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Stand der Technik
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Die
Erfindung geht aus einem Fahrzeugrad mit einer Vorrichtung zur Erfassung
und Übertragung wenigstens eines den Zustand des Fahrzeugreifens charakterisierenden
Messsignals wie Reifenluftdruck und/oder der Reifenlufttemperatur,
mit wenigstens einem von einer Energieversorgungseinrichtung mit elektrischer
Energie versorgten, wenigstens einen Reifenluftdrucksensor und/oder
wenigstens einen Reifenlufttemperatursensor beinhaltenden Sensormodul,
gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1.
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Vorrichtungen
zur Erfassung und Übertragung wenigstens eines den Zustand
eines Fahrzeugreifens charakterisierenden Messsignals wie Reifenluftdruck
und/oder der Reifenlufttemperatur sind insbesondere Reifendruckkontrolleinrichtungen
(Tire Pressure Monitoring System, TPMS) und werden zur Überwachung
des Reifenluftdrucks bei Fahrzeugen eingesetzt, um Reifendefekte
aufgrund von zu geringem Reifenluftdruck zu verhindern und damit
die Anzahl der Unfälle, die auf defekte Reifen zurückzuführen
sind, zu reduzieren.
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Wird
ein Fahrzeug mit zu geringem Reifenluftdruck betrieben, so führt
dies zu erhöhter Walkarbeit an den Reifenflanken und damit
zu erhöhtem Verschleiß des Reifens. Bei hohen
Beschleunigungen kann ein so geschwächter Reifen u. U.
der Belastung nicht mehr standhalten und platzen. Neben Reifenbeschädigungen
sind schleichende Plattfüße auf Grund der Gasdiffusion
durch das Reifengummi über die Zeit eine wesentliche Ursache
für Reifenminderdruck.
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Der
Reifenfülldruck ist aber nicht nur eine wichtige Größe
für die Verkehrssicherheit. Auch Fahrkomfort, Reifenlebensdauer
und Kraftstoffverbrauch werden deutlich vom Fülldruck beeinflusst. Ein
um 0,6 bar reduzierter Fülldruck kann den Kraftstoffverbrauch
um bis zu 4% erhöhen und die Lebensdauer des Reifens um
bis zu 50% verkürzen.
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Auch
der steigende Anteil von Reifen mit Notlaufeigenschaften erfordert
den Einsatz von Reifendruckkontrollsystemen, da der Autofahrer einen Reifen
mit erheblichem Minderdruck nicht mehr anhand des Fahrverhaltens
erkennen kann. Um zu verhindern, dass der Fahrer die für
diesen Fall gültigen Geschwindigkeits- und Entfernungslimits
unwissentlich überschreitet, dürfen Notlaufreifen
nur in Verbindung mit Reifendruckkontrollsystemen oder Plattrollwarnern
eingesetzt werden.
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Grundsätzlich
unterscheidet man zwei Typen von Reifendruckkontrollsystemen: Direkte
und indirekte Systeme.
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In
direkten Systemen wird in jeden Reifen des Fahrzeugs ein Sensormodul
mit Drucksensor installiert. Dieses übermittelt über
eine codierte Hochfrequenz-Übertragungsstrecke Daten aus
dem Reifeninneren, wie Reifenluftdruck und Reifenlufttemperatur,
an ein Steuergerät. Im Steuergerät können
diese Daten ausgewertet werden und so neben Druckverlusten in einzelnen
Reifen auch langsame Druckverluste in allen Reifen (z. B. infolge
von Diffusion durch das Gummi) erkannt werden. Sinkt der Reifenluftdruck
unter eine festgelegte Schwelle oder übersteigt der Druckgradient
einen bestimmten Wert, so wird der Fahrer durch ein optisches oder
akustisches Signal gewarnt. Die Sensormodule werden in der Regel mit
Hilfe einer Batterie versorgt. Daraus ergeben sich im Vergleich
zu anderen Anwendungen Zusatzanforderungen bezüglich Stromverbrauch,
Medienresistenz und Beschleunigungsempfindlichkeit. Als Sensorelemente
kommen mikromechanische Absolutdrucksensoren zum Einsatz.
