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Die Erfindung richtet sich auf ein Reifenkontrollsystem für ein Fahrzeug zur Ermittlung reifenspezifischer Parameter, aufweisend einen Luftreifen, auf dessen Grundschicht ein mit Bezug auf den Luftreifen radial außenliegend angeordnetes Profil ausgebildet ist, und einen auf der Innenseite des Luftreifens angebrachten Reifenluftdrucksensor mit Mitteln zur drahtlosen Übertragung mindestens eines reifenspezifischen Parameters an ein fahrzeugseitiges Steuergerät.
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Die Fahrzeugsicherheit und Zuverlässigkeit sind zentrale Aspekte in der Automobiltechnik. Daher sollte allein schon aus sicherheitstechnischen Gründen der Reifendruck von Fahrzeugen bzw. Kraftfahrzeugen regelmäßig überprüft werden, was jedoch häufig vom Fahrzeugführer versäumt wird. Aus diesem Grund werden in modernen Fahrzeugen vermehrt Erfassungsvorrichtungen in Form von Reifenluftdrucksensoren verwendet, die den Reifenluftdruck automatisch messen und an ein fahrzeugseitiges Steuergerät senden. Dadurch sollen Defekte oder Unfälle, welche auf einen zu niedrigen Reifenluftdruck zurückzuführen sind, vermieden werden. Folglich soll durch diese automatische Messung des Reifenluftdrucks eine kritische Abweichung des gemessenen Reifenluftdrucks von einem Reifendrucksollwert frühzeitig erkannt und dem Fahrzeugführer angezeigt werden, so dass eine manuelle Überprüfung entbehrlich ist. Bei solchen Systemen zur automatischen Messung des Reifenluftdrucks ist jeweils ein Reifenluftdrucksensor an jedem Rad bzw. Luftreifen angeordnet. Ein Reifenluftdrucksensor umfasst dabei oft mindestens einen Sensor zur Erfassung des Reifenluftdrucks oder der Temperatur sowie eine Sendeeinheit und gegebenenfalls eine Auswerteelektronik, die aber auch fahrzeugseitig vorgesehen sein kann.
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Ein Reifenkontrollsystem der Eingangs bezeichneten Art ist zum Beispiel aus der
DE 10 2012 007 071 A1 bekannt und dient der automatischen Messung des Reifenluftdrucks eines Luftreifens.
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Neben dem Reifenluftdruck gehört der Reifenverschleiß zu den wichtigsten Sicherheitsaspekten in der Automobiltechnik. Die Luftreifen der Fahrzeuge bestehen aus elastomeren Zusammensetzungen, beispielsweise aus auf Gummi basierenden Materialien, welche die gewünschte Straßenlage des Fahrzeugs garantieren. Jedoch unterliegen diese elastomeren Zusammensetzungen unvermeidlich einer Abnutzung infolge von Verschleiß. Um eine sichere Haftung des Luftreifens auf der Straßenoberfläche sicherzustellen, ist es notwendig, den Zustand des Luftreifens und insbesondere den seines Profils sorgfältig zu beobachten. Viele Reifenhersteller haben diese Problematik und den Bedarf erkannt und entsprechende Möglichkeiten in Bezug auf den Reifenverschleiß entwickelt.
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Heute ist es noch nach wie vor üblich, den Verschleiß von Luftreifen von Fahrzeugen mittels eines Profiltiefenmessers zu überprüfen. Die Abnutzung des Reifenprofils wird demnach durch einfache und regelmäßige Beobachtung überwacht. Eine rein optische und manuelle Beobachtung ist aber dann besonders schwierig, wenn der Luftreifen ohne Profil versehen ist, was bei einem sogenannten Slick, also einem profillosen Luftreifen, der Fall ist. Um die optische und manuelle Überprüfung zu unterstützen, werden Luftreifen mit Gummistegen im Reifenprofil angeboten, die das Erkennen einer gesetzlich vorgeschriebenen Verschleißgrenze ohne Profiltiefenmesser ermöglichen. Weitere bekannte Vorschläge beziehen sich auf farbliche Markierungen bzw. Verschleißmarkierungen, die dann optisch sichtbar werden, wenn sich das Profil derart abgenutzt hat, dass die gesetzlich vorgeschriebene Verschleißgrenze erreicht ist.
