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Stand der Technik
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Die Erfindung betrifft eine Ansteuervorrichtung, sowie ein Verfahren zum Einstellen eines Innendrucks in einem Reifen und einen Reifen nach dem Oberbegriff der unabhängigen Ansprüche.
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Aus der
US 201300048178 A1 ist ein Reifen mit einer integrierten, peristaltischen Pumpvorrichtung bekannt, welche dazu ausgelegt ist, bei Abrollen des Reifens einen vorbestimmten Reifeninnendruck aufrecht zu erhalten.
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Die
US 7748422 B2 offenbart ferner eine in einen Reifen integrierte Hubkolbenpumpe, die bei Abrollen des Reifens den Reifeninnendruck erhöhen oder aufrecht erhalten kann.
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Weiterhin ist aus der
WO 2013090493 A1 ein Reifen mit einem ersten und einem zweiten aufblasbaren Schlauch bekannt, dessen Reibungseigenschaften, die der Reifen auf einer Oberfläche aufweist, variabel einstellbar sind. Dies wird dadurch erreicht, dass der Innendruck in dem zweiten aufblasbaren Schlauch, der in radialer Richtung über dem ersten aufblasbaren Schlauch angeordnet ist, variiert wird. Hierdurch ändern sich auch die Wölbung der Lauffläche des Reifens und damit auch die Reibung des Reifens auf einer Oberfläche.
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Offenbarung der Erfindung
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Die Erfindung geht aus von einer Ansteuervorrichtung, insbesondere für ein Kraftfahrzeug, zum Einstellen eines Innendrucks in einem Reifen mit einer Mehrzahl von Luftkammern, mit einer Eingangsschnittstelle zum Empfang von Steuer- und/oder Messsignalen, mit einer Recheneinheit zum Berechnen von Steuersignalen für wenigstens ein Ventil und/oder wenigstens eine Pumpvorrichtung und mit einer Ausgangsschnittstelle zum Ausgeben von Steuersignalen an das wenigstens eine Ventil und/oder die wenigstens eine Pumpvorrichtung.
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Unter einem Reifen kann der Teil eines Rades verstanden werden, auf welchem das Rad abrollt. Der Reifen kann auf einer Felge aufgebracht sein, mit welcher er ein Volumen umschließt, dessen Innendruck variabel einstellbar ist. Der Reifen kann eine Lauffläche aufweisen, mit der er in Kontakt zu einer Oberfläche steht. Der Reifen kann ferner zwei Seitenwände aufweisen, die die seitliche Begrenzung des Reifens zu einer Umgebung bilden und die sowohl mit der Lauffläche des Reifens als auch mit der Felge verbunden sind. Reifen können aus einem Verbundwerkstoff aufgebaut sein, der ein Metallgeflecht und eine Gummimischung aufweist. Insbesondere die Gummimischung verhindert bzw. verlangsamt die Diffusion des im Reifen befindlichen, unter Druck stehenden Gases vom Reifeninneren nach außen.
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Unter Luftkammer kann generell das von dem Reifen und der Felge umschlossene Volumen verstanden werden. Unter einer Mehrzahl von Luftkammern können mehrere, beispielsweise durch eine im Reifeninneren befindliche Gummiwand separierte, von dem Reifen und der Felge umschlossene Volumina verstanden werden. Die Mehrzahl von Luftkammern kann beispielsweise auch von mehreren, im Reifeninneren befindlichen Schläuchen gebildet sein, die ringartig um eine Rotationsachse des Rades bzw. Reifens angeordnet sind.
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Unter Innendruck soll im Folgenden der Überdruck gegenüber dem Umgebungsdruck von ca. 1 bar verstanden werden. Der Bereich, in welchem der Innendruck variabel einstellbar ist, kann sich von ca. 0,5 bar bis 5 bar erstrecken.
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Unter Pumpvorrichtung kann in diesem Zusammenhang beispielsweise eine peristaltische Pumpe verstanden werden, wie sie in
US 20130048178 A1 beschrieben ist. Das flexible Pumpvolumen, das ringartig zwischen der Felge und einer Seitenwand des Reifens angeordnet ist, wird beim Abrollen des Reifens zusammengedrückt, d.h. sein Volumen wird verkleinert bzw. der Druck im Pumpvolumen steigt an. Bei Überschreiten des Reifeninnendrucks öffnet sich ein Ventil, das zwischen dem flexiblen Pumpvolumen und dem Reifeninneren angeordnet ist, und es wird die in dem flexiblen Pumpvolumen komprimierte Luft in das Reifeninnere gepumpt, wodurch sich der Reifeninnendruck erhöht. Dieser Vorgang wiederholt sich bei jeder Umdrehung des Reifens, bis ein vorbestimmter Reifeninnendruck erreicht ist. Bei Erreichen des vorbestimmten Reifeninnendrucks wird die in dem flexiblen Pumpvolumen komprimierte Luft nicht mehr in das Reifeninnere gepumpt, sondern über ein zweites Ventil, welches zwischen dem flexiblen Pumpvolumen und der Umgebungsluft angeordnet ist, an die Umgebung abgegeben.
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Unter dem Begriff Ventile können steuer- bzw. regelbare Ventile verstanden werden, wie beispielsweise pneumatisch, mechanisch und/oder elektrisch betätigbare Ventile bzw. Magnetventile. Diese können, ähnlich wie Reifendrucksensoren, mit einer Einwegbatterie ausgestattet sein. Es ist auch denkbar, dass die Magnetventile über Mikro-Generatoren beispielsweise auf Basis von Piezotechnologie oder thermoelektrischen Generatoren mit Spannung versorgt werden. Weiterhin ist es möglich, dass Aktoren wie Ventile neben kabelgebundenen Kommunikationsschnittstellen auch über kabellose Schnittstellen verfügen und somit über eine funkbasierte Technik angesteuert und/oder ausgelesen werden können.