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Die
mit Druck- und Temperatursensor im Reifen gemessenen Daten werden
im Sensormodul aufbereitet, auf ein HF-Trägersignal aufmoduliert
und über eine Antenne abgestrahlt. Dieses Signal wird entweder über
einzelne Antennen an den Radkästen oder in einem zentralen
Empfänger (z. B. im Steuergerät von bestehenden
Remote Keyless Entry Systemen) detektiert.
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In
indirekten Systemen wird ein Druckverlust im Reifen nicht unmittelbar,
sondern über eine abgeleitete Größe ermittelt.
Hierzu erfolgt eine mathematischstatistische Auswertung der Drehzahlunterschiede
aller Räder untereinander.
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Die
hierfür benötigte Raddrehzahl wird in Fahrzeugen
mit ABS-Systemen durch bereits vorhandene Sensoren ermittelt und
an das ABS-Steuergerät übermittelt. Drehzahlunterschiede
treten auf, wenn sich durch Druckverlust der Durchmesser des entsprechenden
Reifens reduziert und somit seine Drehzahl relativ zu den anderen
drei Reifen steigt. Durch Differenzbildung, die mithilfe einer kostengünstigen
Erweiterung der ABS-Softwarealgorithmen realisierbar ist, können
größere Druckverluste an bis zu drei Reifen erkannt
werden.
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Nachteile
des indirekten Systems sind vergleichsweise lange Detektionszeiträume
(10 min) und eine hohe Detektionsschwelle im Vergleich zu direkten
Systemen. Aktuelle, auf dem Markt befindliche indirekte Systeme
sind nicht in der Lage, langsame Druckverluste durch Diffusion in
allen vier Reifen zu detektieren. Ein weiterer Nachteil von direkten
Systemen gegenüber indirekten Systemen liegt in den deutlich
höheren Kosten und der batterieabhängigen, begrenzten
Lebensdauer.
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Ein
gattungsgemäßes Fahrzeug mit einem direkten System
ist aus der
DE 103
60 780 A1 bekannt. Dort ist das Sensormodul über
ein Spannband am Felgenbett im Inneren des Fahrzeugreifens gehalten.
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Bei
der ebenfalls ein direktes System beschreibenden
DE 103 01 192 A1 ist ein
Reifendrucksensor endseitig an einem durch eine Öffnung
eines Felgenbetts der Radfelge ragendes Reifenventil gehalten, so
dass er ins Innere des Fahrzeugreifens ragen kann.
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Bei
den bekannten Anordnungen des Sensormoduls kann jedoch nicht ausgeschlossen
werden, dass das Sensormodul bei einer Montage oder Demontage des
Fahrzeugreifens beschädigt wird.
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Der
vorliegenden Erfindung liegt demgegenüber die Aufgabe zugrunde,
ein Fahrzeugrad mit einer Vorrichtung zur Erfassung und Übertragung
wenigstens eines den Zustand des Fahrzeugreifens charakterisierenden
Messsignals der eingangs erwähnten Art derart weiter zu
entwickeln, dass das Sensormodul ei nerseits auf einfache Weise im
Fahrzeugrad montierbar ist und es andererseits gegen Beschädigungen
weitgehend geschützt ist.
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Diese
Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale
von Anspruch 1 gelöst.
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Offenbarung der Erfindung
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Die
Erfindung sieht vor, dass wenigstens der Reifenluftdrucksensor und/oder
der Reifenlufttemperatursensor des Sensormoduls innerhalb oder im
Inneren eines vom Fahrzeugreifen getragenen, weich-elastischen Körpers
aufgenommen ist, welcher unter elastischer Verformung zwischen den
Innenwandungen des Fahrzeugreifens positioniert und dann unter elastischer
Aufweitung zwischen den Innenwandungen des Fahrzeugreifens wenigstens reibschlüssig
gehalten ist.