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Nachteilig bei solchen Maßnahmen, die auf einer optischen Begutachtung des Profils des Luftreifens beruhen, ist es, dass nicht jeder Fahrzeugführer, der sein Fahrzeug mit anderen im Rahmen von Car-Sharing teilt oder der einen Dienstwagen besitzt, regelmäßig die Reifen hinsichtlich ihres Verschleißes überprüft. Sollte doch eine regelmäßige Überprüfung erfolgen, kann die optische Kontrolle des Abnutzungszustandes durch Verschmutzung der Luftreifen und insbesondere der Profile der Reifen erschwert werden. Oftmals wird auch kein Reifenwechsel durchgeführt, um die dadurch entstehenden Kosten zu vermeiden.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde eine Lösung zu schaffen, die auf konstruktiv einfache Weise ein Reifenkontrollsystem bereitstellt, das genügend robust und zugleich leicht, kompakt, kostengünstig und einfach zu montieren ist.
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Bei einem Reifenkontrollsystem der Eingangs bezeichneten Art wird die Aufgabe erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass das Reifenkontrollsystem ferner eine Reifenverschleißerkennung aufweist, die wenigstens einen Signalgeber und wenigstens einen mit dem Reifenluftdrucksensor gekoppelten Signalempfänger umfasst, wobei der wenigstens eine Signalgeber innerhalb des Profils des Luftreifens auf radialer Höhe einer dem Luftreifen zugeordneten Reifenverschleißgrenze angeordnet ist und der wenigstens eine Signalempfänger auf der Innenseite des Luftreifens angebracht ist, und wobei vor Erreichen der Reifenverschleißgrenze der wenigstens eine Signalgeber mit dem wenigstens einen Signalempfänger zyklisch signalverbunden ist.
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Vorteilhafte und zweckmäßige Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.
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Durch die Erfindung wird ein Reifenkontrollsystem für ein Fahrzeug zur Ermittlung reifenspezifischer Parameter zur Verfügung gestellt, das sich durch eine funktionsgerechte Konstruktion auszeichnet und einen einfachen und kostengünstigen Aufbau aufweist. Während der Fahrt des Fahrzeugs sind der Signalgeber und der Signalempfänger miteinander zyklisch signalverbunden. Zyklisch bedeutet für die vorliegende Erfindung, dass der Signalempfänger ein periodisch wiederkehrendes und gleichartiges Signal durch den Signalgeber erhält, wobei ein Signal pro einer Radumdrehung von dem Signalempfänger empfangen wird. Bleibt bei der Fahrt das Signal gänzlich aus und ist damit die zyklische Signalverbindung unterbrochen, so wird dies dem Fahrzeugführer unverzüglich mitgeteilt, wodurch angezeigt ist, dass ein kritischer Verschleiß des Profils des Luftreifens vorliegt. Folglich kann der Reifenverschleiß sicher erkannt werden.
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In Ausgestaltung des Reifenkontrollsystems sieht die Erfindung vor, dass der wenigstens eine Signalempfänger als ein die vom rollenden Luftreifen verursachten wechselnden Formänderungen erfassendes Piezoelement ausgebildet ist. Das Piezoelement macht sich dabei den Effekt zu nutze, dass bei Einwirkung einer mechanischen Kraft (in diesem Fall die in Richtung des Signalempfängers durch den Signalgeber verstärkte Formänderung des Luftreifens beim Abrollen) eine elektrische Spannung erzeugt wird, die als das zyklische Signal gemessen wird.