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Erfindungsgemäß wird vorgeschlagen, dass das wenigstens eine Ventil und/oder die wenigstens eine Pumpvorrichtung durch die Steuersignale so einstellbar ist/sind, dass in der Mehrzahl von Luftkammern jeweils ein unterschiedlicher Innendruck einstellbar ist. Dies hat den Vorteil, dass die Oberflächenwölbung des Reifens und damit seine Reibungseigenschaften abhängig von der jeweiligen Fahrsituation angepasst werden können. So kann beispielsweise während einer Fahrt eines Fahrzeugs mit hoher Geschwindigkeit eine Gefahrensituation auftreten. Bei der Fahrt mit hoher Geschwindigkeit ist es wünschenswert, die Reibung zwischen Reifen und Fahrbahnoberfläche möglichst gering zu halten, um den Spritverbrauch des Fahrzeugs zu optimieren. Dies kann durch eine leicht nach außen gewölbte Lauffläche des Reifens erreicht werden. Jedoch bedingt die geringe Reibung zwischen Reifen und Fahrbahn auch einen längeren Bremsweg. Tritt nun eine Gefahrensituation auf, die eine schnelle Verminderung der Geschwindigkeit des Fahrzeugs erforderlich macht, kann die Ansteuervorrichtung z.B. ein Ventil einer der Luftkammern im Reifen öffnen und dadurch den Innendruck der Luftkammer absenken. Dadurch verringert sich die Wölbung der Lauffläche des Reifens und es wird die Reibung zwischen Reifen und Fahrbahn erhöht. Hierdurch wird der Bremsweg des Fahrzeugs verringert und somit kann der Gefahrensituation mit deutlich verbesserten Bremseigenschaften begegnet werden.
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Es ist insbesondere von Vorteil, wenn die Zeitdauer zur Absenkung des Luftdrucks in wenigstens einer der Mehrzahl der Luftkammern in dem Reifen kleiner oder gleich der Zeitdauer ist, die der Reaktionszeit des Fahrers bei einer Gefahrensituation entspricht. Dazu kann die Luftdurchflussrate des wenigstens einen Ventils so hoch gewählt werden, dass die Absenkung des Luftdrucks sehr schnell, insbesondere in abrupter Weise, erfolgt. Hierdurch kann die Ansteuervorrichtung, falls eine Gefahrensituation durch die fahrzeugeigene Sicherheitssensorik detektiert wird, die Reibungseigenschaften der Reifen des Fahrzeugs noch vor Ende der Reaktionszeit des Fahrers an die Gefahrensituation anpassen. Somit ist gewährleistet, dass immer die idealen Bremsbedingungen bei Gefahrensituationen vorliegen.
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Durch die in den abhängigen Ansprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen des im unabhängigen Anspruch angegebenen Verfahrens möglich.
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So ist es von Vorteil, wenn die Ansteuervorrichtung in einem Steuergerät, insbesondere eines Kraftfahrzeugs, integriert ist. Denn dadurch können einzelne elektronische Komponenten der Ansteuervorrichtung eingespart werden, da ihre Funktionen von den Komponenten des Steuergeräts mit übernommen werden können. Ferner kann die Ansteuervorrichtung durch die Spannungsversorgung des Steuergeräts mitversorgt werden und die an dem Steuergerät ankommenden Daten und Signale der am Fahrzeug vorhandenen Sensoren müssen nicht an eine außerhalb des Steuergeräts befindliche Ansteuervorrichtung weitergeleitet werden. Dies spart Energie, Bauraum und zusätzliche Komponenten ein.
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Ferner ist es vorteilhaft, wenn die Ansteuervorrichtung die Steuer- und/oder Messsignale durch die Eingangsschnittstelle und/oder die Ausgangsschnittstelle kabellos empfangen bzw. ausgeben kann. Es vereinfacht die Ansteuerung der beispielsweise als Magnetventile ausgestalteten Ventile, da keine elektrischen Signalleitungen über die Radachse bzw. -nabe und durch die Felge in den Reifen verlegt werden müssen. Dadurch verschleißen weniger Teile und es werden Teile wie elektrische Signalleitungen eingespart.
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Ferner ist es möglich, dass dadurch auch externe Signale von anderen Fahrzeugen aus der Umgebung des Fahrzeugs oder von einer zentralen Verkehrskoordinationseinheit empfangen oder fahrzeugeigene Signale an diese gesendet werden können. Dieser Austausch der Daten und Signale über kabellose Verbindungen, wie WLAN-, Bluetooth- oder sonstige auf Funk basierenden Technologien ist insbesondere bei neuen Fahrfunktionen wie teil- oder vollautonomem Fahren von Vorteil.
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Gemäß einem weiteren Aspekt kann vorgesehen sein, dass wenigstens zwei der Mehrzahl der Luftkammern in axialer Richtung des Reifens parallel zueinander angeordnet sind. Dies hat den Vorteil, dass die Luftkammern alle eine gleiche geometrische Grundform haben, die sich in ihren mechanischen und thermischen Eigenschaften daher nicht oder nur kaum unterscheiden. In einer zusätzlichen und/oder alternativen Ausgestaltungsform ist es möglich, dass die einzelnen Luftkammern als baugleiche, separate Schläuche ausgebildet sind. Dadurch lassen sich im Herstellungsprozess mehr Schläuche einer Bauform herstellen, was den Herstellungsprozess kostengünstiger macht.