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Der
weich-elastische Körper wird demnach zunächst
in das Innere des Fahrzeugreifens eingesetzt, indem er zusammengepresst
wird, wodurch er sich elastisch verformt. Die Abmessungen des weich-elastischen
Körpers nach der Rückverformung in den Ausgangszustand
sind dabei so bemessen, dass durch die elastische Aufweitung des weich-elastischen
Körpers Normalkräfte auf die Innenwandungen des
Fahrzeugreifens wirken, wodurch der weich-elastische Körper
mittels Reibschluss in dem Fahrzeugreifen gehalten wird.
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Dann
werden bei einer Montage/Demontage des Fahrzeugreifens auf der Radfelge
bzw. von der Radfelge Beschädigungen am Reifenluftdrucksensor bzw.
am Reifenlufttemperatursensor vermieden, weil er innerhalb des weich-elastischen
Körpers geschützt ist und dieser Körper
insbesondere nachgibt, wenn bei der Montage des Fahrzeugreifens
seitlich Kraft auf die Reifenflanken ausgeübt wird.
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Nicht
zuletzt kann der weich-elastische Körper den Reifenluftdrucksensor
bzw. den Reifenlufttemperatursensor auch vor Schmutz und Feuchtigkeit
schützen.
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Durch
die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen
sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen der in den
unabhängigen Ansprüchen angegebenen Erfindung
möglich.
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Gemäß einer
besonders zu bevorzugenden Ausführungsform besteht der
weich-elastische Körper bevorzugt wenigstens teilweise
aus einem weich-elastischen Schaumstoff oder geschäumtem Kunststoff
wie Weich-Polyurethan, Weich-PVC, Polyester-PUR oder Polyether-PUR.
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Besonders
bevorzugt ist wenigstens der Reifenluftdrucksensor und/oder der
Reifenlufttemperatursensor des Sensormoduls in den weich-elastischen
Körper eingeschäumt oder eingespritzt. Dadurch
ergibt sich ein weiter verbesserter Schutz des Sensormoduls gegenüber
Schmutz und Feuchtigkeit.
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Gemäß einer
Weiterbildung sind wenigstens der Reifenluftdrucksensor, der Reifenlufttemperatursensor,
eine Sendeeinrichtung und eine Energieversorgungseinrichtung des
Sensormoduls im Inneren des vom Fahrzeugreifen getragenen, weich-elastischen
Körpers aufgenommen. Dann gelten die oben genannten Vorteile
hinsichtlich des Schutzes vor Beschädigung und Umwelteinwirkungen
auch für die weiteren Bauelemente des Sensormoduls.
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Gemäß einer
Weiterbildung ist der das Sensormodul aufnehmende weich-elastische
Körper von einem Felgenbett der Radfelge des Fahrzeugreifens sowie
von einer der Lauffläche abgewandten Innenwandung des Fahrzeugreifens
radial beabstandet angeordnet.
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Eine
besonders zu bevorzugende Realisierung dieser Ausführungsform
sieht vor, dass der weich-elastische Körper innerhalb des
Fahrzeugsreifens derart angeordnet ist, dass das Sensormodul senkrecht
zur Richtung der Radachse gesehen im wesentlichen mittig zwischen
der Lauffläche des Fahrzeugreifens und dem Felgenbett der
Radfelge des Fahrzeugreifens angeordnet ist. Besonders bevorzugt
ist das Sensormodul dabei innerhalb des weich-elastischen Körpers
auch in Richtung der Radachse gesehen zwischen den beiden seitlichen
Innenwandungen des Reifens im wesentlichen mittig angeordnet ist.
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Dies
bringt den Vorteil mit sich, dass die Reichweite bzw. die Güte
der Signalübertragung zwischen dem Sensormodul und der
Empfangseinrichtung verbessert wird, da die Radfelge in der Regel eine
abschirmende Wirkung hinsichtlich der im Rahmen der drahtlosen Signalübertragung
erzeugten elektromagnetischen Wellen hat.
