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BEZUG AUF
VERWANDTE ANMELDUNG
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Diese
Anmeldung basiert auf und beansprucht die Priorität der am
21. Januar 2004 eingereichten japanischen Patentanmeldung Nr. 2004-13065,
so dass deren Beschreibung hierin unter Bezugnahme enthalten ist.
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HINTERGRUND
DER ERFINDUNG
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Die
vorliegende Erfindung betrifft eine Formänderungserfassungsvorrichtung
und insbesondere eine Vorrichtung, die eine Formänderung eines bestimmten Erfassungsobjekts
(z.B. ein Rad eines Fahrzeugs oder dergleichen) auf einer Reflexion
von Ultraschallwellen basierend erfasst.
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Wird
ein Fahrzeug von einem Fahrer gelenkt, um einem Hindernis auf einer
Straße
auszuweichen, oder wird das Fahrzeug durch eine rutschige Kurve gefahren,
so kann es passieren, dass das Fahrzeug (Kraftfahrzeug) seitlich
wegrutscht. Das seitliche Rutschen des Fahrzeugs kann unterdrückt werden,
indem sowohl die Motorleistung als auch die auf die jeweiligen Räder aufgebrachte
Bremskraft adäquat
geregelt werden. Diese Art von Regelung dient vorzugsweise dazu,
die Stabilität
des Fahrzeugs zu sichern und eine Unfallvermeidung bzw. Pre-Crash-Sicherheit
(Kollisionsvorhersage und Schadensreduzierung) zu realisieren. In
dieser Hinsicht wurden in jüngster
Zeit verschiedene Verfahren vorgeschlagen, welche die Stabilität des Fahrzeugs
betreffen und allgemein als VDC (Vehicle Dynamics Control bzw. Fahrzeugdynamikregelung),
VSC (Vehicle Stability Control bzw. Fahrzeugstabilitätskontrolle)
oder dergleichen bekannt geworden sind.
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Gemäß den Verfahren
zur Fahrzeugstabilitätskontrolle
wird das seitliche Rutschen des Fahrzeugs auf der Grundlage der
Belastung beurteilt, die von der Straßenoberfläche auf ein Rad wirkt. Das seitliche
Rutschen des Fahrzeugs kann nur dann genau beurteilt werden, wenn
die von der Straßenoberfläche auf
das Rad wirkende Belastung (speziell die seitliche Belastung) genau
erfasst wird.
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Gemäß einem
herkömmlichen
Verfahren zur Erfassung der von der Straßenoberfläche auf das Rad wirkenden Belastung
ist ein Geber an der Reifenoberfläche eines Rades befestigt.
Der Geber weist Permanentmagnete auf, die derart angeordnet sind,
dass sie wechselweise N und S Polaritäten aufweisen. Zwei Erfassungssensoren
sind an einem Chassis des Fahrzeugs befestigt, um das Magnetfeld des
Gebers zu erfassen. Die Erfassungssensoren können die von der Straßenoberfläche auf
das Rad wirkende Belastung erfassen, indem sie die Verformung der
Reifenoberfläche
auf der Grundlage des gemessenen Magnetfelds erfassen. Die WO 01/019654
offenbart beispielsweise ein derartiges Verfahren.
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Das
vorstehend beschriebene herkömmliche Verfahren
erfordert jedoch eine Bereitstellung eines speziellen Reifens, der
mit dem die an der Reifenoberfläche
befestigten Permanentmagneten aufweisenden Geber ausgerüstet ist.
Genauer gesagt, dieses herkömmliche
Verfahren ist nicht für
ein Fahrzeug geeignet, das mit gewöhnlichen Reifen versehen ist.
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ZUSAMMENFASSUNG
DER ERFINDUNG
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Es
ist angesichts der vorstehend beschriebenen Probleme eine Aufgabe
der vorliegenden Erfindung, eine Formänderungserfassungsvorrichtung bereitzustellen,
die dazu geeignet ist, eine Formänderung
eines bestimmten Erfassungsobjekts sicher zu erfassen.
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Um
die obige Aufgabe und die weiteren damit in Beziehung stehenden
Aufgaben zu lösen,
stellt die vorliegende Erfindung eine erste Formänderungserfassungsvorrichtung
bereit, die eine Sendeeinrichtung, eine Empfangseinrichtung und
eine Formänderungserfassungseinrichtung
aufweist. Die Sendeeinrichtung der ersten Formänderungserfassungsvorrichtung
sendet ein Messmittel (wie beispielsweise Ultraschallwellen, Millimeterwellen
oder Infrarotstrahlung) zu einem Erfassungsobjekt. Nach der Aussendung
des Messmittels von der Sendeeinrichtung empfängt die Empfangseinrichtung
ein von dem Erfassungsobjekt reflektiertes Messmittel. Die Formänderungserfassungseinrichtung
erfasst eine Formänderung
des Erfassungsobjekts auf der Grundlage des von der Sendeeinrichtung
ausgesendeten Messmittels und des von der Empfangseinrichtung empfangenen
Messmittels. Die Empfangseinrichtung der ersten Formänderungserfassungsvorrichtung
dieser Erfindung weist eine Mehrzahl von Empfangsabschnitten auf,
von denen jeder dazu geeignet ist, das reflektierte Messmittel zu
empfangen. Die Empfangsabschnitte sind in einem vorbestimmten Muster
(d.h. in einer vorbestimmten Matrix oder einem zweidimensionalen
Muster) angeordnet.
