-
Die
Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben einer Radelektronik
in oder für
ein Reifenkontrollsystem eines Fahrzeugs, eine Radelektronik und ein
Reifenkontrollsystem.
-
Die
vorliegende Erfindung bezieht sich auf Sicherheitssysteme zur Überwachung
und Ermittlung reifenspezifischer Parameter, wie etwa der Reifendruck.
Solche Systeme werden allgemein als Reifeninformationssysteme oder
Reifenkontrollsysteme bezeichnet. Die Erfindung sowie die ihr zugrunde
liegende Problematik wird nachfolgend mit Bezug auf ein Reifendruckkontrollsystem
erläutert,
jedoch ohne die Erfindung dahingehend einzuschränken.
-
Da
die Fahrzeugsicherheit und Zuverlässigkeit zentrale Faktoren
in der Automobiltechnik sind, muss allein schon aus sicherheitstechnischen
Gründen
der Reifendruck von Kraftfahrzeugen regelmäßig überprüft werden, um so fehlerhafte
Räder frühzeitig zu
erkennen. Diese Überprüfung wird
häufig
versäumt.
-
Darüber hinaus
ist ein Reifendruckkontrollsystem auch aus ökonomischen Gründen sinnvoll, da
ein zu geringer Reifendruck einen zu hohen Rollwiderstand des Reifens
zur Folge hat, was unmittelbar zu einem höheren Kraftstoffverbrauch führt.
-
Moderne
Kraftfahrzeuge weisen u. a. aus diesem Grund Reifendruckkontrollsysteme
auf, die den Reifendruck automatisch messen und eine kritische Abweichung
des gemessenen Reifendrucks von einem Reifendrucksollwert frühzeitig
erkennen sollen. Eine manuelle Überprüfung wird
so entbehrlich.
-
Ein
solches Reifendruckkontrollsystem weist typischerweise zumindest
eine Radelektronik mit darin enthaltenem Radsensor auf, der dazu
ausgelegt ist, einen reifenspezifischen Parameter eines jeweils diesem
Radsensor zugeordneten Rades aufzunehmen und eine von dem gemessenen
Wert abgeleitete Information mittels einer Sendeeinrichtung der
Radelektronik an eine fahrzeugseitige Empfangseinrichtung zu senden.
-
Durch
die drahtlose Kommunikation zwischen Radelektronik und Fahrzeug
ist eine lokale Energieversorgung seitens der Radelektronik erforderlich.
In vielen Reifendruckkontrollsystemen ist die Radelektronik mit
einer Batterie ausgestattet. Solche batteriegestützte Radelektroniken haben
den Vorteil, dass die Energieversorgung sowohl für die Messung der reifenspezifischen
Parameter, als auch für
eine anschließende
Funkübertragung
dieser ermittelten Informationen zu einer fahrzeugseitigen Empfangseinrichtung
durch die Batterie erfolgt. Allerdings bildet eine im Inneren eines
Radreifens vorgesehene Batterie stets eine zusätzliche Unwucht, die aufwändig ausgeglichen
werden muss. Zudem sind Radreifen insbesondere bei Lastkraftwagen
sehr lange im Einsatz, so dass eine Batterie eine entsprechend lange
Lebensdauer aufweisen muss. Zudem muss eine Batterie in einem weiten
Temperaturbereich zuverlässig
einsetzbar sein. Diese und weitere Anforderungen führen derzeit
zu relativ teuren Batterien.
-
Insbesondere
aus diesem Grunde sind daher verschiedene batterielose Systeme zur
Energieversorgung einer Radelektronik entwickelt worden. Im Allgemeinen
haben batterielose Systeme gegenüber
batteriegestützten
Systemen den Vorteil einer quasi unbegrenzten Lebenszeit und einer
systembedingten Wartungsfreiheit. Sie werden daher als Ausgangspunkt
einer erfindungsgemäßen Weiterbildung gewählt.
-
Hier
existieren mehrere Möglichkeiten
für die Implementierung
einer batterielosen Energieversorgung einer Radelektronik, von denen
eine auf dem Prinzip des Energietransports und eine andere auf dem
Prinzip der Energiewandlung beruhen. Beide Ansätze weisen jeweils einen wiederaufladbaren
Energiespeicher auf. Sie unterscheiden sich im Wesentlichen durch
die Art der Wiederaufladung des Energiespeichers:
- a)
Bei dem Ansatz des Energietransportes wird aus der Umgebung der
Radelektronik z. B. aus elektromagnetischen Wellen mittels induktiver
Antennen Energie aufgenommen und im Energiespeicher gespeichert.
Die so aufgenommene Energie kann in einem Kondensator der Radelektronik
gespeichert werden oder zur Aufladung eines Akkumulators dienen.
Der Vorteil besteht hier darin, dass die Energieversorgung der Radelektronik
auch bei einem stehenden Fahrzeug aufgeladen werden kann. Eine nach
diesem Prinzip arbeitende Radelektronik ist zum Beispiel das von der
Firma Siemens VDO entwickelte, so genannte "Tire IQ"-System.
- b) Bei dem Ansatz der Energiewandlung wird mechanische Energie
des Rades z. B. mittels eines piezo-keramischen oder kapazitiven
Energiewandlers in elektrische Energie gewandelt und im Energiespeicher
gespeichert. Der Vorteil besteht hier darin, dass für die Energiezufuhr
fahrzeugseitig kein Zusatzaufwand bereit gestellt werden muss und
dass im Fahrbetrieb stets ausreichend Energie und damit Sendeleistung
zur Verfügung steht,
um die reifenspezifischen Informationen zu dem fahrzeugseitigen
zentralen Empfänger
zu senden.
-
1 der
Zeichnung zeigt ein Signal-Zeit-Diagramm für einen Aufladevorgang eines
batterielosen, wiederaufladbaren Energiespeichers in einer Radelektronik.