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Weiterhin ist es von Vorteil, wenn wenigstens zwei der Mehrzahl der Luftkammern unterschiedliche Materialien, insbesondere mit unterschiedlichen Elastizitätsmoduln aufweisen. Denn dadurch muss der Druckunterschied zwischen den wenigstens zwei Luftkammern verglichen mit Luftkammern, die aus dem gleichen Material bestünden, nicht so groß sein, um den gleichen Effekt der Wölbung der Lauffläche des Reifens zu erhalten.
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Ferner können in einer weiteren Ausführungsform der Erfindung wenigstens zwei der Mehrzahl der Luftkammern eine gemeinsame Lauffläche aufweisen. Dies hat den Vorteil, dass die Wölbung der Lauffläche in axialer Richtung kontinuierlich verläuft und der Reifen eine hohe Laufruhe beim Abrollen aufweist. Des Weiteren lässt sich dadurch der Reifen in einfacher Weise herstellen.
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Weiterhin ist es vorteilhaft, wenn jede der Mehrzahl der Luftkammern eine separate Lauffläche aufweist. Dadurch lässt sich die Wölbung der Lauffläche des Reifens mit einem geringeren Druckunterschied zwischen den Luftkammern realisieren. Dies ist insbesondere dann vorteilhaft, wenn eine schnelle Änderung der Wölbung der Lauffläche des Reifens erzielt werden soll, beispielsweise vor oder während einer Gefahrensituation, die durch ein Fahrassistenzsystem des Fahrzeugs erkannt bzw. vorausberechnet wird.
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In einer Weiterbildung der Erfindung ist es von Vorteil, wenn jede der Mehrzahl der Luftkammern wenigstens ein Ventil aufweist und wenn wenigstens zwei der Ventile zum Einstellen des Innendrucks in wenigstens einer der Mehrzahl der Luftkammern unabhängig voneinander steuerbar sind. Dadurch lässt sich in vorteilhafter Weise gleichzeitig der Innendruck in den einzelnen Luftkammern ändern. Dies ist insbesondere dann vorteilhaft, wenn eine schnelle Änderung der Wölbung der Lauffläche des Reifens erzielt werden soll, beispielsweise vor oder während einer Gefahrensituation, die durch die Fahrassistenzsysteme des Fahrzeugs erkannt bzw. vorausberechnet wird.
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Die vorstehend genannten Vorteile für die Ansteuervorrichtung gelten in entsprechender Weise auch für einen Reifen mit einer Ansteuervorrichtung.
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Die Erfindung geht weiterhin aus von einem Verfahren, insbesondere für ein Kraftfahrzeug, zum Einstellen eines Innendrucks in einem Reifen mit einer Mehrzahl von Luftkammern, mit den Schritten Empfangen von Steuer- und/oder Messsignalen durch eine Eingangsschnittstelle, Berechnen von Steuersignalen für wenigstens ein Ventil und/oder eine Pumpvorrichtung durch eine Recheneinheit, sowie Ausgeben von Steuersignalen an das wenigstens eine Ventil und/oder die Pumpvorrichtung durch eine Ausgangsschnittstelle.
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Erfindungsgemäß wird vorgeschlagen, dass das wenigstens eine Ventil und/oder die wenigstens eine Pumpvorrichtung durch die Steuersignale so gesteuert wird, dass in der Mehrzahl von Luftkammern jeweils ein unterschiedlicher Innendruck eingestellt wird.
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Die Vorteile dieses Verfahrens sind analog zu obigen Ausführungen unter anderem darin zu sehen, dass die Oberflächenwölbung des Reifens und damit seine Reibungseigenschaften abhängig von der jeweiligen Fahrsituation angepasst werden können.
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Weiterhin ist es von Vorteil, wenn das Verfahren während einer Rollbewegung des Reifens ausgeführt wird. Denn dann kann beispielsweise bei wenigstens einer der Mehrzahl von Luftkammern der Luftdruck innerhalb der wenigstens einen Luftkammer erhöht werden, während bei Stillstand des Fahrzeugs und somit auch des Reifens die peristaltische Pumpe nicht in Betrieb ist und daher der Luftdruck innerhalb aller Luftkammern lediglich verringert werden kann.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert.
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Es zeigen
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1: eine Darstellung einer erfindungsgemäßen Ansteuervorrichtung zum Einstellen eines Innendrucks in einem Reifen;
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2: eine Darstellung einer in ein Steuergerät integrierten, erfindungsgemäßen Ansteuervorrichtung;
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3: eine Darstellung einer Seitenansicht eines erfindungsgemäßen Reifens;
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4: eine Darstellung eines Querschnitts des erfindungsgemäßen Reifens;
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5: eine Darstellung eines Querschnitts eines alternativen, erfindungsgemäßen Reifens;
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6: eine Darstellung eines Querschnitts eines weiteren alternativen, erfindungsgemäßen Reifens; sowie
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7: eine Darstellung eines erfindungsgemäßen Verfahrens zum Einstellen eines Innendrucks in einem Reifen.