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Gemäß einer
Weiterbildung können wenigstens die den beiden seitlichen
Innenwandungen des Fahrzeugreifens zugewandten Außenflächen
des weich-elastischen Körpers mit einer Klebeschicht versehen
sein. Zusätzlich oder alternativ können die seitlichen
Außenflächen des weich-elastischen Körpers
derart komplementär zu den beiden seitlichen, unter Fahrzeuglast
leicht gewölbten Innenwandungen des Fahrzeugreifens geformt
sein, dass der weich-elastische Körper mittels eines in
Radialrichtung hinterschnittenen Querschnitts im Fahrzeugreifen
formschlüssig gehalten ist.
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Dann
wird die Position des weich-elastischen Körpers bzw. des
Sensormoduls innerhalb des Fahrzeugreifens noch besser gesichert,
vor allem gegen die im Betrieb auftretenden radial wirkenden Fliehkräfte.
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Die
Erfindung betrifft darüber hinaus auch ein Fahrzeug beinhaltend
wenigstens ein oben beschriebenes Fahrzeugrad.
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Genaueres
geht aus der folgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels
hervor.
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Zeichnung
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Nachstehend
ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung in der Zeichnung
dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher
erläutert. In der Zeichnung zeigt die einzige Figur eine
Querschnittsdarstellung eines Fahrzeugrades mit einer Vorrichtung
zur Erfassung und Übertragung wenigstens eines den Zu stand
des Fahrzeugreifens charakterisierenden Messsignals gemäß einer
bevorzugten Ausführungsform der Erfindung.
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Beschreibung des Ausführungsbeispiels
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In 1 ist
ein Fahrzeugrad 1 eines Kraftfahrzeugs im Querschnitt gezeigt,
wobei das Fahrzeugrad 1 gegenüber einem hier nicht
gezeigten Chassis beispielsweise mit Hilfe einer hier gezeigten Scheibenbremse
abgebremst wird. Das Fahrzeugrad 1 besteht im wesentlichen
aus einer Radfelge 2 und einem aufgezogenen, aus wenigstens
einem elastischem Material bestehenden Reifen 4, wobei
zwischen dem Reifen 4 und der Radfelge 2 eine
Druckluftkammer 6 ausgebildet ist, welche durch ein in
einer Ventilaufnahme der Radfelge 2 lösbar aufgenommenes
Reifenventil 7 be- und entlüftbar ist.
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Das
Fahrzeugrad 1 ist mit einer Vorrichtung zur Erfassung und Übertragung
wenigstens eines den Zustand des Reifens 4 charakterisierenden Messsignals
wie Reifenluftdruck und/oder Reifenlufttemperatur in der Druckluftkammer 6 versehen,
welche beispielsweise einen Reifenluftdrucksensor 8 sowie
einen Reifenlufttemperatursensor 10 beinhaltendes Sensormodul 12 umfasst.
Alternativ könnte das Sensormodul 12 auch nur
wenigstens einen Reifendruckluftsensor 8 oder nur wenigstens
einen Reifenlufttemperatursensor 10 beinhalten und/oder
weitere Sensoren, mit welchen den Zustand des Reifens 4 charakterisierende
Messsignale generierbar sind. Gemäß des bevorzugten
Ausführungsbeispiels beinhaltet das Sensormodul 12 einen
Reifendruckluftsensor 8 und einen Reifenlufttemperatursensor 10.
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Das
Sensormodul 12 übermittelt dann über eine
codierte Hochfrequenz-Übertragungsstrecke die Werte für
den Reifenluftdruck und die Reifenlufttemperatur aus der Druckluftkammer 6 in
bekannter Weise an ein hier nicht gezeigtes Steuergerät
im Fahrzeug. Im Steuergerät werden diese Daten ausgewertet
werden und so neben Druckverlusten in einzelnen Reifen 4 auch
langsame Druckverluste in allen Reifen (z. B. infolge von Diffusion
durch das Gummi) erkannt. Weiterhin kann auch eine zu hohe Reifenlufttemperatur
erkannt werden.
