen. In einer Ausführungsform wird daher zur Spannungsbeaufschlagung die Bezugselektrode der Kondensatoren mit einem ersten, das Bezugspotenzial führenden Pol der Spannungsquelle kapazitiv gekoppelt, während der zweite Pol der Spannungsquelle als gegenüber dem rotierenden Rad ortsfeste Feldelektrode ausgebildet wird. Dabei bilden sich (neben anderen) auch solche Feldlinien aus, die sich im Wesentlichen von der Feldelektrode über das Erdreich unterhalb des Fahrzeugs wieder hinauf zu jeweils einer der bewegten Elektroden der Kondensatoren am Rad erstrecken bzw. von dem das Bezugspotenzial führenden Pol (bspw. der Radfelge) zur evtl. auch gemeinsam ausgebildeten Bezugselektrode der Kondensatoren verlaufen. Diese Feldlinien influenzieren nun Ladungsverschiebungen im System der jeweils den Kondensatoren zugehörigen Elektroden und der Bezugselektrode. Diese Ladungsverschiebungen werden als Ladungsströme gemessen, um aus einer Veränderung der Ströme auf eine Störung bzw. Veränderung der Feldlinien insbesondere im Bereich zwischen Erdreich und den Kondensatorelektroden schließen zu können. Ein solches Vorgehen erlaubt vorteilhaft die Anordnung der Spannungsquelle an einer nicht mit dem Rad rotierenden Komponente des Fahrzeugs, so dass der Aufbau der Vorrichtung hinsichtlich der mitrotierenden Komponenten vereinfacht wird. Auch diese Ausführungsform ist durch ein nachstehend erläutertes Figurenbeispiel beschrieben.

Eine weitere Ausführungsform der Erfindung sieht vor, dass die erfassten Kapazitätsänderungen oder die daraus gebildeten digitalen Signale mittels HF-Übertragung an eine entfernte, ortsfeste Auswerteeinheit übertragen werden. Zweckmäßigerweise erfolgt die Datenübertragung also per Funk, was wiederum den Aufbau der erfindungsgemäßen Vorrichtung vereinfacht und die Datenübertragung schnell und sicher gewährleistet. Die Auswerteinheit kann vollständig oder teilweise als mitrotierende Komponente in unmittelbarer Nähe der Kondensatoren ausgebildet sein. Denkbar ist alternativ jedoch auch eine Anordnung ortsfest im Bereich des Fahrzeugs, so dass nur die Informationen über die Kapazitätsänderungen oder gegebenenfalls daraus gebildete digitale Signale (zusätzlich zu den Betriebsdaten des Reifens, wie Druck, Temperatur etc...) aus dem Bereich des Rades per Funk an die Auswerteeinheit im Fahrzeuginneren übertragen werden.

Vorteilhafterweise können die für die Kondensatoren verwendeten Elektroden zur HF-Übertragung insbesondere als Dipolantenne verwendet werden. Sie erfüllen damit zum einen ihre Funktion als Kondensatorelemente, andererseits bilden sie die Antenne für die Datenübertragung und minimieren damit den konstruktiven Aufwand für die Vorrichtung bzw. Durchführung des Verfahrens. Diese Doppelfunktion der Elektroden kann vor teilhafterweise durch Verwendung eines Frequenzfilters erleichtert werden, der die Frequenzen der HF-Übertragung von denen der kapazitiven Messfrequenz, mit denen die Kondensatoren beaufschlagt werden, trennt.

Das Filter kann vorteilhafterweise in Form von Induktivitäten bzw. Spulen ausgebildet sein, die insbesondere als Schwingkreis-Spulen fungieren können.

Eine weitere vorteilhafte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens sieht vor, dass die Kapazitäten der Kondensatoren oder die daraus gebildeten Signale zur Erkennung von Stand- oder Fahrbetrieb hinsichtlich wiederkehrender Änderungen ausgewertet werden. Die Änderung der Kapazitäten der vorbeschriebenen Kondensatoren ist grundsätzlich auch dann denkbar, wenn das Rad unbewegt ist. Dies kann bereits dann geschehen, wenn etwa ein metallischer Körper oder ein sonstiges Medium in den Wirkbereich der Feldlinien der Kondensatoren hinein- bzw. herausbewegt wird, während das Fahrzeug selbst steht. Erfindungsgemäß ist die Vorrichtung bzw. das Verfahren daher so ausgebildet, dass die Auswerteeinheit die Kapazitätsänderungen der Kondensatoren auf periodisch wiederkehrende Werte überwacht. Erfolgen solche Änderungen (innerhalb wählbarer Toleranzen) in regelmäßigen Abständen, so kann mit hinreichender Zuverlässigkeit darauf geschlossen werden, dass das Fahrzeug in Bewegung ist, sich die Räder also drehen.