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Ausführungsformen der Erfindung
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In 1 ist eine Darstellung einer Ansteuervorrichtung 1 für ein Fahrzeug gezeigt. Die Ansteuervorrichtung 1 weist eine Eingangsschnittstelle 2 zum Empfang von Steuer- und/oder Messsignalen und eine Ausgangsschnittstelle 4 zur Ausgabe von Steuersignalen auf. Des Weiteren weist die Ansteuervorrichtung 1 eine Recheneinheit 6 auf, mit der die Ansteuervorrichtung 1 die empfangenen Steuer- und/oder Messsignale verarbeiten und abhängig von einer Fahrsituation des Fahrzeugs Steuersignale an Ventile eines Fahrzeugreifens und/oder an eine im Reifen integrierte Pumpe ausgeben kann. Die empfangenen Steuersignale können hierbei beispielsweise von einem fahrzeugeigenen elektronischen Stabilitätsprogramm-Modul oder alternativ und/oder zusätzlich von einer externen Verkehrskoordinationsstelle stammen. Die empfangenen Messsignale können beispielsweise von verschiedenen, am Fahrzeug angebrachten Sensoren stammen, die ein momentanes Fahrverhalten des Fahrzeugs sensieren. Die Ansteuervorrichtung 1 weist ferner einen Spannungsversorgungsanschluss 7 auf, mit welchem die Ansteuervorrichtung 1 mit Spannung versorgt wird. Ferner ist es in einer alternativen und/oder zusätzlichen Ausführungsform möglich, dass die Ansteuervorrichtung 1 eine kabellose Eingangsschnittstelle 3 und/oder eine kabellose Ausgangsschnittstelle 5 aufweist, die mit der Recheneinheit 6 verbunden sind.
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In 2 ist eine Darstellung eines Steuergerätes 10 dargestellt, in welches die Ansteuervorrichtung 1 integriert ist. Das Steuergerät 10 weist eine Eingangsschnittstelle 20 zum Empfang von Steuer- und/oder Messsignalen und eine Ausgangsschnittstelle 40 zur Ausgabe von Steuersignalen auf. Das Steuergerät 10 weist ferner ein Eingangskommunikationsmodul 31 und ein Ausgangskommunikationsmodul 51 auf. Das Eingangskommunikationsmodul 31 verbindet die Eingangsschnittstelle 20 des Steuergeräts 10 mit der Eingangsschnittstelle 2 der Ansteuervorrichtung 1 und einer kabellosen Eingangsschnittstelle 30. Die kabellose Eingangsschnittstelle 30 kann hierbei sowohl für das Empfangen von Daten durch das Steuergerät 10 als auch durch die Ansteuervorrichtung 1 verwendet werden.
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Das Ausgangskommunikationsmodul 51 verbindet die Ausgangsschnittstelle 40 des Steuergeräts 10 mit der Ausgangsschnittstelle 4 der Ansteuervorrichtung 1 und einer kabellosen Ausgangsschnittstelle 50. Die kabellose Ausgangsschnittstelle 50 kann hierbei sowohl für das Ausgeben von Daten durch das Steuergerät 10 als auch durch die Ansteuervorrichtung 1 verwendet werden.
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Das Steuergerät 10 weist ferner einen Spannungsversorgungsanschluss 70 auf, mit welchem das Steuergerät 10 mit Spannung versorgt wird. Über ein Spannungsversorgungsmodul 71, welches mit dem Spannungsversorgungsanschluss 70 des Steuergerätes 10 verbunden ist, wird die Ansteuervorrichtung 1 mit Spannung versorgt.
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Ebenso wie die Ansteuervorrichtung 1 aus 1 ist das Steuergerät 10 dazu geeignet, von übergeordneten Instanzen, wie beispielsweise dem fahrzeugeigenen elektronischen Stabilitätsprogramm-Modul oder einer externen Verkehrskoordinationsstelle, Steuersignale zu empfangen und in Abhängigkeit von der Fahrsituation des Fahrzeugs Steuersignale an Ventile eines Fahrzeugreifens und/oder an eine im Reifen integrierte Pumpe auszugeben.
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In 3 ist eine Seitenansicht eines erfindungsgemäßen Reifens 11 dargestellt. Der Reifen 11 weist eine Lauffläche 12 auf, mit welcher er beim Abrollen auf einer Oberfläche wie beispielsweise einem Straßenasphalt in Kontakt steht. Ferner weist der Reifen 11 zwei Seitenwände 13 auf, wobei in dieser Darstellung nur eine Seitenwand sichtbar ist. Der Reifen 11 ist aus einem elastischen Verbundmaterial aufgebaut, welches beispielsweise eine Gummi- und/oder Kautschukmischung aufweist. Der Reifen 11 ist auf einer Felge 14 montiert. Das Volumen, welches von den Seitenwänden 13, der Lauffläche 12 und der Felge 14 umschlossen wird, wird als Luftkammer 22 bezeichnet. Die Luftkammer 22 des Reifens 11 kann durch Aufpumpen auf einen bestimmten Innendruck gebracht werden.
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Die Felge 14 besteht aus einem Metall bzw. Leichtmetall oder einem ähnlich harten und formstabilen Material und stellt über eine Nabe 15 eine Verbindung zu einer Fahrzeugachse her. Die Fahrzeugachse ist aus Gründen der Übersicht hier nicht gezeigt. Der Reifen 11 ist in einer Drehrichtung 21 bzw. einer zur Drehrichtung 21 entgegengesetzten Richtung um die Nabe 15, bzw. die Fahrzeugachse rotierbar. Zwischen der Felge 14 und dem Reifen 11 bzw. den Seitenwänden 13 ist eine peristaltische Pumpe 16 angeordnet. Die peristaltische Pumpe 16 kann während eines Abrollvorgangs des Reifens 11, also während einer Fahrt des Fahrzeugs, den Reifen 11 aufpumpen, bzw. einen etwaigen Druckverlust ausgleichen.