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Um
die obige Aufgabe und die weiteren damit in Beziehung stehenden
Aufgaben zu lösen,
weist die vorliegende Erfindung ferner eine zweite Formänderungserfassungsvorrichtung
auf, die eine Sendeeinrichtung, eine Empfangseinrichtung und eine
Formänderungserfassungseinrichtung aufweist.
Die Sendeeinrichtung der zweiten Formänderungserfassungsvorrichtung
sendet Ultraschallwellen zu einem vorbestimmten Abschnitt eines
Fahrzeugrades. Nach der Aussendung der Ultraschallwellen von der
Sendeeinrichtung empfängt
die Empfangseinrichtung die von dem Rad reflektierten Schallreflexionen
als Ultraschallwellen. Die Formänderungserfassungseinrichtung
erfasst eine Formänderung
des vorbestimmten Abschnitts des Rades auf der Grundlage der von
der Sendeeinrichtung ausgesendeten Ultraschallwellen und der von
der Empfangseinrichtung empfangenen Ultraschallwellen. Die Empfangseinrichtung
der zweiten Formänderungserfassungsvorrichtung
dieser Erfindung weist eine Mehrzahl von Empfangsabschnitten auf,
von denen jeder dazu geeignet ist, Ultraschallwellen zu empfangen.
Die Empfangsabschnitte sind in einem vorbestimmten Muster (in einer vorbestimmten
Matrix oder einem zweidimensionalen Muster) angeordnet.
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Gemäß einer
bevorzugte Ausführungsform der
vorliegenden Erfindung ist der vorbestimmte Abschnitt des Rades
ein Seitenoberflächenabschnitt des
Rades, der in der Nähe
der Unterseite des Rades angeordnet ist, an der das Rad eine Straßenoberfläche berührt.
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Gemäß einer
weiteren bevorzugten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung ist der vorbestimmte Abschnitt des Rades
eine Außenumfangsoberfläche einer
mit dem Rad verbundenen Achse.
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Ebenso
vorzugsweise ist der vorbestimmte Abschnitt des Rades ein beliebiger
Abschnitt einer Radfelge.
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Ebenso
vorzugsweise weist die zweite Formänderungserfassungsvorrichtung
dieser Erfindung ferner eine Belastungserfassungseinrichtung auf, welche
die von einer Straßenoberfläche auf
das Rad wirkenden Belastung auf der Grundlage der von der Formänderungserfassungseinrichtung
erfassten Formänderung
des vorbestimmten Abschnitts des Rades erfasst.
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Vorzugsweise
sind die Mehrzahl von Empfangsabschnitten, welche die Empfangseinrichtung bilden,
und die Sendeeinrichtung zusammen auf einem einzigen Substrat befestigt.
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Gemäß der ersten
Formänderungserfassungsvorrichtung
dieser Erfindung sind eine Mehrzahl von Empfangsabschnitten, von
denen jeder dazu geeignet ist, das reflektierte Messmittel zu empfangen,
in einem vorbestimmten Muster angeordnet, um die Empfangseinrichtung
zu bilden. Die Empfangseinrichtung empfängt das reflektierte Messmittel
von dem Erfassungsobjekt, nachdem das Messmittel von der Sendeeinrichtung
ausgesendet wurde. Ferner kann die erste Formänderungserfassungsvorrichtung
dieser Erfindung eine dreidimensionale Formänderung des Erfassungsobjekts
erfassen.
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Die
Anzahl der die Empfangseinrichtung bildenden Empfangsabschnitte
entspricht der Auflösung
eines Formänderungserfassungswerts.
Eine höhere
Auflösung
kann erzielt werden, indem die Gesamtzahl der Empfangsabschnitte
erhöht
wird. Die räumlichen
Abstände
der Empfangsabschnitte sollte ferner auf einem Abstand festgelegt
werden, der kürzer
als die Wellenlänge
des von der Sendeeinrichtung ausgesendeten Messmittels ist. Die
räumlichen Abstände der
jeweiligen Empfangsabschnitte entsprechen der Auflösung eines
Formänderungserfassungswerts.
Hinsichtlich der Gesamtzahl und der räumlichen Abstände der
jeweiligen Empfangsabschnitte werden unter Berücksichtigung der erforderlichen
Auflösung
optimale Werte folglich vorzugsweise experimentell über eine
Versuchsmethode (cut and try testing) erzielt.