Eine einfachste Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung umfasst ein an einem Rad angeordneten ersten Kondensator, der aus einer Bezugselektrode und einer ersten Elektrode gebildet wird, während ein zweiter Kondensator ebenfalls aus einer Bezugselektrode und einer zweiten Elektrode gebildet wird. Wie vorgenannt, können die beiden Bezugselektroden auch zu einer gemeinsamen Elektrode verbunden werden bzw. als solche ausgebildet sein. Sinnvollerweise sind die wenigstens zwei Kondensatoren in Umfangsrichtung versetzt, so dass ihre Feldlinien bei einer Rotation des Rades gegebenenfalls in zeitlichem Abstand nacheinander beeinflusst werden.

Weiterhin vorgesehen ist eine Auswerteeinheit für die kapazitiven Messungen, um die Ermittlung von Kapazitätsänderungen der Kondensatoren vorzunehmen. Die Auswerteeinheit kann – wie bereits erwähnt – im Bereich der rotierenden Kondensatoren, also ebenfalls bewegt, und beispielsweise mit ihnen gemeinsam in einer Radeinheit angeordnet sein. Alternativ ist auch die relativ zu dem rotierenden Rad ortsfeste Anordnung am Fahrzeug denkbar, wobei die zur Auswertung vorgesehenen Daten an die Auswerteeinheit zu übertragen sind.

Um den konstruktiven Aufwand weiter zu verringern, kann die gegebenenfalls gemeinsam ausgeführte Bezugselektrode in einer etwas abgeänderten Verwirklichung des Erfindungsgedankens zur Spannungsbeaufschlagung mit einem ersten, das Bezugspotenzial führenden Pol der Spannungsquelle kapazitiv gekoppelt sein. Der zweite Pol der Spannungsquelle ist dabei gegenüber dem rotierenden Rad als ortsfeste Feldelektrode beispielsweise am Fahrzeug, ausgebildet. Die kapazitive Kopplung der Bezugselektrode kann dabei insbesondere über die Felge des Rades erfolgen, da die Felge mit der Karosserie und damit mit dem Bezugspotenzial der Spannungsquelle in leitender Verbindung steht. Von der ortsfesten Feldelektrode bilden sich gemäß vorbeschriebenem Verfahren Feldlinien über das Erdreich zu den Kondensatorelektroden aus, deren Störung bzw. Veränderung als Änderung der Ladungsverschiebung zwischen den Kondensatorelektroden und ihrer Bezugselektrode(n) erfasst wird.

Zur weiteren Vereinfachung der Vorrichtung ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass die Kondensatoren als Teil einer am Rad befestigbaren Radeinheit ausgebildet sind. Die Radeinheit kann dabei auch vom Rad selber lösbar sein, was den Austausch bzw. die Verwendung an verschiedenen Rädern erleichtert. Sinnvollerweise ist die Radeinheit mit einer Markierung oder geeigneten Formgebung versehen, die ihre relativ zum Rad ein deutige Platzierung an dem Rad gewährleistet. Eine solche definierte Einbaulage bezüglich der Felgenseite (innen bzw. außen) ist für die Links-Rechts-Erkennung bzw. Zuordnung der Fahrzeugseite erforderlich.

Eine weitere vorteilhafte Ausführungsform der Erfindung sieht vor, dass die Bezugselektroden durch leitende Flächen einer in der Radeinheit vorhandenen Leiterplatte gebildet wird. Dies erleichtert wiederum den konstruktiven Aufbau, da solche Leiterplatten, insbesondere wenn auch die Auswerteeinheit im Bereich der Radeinheit ausgebildet ist, ohnehin vorhanden sein dürften. Die separate Ausbildung der Bezugselektrode wird damit vorteilhaft überflüssig, vielmehr könne ohnehin im Bereich des Rades oder der Radeinheit vorgesehene Komponenten, die zur Verwendung als Bezugselektrode geeignet sind, zu diesem Zweck herangezogen werden.