Nach einer Inbetriebnahme muss der typischerweise entladene Energiespeicher
aufgeladen werden, bevor die Radelektronik wieder Daten an die fahrzeugseitige
Empfangseinrichtung senden kann. Das technische Problem bei beiden
obengenannten Ansätzen
und insbesondere bei der Wiederaufladung mittels Energiewandlung
besteht hier in der Anlaufzeit. Die Anlaufzeit TANL bezeich net
den Aufladezeitraum des Energiespeichers ab einer Inbetriebnahme
des Fahrzeuges nach einem längeren Fahrzeugstillstand
bis zum Erreichen einer Arbeitsspannung UARB,
die für
das Aussenden eines Sendesignals an die fahrzeugseitige Empfangseinrichtung ausreicht.
Es zeigt sich, dass der Aufladezeit TANL bis zum
Erreichen der Arbeitsspannung UARB relativ
lang ist. In diesem Zeitraum ist ein Sendebetrieb aber noch nicht
möglich.
Gegebenenfalls kann hier ein signifikanter Zeitraum von bisweilen
mehreren Minuten vergehen, bis die Radelektronik erstmals Sendesignale
an die fahrzeugseitige Empfangseinrichtung senden kann. Dies ist
ein Zustand, den es insbesondere aus sicherheitstechnischen Gründen zu
vermeiden gilt.
-
Vor
diesem Hintergrund liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe
zugrunde, bei einem Reifenkontrollsystem ein verbessertes und insbesondere
sichereres Verfahren zum Senden von Sendesignalen durch die Reifenelektronik
bereitzustellen.
-
Diese
Aufgabe wird durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs
1 und/oder durch eine Radelektronik mit den Merkmalen des Anspruchs
11 und/oder durch ein Reifenkontrollsystem mit den Merkmalen des
Anspruchs 20 gelöst.
-
Die
Erfindung geht von einem batterielosen Reifenkontrollsystem aus,
welches ein wiederaufladbares Energiespeichermedium wie etwa ein
Kondensator oder einen Akkumulator aufweist. Die der vorliegenden
Erfindung zugrunde liegende Idee besteht nun darin, bei solchen
energieautarken Radelektroniken die Anlaufzeit unmittelbar nach
einer Inbetriebnahme des Fahrzeuges nach längerem Fahrzeugstillstand zu
minimieren, jedoch gleichsam die Robustheit des Sendebetriebs aufrechtzuerhalten.
-
Die
Idee besteht nun darin, den Sendebetrieb der Radelektronik, bei
dem die Radelektronik Sendesignale mit Informationen über die
Radelektronik und reifenspezifische Parameter an eine fahrzeugseitige
Empfangseinrichtung sendet, zumindest zweistufig auszubilden. In
einer ersten Stufe, die sich unmittelbar dem Anlaufbetrieb anschließt, erfolgt
ein energiereduzierter Sendebetrieb, bei dem die für das Senden
erforderliche Sendeenergie gegenüber
der erforderlichen Sendeenergie für einen normalen Sendebetrieb
zumindest reduziert ist. Dieser normale Sendebetrieb schließt sich
dann dem energiereduzierten Sendebetrieb an.
-
Unter
einem energiereduzierten Sendebetrieb ist ein solcher Sendebetrieb
zu verstehen, bei dem unmittelbar nach einer erstmaligen oder erneuten
Inbetriebnahme der Radelektronik (nach einer Unterbrechung) für eine Kommunikation
zwischen der Radelektronik und einer fahrzeugseitigen Kommunikationseinrichtung
eine Anzahl an Sendetelegrammen an die fahrzeugseitige Kommunikationseinrichtung
gesendet wird, wobei für
diese Sendetelegramme jeweils eine erste Sendeenergie vorgesehen
ist, und dass der normale Sendebetrieb einen solchen Sendebetrieb
bezeichnet, bei dem anschließend
für die
weitere Kommunikation weitere Sendetelegramme mit jeweils einer
zweiten, gegenüber
der ersten Sendeenergie höheren
Sendeenergie gesendet werden.
-
Erfindungsgemäß wird durch
diesen zweistufigen Sendebetrieb die Anlaufzeit, die dem energiereduzierten
Sendebetrieb vorangeht, signifikant reduziert. Unter der Anlaufzeit
ist dabei die Zeitdauer zu verstehen, die ab einem Startzeitpunkt,
ab dem die deaktivierte Radelektronik bei der das Energiespeichermedium
entladen ist, erneut in Betrieb genommen wird und damit mit Energie
versorgt wird, und einem Arbeitszeitpunkt vergeht, ab dem das Energiespeichermedium
der Radelektronik mit ausreichend Energie versorgt ist, um mit einer
fahrzeugseitigen Kommunikationseinrichtung eine kommunikative Verbindung
aufzubauen.
-
Mittels
dieses zweistufig aufgebauten Sendebetriebes ist es möglich, bereits
sehr früh
eine kommunikative Verbindung mit der fahrzeugseitigen Kommunikationseinrichtung
aufzubauen und somit zumindest solche Daten an diese fahrzeugseitige Kommunikationseinrichtung
zu senden, die dort als erstes und/oder am dringendsten benötigt werden. Weniger
relevante oder weniger wichtige Informationen können dann zu einem späteren Zeitpunkt,
beispielsweise während
des normalen Sendebetriebes, übermittelt
werden. Insgesamt ergibt sich dadurch eine erhöhte Sicherheit durch die Möglichkeit
einer sehr frühen
Datenkommunikation zwischen Reifenelektronik und fahrzeugseitiger
Empfangseinrichtung, die eine fahrzeugseitige Auswerteeinrichtung
in die Lage versetzt, bereits sehr früh über einige reifenspezifische
Parameter und/oder Informationen der Reifenelektronik informiert
zu werden. In gleicher Weise wird dadurch die Robustheit des Kommunikationsverfahrens
sowie die Funktionsweise der Radelektronik nicht beeinträchtigt,
da auch der energiereduzierte Sendebetrieb eine sehr hohe und insbesondere eine
gleiche Robustheit der Datenkommunikation gewährleistet wie der vergleichsweise
energieaufwändigere
normale Sendebetrieb.
-
Vorteilhafte
Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus
den weiteren Unteransprüchen
sowie aus der Beschreibung in Zusammenschau mit der Zeichnung.