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Dabei
wird das Sensormodul 12 von einer Energieversorgungseinrichtung 14 mit
elektrischer Energie versorgt, welche vorzugsweise einen mit dem
Reifen 4 bzw. mit der Radfelge 2 mitrotierenden Generator
sowie einen fahrwerkseitigen, hier nicht gezeigten Magnetfelderzeuger
umfasst, wobei in dem Generator eine elektrische Spannung durch elektromagnetische
Induktion erzeugt wird. Dabei könnte eine den Generator
bildende Spule und/oder deren elektrische Verbindungsleitungen gemäß einer Doppelfunktion
als Antenne zur Datenübertragung verwendet werden. Bevorzugt
ist der Generator ebenfalls in das Sensormodul 12 integriert.
Weiterhin kann die Energieversorgungseinrichtung 14 auch
einen Energiespeicher wie einen Akkumulator beinhalten, welcher
dann ebenfalls in das Sensormodul 12 integriert ist.
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Der
fahrwerk- oder chassisseitige Magnetfelderzeuger beinhaltet bevorzugt
wenigstens einen mit elektrischer Energie versorgten Elektromagneten, welcher
ein Magnetfeld erzeugt, von welchem der Generator, der bevorzugt
wenigstens eine elektrische Spule beinhaltet, drehlagenabhängig
erfasst wird. Alternativ ist selbstverständlich auch ein
Permanentmagnet oder eine Kombination aus Elektromagnet und Permanentmagnet
als Magnetfelderzeuger denkbar.
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Wenn
sich nun das Fahrzeugrad gegenüber dem Magnetfelderzeuger
dreht, dreht sich auch der Generator gegenüber dem Elektromagneten,
wodurch nach dem Induktionsgesetz in der Spule eine elektrische
Spannung induziert wird. Diese elektrische Spannung erzeugt einen
elektrischen Strom, welcher zur Aufladung eines hier nicht gezeigten
Energiespeichers der Energieversorgungseinrichtung 14 führt,
der beispielsweise einen Akkumulator oder einen Kondensator umfasst.
Dieser Energiespeicher ist bevorzugt wiederum in das Sensormodul 12 integriert
und stellt die für die Sensoren 8, 10 sowie
die für die drahtlose Übertragung der Messsignale
notwendige elektrische Energie zur Verfügung.
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Wenigstens
der Reifenluftdrucksensor 8 und/oder der Reifenlufttemperatursensor 10 des Sensormoduls 12 sind
innerhalb oder im Inneren eines vom Reifen 4 in seiner
Druckluftkammer 6 getragenen, weich-elastischen Körpers 16 aufgenommen, welcher
unter elastischer Verformung zwischen den beiden seitli chen Innenwandungen 18 des
Reifens 4 positioniert und dann unter elastischer Aufweitung zwischen
diesen Innenwandungen 18 wenigstens reibschlüssig
gehalten ist.
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Der
weich-elastische Körper 16 wird demnach zunächst
in das Innere, genauer in die Druckluftkammer 6 des Reifens 4 eingesetzt,
indem er zumindest axial in Richtung der Radachse gesehen zusammengepresst
wird, wodurch er sich elastisch verformt. Die Abmessungen des weich-elastischen
Körpers 16 nach der Rückverformung in
den Ausgangszustand sind dabei so bemessen, dass durch die nachfolgende
elastische Aufweitung des weich-elastischen Körpers 16 Normalkräfte
auf die beiden seitlichen Innenwandungen 18 des Reifens 4 wirken,
wodurch der weich-elastische Körper 16 mittels
Reibschluss in dem Reifen 4 gehalten wird.