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Damit die Formänderung des Luftreifens beim Abrollen für den Signalempfänger entsprechend verstärkt wird, sieht die Erfindung in weiterer Ausgestaltung vor, dass der Signalgeber aus einem härteren Werkstoff als das Profil des Luftreifens besteht. Auf diese Weise sind Formänderungen leichter für den Signalempfänger zu erkennen. Insbesondere ist der Signalgeber mechanisch mit dem Material des Profils gekoppelt, wodurch die Signalverstärkung gegeben ist. Insbesondere weil der Werkstoff des Signalgebers härter als das Material des Profils ist, wird beim Abrollen des Luftreifens dann, wenn der Luftreifen über den Signalgeber abrollt, eine andere und stärkere Formänderung des Profils erfolgen als dies in Bereichen des Profils der Fall ist, wo kein Signalgeber in dem Profil eingebettet ist. Der Signalgeber fungiert folglich als eine Art Taste, welcher beim Abrollen einen mechanischen Impuls in Richtung des Signalempfängers bewirkt.
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Damit sich die Formänderung in Richtung des Signalempfängers verstärkt ausbreitet, sieht die Erfindung in weiterer Ausgestaltung vor, dass der in dem Profil des Luftreifens eingebettete Signalgeber einen Querschnitt aufweist, der sich in Richtung des Zentrums des Luftreifens vergrößert.
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Ein solcher Querschnitt ist beispielsweise dann gegeben, wenn der Signalgeber in Form eines Kegels ausgebildet ist. Natürlich sind auch andere Querschnittsformen als die eines Kegels denkbar.
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Das Erreichen der Reifenverschleißgrenze kann durch ein schwächer werdendes zyklisches Signal erkannt werden. Zu diesem Zweck sieht die Erfindung in Ausgestaltung vor, dass der wenigstens eine Signalgeber von dem Profil des Luftreifens umgeben ist, wobei bei Annäherung an die Reifenverschleißgrenze der wenigstens eine Signalgeber aufgrund von Verschleiß zusammen mit dem Profil auf gleiche radiale Höhe abgerieben ist.
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Als zusätzliche Option bei dem erfindungsgemäßen Reifenkontrollsystem ist vorgesehen, dass eine Daten der Motorsteuerung auslesende Telematik-Box vorgesehen ist, welche mit dem Reifenluftdrucksensor und/oder dem Signalempfänger und/oder dem Signalgeber zyklisch signalverbunden ist und die ermittelten reifenspezifischen Parameter speichert.
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Damit das Reifenkontrollsystem gemäß der vorliegenden Erfindung autark betreibbar ist, ist vorgesehen, dass der Reifenluftdrucksensor batterielos betreibbar ist und ein biegbares Piezoelement aufweist, das seine vom rollenden Luftreifen verursachten wechselnden Formänderungen in elektrische Energie wandelt, die zur eigenen Energieversorgung des Reifenluftdrucksensors dient.
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Es versteht sich, dass die vorstehend genannten und nachstehenden noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen. Der Rahmen der Erfindung ist nur durch die Ansprüche definiert.
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Weitere Einzelheiten, Merkmale und Vorteile des Gegenstandes der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung im Zusammenhang mit der Zeichnung, in der beispielhaft ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt ist. In der Zeichnung zeigt:
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1 eine Perspektivansicht auf ein Reifenkontrollsystem gemäß der Erfindung,
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2 eine perspektivische Schnittansicht auf das Reifenkontrollsystem,
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3 eine perspektivische Einzelteildarstellung des Reifenkontrollsystems und
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4 eine vergrößerte Ansicht eines Signalgebers des Reifenkontrollsystems.
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In den 1 bis 3 ist jeweils beispielhaft und exemplarisch ein Reifenkontrollsystem 1 gemäß der Erfindung dargestellt, wobei 1 eine Perspektivansicht, 2 eine seitliche Schnittansicht und 3 eine perspektivische Einzelteildarstellung zeigen. Das Reifenkontrollsystem 1 ist bei einem Fahrzeug einsetzbar und dient zur Ermittlung reifenspezifischer Parameter, wie beispielsweise Luftdruck oder Temperatur. Das Reifenkontrollsystem 1 umfasst einen Luftreifen 2, auf dessen Grundschicht 3 ein mit Bezug auf den Luftreifen 2 radial außenliegend angeordnetes Profil 4 ausgebildet ist. Das erfindungsgemäße Reifenkontrollsystem 1 umfasst ferner einen Reifenluftdrucksensor 5, der auf der Innenseite 6 des Luftreifens 2 angebracht ist und der Mittel zur drahtlosen Übertragung mindestens eines reifenspezifischen Parameters an ein fahrzeugseitiges Steuergerät 7 aufweist.