Die Übermittlung der erfassten Kapazitätsänderungen oder gegebenenfalls daraus gebildeter Signale an eine Auswerteeinheit kann vorteilhafterweise per Funk geschehen (HF-Übertragung), wobei die jeweiligen Elektroden der Kondensatoren auch als Dipolantenne Verwendung finden können. Die Auswerteeinheit kann jedoch auch im Bereich der Radeinheit angeordnet sein und unmittelbar vor Ort die Erfassung der Kapazitätsänderungen bzw. die Umwandlung in digitale Signale vornehmen. Ein daraus ermitteltes Auswerteergebnis kann dann seinerseits gemeinsam mit anderen Betriebsdaten des Reifens per Funk an eine am Fahrzeug angeordnete Empfangs- oder weitere Auswerteeinheit übertragen werden.

Weitere vorteilhafte Ausführungsformen ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Einige Aspekte der Erfindung sollen nachstehend anhand von Figurenbeispielen erläutert werden. Von den Figuren zeigt
1 eine schematische Seitenansicht einer ersten Ausführungsform
2 eine schematische Darstellung des Kapazitäts- und Signalverlaufs
3 eine Prinzipdarstellung zur Signalverarbeitung der ersten Ausführungsform
4 eine schematische Seitenansicht einer weiteren Ausführungsform der Erfindung
5 ein Prinzip-Schaltbild der Ausführungsform nach 4 und
6 eine Ausbildung der Elektroden zum Dipol.
In 1 zeigt eine vereinfachte Schnittdarstellung eines Fahrzeugreifens in Seitenansicht. Der Fahrzeugreifen umfasst einen Mantel 6, eine Felge 5 sowie ein Geflecht 4, welches insbesondere aus Metall ausgebildet sein kann.
An der Felge 5 ist eine Radeinheit 7 angeordnet. Die Radeinheit 7 umfasst eine Bezugselektrode 1 und eine erste Elektrode 2. Die Bezugselektrode 1 und die erste Elektrode 2 bilden einen Kondensator C₁₂ aus.
Die Bezugselektrode 1 bildet mit einer zweiten Elektrode 3 einen weiteren Kondensator C₁₃ aus. Die beiden Kondensatoren C₁₂ und C₁₃ verwenden also die gemeinsame Bezugselektrode 1 und sind in Umfangsrichtung des Rades versetzt angeordnet.
Im Falle einer Beaufschlagung der Kondensatoren C₁₂ und C₁₃ mit einer Wechselspannung U₀ fließt ein Strom zwischen der Bezugselektrode 1 und der ersten Elektrode 2 bzw. der zweiten Elektrode 3. Dieser Strom ist abhängig von der Kapazität des jeweiligen Kondensators. Dreht sich der Reifen (4, 5, 6) in Richtung des in 1 angedeuteten Pfeils, so gelangt der Mantel 6 bzw. das Geflecht 4 durch seine Abplattung im Bereich der Straßenauflage zunächst in den Wirkungsbereich des Kondensators C₁₂ und anschließend mit einer gewissen Überschneidung auch in den Wirkungsbereich des Kondensators C₁₃.
Dieser Eingriff in den Wirkungsbereich ist in 2 schematisch dargestellt, wo der Kapazitätsverlauf der Kondensatoren C₁₂ und C₁₃ abhängig von der Umdrehung qualitativ dargestellt wird. Zu erkennen ist, dass die Kapazität des Kondensators C₁₂ ausgehend von einer Kapazität C₀ um ein Maß ΔC verändert wird, während der Kondensator C₁₂ durch das Geflecht 4 und/oder den Mantel 6 beeinflusst wird. Im Laufe der weiteren Umdrehung des Rades gelangt auch der Kondensator C₁₃ in den Bereich des abgeplatteten Geflechts 4 bzw. des Mantels 6, so dass auch dessen Kapazität eine Veränderung erfährt, die in 2 ebenfalls als ΔC dargestellt wird. Deutlich zu erkennen ist, dass sich die Kapazität des Kondensators C₁₂ als erste verändert, während die Kapazität des Kondensators C₁₃ zunächst noch unverändert bleibt. Sobald der Kondensator C₁₂ nicht mehr durch das Geflecht 4 oder den Mantel 6 beeinflusst wird, ändert sich seine Kapazität wieder auf den ursprünglichen Wert C₀. Im weiteren Verlauf der Umdrehung folgt auch der Kondensator C₁₃ und nimmt wieder seine ursprüngliche Kapazität C₀ an.
Im unteren Teil der 2 ist die Änderung der Kapazitäten der Kondensatoren C₁₂ und C₁₃ durch Signale dargestellt, wobei das Signal S₁ der Kapazitätsänderung ΔC des Kondensators C₁₂ entspricht, während das Signal S₂ der Kapazitätsänderung ΔC des Kondensators C₁₃ entspricht. Diese Signale S₁ und S₂, die in einer nicht näher dargestellten Auswerteeinheit gebildet werden, werden bei dieser zeitlichen Abfolge als Drehsinn nach Rechts aufgefasst, was ebenfalls durch ein entsprechendes (bool'sches) Signal dargestellt wird. Bei umgekehrter Drehrichtung, also bei umgekehrtem Änderungsverlauf der Kapazitäten (zuerst C₁₃ und dann C₁₂) wäre ein entsprechendes umgekehrtes (negiertes) Drehrichtungssignal die Folge.