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Peristaltische Pumpen sind beispielsweise aus der
US 20130048178 A1 bekannt. Die peristaltische Pumpe
16 ist röhrenförmig ausgestaltet und liegt als Ring zwischen dem Reifen
11 und der Felge
14. Die peristaltische Pumpe
16 ist aus einem elastischen Material aufgebaut. Die peristaltische Pumpe
16 weist eine Begrenzung
17 und ein Belüftungsventil
170, sowie ein Einlassventil
18 und ein Auslassventil
19 auf. Die Begrenzung
17 ist innerhalb der peristaltischen Pumpe
16 angeordnet und kann als weiteres Ventil ausgestaltet sein. Die Begrenzung
17 verbindet den Anfang und das Ende der peristaltischen Pumpe
16 miteinander. Das Belüftungsventil
170 stellt eine Verbindung zwischen dem Inneren der peristaltische Pumpe
16 und der äußeren Umgebung her und sorgt somit für eine ausreichende Luftzufuhr im Pumpbetrieb.
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Das Einlassventil 18 verbindet die peristaltische Pumpe 16 mit der Luftkammer 22 des Reifen 11. Das Auslassventil 19 verbindet die Luftkammer 22 mit der äußeren Umgebung. Das Einlassventil 18, das Auslassventil 19, die Begrenzung 17 und das Belüftungsventil 170 können als Magnetventil mit eigener Energieversorgung wie beispielsweise Mikro-Generatoren oder fest verbauten Batterien ausgestaltet sein. Des Weiteren können die Ventile 17, 18, 19, 170 über kabellose Kommunikationsschnittstellen verfügen, über die sie Steuersignale von der Ansteuervorrichtung 1 bzw. von dem Steuergerät 10 empfangen können.
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Während des Abrollvorgangs wird bedingt durch einen Teil des Gewichts des Reifens bzw. des Fahrzeugs der Teil der peristaltische Pumpe 16 zusammengedrückt, welcher sich am tiefsten Punkt des Reifens befindet, bzw. welcher den geringsten Abstand zu der Oberfläche hat, auf welcher der Reifen abrollt. Dadurch wird das Volumen der peristaltischen Pumpe 16 verringert. Mit zunehmender Wegstrecke, auf der der Reifen 11 abgerollt wird, wird das Reservoir an Luft weiter komprimiert, welches sich in dem Teil der peristaltischen Pumpe 16 befindet, der noch nicht zusammengedrückt worden ist, wodurch der Druck in dem Reservoir steigt. In dem Teil der peristaltischen Pumpe 16, der zuvor schon zusammengedrückt wurde, kann nun bei geöffnetem Belüftungsventil 170 Luft aus der äußeren Umgebung in die peristaltische Pumpe 16 nachströmen. Sobald ein vorbestimmter Druck erreicht ist, der den Innendruck der Luftkammer 22 nicht übersteigt, öffnet das Einlassventil 18 und die komprimierte Luft in dem Reservoir der peristaltische Pumpe 16 kann in die Luftkammer 22 des Reifens 11 strömen. Der vorbestimmte Druck kann hierbei entweder indirekt über eine Auslöseschwelle des Einlassventils 18 ermittelt bzw. eingestellt werden oder es kann ein Drucksensor verwendet werden, der den Druck misst und den gemessenen Wert an die Ansteuervorrichtung 1 bzw. das Steuergerät 10 weitergibt. Die Ansteuervorrichtung 1 bzw. das Steuergerät 10 können dann ein entsprechendes Steuersignal an das Einlassventil 18 weiterleiten, welches dann entsprechend öffnet oder schließt. Die Auslöseschwelle der Begrenzung 17 ist dabei so zu wählen, dass sie über der Auslöseschwelle des Einlassventils 18 liegt, da andernfalls die komprimierte Luft im Reservoir nicht in die Luftkammer 22 des Reifens sondern durch die Begrenzung 17 hindurch wieder zurück in die peristaltische Pumpe 16 gelangen würde. Das Auslassventil 19 dient hierbei dazu, bei Bedarf Luft aus der Luftkammer 22 abzulassen. Sobald der Reifen 11 bei dem Abrollvorgang eine ganze Umdrehung vollzogen hat, beginnt die Kompression des Volumens der peristaltischen Pumpe 16 erneut.
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In einer alternativen Ausführungsform der Erfindung kann die peristaltische Pumpe auch durch eine Pumpe ersetzt werden, wie sie beispielsweise in der
US 7748422 B2 beschrieben ist.
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4 zeigt eine schematische Darstellung eines Querschnitts durch den erfindungsgemäßen Reifen 11. Hierbei ist die Felge 14 nur ausschnittsweise dargestellt. Auf der Felge 14 ist der Reifen 11 befestigt. Der Reifen 11 weist die Lauffläche 12 sowie zwei äußere Seitenwände 13 und zwei innere Seitenwände 130 auf. Die inneren Seitenwände 130 separieren drei Luftkammern 220, 221, 222 voneinander, die in axialer Richtung des Reifens 11 parallel zueinander angeordnet sind. Die äußeren Luftkammern 221, 222 weisen jeweils ein Ventil 23 auf. Die Ventile 23 sind über einen gemeinsamen Ventilstutzen 24 miteinander verbunden. Über den Ventilstutzen 24 können die Luftkammern 221, 222 mittels einer externen Pumpe auf einen bestimmten Innendruck mit Luft aufgepumpt werden. Die innere Luftkammer 220 weist ein Einlassventil 18 und ein Auslassventil 19 auf. In dieser Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass der Innendruck der mittleren Luftkammer 220 über die peristaltische Pumpe 16, das Einlassventil 18 und das Auslassventil 19 variabel einstellbar ist. Die peristaltische Pumpe 16 weist ein Belüftungsventil 170 auf und befindet sich hierbei unter der mittleren Luftkammer 220 und unter den inneren Seitenwänden 130. Dadurch ist gewährleistet, dass die Verformung des Reifens 11 aufgrund des auf dem Reifen 11 lastenden Teil des Fahrzeuggewichts über die inneren Seitenwände 130 auf das Volumen der peristaltische Pumpe 16 übertragen werden.