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Gleich
der vorstehend beschriebenen ersten Formänderungserfassungsvorrichtung
kann die zweite Formänderungserfassungsvorrichtung
dieser Erfindung eine dreidimensionale Formänderung eines vorbestimmten
Abschnitts des Fahrzeugrades erfassen. Das Vorsehen der Ultraschallsende-
und empfangseinrichtung ermöglicht
es der Formänderungserfassungseinrichtung,
eine in einem vorbestimmten Abschnitt des Rades auftretende Formänderung
genau zu erfassen, ohne dass irgendeine Modifikation an dem Rad
vorgenommen werden muss. Die zweite Formänderungserfassungsvorrichtung
ist folglich auf gewöhnliche
Reifen anwendbar und mit geringen Kosten verbunden realisierbar.
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Gemäß einer
bevorzugten Ausführungsform der
vorliegenden Erfindung ist der vorbestimmte Abschnitt des Rades
ein Seitenoberflächenabschnitt des
Rades, der in der Nähe
der Unterseite des Rades angeordnet ist, an der das Rad die Straßenoberfläche berührt. Alternativ
kann der vorbestimmte Abschnitt des Rades eine Außenumfangsoberfläche einer
mit dem Rad verbundenen Achse sein. Ferner kann der vorbestimmte
Abschnitt des Rades ein vorbestimmter Abschnitt des Rades oder ein
beliebiger Abschnitt einer Radfelge sein.
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Gemäß einer
bevorzugten Ausführungsform der
vorliegenden Erfindung erfasst die Belastungserfassungseinrichtung
die von der Straßenoberfläche auf
das Rad wirkende Belastung auf der Grundlage einer an dem vorbestimmten
Abschnitt des Rades auftretenden Formänderung. Vorzugsweise werden sowohl
die Motorleistung als auch die Bremskraft des Fahrzeugs auf der
Grundlage der von der Straßenoberfläche auf
das Rad wirkenden Belastung (speziell die seitliche Belastung) geregelt.
Eine derartige zusammenwirkende Regelung kann ein seitliches Rutschen
des Fahrzeugs, das auftreten kann, wenn das Fahrzeug von ei nem Fahrer
gelenkt wird, um einem auf der Straße befindlichen Hindernis auszuweichen, oder
wenn das Fahrzeug in einer rutschigen Kurve gefahren wird, effektiv
unterdrücken.
Folglich kann die Stabilität
des Fahrzeugs gesichert werden. Sowohl die Kollisionsvorhersage
als auch die Schadensreduzierung können realisiert werden.
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Gemäß einer
bevorzugten Ausführungsform der
vorliegenden Erfindung sind die Mehrzahl von die Empfangseinrichtung
bildenden Empfangsabschnitten und die Sendeeinrichtung auf dem einzelnen
(d.h. auf dem gleichen) Substrat integriert. Hierdurch können die
Empfangseinrichtung und die Sendeeinrichtung effektiv verkleinert
werden. Die Empfangseinrichtung und die Sendeeinrichtung können leicht
in dem Fahrzeug installiert bzw. daran montiert werden.
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Die
kennzeichnenden Eigenschaften der vorliegenden Erfindung sind aus
der nachstehenden Beschreibung, die unter Bezugnahme auf die bevorzugten
Ausführungsformen
der vorliegenden Erfindung gemacht wurde, leicht ersichtlich.
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Das "Erfassungsobjekt" dieser Erfindung entspricht
beispielsweise einem Seitenoberflächenabschnitt Ta eines Reifens
T, der sich in der Nähe
der Unterseite dieses Reifens T befindet, an welcher der Reifen
T eine Straßenoberfläche P berührt, einer
Außenumfangsoberfläche einer
Achse S oder einem geeigneten Abschnitt einer Felge R. Ferner entsprechen
die "Sendeeinrichtung" und die "Empfangseinrichtung" dieser Erfindung
einem Ultraschallsensor 12. Ferner entsprechen die "Formänderungserfassungseinrichtung" und die "Belastungserfassungseinrichtung" dieser Erfindung
einer Steuerschaltung 14.
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KURZE BESCHREIBUNG
DER ZEICHNUNG
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Die
obigen und weitere Aufgaben, Eigenschaften und Vorteile der vorliegenden
Erfindung werden aus der nachfolgendend detaillierten Beschreibung,
die zusammen mit der beigefügten Zeichnung
gelesen werden sollte, näher
ersichtlich sein. In der Zeichnung zeigt:
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1 eine
Perspektivansicht einer schematischen Anordnung einer Reifenformänderungserfassungsvorrichtung 10 gemäß einer
ersten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung;
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2 eine
Perspektivansicht eines schematischen Aufbaus eines Ultraschallsensors 12 gemäß der ersten
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung;
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3A eine
Querschnittsansicht eines schematischen Aufbaus eines piezoelektrischen
Ultraschallsensors 12 gemäß der ersten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung;
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3B eine
Querschnittsansicht eines schematischen Aufbaus eines kapazitiven
Ultraschallsensors 12 gemäß der ersten Ausführungsform der
vorliegenden Erfindung;
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4 eine
Perspektivansicht einer schematischen Anordnung einer Reifenformänderungserfassungsvorrichtung 30 gemäß einer
zweiten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung; und
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5 eine
Perspektivansicht eines schematischen Aufbaus eines weiteren Ultraschallsensors 12 gemäß der vorliegenden
Erfindung.