In 3 ist ein prinzipielles Schaltbild der vorbeschriebenen Anordnung dargestellt. Die links dargestellten Elektroden 2 und 3 mit der gemeinsamen Bezugselektrode 1 werden relativ zu dieser mit einer Wechselspannung U₀ beaufschlagt, wodurch abhängig von der jeweiligen Kondensatorkapazität ein Strom I₂ bzw. I₃ fließt. Als Teil einer Auswerteeinheit 10 ermittelt ein Analogteil die auf diese Weise erfassten Ströme und wandelt sie in Signale S₁ bzw. S₂ um. Die einem Digitalteil zugeleiteten Signale S₁ und S₂ werden dort zur Auswertung hinsichtlich der Drehrichtung R bzw. L verarbeitet.
In 4 ist eine abgewandelte Form der erfindungsgemäßen Vorrichtung dargestellt. Die Bezugselektrode 1 ist dabei kapazitiv mit der Felge 5 gekoppelt. Die Felge 5 gemeinsam mit der Karosserie des Fahrzeugs nimmt dabei das Bezugspotenzial ein, welches für eine relativ dazu mit einer Wechselspannung U₀ beaufschlagte Feldelektrode 8 gilt. Die Feldelektrode 8 ist als mit dem Fahrzeug, aber nicht mit dem rotierenden Rad bewegte Elektrode ausgebildet.
Erfindungsgemäß bilden sich dabei schematisch angedeutete Feldlinien aus, die sich insbesondere auch von der Feldelektrode 8 ins Erdreich und von dort weiter zu den Elektroden 2 und 3 erstrecken. Diese Feldlinien influenzieren nun Ladungsverschiebungen im System der jeweils den Kondensatoren zugehörigen Elektroden und der Bezugselektrode, die – wie insbesondere 5 zeigt – mit dem andern Pol der Spannungsquelle kapazitiv gekoppelt ist. Diese Ladungsverschiebungen werden als Ladungsströme I₂ und I₃ gemessen, um aus einer Veränderung der Ströme auf eine Störung bzw. Veränderung der Feldlinien insbesondere im Bereich zwischen Erdreich und den Kondensatorelektroden 2 und 3 schließen zu können. Aus der Reihenfolge der Änderungen kann auch hier wieder die Drehrichtung des Rades ermittelt werden.
In 5 ist die zugehörige Schaltung prinzipiell dargestellt. Gegenüber dem Schaltbild gemäß 3 ist das Schaltbild gemäß 5 im Wesentlichen nach links hinaus erweitert worden. Während die beiden Kondensatoren C₁₂ und C₁₃ zusammen mit dem Analogteil und dem Digitalteil als Teile der (mitbewegten) Radeinheit ausgebildet sind, sollen die weiteren dargestellten Komponenten die Karosserie bzw. das unter dem Fahrzeug befindliche Erdreich darstellen.
Zu erkennen ist die kapazitive Kopplung der Bezugselektrode 1 mit der schematisch als Längsbalken dargestellten Felge 5, die das gleiche Potenzial aufweist wie die übrige Karosserie. Gegenüber diesem Bezugspotenzial wird die ebenfalls am Fahrzeug und isoliert zur Karrosserie angordnete Feldelektrode 8 mit einer Wechselspannung U₀ beaufschlagt.
Wieder sind schematisch dargestellte Feldlinien eingezeichnet, die von den Elektroden 2 und 3 in das Erdreich und von dort zur Feldelektrode 8 verlaufen. Die ebenfalls enstehenden Feldlinien zwischen der Feldelektrode 8 und der Karosserie bzw. Felge 5 und zwischen dieser und der Referenzelektrode 1 sind zur Verwirklichung des Erfindungsgedanken weniger wesentlich als diejenigen zwischen insbesondere dem Erdreich und den Elektroden 2 und 3, da eine rotationsbedingte Störung bzw. Veränderung dieser Feldlinien zur Auswertung hinsichtlich der Drehrichtung herangezogen werden.
In 6 ist eine Ausführungsform der Erfindung dahingehend dargestellt, dass die Elektroden 2 und 3 die Form einer Dipolantenne annehmen, die zur HF-Übertragung von Signalen an eine entfernte Auswerteeinheit vorgesehen sind. Die weitere messtechnische Anbindung der Elektroden 2 und 3 an die Bezugselektrode 1, die gegebenenfalls wieder mit der Felge 5 kapazitiv gekoppelt ist, erfolgt vorteilhafterweise durch Frequenzfilter 11, welche die Frequenzen der HF-Übertragung von denen der kapazitiven Messfrequenz der Kondensatoren trennen. Die im Beispiel als Drosseln bzw. Indiktivitäten ausgeführten Filter 11 sind vorteilhaft auch als Schwingkreis-Induktivitäten für den HF-Sender nutzbar.