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Um die Vorteile eines verringerten Rollwiderstandes des Reifens nutzen zu können, ist es zweckmäßig, wenn der Innendruck der mittleren Luftkammer 220 größer als der Innendruck der äußeren Luftkammern 221, 222 ist. So kann beispielswiese der Innendruck der mittleren Luftkammer 220 3 bar und der Innendruck der äußeren Luftkammern 221, 222 2 bar betragen. Dies kann durch das manuelle Aufpumpen der äußeren Luftkammern 221, 222 auf 2 bar erreicht werden, wobei der Innendruck der mittleren Luftkammer 220 während der Fahrt des Fahrzeugs über die peristaltische Pumpe 16 auf 3 bar erhöht wird. Die Ansteuervorrichtung 1 oder das Steuergerät 10 öffnet hierbei über einen Steuerbefehl das Belüftungsventil 170 und das Einlassventil 18 und schließt über einen Steuerbefehl das Auslassventil 19. Dadurch wölbt sich die Lauffläche 12 des Reifens 11 nach außen und die Kontaktfläche des Reifens 11 mit einer Oberfläche wie beispielsweise einer Fahrbahn wird verkleinert, was sich positiv auf den Energieverbrauch und den Reifenverschleiß des Fahrzeugs auswirkt. Sobald ein bestimmter Innendruck in der mittleren Luftkammer 220 von 3 bar erreicht ist, der über dem Innendruck der äußeren Luftkammern 221, 222 von 2 bar liegt, gibt die Ansteuervorrichtung 1 oder das Steuergerät 10 die entsprechenden Steuerbefehle, um das Belüftungsventil 170 und das Einlassventil 18 zu schließen.
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Im Falle einer Gefahrensituation oder wenn eine erhöhte Reibung für das Fahrverhalten des Fahrzeugs vorteilhaft ist, kann die Ansteuervorrichtung 1 oder das Steuergerät 10 das Auslassventil 19 öffnen, um den Innendruck der mittleren Luftkammer 220 auf den gleichen Wert wie den Innendruck in den äußeren Luftkammern 221, 222 zu reduzieren. Dadurch geht die Wölbung der Lauffläche 12 des Reifens 11 zurück, wodurch sich unter anderem die Lenkeigenschaften verbessern und sich insbesondere der Bremsweg des Fahrzeugs verringert.
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In 5 ist als alternatives Ausführungsbeispiel ein weiterer Querschnitt eines erfindungsgemäßen Reifens 11 zu sehen. Hierbei ist die Felge 14 nur ausschnittsweise dargestellt. Auf der Felge 14 ist der Reifen 11 befestigt. Der Reifen 11 weist die Lauffläche 12 sowie zwei äußere Seitenwände 13 und zwei innere Seitenwände 130 auf. Die inneren Seitenwände 130 separieren drei Luftkammern 220, 221, 222 voneinander, die in axialer Richtung des Reifens 11 parallel zueinander angeordnet sind. Jede der Luftkammern 220, 221, 222 weist jeweils ein Einlassventil 18 und ein Auslassventil 19 auf, über welche durch entsprechende Steuerbefehle von der Ansteuervorrichtung 1 oder des Steuergerätes 10 der Innendruck der Luftkammern 220, 221, 222 unabhängig voneinander einstellbar ist. Die peristaltische Pumpe 16 sowie das Belüftungsventil 170 sind derart zwischen den Luftkammern 220, 221, 222 und der Felge 14 angeordnet, dass gewährleistet ist, dass die Verformung des Reifens 11 aufgrund des auf dem Reifen 11 lastenden Teil des Fahrzeuggewichts über die äußeren Seitenwände 13 und die inneren Seitenwände 130 auf das Volumen der peristaltische Pumpe 16 übertragen werden.
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Durch den separat voneinander einstellbaren Innendruck der Luftkammern 220, 221, 222 kann eine für die jeweilige Verkehrssituation günstige Wölbung der Lauffläche 12 des Reifens 11 schnell erreicht werden. Beispielsweise kann die Ansteuervorrichtung 1 oder das Steuergerät 10 durch die entsprechenden Steuerbefehle das Einlassventil 18 der mittleren Luftkammer 220 sowie die Auslassventile 19 der äußeren Luftkammern 221, 222 öffnen und zugleich das Auslassventil 19 der mittleren Luftkammer 220 sowie die Einlassventile 18 der äußeren Luftkammern 221, 222 schließen. Dadurch wird gleichzeitig der Innendruck der inneren Luftkammer 220 erhöht und der Innendruck der äußeren Luftkammern 221, 222 erniedrigt, wodurch sich schneller eine Wölbung der Lauffläche 12 des Reifens 11 einstellt. Umgekehrt ist es durch die entsprechenden Steuerbefehle der Ansteuervorrichtung 1 oder des Steuergerätes 10 möglich, das Einlassventil 18 der mittleren Luftkammer 220 sowie die Auslassventile 19 der äußeren Luftkammern 221, 222 zu schließen und zugleich das Auslassventil 19 der mittleren Luftkammer 220 sowie die Einlassventile 18 der äußeren Luftkammern 221, 222 zu öffnen, wodurch sich die Innendrücke aller Luftkammern 220, 221, 222 angleichen und die Wölbung der Lauffläche 12 des Reifens 11 nachlässt. Nach erfolgtem Ausgleich der Innendrücke in den Luftkammern 220, 221, 222 erfolgt ein entsprechender Steuerbefehl durch die Ansteuervorrichtung 1 oder das Steuergerät 10 an alle Ventile 18, 19, 170 zum Schließen. In einer alternativen Ausführungsform ist es möglich, dass an Stelle von einer peristaltischen Pumpe 16 für alle drei Luftkammern 220, 221, 222 drei separate peristaltische Pumpen 16 für alle drei Luftkammern 220, 221, 222 eingesetzt werden.