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BESCHREIBUNG
DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
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Die
bevorzugten Ausführungsformen
der vorliegenden Erfindung werden nachstehend unter Bezugnahme auf
die beigefügte
Zeichnung beschrieben.
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Erste Ausführungsform
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1 zeigt
eine Perspektivansicht einer schematischen Anordnung einer Reifenformänderungserfassungsvorrichtung 10 gemäß einer
ersten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung. Die Reifenformänderungserfassungsvorrichtung 10 weist
einen Ultraschallsensor 12 und eine Steuerschaltung 14 auf.
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Ein
Rad W eines Fahrzeugs (d.h. Kraftfahrzeug) ist aus einer Achse (d.h.
Welle) S, einer an der Achse S befestigten Felge R und einem um
die Felge R gefügten
Reifen T zusammengesetzt. Der Ultraschallsensor 12 ist
sicher an einem geeigneten Abschnitt eines Chassis (nicht gezeigt)
des Fahrzeugs befestigt bzw. fixiert.
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Der
Ultraschallsensor 12 weist einen Sendeabschnitt 12a und
einen Empfangsabschnitt 12b auf. Der Sendeabschnitt 12a ist
dazu geeignet, Ultraschallwellen zu einem Erfassungsobjekt auszusenden,
während
der Empfangsabschnitt 12b dazu geeignet ist, von dem Empfangsobjekt
zurückkehrende Ultraschallwellen
zu empfangen. Sowohl der Sendeabschnitt 12a als auch der
Empfangsabschnitt 12b liegen in einem Zustand, in dem sie
fest an der Fahrzeugkarosserie (Chassis) befestigt sind, einem Seitenoberflächenabschnitt
Ta des Reifens T gegenüber,
wobei sich der Abschnitt in der Nähe der Unterseite des Reifens
T befindet, an welcher der Reifen T eine Straßenoberfläche T berührt.
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Die
Steuerschaltung 14 erzeugt ein Ansteuersignal, das an den
Sendeabschnitt 12a gesendet wird. Nach Aufnahme dieses
Ansteuersignals erzeugt der Sendeabschnitt 12a Ultraschallwellen,
die in Richtung des Seitenoberflächenabschnitts
Ta des Reifens T ausgesendet werden. Die von dem Sendeabschnitt 12a ausgesendeten
Ultraschallwellen werden an dem Seitenoberflächenabschnitt Ta des Reifens
T reflektiert. Der Empfangsabschnitt 12b empfängt die
von dem Seitenoberflächenabschnitt
Ta des Reifens T reflektierten Schallwellen als Ultraschallwellen.
Der Empfangsabschnitt 12b erzeugt ein die reflektierten
Ultraschallwellen darstellendes Empfangssignal, das an die Steuerschaltung 14 gesendet wird.
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Die
Steuerschaltung 14 ermittelt demgegenüber eine Phasendifferenz zwischen
den von dem Sendeabschnitt 12a ausgesendeten Ultraschallwellen
und den von dem Empfangsabschnitt 12b empfangenen Ultraschallwellen
auf der Grundlage des Ansteuersignals und des Erfassungssignals.
Die Steuerschaltung 14 erfasst ferner eine Formänderung
(d.h. den Verformungsgrad) des Seitenoberflächenabschnitts Ta des Reifens
T auf der Grundlage der erzielten Phasendifferenz. Anschließend berechnet
die Steuerschaltung 14 die von der Straßenoberfläche P auf das Rad W wirkende
Belastung (speziell die seitliche Belastung) auf der Grundlage des
Erfassungsergebnisses der Formänderung.
Schließlich
erzeugt die Steuerschaltung 14 ein Datensignal D, welches
die berechnete Belastung darstellt.
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Das
von der Steuerschaltung 14 erzeugte Datensignal D wird
an eine Motorregelungsvorrichtung (nicht gezeigt) und ebenso an
eine Bremsregelungsvorrichtung (nicht gezeigt) des Fahrzeugs gesendet.
Die Motorregelungsvorrichtung regelt die Motorleistung auf der Grundlage
des empfangenen Datensignals D, während die Bremsregelungsvorrichtung
die Bremskraft auf der Grundlage des empfangenen Datensignals D
regelt. Diese Regelungsvorrichtungen können eine kooperative Regelung
zur Unterdrückung
eines seitlichen Rutschens des Fahrzeugs durchführen, die auftreten kann, wenn
das Fahrzeug von einem Fahrer gelenkt wird, um einem auf der Straße befindlichen
Hindernis auszuweichen, oder wenn das Fahrzeug in einer rutschigen
Kurve gefahren wird. Folglich kann die Stabilität des Fahrzeugs gesichert werden.