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In 1 ist neben dem fahrzeugseitigen Steuergerät 7 eine Telematik-Box 8 gezeigt, welche ebenso wie das Steuergerät 7 im Fahrzeug angeordnet ist und Daten der Motorsteuerung ausliest und dann speichert. Die Telematik-Box 8 kann mit dem Reifenluftdrucksensor 5 und/oder mit einem nachfolgend noch genauer beschriebenen Signalempfänger 9 und/oder mit einem nachfolgend noch genauer beschriebenen Signalgeber 10 signalverbunden sein und die ermittelten reifenspezifischen Parameter speichern. Somit ist eine zusätzliche Datenspeicherung in der Telematik-Box 8 möglich, was eine sehr interessante Option für Versicherungsgesellschaften sein kann. Das Steuergerät 7 und die Telematik-Box 8 sind nur in 1 gezeigt und sind lediglich optionaler Bestandteil des Reifenkontrollsystems 1.
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In 1 ist lediglich schematisch angedeutet, dass der Reifenluftdrucksensor 5 ein biegbares, scheibenförmiges Piezoelement 11 aufweist. Das Piezoelement 11 dient einem batterielosen Betrieb des Reifenluftdrucksensors 5, indem das Piezoelement 11 seine vom rollenden Luftreifen 2 verursachten wechselnden Formänderungen in elektrische Energie wandelt, die zur Energieversorgung des Reifenluftdrucksensors 5 verwendet wird. Es handelt sich bei dem Piezoelement 11 um eine aus dem Stand der Technik bekannte Maßnahme für einen autarken Betrieb eines Reifenluftdrucksensors 5, so dass nicht weiter darauf eingegangen werden muss.
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Das erfindungsgemäße Reifenkotrollsystem 1 weist ferner eine Reifenverschleißerkennung 12 (siehe 2) auf, zu welcher der bereits zuvor angesprochene Signalgeber 10 und der ebenso bereits zuvor genannte Signalempfänger 9 zählen. Die Reifenverschleißerkennung 12 dient dazu, das Erreichen einer für den Luftreifen 2 definierten und diesem zugeordneten Reifenverschleißgrenze 14 (siehe 2) automatisch zu erkennen. Zu diesem Zweck ist der Signalgeber 10 mit dem Signalempfänger 9 zyklisch signalverbunden, bevor die Reifenverschleißgrenze 14 erreicht ist. Dabei bedeutet eine zyklische Signalverbindung, dass der Signalempfänger 9 ein periodisch wiederkehrendes und gleichartiges Signal von oder durch den Signalgeber 10 erhält. Hierbei kann der Signalempfänger 9 während der Fahrt des Kraftfahrzeugs den Signalgeber 10 kontinuierlich abfragen, wobei der Signalempfänger 9 jedoch nur ein charakteristisches Signal pro Reifenumdrehung erhält, und zwar dann, wenn der Luftreifen 2 über den Signalgeber 10 abrollt und sich der Luftreifen 2 im Bereich des Signalgebers 10, der im Profil 4 des Luftreifen 2 integriert ist, verformt.
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Der Signalempfänger 9 ist als zusätzliches Piezoelement 15 ausgebildet und seitlich neben dem Reifenluftdrucksensor 5 auf der Innenseite 6 des Luftreifens 2 angebracht, wie beispielsweise den 1 und 2 zu entnehmen ist. Folglich sind sowohl der Reifendruckluftsensor 5 als auch der als Piezoelement 15 ausgebildete Signalempfänger 9 auf der Innenseite 6 des Luftreifens 2 angebracht. Demgegenüber ist der Signalgeber 10 innerhalb des Profils 4 des Luftreifens 2 auf radialer Höhe der Reifenverschleißgrenze 14 angeordnet, wie aus 2 hervorgeht. Der Signalgeber 9 und der Signalempfänger 10 sind in radialer Richtung betrachtet übereinanderliegend angeordnet, wobei der Signalempfänger 10 in radialer Richtung betrachtet unterhalb des Signalgebers 9 angeordnet ist, damit das vom Signalgeber 9 erzeugte Signal auch auf direktem Weg durch das Profil 4 und den Luftreifen 2 infolge des mechanischen Impuls geleitet wird.