-
In
einer bevorzugten Ausgestaltung werden die Sendesignale in Form
von vorgegebenen Sendetelegrammen gesendet. Innerhalb eines solchen Sendetelegramms
liegen die Informationen in einer vorgegebenen Datenstruktur vor,
d. h. für
jeweils ein Sendetelegramm ist ein Datenrahmen vorgesehen, der in
unterschiedliche Datenabschnitte unterteilt ist, in welchen diesen
Abschnitten spezifische Informationen enthalten sind. In dem energiereduzierten
Sendebetrieb werden Sendetelegramme mit gegenüber dem normalen Sendebetrieb
datenreduzierten Inhalt gesendet. Dies kann z. B. bedeuten, dass
auf ein oder mehrere der Abschnitte des Datenrahmes, die im normalen
Sendebetrieb gesendet werden, im energiereduzierten Sendebetrieb
verzichtet wird. Typischerweise ist die Länge und da mit die Dauer der Sendetelegramme
mit datenreduziertem Inhalt geringer als die Sendetelegramme mit
normalem Inhalt. In einer typischen Ausgestaltung liegt die Anzahl
der gesendeten Sendetelegramme mit datenreduziertem Inhalt im Bereich
zwischen 1 und 50. Typischerweise beschränkt sich der energiereduzierte
Sendebetrieb auf 3 bis 10 Sendetelegramme.
-
In
einer bevorzugten Ausgestaltung enthalten die Sendetelegramme im
energiereduzierten Sendebetrieb Basisinformationen. Diese Basisinformationen
können
z. B. für
die Identifizierung der Radelektronik durch eine fahrzeugseitige
Erkennungseinrichtung erforderlich sein. Zusätzlich oder alternativ können auch
andere Basisinformationen, wie etwa eine Prüfsumme, vorgesehen sein.
-
In
einer ebenfalls vorteilhaften Ausgestaltung weisen die Sendetelegramme
im normalen Sendebetrieb zusätzlich
zu den im energiereduzierten Sendebetrieb gesendeten Basisinformationen
weitere Informationen auf, z. B. Diagnose-, Temperatur- und/oder
Reifendruckinformation. Zusätzlich
oder alternativ können
hier auch Informationen über
den Aufbau und die Struktur des Sendetelegramms, eine Prüfsumme,
ein EOT-Abschnitt
oder dergleichen enthalten sein. Allgemein werden hier Informationen über die
Funktion der Reifenelektronik und/oder reifenspezifische Parameter übermittelt.
-
In
einer bevorzugten Ausgestaltung werden im energiereduzierten Sendebetrieb
die im Vergleich zu dem normalen Sendebetrieb nicht gesendeten Informationen
der datenreduzierten Sendetelegramme, beispielsweise die eben genannten
Diagnose, Temperatur- und/oder Reifendruckinformationen, in dem
sich an den energiereduzierten Sendebetrieb unmittelbar anschließenden normalen
Sendebetrieb gesendet. Denkbar wäre
allerdings auch, dass diese Informationen gar nicht gesendet werden
oder z. B. bei Bedarf jeweils aktuell ermittelt werden.
-
In
einer bevorzugten Ausgestaltung ist für den energieredu zierten Sendebetrieb
ein erstes Energiespeichermedium vorgesehen. Für den normalen Sendebetrieb
ist zusätzlich
zumindest ein weiteres Energiespeichermedium vorgesehen. Zusätzlich oder
alternativ kann statt zu dem ersten Energiespeichermedium zumindest
ein größeres Energiespeichermedium
verwendet werden.
-
In
einer bevorzugten Ausgestaltung ist zumindest ein kapazitives Energiespeichermedium
vorgesehen, dessen Energiespeicherkapazität für den energiereduzierten und
den normalen Sendebetrieb jeweils variabel einstellbar ist. Beispielsweise
ist hier ein steuerbarer Kondensator vorgesehen, dessen Speicherkapazität variabel
einstellbar ist.
-
In
einer besonders bevorzugten Ausgestaltung ist für den energiereduzierten Sendebetrieb
ein energieeffizienteres Modulationsverfahren als für den normalen
Sendebetrieb vorgesehen. Beispielsweise wird für den energiereduzierten Sendebetrieb ein
ASK-moduliertes Sendesignal generiert und gesendet, wohingegen im
normalen Sendebetrieb ein FSK-moduliertes Sendesignal generiert
und gesendet wird. Für
die Erzeugung und das Senden ASK-modulierter Sendesignale ist gegenüber FSK-modulierter
Sendesignale eine geringere Energie erforderlich. Zusätzlich oder
alternativ kann auch eine Erhöhung
der Datenübertragungsrate
für den energiereduzierten
Sendebetrieb vorgesehen sein, bei dem somit für das Senden der Sendesignale
eine geringere Energie erforderlich ist. Beispielsweise kann im
energiereduzierten Sendebetrieb eine höhere Datenübertragungsrate von z. B. 100
kBits/sec gegenüber
dem normalen Sendebetrieb mit einer signifikant geringeren Datenübertragungsrate
von z. B. 9,6 kBits/sec verwendet werden.
-
Typischerweise
schließt
sich der energiereduzierte Sendebetrieb unmittelbar an die Anlaufzeit des
Energiespeichermediums an. Typischerweise (jedoch nicht notwendigerweise)
schließt
sich der normale Sendebetrieb unmittelbar an den energiereduzierten
Sendebetrieb an.
-
Eine
erfindungsgemäße Reifenelektronik weist
zumindest einen Radsensor zum Ermitteln der reifenspezifischen Parameter,
beispielsweise des Reifendrucks, der Reifentemperatur, der Umdrehungsgeschwindigkeit,
der Profiltiefe, etc., auf.
-
Unter
einer batterielosen Energieversorgung ist eine solche lokale Energieversorgung
der Radelektronik zu verstehen, die ohne eine Batterie auskommt.
In einer bevorzugten Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Radelektronik
ist das wiederaufladbare Energiespeichermedium der Energieversorgung
als Akkumulator oder alternativ als kapazitiver Energiespeicher,
insbesondere als Kondensator, ausgebildet.