Die Kollisionsvorhersage und die Schadensreduzierung können realisiert
werden.
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Aufbau des
Ultraschallsensors
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2 zeigt
eine Perspektivansicht eines schematischen Aufbaus des Ultraschallsensors 12 gemäß der ersten
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung. Der Ultraschallsensor 12 weist
einen einzigen Sendeabschnitt 12a und eine Mehrzahl von (d.h.
neun gemäß dem in
der 2 gezeigten Beispiel) Empfangsabschnitten 12b auf,
die in einem vorbestimmten (d.h. Matrix oder zweidimensional) Muster
auf einem einzigen Substrat 12c angeordnet sind. Der Ultraschallsensor 12 dieser
Ausführungsform
ist eines piezoelektrischen oder kapazitiven Typs.
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3A zeigt
eine Querschnittsansicht eines schematischen Aufbaus eines piezoelektrischen
Ultraschallsensors 12. Im Falle eines piezoelektrischen Typs
weist der Ultraschallsensor 12 eine Mehrzahl von dünnen ferroelektrischen
Filmabschnitten 21 (z.B. PZT-Dünnschichtabschnitte (PZT =
Blei – Zirkonat – Titanat))
auf, die auf einem SOI-Substrat 12c (SOI = Silicon On Insulator
bzw. Silizium auf Isolator) gebildet und angeordnet sind. Jeder
Dünnfilmabschnitt 21 bildet
einen Sendeabschnitt 12a oder einen Empfangsabschnitt 12b.
Gemäß dem piezoelektrischen
Ultraschallsensor 12 bewirkt der Sendeabschnitt 12a,
dass der Dünnfilmabschnitt 21 oszilliert und
aufgrund des piezoelektrischen Effekts Ultraschallwellen in Übereinstim mung
mit einem Eingangssignal erzeugt. Der Empfangsabschnitt 12b erzeugt
ein elektrisches Signal, wenn der Dünnfilmabschnitt 21 aufgrund
des piezoelektrischen Effekts nach Aufnahme empfangener Ultraschallwellen
oszilliert.
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3B zeigt
eine Querschnittsansicht eines schematischen Aufbaus eines kapazitiven
Ultraschallsensors 12. Der kapazitive Ultraschallsensor 12 umfasst
eine Mehrzahl von auf einem Siliziumsubstrat 12c gebildeten
ortsfesten Elektroden 22 und eine Mehrzahl von auf einem
Oszillationsfilm (d.h. Membran) 24 gebildeten beweglichen
Elektroden 23. Jede ortsfeste Elektrode 22 ist
mit einem vorbestimmten Zwischenraum einer zugehörigen beweglichen Elektrode 22 gegenüberliegend
angeordnet. Ein sich gegenüberliegendes
Elektrodenpaar 22, 23 bildet den Sendeabschnitt 12a oder
den Empfangsabschnitt 12b. Gemäß dem γ-kapazitiven Ultraschallsensor 12 bewirkt
der Sendeabschnitt 12a in Übereinstimmung mit dem Eingangssignal
eine elektrostatische Anziehungskraft zwischen dem Elektrodenpaar 22, 23.
Der oszillierende Film 24 oszilliert und erzeugt Ultraschallwellen.
Die Ultraschallwellen, die von dem Sendeabschnitt 12a erzeugt
und von dem Empfangsabschnitt 12b empfangen werden, können bewirken,
dass der oszillierende Film 24 des Empfangsabschnitts 12b oszilliert.
Dies ruft eine Kapazitätsänderung
des Elektrodenpaars 22, 23 hervor. Die Steuerschaltung 14 wandelt
die zwischen den paarweise angeordneten Elektroden 22, 23 auftretende Kapazitätsänderung
in ein elektrisches Signal um.
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Wie
aus der vorstehenden Beschreibung ersichtlich, stellt die erste
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung eine Formänderungserfassungsvorrichtung
bereit, die eine Sendeeinrichtung (d.h. einen Ultraschallsensor 12)
zum Aussenden von Ultraschallwellen zu einem vorbestimm ten Abschnitt
(d.h. einem Seitenoberflächenabschnitt
Ta) eines Fahrzeugrades aufweist. Die Formänderungserfassungsvorrichtung
weist ferner eine Empfangseinrichtung (d.h. einen Ultraschallsensor 12),
welche die von dem Rad reflektierten Schallwellen als Ultraschallwellen
empfängt,
nachdem diese von der Sendeeinrichtung ausgesendet wurden. Die Formänderungserfassungsvorrichtung
weist ferner eine Formänderungserfassungseinrichtung
(d.h. eine Steuerschaltung 14) zur Erfassung einer Formänderung
des vorbestimmten Abschnitts des Rades auf der Grundlage der von
der Sendeeinrichtung ausgesendeten Ultraschallwellen und der von
der Empfangseinrichtung empfangenen Ultraschallwellen auf. Die Empfangseinrichtung
(d.h. der Ultraschallsensor 12) weist ferner eine Mehrzahl
von Empfangsabschnitten 12b auf, von denen jeder dazu geeignet
ist, Ultraschallwellen zu empfangen, wobei die Empfangsabschnitte 12b in
einem vorbestimmten Muster angeordnet sind.