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6 zeigt als weiteres, alternatives Ausführungsbeispiel einen Querschnitt eines erfindungsgemäßen Reifens 11. Hierbei ist die Felge 14 nur ausschnittsweise dargestellt. Auf der Felge 14 ist der Reifen 11 befestigt. Der Reifen 11 weist hierbei drei separate Laufflächen 12 auf. Dies wird erreicht durch drei in axialer Richtung des Reifens 11 parallel zueinander angeordnete, voneinander getrennte Luftkammern 220, 221, 222, wobei jede der Luftkammern 220, 221, 222 jeweils zwei Seitenwände 13 aufweist. Jede der Luftkammern 220, 221, 222 weist jeweils ein Einlassventil 18 und ein Auslassventil 19 auf, über welche durch entsprechende Steuerbefehle von der Ansteuervorrichtung 1 oder des Steuergerätes 10 der Innendruck der Luftkammern 220, 221, 222 unabhängig voneinander einstellbar ist. Ferner weist jede der Luftkammern 220, 221, 222 jeweils eine peristaltische Pumpe 16 sowie ein Belüftungsventil 170 auf. Die peristaltischen Pumpen 16 sind derart zwischen den Luftkammern 220, 221, 222 und der Felge 14 angeordnet, dass gewährleistet ist, dass die Verformung des Reifens 11 aufgrund des auf dem Reifen 11 lastenden Teils des Fahrzeuggewichts über die äußeren Seitenwände 13 und die inneren Seitenwände 13 auf das Volumen der peristaltische Pumpe 16 übertragen werden.
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Die Funktionsweise des hier beschriebenen Ausführungsbeispiels ist im Wesentlichen die gleiche wie die des in 5 beschriebenen Ausführungsbeispiels. Der Unterschied besteht darin, dass den drei Luftkammern 220, 221, 222 jeweils eine peristaltische Pumpen 16 zugeordnet ist und jede der Luftkammern 220, 221, 222 zwei separate Seitenwände 13 aufweist. Dadurch hat jede der Luftkammern 220, 221, 222 eine separate Lauffläche 120, 121, 122, wodurch sich die Wölbung der gesamten Lauffläche des Reifens 11 präziser einstellen lässt.
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Hierbei ist es von Vorteil, wenn die drei Luftkammern 220, 221, 222 aus unterschiedlichen Materialien bzw. Gummimischungen bestehen. So können beispielsweise die Seitenwände 13 und die Lauffläche 120 der mittleren Luftkammer 220 aus einer Gummimischung mit einem, im Vergleich zur Gummimischung der Seitenflächen 13 und der Laufflächen 121,121 der äußeren Luftkammern 221, 222, niedrigeren Elastizitätsmodul bestehen. Wird nun beispielsweise der Innendruck der mittleren Luftkammer 220 erhöht und/oder der Innendruck der äußeren Luftkammern 221, 222 verringert, so verändert sich die Wölbung der Lauffläche 120 der mittleren Luftkammer 220 aufgrund des durch den niedrigeren Elastizitätsmoduls der Gummimischung der Lauffläche 120 und der Seitenwände 13 der mittleren Luftkammer 220 schneller im Vergleich zu einem Reifen, dessen Lauffläche und dessen Seitenwände aus dem gleichen Material mit dem gleichen Elastizitätsmodul bestehen. Hierdurch lassen sich die Wölbung der gesamten Lauffläche des Reifens 11 schnell anpassen und damit der gewünschte Effekt der Anpassung der Reibungseigenschaften des Reifens 11 schnell erzielen.
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In 7 ist ein Ablaufdiagramm eines erfindungsgemäßen Verfahrens zum Einstellen eines Innendrucks in einem Reifen 11 gezeigt. Das Verfahren bezieht sich auf das Ausführungsbeispiel, welches in der 5 beschrieben ist. Es ist jedoch auch ohne wesentliche Änderungen auf die anderen, alternativen Ausführungsbeispiele übertragbar.
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In einem Schritt 400 wird das Fahrzeug gestartet und damit auch alle elektronischen Geräte und Sensoren in und an dem Fahrzeug eingeschaltet. Die Ansteuerung 1, das Steuergerät 10 sowie das elektronische Stabilitätsprogramm-Modul sind aktiv und können Steuer- und/oder Messsignale empfangen und/oder Steuersignale ausgeben. Es wird in diesem Ausführungsbeispiel davon ausgegangen, dass das Fahrzeug abgebremst wurde, bevor es abgestellt wurde. Daher ist es zweckmäßig, wenn alle drei Luftkammern 220, 221, 222 den gleichen Innendruck aufweisen. Das bedeutet, dass alle Ventile 170, 18, 19 geschlossen sind.