-
In
einer bevorzugten Ausgestaltung ist eine Steuereinrichtung vorgesehen,
die den Sendebetrieb steuert und die festlegt, wann die Radelektronik
im energiereduzierten Sendebetrieb und wann im normalen Sendebetrieb
betrieben werden soll. Zu diesem Zwecke ist die Steuereinrichtung
jeweils mit der Sendeeinrichtung der Radelektronik verbunden. Vorzugsweise
ist die Steuereinrichtung dazu ausgelegt, die Energiespeicherkapazität des kapazitiven
Energiespeichermediums für
den energiereduzierten Sendebetrieb und den normalen Sendebetrieb
variabel einzustellen, beispielsweise dahingehend, dass für den energiereduzierten
Sendebetrieb eine geringere Kapazität des kapazitiven Energiespeichermediums
vorgesehen ist und für
den normalen Sendebetrieb diese Energiespeicherkapazität erhöht wird.
-
In
einer bevorzugten Ausgestaltung ist eine Modulationseinrichtung,
die über
die Steuereinrichtung steuerbar ist, vorgesehen. Abhängig von
der Ansteuerung durch die Steuereinrichtung wird von der Modulationseinrichtung
für den
energiereduzierten Sendebetrieb ein energieeffizienteres Modulationsverfahren,
beispielsweise eine ASK-Modulation statt einer sonst verwendeten
FSK-Modulation, bereitgestellt. Zu sätzlich oder alternativ kann
hier auch eine energieeffizientere, höhere Datenübertragungsrate für den energiereduzierten
Sendebetrieb verwendet werden. Insgesamt bleibt somit die Robustheit
der Datenübertragung
auch im energiereduzierten Sendebetrieb erhalten.
-
In
einer typischen Ausgestaltung weist die Radelektronik einen Transponder
auf, der eine als Empfangsantenne ausgebildete Aufladeeinrichtung aufweist. Über diese
Empfangsantenne werden von der Umgebung der Radelektronik eingekoppelte elektromagnetische
Wellen, die beispielsweise fahrzeugseitig gesendet werden, aufgenommen
und die darin enthaltene elektrische Energie zur Aufladung des wiederaufladbaren
Energiespeichermediums verwendet.
-
Zusätzlich oder
alternativ weist die Radelektronik eine als mechanischen Energiewandler
ausgebildete Aufladeeinrichtung auf. Dieser mechanische Energiewandler
ist dazu ausgelegt, die Energie des Rades, beispielsweise dessen
Bewegungsenergie, in elektrische Energie umzuwandeln und diese elektrische
Energie zur Aufladung des wiederaufladbaren Energiespeichermediums
zu verwenden. Vorzugsweise ist dieser mechanische Energiewandler
als kapazitiver, induktiver und/oder piezokeramischer Wandler ausgebildet.
-
In
einer typischen Ausgestaltung ist das Reifenkontrollsystem als Reifendruckkontrollsystem
zur Ermittlung zumindest des Reifendruckes und/oder der Reifentemperatur
ausgebildet.
-
Die
vorliegende Erfindung wird nachfolgend anhand der in den Figuren
der Zeichnung angegebenen Ausführungsbeispiele
näher erläutert. Es
zeigen dabei:
-
1 ein
Signal-Zeit-Diagramm für
einen herkömmlichen
Aufladevorgang eines Energiespeichermediums einer batterielosen
Radelektronik;
-
2 eine
schematische Draufsicht eines Pkws zur Erläuterung des erfindungsgemäßen Reifenkontrollsystems;
-
3 ein
Blockschaltbild eines beispielhaften Aufbaus einer Radelektronik;
-
4 ein
Signal-Zeit-Diagramm ein erstes Beispiel für den Aufladevorgang eines
Energiespeichermediums einer erfindungsgemäßen Radelektronik mit sich
daran anschließenden
Sendebetrieb;
-
5 die
Datenstruktur eines im normalen Sendebetrieb gesendeten Sendetelegramms
und ein im energiereduzierten Sendebetrieb verwendetes datenreduziertes
Sendetelegramm;
-
6 ein
Signal-Zeit-Diagramm ein zweites Beispiel für den Aufladevorgang eines
Energiespeichermediums einer erfindungsgemäßen Radelektronik mit sich
daran anschließenden
Sendebetrieb;
-
7 ein
Blockschaltbild zur Darstellung einer erfindungsgemäßen Radelektronik;
-
8 ein
erstes Ausführungsbeispiel
für die steuerbare
Stromversorgung aus 7;
-
9 ein
zweites Ausführungsbeispiel
für die
steuerbare Stromversorgung aus 7.
-
In
den Figuren der Zeichnung sind gleiche und funktionsgleiche Elemente,
Merkmale und Signale, sofern nichts Anderes angegeben ist, mit denselben
Bezugszeichen versehen.
-
2 zeigt
eine schematische Draufsicht auf ein Fahrzeug 10, z. B.
ein Pkw. Das Fahrzeug 10 verfügt über ein erfindungsgemäßes Reifendruckkontrollsystem
zur Ermittlung bei spielsweise des Reifendrucks. Dieses Reifendruckkontrollsystem
weist radseitige elektronische Radeinrichtungen, nachfolgend als
Radelektroniken 12 bezeichnet, fahrzeugseitige Sende-/Empfangseinrichtungen 13,
einen Bus 14 sowie ein zentrales Steuergerät 15 auf.
Im vorliegenden Ausführungsbeispiel
ist jedem Rad 11 zumindest eine Radelelektronik 12 zugeordnet.
Diese Radelektronik 12 kann in an sich bekannter Weise beispielsweise
innerhalb eines jeweiligen Reifens, also in dessen Gummimaterial,
einvulkanisiert sein oder im Bereich des Ventils, an der Felge des
Rades 11 oder an dessen Reifen angebracht sein.