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Funktionen und Effekte
der ersten Ausführungsform
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Die
vorstehend beschriebene erste Ausführungsform der vorliegenden
Erfindung weist die folgenden Funktionen und Effekte auf.
- (1) Sowohl der Sendeabschnitt 12a als
auch der Empfangsabschnitt 12b des Ultraschallsensors 12 liegen
dem Seitenoberflächenabschnitt
Ta des Reifens T gegenüber,
der in der Nähe
der Unterseite des Reifens T angeordnet ist, an welcher der Reifen
T die Straßenoberfläche P berührt. Der Sendeabschnitt 12a sendet
Ultraschallwellen in Richtung des Seitenoberflächenabschnitts Ta des Reifens
T. Die Steuerschaltung 14 erfasst eine Formänderung
des Seitenoberflächenabschnitts Ta
des Reifens T und berechnet die von der Straßenoberfläche P auf das Rad W wir kende
Belastung auf der Grundlage des Erfassungsergebnisses der Formänderung.
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Genauer
gesagt, der Abschnitt, an dem die größte Verformung als Antwort
auf die von der Straßenoberfläche P auf
das Rad W wirkende Belastung auftritt (speziell die seitliche Belastung),
ist der Seitenoberflächenabschnitt
Ta des Reifens T, der in der Nähe
der Unterseite des Reifens T angeordnet ist, an welcher der Reifen
T die Straßenoberfläche P berührt. Der
Ultraschallsensor 12 erfasst eine an dem Seitenoberflächenabschnitt
Ta des Reifens T auftretende Formänderung, um dadurch die von
der Straßenoberfläche T auf
das Rad W wirkende Belastung genau zu erfassen.
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Es
ist möglich,
den Ultraschallsensor 12 dafür zu verwenden, eine Formänderung
eines oberen Seitenoberflächenabschnitts
Tb des Reifens T zu erfassen, der in der Nähe der Oberseite des Reifens
T angeordnet ist (siehe 1). Auch in diesem Fall ist eine
Erfassung der Belastung möglich.
Der obere Seitenoberflächenabschnitt
Tb des Reifens T neigt jedoch dazu, eine Formänderung aufgrund von Vibrationen
des Reifens T zu verursachen, die bei unterschiedlichen Fahrbedingungen
eines Fahrzeugs auftreten. Folglich wird die Erfassungsgenauigkeit
der Belastung verringert.
- (2) Eine Verwendung
des Ultraschallsensors 12 ermöglicht es der Steuerschaltung 14,
eine an dem Seitenoberflächenabschnitt
Ta des Reifens T auftretende Formänderung genau zu erfassen, ohne
dass das Rad T auf irgendeine Art und Weise modifiziert werden muss.
Die erste Ausführungsform
ist folglich auf gewöhnliche
Reifen anwendbar. Die erste Ausführungsform
ist mit geringen Kosten verbunden realisierbar.
- (3) Eine Verwendung des Ultraschallsensors 12 ermöglicht es
der Steuerschaltung 14, eine an dem Seitenoberflächenabschnitt
Ta des Reifens T auftretende Formänderung selbst in einer Situation
zu erfassen, bei der einiger auf der Straßenoberfläche P befindlicher Schmutz
oder Staub oder Regenwasser an dem Seitenoberflächenabschnitt Ta des Reifens
T anhaftet.
- (4) Der Ultraschallsensor 12 weist eine Mehrzahl von
Empfangsabschnitten 12b auf, die in einem vorbestimmten
(Matrix oder zweidimensional) Muster auf dem Substrat 12c angeordnet
sind. Folglich kann der Ultraschallsensor 12 eine zwischen
einem Punkt des Seitenoberflächenabschnitts
Ta des Reifens T und dem Ultraschallsensor 12 auftretende
Abstandsänderung
erfassen. Ferner kann der Ultraschallsensor 12 eine dreidimensionale
Formänderung
des Seitenoberflächenabschnitts
Ta des Reifens T erfassen. Folglich kann der Ultraschallsensor 12 die
von der Straßenoberfläche P auf
das Rad W wirkende Belastung auf der Grundlage dieser dreidimensionalen
Formänderung
genau erfassen.
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Die
erforderliche Anzahl der Empfangsabschnitte 12b entspricht
der Auflösung
des Formänderungserfassungswerts
des Erfassungsobjekts (genauer gesagt, die Auflösung der von der Straßenoberfläche P auf
das Rad W wirkenden Belastung). Eine höhere Auflösung kann erzielt werden, indem die
Gesamtzahl der Empfangsabschnitte 12b erhöht wird.