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Der
weich-elastische Körper 16 besteht vorzugsweise
wenigstens teilweise aus einem weich-elastischen Schaumstoff oder
geschäumtem Kunststoff wie Weich-Polyurethan, Weich-PVC,
Polyester-PUR oder Polyether-PUR. Solche geschäumten Kunststoffe
werden über den flüssigen oder zähflüssigen
Zustand durch Begasung in Schäume umgewandelt. Besonders
bevorzugt sind dabei wenigstens der Reifenluftdrucksensor 8 und
der Reifenlufttemperatursensor 10 des Sensormoduls 12 in
den weich-elastischen Körper 16 während
dessen Herstellung oder Urformung eingeschäumt oder eingespritzt.
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Gemäß des
hier gezeigten Ausführungsbeispiels ist das Sensormodul 12 beinhaltend
den Reifenluftdrucksensor 8, den Reifenlufttemperatursensor 10,
die Energieversorgungseinrichtung 14 und eine Sendeeinrichtung 20 nebst
Antenne zur Übertragung der Messsignale an das Steuergerät
im Inneren des vom Reifen 4 getragenen, weich-elastischen Körpers 16 aufgenommen
bzw. dort eingeschäumt.
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Bevorzugt
ist der das Sensormodul 12 aufnehmende weich-elastische
Körper 16 von einem Felgenbett 22 der
Radfelge 2 sowie von einer der Lauffläche 24 abgewandten
Innenwandung 26 des Reifens 4 radial beabstandet
angeordnet.
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Darüber
hinaus ist der weich-elastische Körper 16 innerhalb
der Druckluftkammer 6 des Reifens 4 derart angeordnet,
dass das Sensormodul 12 senkrecht zur Richtung der Radachse
gesehen im wesentlichen mittig zwischen der Lauffläche 24 des
Reifens 4 und dem Felgenbett 22 der Radfelge 2 angeordnet
ist. Besonders bevorzugt ist das Sensormodul 12 innerhalb
des weich-elastischen Körpers 16 auch in Richtung
der Radachse gesehen im wesentlichen mittig zwischen den beiden
seitlichen Innenwandungen 18 des Reifens 4 angeordnet.
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Gemäß einer
Weiterbildung können wenigstens die den beiden seitlichen
Innenwandungen 18 des Reifens 4 zugewandten Außenflächen 28 des weich-elastischen
Körpers 16 mit einer Klebeschicht versehen sein,
damit neben dem Reibschluss auch ein Stoffschluss zwischen dem weich-elastischen Körper 16 und
dem Reifen 4 zustande kommt.
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Weiterhin
können zusätzlich oder alternativ zum Stoffschluss
die seitlichen Außenflächen 28 des weich-elastischen
Körpers 16 derart komplementär zu den
beiden seitlichen, unter Fahrzeuglast leicht nach außen
gewölbten Innenwandungen 18 des Reifens 4 geformt
sein, dass der weich-elastische Körper 16 nach
dem Zusammenpressen und seiner anschließenden elastischen
Aufweitung mittels eines in Radialrichtung hinterschnittenen Querschnitts
im Reifen 4 formschlüssig gehalten ist. Der weich-elastische
Körper 16 weist dann in Axialrichtung gesehen konvexe
Außenflächen 28 auf, welche komplementär zu
den unter Fahrzeuglast konkaven seitlichen Innenwandungen 18 des
Reifens 4 geformt sind.
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- 1
- Fahrzeugrad
- 2
- Radfelge
- 4
- Reifen
- 6
- Druckluftkammer
- 7
- Reifenventil
- 8
- Reifenluftsensor
- 10
- Reifenlufttemperatursensor
- 12
- Sensormodul
- 14
- Energieversorgungseinrichtung
- 16
- weich-elastischer
Körper
- 18
- Innenwandungen
- 20
- Sendeeinrichtung
- 22
- Felgenbett
- 24
- Lauffläche
- 26
- Innenwandung
- 28
- Außenfläche
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- - DE 10360780
A1 [0012]
- - DE 10301192 A1 [0013]