-
3 zeigt
anhand eines schematischen Blockschaltbildes einen beispielhaften
Aufbau einer solchen Radelektronik 13. Die Radelektronik 13 weist einen
als Drucksensor 21 ausgebildeten Radsensor 21,
eine mit dem Drucksensor 21 verbundene Verarbeitungseinrichtung 22 und
eine mit der Verarbeitungseinrichtung 22 verbundene Sende-/Empfängerschaltung 23 auf,
die eine Sende-/Empfangsantenne 24 aufweist und die jeweils
von einer lokalen Energieversorgung 20, beispielsweise
einem Akkumulator oder einem Kondensator, mit elektrischer Energie versorgt
wird. Diese Radelektronik 13 ist dafür vorgesehen, mittels des Drucksensors 21 den
aktuellen Reifendruck des jeweiligen Rades 11 zu messen.
Zusätzlich
oder alternativ kann der Radsensor 21 auch andere Parameter
ermitteln.
-
4 zeigt
ein Signal-Zeit-Diagramm für
einen Aufladevorgang eines wiederaufladbaren Energiespeichermediums
für eine
erfindungsgemäße Radelektronik.
Es sei angenommen, dass das erfindungsgemäße Reifenkontrollsystem bzw.
deren Radelektronik zunächst
deaktiviert ist. Im deaktivierten Zustand ist das Energiespeichermedium
der Radelektronik zumindest teilweise entladen und im vorliegenden
Beispiel sei es vollständig
entladen. Das Energiespeichermedium weist somit anfänglich,
d. h. zum Zeitpunkt t0, eine Spannung U0 von näherungsweise 0 Volt auf.
-
Das
Signal-Zeit-Diagramm in 4 weist insgesamt drei Zeitabschnitte
A, B, C auf, die einen Anlaufbetrieb A, einen ersten, so genannten
energiereduzierten Sendebetrieb B und einen zweiten normalen Sendebetrieb
C bezeichnen. Diese Zeitabschnitte A–C werden nachfolgend erläutert:
-
Anlaufbetrieb A:
-
Bei
einer Inbetriebnahme des Fahrzeuges nach längerem Fahrzeugstillstand wird
das Reifenkontrollsystem wieder aktiviert, wodurch das in der Radelektronik
enthaltene Energiespeichermedium ab dem Zeitpunkt t0 wieder aufgeladen
wird. Die Energie für
die Aufladung kann beispielsweise durch Energietransport erfolgen.
Zusätzlich
oder alternativ kann die zur Aufladung des Energiespeichermediums
erforderliche Energie auch durch Energiewandlung gewonnen werden.
-
Das
Energiespeichermedium wird dadurch aufgeladen, wodurch dessen Spannung
ansteigt. Für einen
nachfolgenden Sendebetrieb, d. h. für die Zeitabschnitte B und
C, muss die von dem Energiespeichermedium zur Verfügung gestellte
Arbeitsspannung zumindest größer sein
als eine minimale Spannung UMIN, unterhalb
der keine Datenkommunikation von der Radelektronik gewährleistet
werden kann. Das Energiespeichermedium wird solange aufgeladen,
bis die Arbeitsspannung UARB1 (UARB1 > UMIN) erreicht ist. Dies ist zum Zeitpunkt
t1 der Fall. Die Zeitdauer TANL = t1 – t0 bezeichnet
die Anlaufzeit und damit den Anlaufbetrieb A, die zum Aufladen des
Energiespeichermediums auf die Arbeitsspannung UARB1 erforderlich
ist.
-
Energiereduzierter Sendebetrieb B:
-
Im
Anschluss daran beginnt ab dem Zeitpunkt t1 der energiereduzierte
Sendebetrieb B. Hier werden fortwährend, sobald eine jeweilige
Arbeitsspannung UARB1 durch das Energiespeichermedium zur
Verfügung
gestellt ist, erste Sendetelegramme S1 (siehe hierzu auch 5)
gesendet. Diese Sendetelegram me S1 werden über die Sendeantenne in Form
von Sendesignalen S1' an
eine fahrzeugseitige Kommunikationseinrichtung gesendet. Für das Senden
von Sendesignalen S1' mit
solchen Sendetelegrammen S1 wird eine Sendeenergie benötigt, die ein
Abfallen der Spannung U des Energiespeichermediums auf die Spannung
UAB zur Folge hat. Bei dieser Spannung UMIN ist das Sendesignal S1, mit dem
Sendetelegramm S1 gesendet und es kann ein erneutes Aufladen des
Energiespeichermediums auf die Arbeitsspannung UARB1 erfolgen.
Im vorliegenden Ausführungsbeispiel
werden insgesamt vier Sendetelegramme S1 innerhalb der Zeitdauer
t2 – t1
= 4·TP1
gesendet, wobei die Zeitdauer TP1 die Dauer bezeichnet, die für das Aufladen
des Energiespeichermediums von der Abfallspannung UAB auf
die zu der Arbeitsspannung UARB1 erforderlich
ist.
-
Normaler Sendebetrieb C:
-
Ab
dem Zeitpunkt t2 erfolgt der normale Sendebetrieb. Während des
normalen Sendebetriebs wird das Energiespeichermedium von der Abfallspannung
UAB auf die zweite Arbeitsspannung UARB2 aufgeladen. Die zweite Arbeitsspannung
UARB2 ist zumindest größer und insbesondere signifikant
größer als
die erste Arbeitsspannung UARB1. Für einen
jeweiligen Aufladevorgang auf die zweite Arbeitsspannung UARB2 ist eine Zeitdauer TP2 > TP1 vorgesehen. Im normalen
Sendebetrieb werden Sendesignale S2' mit Sendetelegrammen S2 gesendet. Für diese
Sendesignale S2' ist
allerdings eine größere Energie
erforderlich, was eine gegenüber
der ersten Arbeitsspannung UARB1 höhere Arbeitsspannung
UARB2 zum Senden der Sendesignale S2' erforderlich macht.
-
In
der 6 ist zum Vergleich der Aufladevorgang zum Aufladen
eines Energiespeichermediums welches für den normalen Betrieb C erforderlich wäre (siehe
gestrichelte Linie) auf die Spannung UARB dargestellt.
Es zeigt sich, dass die Anlaufzeit TANL*, die
für dieses
zweite, größere Energiespeichermedium
benötigt
wird, signifikant größer ist
als die Anlaufzeit TANL für das kleine,
erste Energiespeichermedium.