Ferner sollten die räumlichen
Abstände
der jeweiligen Empfangsabschnitte 12b auf den Abstand festgelegt
werden, der geringer als die Wellenlänge der von dem Sendeabschnitt 12a ausgesendeten
Ultraschallwellen ist. Die räumlichen
Abstände
der jeweiligen Empfangsabschnitte 12b entsprechen der Auflösung. Hinsichtlich
der Gesamtzahl und der räumlichen
Abstände
der jeweiligen Empfangsabschnitte werden unter Berücksichtigung
der erforderlichen Auflösung
optimale Werte folglich vorzugsweise experimen tell über eine
Versuchsmethode (cut and try testing) erzielt.
- (5)
Vorzugsweise sollte der Ultraschallsensortyp 12 in geeigneter
Weise unter Berücksichtigung der
Resonanzfrequenz des Ultraschallsensors 12 und der Frequenz
der zu dem Erfassungsobjekt ausgesendeten Ultraschallwellen (d.h.
der von dem Sendeabschnitt 12a ausgesendeten Ultraschallwellen)
gewählt
werden. Der piezoelektrische Ultraschallsensor beispielsweise weist
einen einfachen Aufbau auf und ist dazu geeignet, die Resonanzfrequenz
des Ultraschallsensors an sich zu erhöhen. Folglich wird der piezoelektrische
Ultraschallsensor vorzugsweise dazu verwendet, Ultraschallwellen
höherer
Frequenzen auszusenden.
- (6) Die in den 3A und 3B gezeigten
Ultraschallsensoren 12 können unter Verwendung eines
Silizium-Mikrobearbeitungsverfahren
hergestellt werden. Der Sendeabschnitt 12a und die Empfangsabschnitte 12b können auf
dem einzelnen (d.h. auf dem gleichen) Substrat 12c integriert werden.
Folglich kann der gesamte Aufbau des Ultraschallsensors 12 verkleinert
werden. Der Ultraschallsensor 12 kann leicht in dem Fahrzeug installiert
bzw. daran befestigt werden.
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Zweite Ausführungsform
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4 zeigt
eine Perspektivansicht einer schematischen Anordnung einer Reifenformänderungserfassungsvorrichtung 30 gemäß einer
zweiten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung. Die zweite Ausführungsform unterscheidet sich
von der ersten Ausführungsform
derart, dass der Sendeabschnitt 12a und der Empfangsabschnitt 12b des
Ultraschallsensors 12 derart angeordnet sind, dass sie einer
Außenumfangsoberfläche der
Achse S des Fahrzeugs gegenüberliegen.
In der zweiten Ausführungsform
werden Komponenten, die denen der ersten Ausführungsform entsprechen, mit
den gleichen Bezugszeichen versehen und deren Beschreibung nachstehend
ausgelassen.
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Genauer
gesagt, gemäß der zweiten
Ausführungsform
sendet der Sendeabschnitt 12a Ultraschallwellen in Richtung
einer Außenumfangsoberfläche der
Achse S. Der Empfangsabschnitt 12b empfängt von der Außenumfangsoberfläche der
Achse S reflektierte Schallwellen als Ultraschallwellen. Der Empfangsabschnitt 12b erzeugt
ein Erfassungssignal, das an die Steuerschaltung 14 gesendet
wird. Anschließend
berechnet bzw. erfasst die Steuerschaltung 14 eine Formänderung
(d.h. eine Krümmungsänderung)
der Außenumfangsoberfläche der Achse
S auf der Grundlage des Ansteuersignals und des Erfassungssignals.
Anschließend
erfasst die Steuerschaltung 14 die von der Straßenoberfläche P auf
das Rad W wirkende Belastung (insbesondere die seitliche Belastung)
auf der Grundlage des Erfassungsergebnisses der Formänderung.
Anschließend erzeugt
die Steuerschaltung 14 ein Datensignal D, welches die erfasste
Belastung darstellt.
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Wirkt
die Belastung von der Straßenoberfläche P auf
das Rad W, verursacht die Außenumfangsoberfläche der
mit dem Rad W verbundenen Achse S im allgemeinen eine Formänderung
(d.h. Krümmungsänderung).
Gemäß der zweiten
Ausführungsform
erfasst der Ultraschallsensor 12 eine an der Außenumfangsoberfläche der
Achse S auftretende Formänderung.
Folglich kann die Steuerschaltung 14 der zweiten Ausführungsform
die von der Straßenoberfläche P auf
das Rad W wirkende Belastung genau erfassen. Dementsprechend bringt
die zweite Ausführungsform
die Funktionen und Effekte hervor, die denen der Ausführungsform
entsprechen.
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Die
vorliegende Erfindung ist nicht auf die erste Ausführungsform
(die eine Formänderung
des Seitenoberflä chenabschnitts
Ta des Reifens T erfasst, der in der Nähe der Unterseite des Reifens
T angeordnet ist, an welcher der Reifen T die Straßenoberfläche P berührt) oder
auf die zweite Ausführungsform
(die eine Formänderung
der Außenumfangsoberfläche der
Achse S erfasst) beschränkt. Folglich
kann der Ultraschallsensor 12 gemäß der vorliegenden Erfindung
eine Formänderung
eines beliebigen anderen Abschnitts (wie beispielsweise eines geeigneten
Abschnitts des Reifens T oder eines geeigneten Abschnitts der Felge
R) erfassen, die einen signifikanten Verformungsgrad als Antwort
auf die von der Straßenoberfläche P auf
das Rad W wirkende Belastung verursacht.