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Entsprechend dem gezeigten Ausführungsbeispiel ist der Signalempfänger 9 als Piezoelement 15 ausgebildet. Der Signalgeber 10 besteht aus einem härteren Werkstoff als das Profil 4 des Luftreifens 2, obgleich der Signalgeber 10 in dem Material des Profils 4 eingebettet ist. Das härtere Material des Signalgebers 10 führt dazu, dass beim Abrollen des Luftreifens 2 über den Signalgeber 10 eine mechanische Wechselwirkung stattfindet, indem das Material des Profils 4 und des Luftreifens 2 zwischen dem Signalgeber 10 und dem Signalempfänger 9 komprimiert wird. Zwar erfolgt die Signalabfrage des Signalempfängers 9 kontinuierlich. Jedoch wird nur dann ein charakteristisches und verstärktes Signal von dem Signalempfänger 9 empfangen, wenn der Luftreifen 2 über den Signalgeber 10 abrollt. Der Signalgeber 10 stellt einen Hartkörper innerhalb des Profils 4 dar, was dazu führt, dass mechanisch beim Abrollen über den Hartkörper ein verstärkter Druck auf den Signalempfänger 9 wirkt, was von diesem in Form eines Spannungsanstiegs gemessen wird.
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Um das Signal bzw. den auf den Signalempfänger 9 einwirkenden Druck zu verstärken, weist der in dem Profil 4 des Luftreifens 2 eingebettete Signalgeber 10 einen Querschnitt auf, der sich in Richtung des Zentrums des Luftreifens 2 vergrößert. Wie den 2 und 3 und der vergrößerten Ansicht in 4 zu entnehmen ist, ist der Signalgeber 10 in dem Ausführungsbeispiel in Form eines Kegels ausgebildet, wobei die Spitze des Kegels nach außen, also vom Zentrum des Luftreifens 2 weg, weist. Der kegelförmige Signalgeber 10 wirkt mechanisch auf den als Piezoelement 15 ausgebildeten Signalempfänger 9 ein, wobei der kegelförmige Signalgeber 10 wie eine Drucktaste auf den Signalempfänger 9 einwirkt, wenn der Luftreifen 4 über den Signalgeber 10 abrollt. Selbstverständlich sind auch andere Formgebungen für den Signalgeber 10 denkbar, wobei es von Vorteil ist, wenn dessen Querschnitt zur Innenseite 6 des Luftreifens 4 hin zunimmt. Beispielsweise wäre bei einem T-förmigen Signalgeber 10 der „Balken“ des Kopfes in Nähe der Innenseite 6 des Luftreifens 4 angeordnet.
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Solange der Signalgeber 10 dem Signalempfänger 9 zyklisch pro Radumdrehung ein Signal liefert, ist die Profiltiefe des Luftreifens 2 ausreichend und die Reifenverschleißgrenze 14 noch nicht erreicht. Das Profil 4 wird sich mit zunehmender Zeit und mit zunehmender Kilometerleistung des Fahrzeugs abnutzen. Infolge der Abnutzung wird das Profil 4 dann soweit abgefahren sein, dass der kegelförmige Signalgeber 10 nach außen hin offen liegt und mit dem Profil 4 zusammen abgenutzt wird, wobei bei Annäherung an die Reifenverschleißgrenze 14 der Signalgeber 10 aufgrund von Verschleiß zusammen mit dem Profil 4 auf gleiche radiale Höhe abgerieben wird. Mit Zunahme des Abriebs des kegelförmigen Signalgebers 10 wird das zyklische Signal schwächer.