-
Infolge
dessen ist es so möglich,
bereits sehr früh
mit dem energiereduzierten Sendebetrieb B zu beginnen.
-
Dadurch,
dass im energiereduzierten Sendebetrieb B eine geringere Arbeitsspannung
UARB1 verwendet wird, ergibt sich dadurch
auch eine Reduzierung der Anlaufzeit TANL gegenüber einem
Fall, bei dem das Energiespeichermedium sofort auf die höhere Arbeitsspannung
UARB2 (gestrichelte Linie) aufgeladen werden
müsste.
-
5 zeigt
die Datenstruktur für
das energiereduzierte Sendetelegramm S1 und das normale Sendetelegramm
S2. Die Datenstruktur der beiden Sendetelegramme S1, S2 ist jeweils
mit Bezugszeichen 30 bezeichnet. Ein Sendetelegramm 30 weist einen
Kopfabschnitt 31, einen Datenabschnitt 32 und einen
Endabschnitt 33 auf. Im Kopfabschnitt 31 sind z.
B. Informationen über
die Radelektronik enthalten, beispielsweise Identifikationsinformationen.
Im Datenabschnitt 32 sind z. B. die zu übertragenden Daten enthalten.
Es sei angenommen, dass der Datenabschnitt 32 Informationen über den
Reifendruck 34, die Reifentemperatur 35, die Profiltiefe 36,
die Umdrehungsgeschwindigkeit des Rades 37, Parity Bits 38,
eine Prüfsumme 39,
etc. enthält.
Im Endabschnitt 33 ist z. B. ein EOT-Symbol (EOT = End
of transmission) enthalten, welches das Ende des Sendetelegramms 30 anzeigt.
-
Der
Dateninhalt der ersten Sendetelegramme S1 ist signifikant geringer
ist als der Dateninhalt der zweiten Sendetelegramme S2. Beispielsweise kann
im Sendetelegramm S1 lediglich der Kopfabschnitt 31 und
Endabschnitt 31 vorgesehen sein, wohingegen der Datenabschnitt 32 leer
ist oder zumindest nur die für
einen Sendebetrieb unbedingt erforderlichen Dateninhalte aufweisen.
Hingegen weist das Sendetelegramm S2 z. B. einen vollständigen Dateninhalt
auf. Damit weist das Sendetelegramm S1 gegenüber dem Sendetelegramm S2 einen
datenreduzierten Inhalt auf, für
deren Übertragung
auch ein geringerer Energieaufwand erforderlich ist. Während des
un mittelbar sich an den Anlaufbetrieb A anschließenden energiereduzierten Sendebetriebes
B werden lediglich datenreduzierte Sendetelegramme S1 gesendet,
da man hier z. B. davon ausgeht, dass zunächst seitens der fahrzeugseitigen
Kommunikationseinrichtung nur relevante Informationen, wie z. B. die
Identifizierung der jeweiligen Radelektronik, benötigt werden.
Die übrigen
Informationen können
zu einem späteren
Zeitpunkt, beispielsweise im normalen Sendebetrieb C, gesendet werden.
-
6 zeigt
ein weiteres Signal-/Zeit-Diagramm zur Darstellung eines Aufladevorgangs
eines Energiespeichermediums. Auch hier sind die drei Zeitabschnitte
A–C vorgesehen.
Im Unterschied zu dem Ausführungsbeispiel
in 4 wird in dem Ausführungsbeispiel in 6 das
wiederaufladbare Energiespeichermedium allerdings stets auf dieselbe Arbeitsspannung
UARB aufgeladen. Während in dem Ausführungsbeispiel
in 4 dasselbe wiederaufladbare Energiespeichermedium
jeweils auf unterschiedliche Arbeitsspannungen UARB1,
UARB2 in beiden Zeitabschnitten B, C aufgeladen
wird, sind für
die Bereitstellung der Sendeenergie in den beiden Zeitabschnitten
B, C in dem Beispiel in 6 unterschiedliche Energiespeichermedien
vorgesehen. Im vorliegenden Fall sei angenommen, dass für den energiereduzierten
Sendebetrieb B ein erstes Energiespeichermedium verwendet wird,
welches eine geringere Energiespeicherkapazität aufweist als das im normalen
Sendebetrieb verwendete zweite Energiespeichermedium. Das bedeutet,
dass während
des Anlaufbetriebs A zunächst
das erste Energiespeichermedium mit der geringeren Speicherkapazität auf die Arbeitsspannung
UARB aufgeladen wird. Da zum Aufladen dieses
vergleichsweise kleinen Energiespeichermediums eine geringere Ladung
erforderlich ist, ist dieses Energiespeichermedium sehr schnell
aufgeladen, wodurch somit die Anlaufzeit TANL signifikant minimiert
wird.
-
Nachdem
in diesem energiereduzierten und damit energieeffi zienten Sendebetrieb
B vier datenreduzierte Sendetelegramme S1 gesendet wurden, findet
zum Zeitpunkt t2 eine Umschaltung auf das bezogen auf die Energiespeicherkapazität größere Energiespeichermedium
statt bzw. es wird zusätzlich ein
weiteres Energiespeichermedium dem ersten Energiespeichermedium
parallel hinzugeschaltet. Der Aufladevorgang und damit die Aufladezeit
TP2 zum Aufladen dieser größeren Energiespeichermedien
ist dann länger
(TP2 > TP1). Allerdings
können
nun Sendetelegramme S2 mit vollständigem Dateninhalt gesendet
werden. Die Sendetelegramme S1, S2 können auch hier die in 5 dargestellte
Struktur aufweisen.
-
Zusätzlich oder
alternativ wäre
auch denkbar, dass die Sendesignale S1', S2',
die diese Sendetelegramme S1, S2 enthalten, mit unterschiedlichen Modulationsverfahren
moduliert werden und/oder eine unterschiedliche Datenübertragungsrate
aufweisen. Beispielsweise kann das Sendesignal S1' mit dem Sendetelegramm
S1 eine höhere
Datenübertragungsrate
und/oder ein energieeffizienteres Modulationsverfahren (wie z. B.