Claims

Verfahren zur Ermittlung der Drehrichtung eines Rades (5, 6), gekennzeichnet durch folgende Verfahrensschritte: a) Beaufschlagung eines ersten, mit einem Rad (4, 5, 6) bewegten und aus einer Bezugselektrode (1a) und einer ersten Elektrode (2) einen ersten Kondensator (C₁₂) bildenden Elektrodenpaares mit der Spannung einer Spannungsquelle, b) Beaufschlagung wenigstens eines zweiten, ebenfalls mit dem Rad (4, 5, 6) bewegten und aus einer Bezugselektrode (1b) und einer zweiten Elektrode (3) einen zweiten Kondensator (C₁₃) bildenden Elektrodenpaares mit der Spannung einer Spannungsquelle, c) Erfassung von Kapazitätsänderungen (ΔC) der Kondensatoren (C₁₂ und C₁₃) und/oder Änderungen der Kondensatorströme (I₂, I₃) , d) Ermittlung der Reihenfolge dieser Änderungen, e) Ermittlung der Drehrichtung aus der Reihenfolge der Änderung.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, a) dass die Bezugselektroden (1a, 1b) zu einer gemeinsamen Bezugselektrode (1) zusammengefasst werden und/oder b) dass beide Kondensatoren aus einer gemeinsamen Spannungsquelle beaufschlagt werden.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die erfassten Änderungen vor der Ermittlung der Reihenfolge zu digitalen Signalen (S₁, S₂) umgewandelt werden.
Verfahren nach einem der vorigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zur Spannungsbeaufschlagung die Bezugselektrode (1) mit einem ersten, das Bezugspotential führenden Pol (5) der Spannungsquelle kapazitiv gekoppelt wird, während der zweite Pol der Spannungsquelle als gegenüber dem rotierenden Rad (4, 5, 6) ortsfeste Feldelektrode (8) ausgebildet wird.
Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Ladungsströme (I₁, I₂), die sich im System der Kondensatoren (C₁₂ und C₁₃) durch Influenzieren von Ladungsverschiebungen durch die sich von der Feldelektrode (8) über das Erdreich zu den Elektroden (2, 3) ausbildenden Feldlinien ergeben, hinsichtlich einer Änderung zum Rückschluss auf die Drehrichtung erfasst werden.
Verfahren nach einem der vorigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die erfassten Änderungen oder die daraus gebildeten digitalen Signale mittels HF-Übertragung an eine entfernte, ortsfeste Auswerteeinheit übertragen werden.
Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Elektroden (2, 3) zur HF-Übertragung als Dipol-Antenne verwendet werden.
Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Frequenzen der HF-Übertragung von denen der kapazitiven Messfrequenz durch ein Frequenzfilter (11) getrennt werden.
Verfahren nach einem der vorigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Kapazitäten oder Ströme der Kondensatoren oder die daraus gebildeten Signale zur Erkennung von Stand- oder Fahrbetrieb hinsichtlich wiederkehrender Änderungen ausgewertet werden.