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Weitere Ausführungsformen
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Die
vorliegende Erfindung kann auf die folgende Art und Weise modifiziert
werden.
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5 zeigt
eine Perspektivansicht eines schematischen Aufbaus eines weiteren
Ultraschallsensors 12 gemäß der vorliegenden Erfindung.
Der in 5 gezeigte Ultraschallsensor 5 unterscheidet sich
von dem in der 2 gezeigten Ultraschallsensor
derart, dass eine Mehrzahl (beispielsweise sechs gemäß dem in 5 gezeigten
Beispiel) von Sendeabschnitten 12a in einem vorbestimmten
Muster (Matrix und zweidimensional) angeordnet sind. Die Anzahl
der Sendeabschnitte 12a entspricht einer Schallausgabe
der von den Sendeabschnitten 12a ausgesendeten Ultraschallwellen.
Eine höhere Schallausgabe
kann erzielt werden, indem die Gesamtzahl der Sendeabschnitte 12a erhöht wird.
Vorzugsweise sollte das Layout und die Anordnung der jeweiligen
Sendeabschnitte 12a in geeigneter Weise bestimmt werden,
um die Aussende-(Emissions-)-Richtung
der Ultraschallwellen festzulegen. Hinsichtlich der Gesamtzahl und
des Layouts der jeweiligen Sendeabschnitte 12a werden unter
Berücksichtigung
der erforder lichen Schallausgabe optimale Werte folglich vorzugsweise
experimentell über
eine Versuchsmethode (cut and try testing) erzielt.
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Gemäß den in
den 3A und 3B gezeigten
Ultraschallsensoren 12 sind der Sendeabschnitt 12a und
die Empfangsabschnitte 12b auf dem einzelnen (d.h. auf
dem gleichen) Substrat 12c integriert. Es ist jedoch möglich, eine
vorbestimmte Anzahl herkömmlicher
kompakter Ultraschallsensoren zu verwenden, um diese Abschnitte 12a und 12b anzuordnen.
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Es
ist ferner möglich,
einzig die Empfangsabschnitte 12b auf einem einzelnen Substrat
zu integrieren, während
der Sendeabschnitt 12b unter Verwendung eines herkömmlichen
Ultraschallsensors separat angeordnet wird. Alternativ ist es möglich, einzig
die Sendeabschnitte 12a auf einem einzelnen Substrat zu
integrieren, während
der Empfangsabschnitt 12b unter Verwendung eines herkömmlichen Ultraschallsensors
separat angeordnet wird. In diesen Fällen können die jeweiligen Abschnitte 12a und 12b mit
einem geeigneten Abstand zwischen ihnen angeordnet werden, so lange
sie den Sende- und Empfangsbetrieb sicher durchführen können.
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Ist
das Fahrzeug ferner mit einem Heck-Sonar ausgerüstet, so kann dieses Sonar
als der Ultraschallsensor 12 der vorstehend beschriebenen
Ausführungsformen
verwendet werden. In diesem Fall kann das Heck-Sonar den Abstand
von dem hinteren Ende des Fahrzeugs zu einem Hindernis messen und
ebenso die Größe und Position
des erfassten Hindernisses genau erfassen. Dementsprechend kann
ein automatisches Parkunterstützungssystem realisiert
werden, das dazu geeignet ist, eine Kollision des Fahrzeugs sicher
zu vermeiden.
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Wie
aus der vorstehenden Beschreibung ersichtlich, stellt die vorliegende
Erfindung eine Formänderungserfassungsvorrichtung
bereit, die eine Sendeeinrichtung zum Aussenden eines Messmittels (wie
beispielsweise Ultraschallwellen, Millimeterwellen und Infrarotstrahlung)
zu einem Erfassungsobjekt aufweist. Die Formänderungserfassungsvorrichtung weist
ferner eine Empfangseinrichtung, die ein von dem Erfassungsobjekt
reflektiertes Messmittel empfängt,
nachdem das Messmittel von der Sendeeinrichtung ausgesendet wurde.
Die Formänderungserfassungsvorrichtung
weist ferner eine Formänderungserfassungseinrichtung
auf, die einer Formänderung
des Erfassungsobjekts auf der Grundlage des von der Sendeeinrichtung
ausgesendeten Messmittels und des von der Empfangseinrichtung empfangenen
reflektierten Messmittels erfasst. Die Empfangseinrichtung dieser
Ausführungsform
weist eine Mehrzahl von in einem vorbestimmten Muster angeordneten
Empfangsabschnitten auf, von denen jeder dazu geeignet ist, das
reflektierte Messmittel zu empfangen.