ASK) gegenüber
den Sendesignalen S2' mit
den Sendetelegrammen S2 aufweisen, welche z. B. eine geringere Datenübertragungsrate
und/oder ein präziseres,
jedoch energieaufwändigeres
Modulationsverfahren, wie z. B. FSK, aufweisen.
-
Dieses
Umschalten von dem energiereduzierten Sendebetrieb B in den normalen
Sendebetrieb C kann z. B. dann statt finden, wenn ein neben dem
geringerem Energiespeichermedium vorhandenes Energiespeichermedium
mit größerer Speicherkapazität, der somit
eine größere Arbeitsspannung zur
Verfügung
stellt, aufgeladen ist. In diesem Falle kann beispielsweise sofort
nach Erreichen der durch das größere Energiespeichermedium
bereitgestellten Arbeitsspannung ein Umschalten auf den normalen
Sendebetrieb stattfinden. Dies kann beispielsweise durch Überwachung
des Ladezustandes dieses größeren Energiespeichermediums
stattfinden, was typischerweise durch eine programmgesteuerte Einrichtung
erfolgt. Auf diese Weise kann sogar auch ein automatisches Umschalten
von dem energieredu zierten in den normalen Sendebetrieb B, C erfolgen.
-
7 zeigt
ein Blockschaltbild für
eine erfindungsgemäße Radelektronik
zur Durchführung
eines anhand der 4 und 6 beschriebenen
Anlaufbetriebs und eines sich daran anschließenden zweistufigen Sendebetriebs.
Die hier mit Bezugszeichen 40 bezeichnete Radelektronik
umfasst zwei Energiewandlereinrichtungen 41, 42.
Die Energiewandlereinrichtung 41 arbeitet nach dem eingangs
beschriebenen Prinzip des Energietransportes, bei dem hochfrequente
elektromagnetische Wellen 43 über eine induktive Empfangsantenne 46 aufgenommen
werden und die so aufgenommene elektrische Energie zum Aufladen
einer der Wandlereinrichtung 41 nachgeschalteten Energiequelle 44 vorgesehen
ist. Die zweite Wandlereinrichtung 42 arbeitet nach dem Prinzip
der Energiewandlung, bei dem mechanische Energie in elektrische
Energie umgewandelt wird. Hierzu weist die Wandlereinrichtung 42 eine
piezokeramische Einrichtung 45 auf, die einen Druck P auf den
Piezokristall 45 in eine elektrische Spannung umwandelt.
Die so erzeugte elektrische Spannung kann der nachgeschalteten Energiequelle 44 zugeführt werden.
-
Wenngleich
in 7 zwei unterschiedliche Wandlereinrichtungen 41, 42 vorgesehen
sind, kann auch lediglich eine dieser Vorrichtungen vorgesehen sein.
-
Der
Energiequelle 44 ist eine steuerbare Energieversorgung 47 nachgeschaltet.
Die steuerbare Energieversorgung 47 wird über eine
Steuereinrichtung 48, beispielsweise eine programmgesteuerte Einrichtung,
gesteuert. Die Steuereinrichtung 48 ist dazu ausgelegt,
sowohl die steuerbare Energieversorgung als auch die Sendeeinrichtung 49 zu
steuern. Die steuerbare Energieversorgung ist ausgangsseitig mit
einer Einrichtung 49 verbunden, die die eigentlichen Komponenten
der Radelektronik 40 umfasst. Diese Einrichtung 49 enthält zumindest
einen Radsensor 50, der reifenspezifische Parameter, wie z.
B. den Reifendruck oder die Reifentemperatur, ermittelt und abhängig davon
ein Messsignal X1, welches diese reifenspezifischen Parameter enthält, ausgibt.
Dieses Messsignal X1 wird einer nachgeschalteten Dekodiereinrichtung 51 zugeführt, die
die ermittelten reifenspezifischen Parameter kodiert und ein kodiertes
Sendesignal X2 erzeugt, welches in der nachgeschalteten Modulationseinrichtung 52 unter Verwendung
eines geeigneten Modulationsverfahrens moduliert wird. Das so modulierte
Sendesignal X3, welches die zu sendenden Daten in kodierter Form
und entsprechend einem vorgegebenen Sendeprotokoll enthält, wird
anschließend
mittels einer Sendeantenne 53 als Sendesignal X4, welches
die Sendetelegramme S1, S2 beinhaltet, drahtlos an eine fahrzeugseitige
Kommunikationseinrichtung gesendet. Diese Sendeeinrichtung 49 wird
dabei über die
steuerbare Energieversorgung 47 mit Energie und hier insbesondere
mit einer Versorgungsspannung versorgt. Konkret stellt die steuerbare
Energieversorgung 47 eine jeweils benötigte Arbeitsspannung zur Versorgung
der Sendeeinrichtung 49 bereit.
-
Anhand
der 8 und 9 seien nachfolgend zwei Ausführungsbeispiele
für eine
mögliche Realisierung
der steuerbaren Stromversorgung 47 erläutert.
-
In
dem ersten Ausführungsbeispiel
gemäß der 8 weist
die steuerbare Energieversorgung ein einziges Energiespeichermedium 60 auf.
Dieses Energiespeichermedium 60 kann z. B. als Kondensator
oder als Akkumulator ausgebildet sein. Im gezeigten Beispiel ist
das Energiespeichermedium 60 als Kondensator mit einer
Kapazität
C0 ausgebildet. Eingangs- und ausgangsseitig des Kondensators 60 ist jeweils
ein steuerbarer Schalter 61, 62 vorgesehen. Diese
beiden steuerbaren Schalter 61, 62 lassen sich z.
B. über
Steuersignale Y1, Y2 der Steuereinrichtung 48 ein- und
ausschalten. Im Falle eines eingeschalteten Schalters 61 wird
der Kondensator 60 aufgeladen und bei einem Einschalten
des Schalters 62 wird die von dem Kondensator 60 bereitgestellte Spannung
der Sendeeinrichtung 49 zur Verfügung gestellt.