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Bei Erreichen der Verschleißgrenze 14 ist der kegelförmige Signalgeber 10 vollständig abgerieben und verschlissen, folglich nicht mehr im Profil 4 des Luftreifens 2 vorhanden. Es wird dementsprechend also nicht mehr eine Abnahme der Signalstärke von dem Signalempfänger 9 registriert, sondern es wird vielmehr gar kein Signal mehr detektiert, weil die mechanische Wechselwirkung zwischen dem Signalempfänger 9 und dem infolge von Abnutzung nicht mehr vorhandenen Signalgeber 10 fehlt und damit kein für das Piezoelement 15 messbarer und ansteigender Druck pro Reifenumdrehung vorliegt. Durch das ausbleibende Signal ist angezeigt, dass die Reifenverschleißgrenze 14 erreicht ist.
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Zusammenfassend ist mit der vorliegenden Erfindung ein Reifenkontrollsystem bereitgestellt, bei dem die Verschleißerkennung als Zusatzfunktion zusätzlich zu einem Reifendrucksensor integriert ist. Hierbei kann eine zusätzliche Datenspeicherung in der Telematik-Box erfolgen, was eine sehr interessante Option für Versicherungsgesellschaften sein kann. Der Signalgeber 10, der beispielsweise als Kunststoffkegel ausgebildet sein kann, wird während der Herstellung des Luftreifens 2 bei der Serienfertigung bzw. gleichzeitig mit der Montage des Reifenluftdrucksensors 5 in der Werkstatt von außen auf die Reifenverschleißgrenze 14 angebracht. Beim Serienprozess erfolgt die Anbringung während der letzten Stufe bei der Profilherstellung und Vulkanisierung, wohingegen bei einer Montage in der Werkstatt der Signalgeber 10 mit einem Spezialwerkzeug in das Profil 4 des Luftreifens 2 reingedrückt wird und anschließend eine Vulkanisierung erfolgt, um den Signalgeber 10 in das Profil 4 einzubetten. Während der Fahrt wird der Signalgeber 10 kontinuierlich den mit dem Reifenluftdrucksensor 5 gekoppelten Signalempfänger 9 betätigen, wobei der Signalempfänger 9 von dem Reifendrucksensor 5 hinsichtlich eines Signals pro Reifenumdrehung abgefragt wird. Beim Erreichen der Reifenverschleißgrenze 14 wird der Signalgeber 10 abgerieben und verschlissen sein. Der Reifenluftdrucksensor 5 wird dementsprechend ein sehr schwaches oder gar kein Signal vom Signalempfänger 9 empfangen. Diese Information wird der Signalempfänger 9 bzw. der mit dem Signalempfänger 9 gekoppelte Reifenluftdrucksensor 5 an den Fahrzeugführer weitergeben, wobei diese Information auch in der Telematik-Box 8 gespeichert werden kann. Die Vorteile der Erfindung liegen unter anderem in einer einfachen und zeitsparenden Montage des Reifenkontrollsystems 1 und in der zusätzlichen Möglichkeit der Speicherung in der Telematik-Box 8.
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Die vorstehend beschriebene Erfindung ist selbstverständlich nicht auf die beschriebene und dargestellte Ausführungsform beschränkt. Es ist ersichtlich, dass an der in der Zeichnung dargestellten Ausführungsform zahlreiche, dem Fachmann entsprechend der beabsichtigten Anwendung naheliegende Abänderungen vorgenommen werden können, ohne dass dadurch der Bereich der Erfindung verlassen wird. Der Fachmann wird erkennen, dass auch mehrere Signalgeber und mehrere Signalempfänger vorgesehen sein können. Wichtig für die Erfindung ist es, dass das Reifenkontrollsystem wenigstens einen Signalgeber und wenigstens einen Signalempfänger aufweist. Zur Erfindung gehört alles dasjenige, was in der Beschreibung enthalten und/oder in der Zeichnung dargestellt ist, einschließlich dessen, was abweichend von dem konkreten Ausführungsbeispiel für den Fachmann naheliegt.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102012007071 A1 [0003]