Vorrichtung zur Ermittlung der Drehrichtung eines Rades, insbesondere zur Durchführung eines Verfahrens nach einem der vorgenannten Ansprüche, a) mit einem ersten am Rad angeordneten Kondensator (C₁₂), der aus einer Bezugselektrode (1a) und einer ersten Elektrode (2) gebildet wird, und b) mit wenigstens einem zweiten am Rad angeordneten Kondensator (C₁₃) der aus einer Bezugselektrode (1b) und einer zweiten Elektrode (3) gebildet wird, c) wobei die Kondensatoren (C₁₂, C₁₃) mit der Spannung einer Spannungsquelle beaufschlagbar sind, und d) wobei eine Auswerteeinheit (10) zur Ermittlung von Kapazitätsänderungen (ΔC) der Kondensatoren (C₁₂, C₁₃) und/oder Änderungen der Kondensatorströme (I₂, I₃) vorgesehen ist.
Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Auswerteeinheit (10) zur Umwandlung der Änderungen in digitale Signale (S₁, S₂) und/oder zur Ermittlung der Reihenfolge der Signale (S₁, S₂) oder der Änderungen ausgebildet ist.
Vorrichtung nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, a) dass die Bezugselektroden (1a, 1b) zu einer gemeinsamen Bezugselektrode (1) zusammengefasst sind und/oder b) dass die Kondensatoren (C₁₂, C₁₃) aus einer gemeinsamen Spannungsquelle beaufschlagbar sind.
Vorrichtung nach einem der vorigen Vorrichtungsansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Bezugselektrode (1) zur Spannungsbeaufschlagung mit einem ersten, das Bezugspotential führenden Pol (5) der Spannungsquelle kapazitiv gekoppelt ist, während der zweite Pol der Spannungsquelle als gegenüber dem rotierenden Rad (4, 5, 6) ortsfeste Feldelektrode (8) ausgebildet ist.
Vorrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Auswerteeinheit (10) zur Auswertung der Änderung von Ladungsströmen (I₁, I₂) ausgebildet ist, die sich im System der Kondensatoren (C₁₂ und C₁₃) durch Influenzieren von Ladungsverschiebungen durch die sich von der Feldelektrode (8) über das Erdreich zu den Elektroden (2, 3) ausbildenden Feldlinien ergeben.
Vorrichtung nach einem der vorigen Vorrichtungsansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Kondensatoren (C₁₂, C₁₃) als Teil einer am Rad befestigbaren Radeinheit (7) ausgebildet sind.
Vorrichtung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Bezugselektrode (1, 1a, 1b) durch leitende Flächen einer in der Radeinheit vorhandenen Leiterplatte gebildet wird.
Vorrichtung nach einem der vorigen Vorrichtungsansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Elektroden (2, 3) zur Datenübertragung der erfassten Kapazitätsänderungen (ΔC) oder der daraus gebildeten digitalen Signale (S₁, S₂) an einen fahrzeugseitigen Empfänger ausgebildet sind, vorzugsweise als Dipolantenne.
Vorrichtung nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass zur Trennung der Frequenzen der Datenübertragung von den Frequenzen der kapazitiven Messungen ein Frequenzfilter (11) vorgesehen ist.
Vorrichtung nach einem der vorigen Vorrichtungsansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Auswerteeinheit (10) relativ zum bewegten Rad ortsfest am Fahrzeug angeordnet ist.
Vorrichtung nach einem der vorigen Vorrichtungsansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Auswerteeinheit (10) zur Auswertung der Kapazitätsänderungen (ΔC) oder der daraus gebildeten digitalen Signale (S₁, S₂) hinsichtlich wiederkehrender Änderungen zur Erkennung von Stand- oder Fahrbetrieb ausgebildet ist.