-
Über den
steuerbaren Schalter 61 wird der Kondensator 60 im
energiereduzierten Sendebetrieb lediglich auf die geringere Arbeitsspannung
UARB1 aufgeladen und anschließend wird
der Schalter 61 wieder geöffnet. Für den normalen Sendebetrieb
C wird der Kondensator 60 über den steuerbaren Schalter 61 z.
B. durch Steuerung der Aufladezeit auf die höhere Arbeitsspannung UARB2 aufgeladen. Auf diese Weise lassen sich
durch geeignete Steuerung der Aufladezeit zwei verschiedene Arbeitsspannungen
durch einen einzelnen Kondensator 60 bereitstellen.
-
In
dem Ausführungsbeispiel
in 9 ist ein erstes Energiespeichermedium 63 mit
der Kapazität C1
und ein zweites Energiespeichermedium 64 mit der Speicherkapazität C2 vorgesehen.
Diese Energiespeichermedien 63, 64, die z. B.
als Kondensatoren ausgebildet sein können, sind hier parallel zueinander
angeordnet. Eingangs- und ausgangsseitig dieser Kondensatoren 63, 64 sind
jeweils steuerbare Schalteinrichtungen 65, 66 vorgesehen. Über die
eingangsseitige steuerbare Schalteinrichtung 65 lässt sich
gesteuert über
ein Steuersignal Y3 der Steuereinrichtung 48 abwechselnd
einer der beiden Kondensatoren 63, 64 oder beide
Kondensatoren 63, 64 aufladen. Über die
ausgangsseitige steuerbare Schalteinrichtung 66, die über Steuersignale
Y4 der Steuereinrichtung 48 geschalten werden, lässt sich jeweils
einer der beiden Kondensatoren 63, 64 oder auch
beide Kondensatoren 63, 64 ein- und ausschalten. Das Ein- und Ausschalten
der Kondensatoren lässt
sich auch automatisieren, beispielsweise in dem durch die Steuereinrichtung 48 deren
Ladezustände überprüft werden.
Hierbei kann vorteilhafter Weise auch vorgesehen sein, dass ein
automatisches Umschalten von dem energiereduzierten Sendebetrieb
B in den normalen Sendebetrieb C statt findet, sofern der bzw. auch
die für
den normalen Sendebetrieb C vorgesehenen Kondensatoren vollständig aufgeladen
sind oder zumindest soweit aufgeladen sind, dass sie in die für den normalen
Sendebetrieb erforderliche Arbeitsspannung bereit stellen.
-
Die
schaltungstechnische Realisierung der steuerbaren Energieversorgung 47 in 9 ist
vorteilhafter Weise dazu geeignet, beide in den 4 und 6 beschriebenen
Anlauf- und Sendeverfahren zu unterstützen. Es sei z. B. angenommen,
dass für
die Energiespeichermedien 63, 64 gilt: C1 < C2. Im energiereduzierten
Zustand kann z. B. vorgesehen sein, dass lediglich der Kondensator 63 über die Einrichtung 66 eingeschaltet
ist und somit die Sendeeinrichtung 49 mit einer Arbeitsspannung
versorgt. In dem sich an den energiereduzierten Sendebetrieb anschließenden normalen
Sendebetrieb kann nun vorgesehen sein, dass zusätzlich auch der Kondensator 64 über die
Schalteinrichtung 66 zugeschaltet wird. In diesem Falle
ergibt sich die Versorgungsspannung aus beiden Kondensatoren 63, 64.
Alternativ wäre
auch denkbar, dass im normalen Sendebetrieb der Kondensator 63 ausgeschaltet
wird und der Kondensator 64, der demgegenüber eine
höhere Energiespeicherkapazität und somit
eine größerer Versorgungsspannung
zur Verfügung
stellt, eingeschaltet wird und die Sendeeinrichtung 49 mit
einer Arbeitsspannung versorgt.
-
Obgleich
die vorliegende Erfindung vorstehend anhand bevorzugter Ausführungsbeispiele
beschrieben wurde, sei sie nicht darauf beschränkt, sondern ist auf mannigfaltige
Art und Weise modifizierbar. Insbesondere sei die Erfindung nicht
auf die speziellen Zahlenangaben beschränkt.
-
Es
versteht sich von selbst, dass die anhand der 8 und 9 dargestellten
steuerbaren Energieversorgungen lediglich beispielhafte Ausführungsbeispiele
darstellen, die geeignet variiert und modifiziert und auch erweitert
werden können,
ohne dass es für
den Fachmann hier eines erfinderischen Zutuns bedarf.
-
Wenngleich
die Erfindung vorstehend anhand einer Radelektronik mit einem Reifendrucksensor
beschrieben wurde, sei die Erfindung nicht ausschließlich auf
die Ermittlung des Reifendrucks beschränkt. Vielmehr kann als Radelektronik
jede Einrichtung verstanden werden, die Informationen ermittelt,
aus welchen die am Rad möglicherweise
auftretenden Fehlerzustände
oder sonstige Radeigenschaften detektiert werden können. Der
Begriff "Fehlerzustand" ist im vorliegenden
Zusammenhang weit auszulegen und umfasst alle Zustände, Eigenschaften
und Informationen eines jeweiligen Rades, die als detektionswürdig betrachtet
werden, beispielsweise auch die Reifentemperatur, die Winkelgeschwindigkeit,
Winkelbeschleunigung, Reifenprofildicke, etc. Detektionswürdig sind
in diesem Zusammenhang natürlich
auch Informationen über
den Zustand und Eigenschaften der Radelektronik. Zusätzlich zu
der eigentlichen Detektion eines solchen Fehlerzustandes ist die
Radelektronik typischerweise auch dazu ausgelegt, die Radposition
der einzelnen Räder
zusammen mit einem jeweiligen Fehlerzustand zu übermitteln, so dass der Kraftfahrzeugnutzer
den Fehlerzustand einer bestimmten Radposition zuordnen kann. Üblicherweise
wird dazu zusammen mit den Reifenzustandsdaten eine individuelle,
für den
Reifen charakteristische Kennung mit übertragen. Diese Bestimmung
der Radposition ist in der einschlägigen Literatur auch als Lokalisation
bekannt.