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Ferner ist es zweckmäßig, wenn an der Ansteuervorrichtung 1 bzw. an dem Steuergerät 10 fahrzeug- und/oder insbesondere reifenspezifische Daten eingegeben bzw. eingestellt werden können. Dabei kann es sich beispielsweise um den minimal und maximal erlaubten Innendruck der Luftkammern 220, 221, 222, dem Elastizitätsmodul der Gummimischung, dem Geschwindigkeitsindex und/oder dem Umfang, der Breite und der Flankenhöhe handeln.
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Sobald das Fahrzeug gestartet ist, wird in einem Prüfschritt 410 abgeprüft, ob eine Gefahrensituation vorliegt. Diese kann beispielsweise darin bestehen, dass das Steuergerät 10, die Sensordaten des Fahrzeugs auswertet, indem es die gemessenen Daten mit Daten in einer Vergleichstabelle vergleicht, die in der Ansteuervorrichtung 1 oder dem Steuergerät 10 hinterlegt ist. Die Daten in der Vergleichstabelle können Schwellwerte darstellen, bei denen eine Gefahrensituation angezeigt ist. Unter anderem kann auch schon das Betätigen eines Bremspedals durch einen Fahrer als Gefahrensituation gewertet werden. Es ist alternativ und/oder zusätzlich möglich, dass eine Abstandsmesseinrichtung am Fahrzeug wie beispielsweise ein Radar- oder Lidarsensor oder eine Kamera dazu verwendet wird, eine Kollisionsgefahr zu bestimmen und dem Fahrer und/oder bei einem wenigstens teilautomatisierten Fahrzeug dem Fahrzeug eine Bremsnotwendigkeit anzuzeigen. Auch hierbei kann die Kollisionsgefahr mit den Daten in der Vergleichstabelle verglichen werden und bei Überschreiten eines bestimmten Schwellwertes eine Verkehrssituation als Gefahrensituation gewertet werden. Wird in dem Prüfschritt 410 festgestellt, dass eine Gefahrensituation vorliegt, wird in einem nächsten Prüfschritt 420 geprüft, ob der Innendruck in der mittleren Luftkammer 220 gleich dem Innendruck der äußeren Luftkammern 221, 221 ist.
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Liegt der Innendruck in der mittleren Luftkammer 220 über dem Innendruck der äußeren Luftkammern 221, 222, werden in einem Schritt 421 das Auslassventil 19 der inneren Luftkammer 220 geöffnet und/oder alternativ oder zusätzlich das Belüftungsventil 170 und die Einlassventile 18 der äußeren Luftkammern 221, 222 geöffnet.
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Liegt der Innendruck in der mittleren Luftkammer 220 unter dem Innendruck der äußeren Luftkammern 221, 222, werden in dem Schritt 421 das Belüftungsventil 170 und das Einlassventil 18 der inneren Luftkammer 220 geöffnet und/oder alternativ oder zusätzlich und die Auslassventile 19 der äußeren Luftkammern 221, 222 geöffnet.
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Danach erfolgt der Prüfschritt 420 erneut, bei dem geprüft wird, ob der Innendruck in der mittleren Luftkammer 220 gleich dem Innendruck der äußeren Luftkammern 221, 221 ist.
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Ist dies der Fall, so werden bzw. bleiben in einem Schritt 430 alle Ventile 170, 18, 19 geschlossen. Und es wird der Prüfschritt 410 erneut durchgeführt.
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Liegt keine Gefahrensituation vor, so erfolgt ein Prüfschritt 440, bei welchem abgeprüft wird, ob die momentane Verkehrssituation bzw. das momentane Fahrverhalten ein Fahren mit durch eine gewölbte Lauffläche 12 des Reifens 11 verringerter Reibung zulässt. Dies kann beispielsweise der Fall sein, wenn die fahrzeugeigene Sensorik eine gleichmäßige, hohe Geschwindigkeit von über 100 km/h über einen gewissen Zeitraum wie beispielsweise 5 Minuten hinweg feststellt. Dies kann z. B. für Autobahnfahrten zutreffen. Ist dies nicht der Fall, so verbleiben die Ventile 170, 18, 19 geschlossen und der Innendruck der Luftkammern 220, 221, 222 verbleibt unverändert. Es erfolgt erneut der Prüfschritt 410, in dem abgeprüft wird, ob eine Gefahrensituation vorliegt.
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Liegt eine Verkehrssituation vor, die ein Fahren mit einer geringeren Reibung erlaubt, so wird in einem Prüfschritt 450 abgeprüft, ob der Innendruck in der mittleren Luftkammer 220 einen vorbestimmten Maximalwert und/oder alternativ oder zusätzlich ob der Innendruck in den äußeren Luftkammern 221, 222 einen vorbestimmten Minimalwert beträgt. Der Minimalwert der äußeren Luftkammern 221, 222 kann beispielsweise 1 bar und der Maximalwert der mittleren Luftkammer 220 kann beispielsweise 4 bar betragen.
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Ist dies nicht der Fall, so werden in einem Schritt 451 das Belüftungsventil 170 und das Einlassventil 18 der inneren Luftkammer 220 geöffnet und/oder alternativ oder zusätzlich die Auslassventile 19 der äußeren Luftkammern 221, 222 geöffnet.
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Danach erfolgt der Prüfschritt 450 erneut, bei dem geprüft wird, ob der Innendruck in der mittleren Luftkammer 220 einen vorbestimmten Maximalwert und/oder alternativ oder zusätzlich ob der Innendruck in den äußeren Luftkammern 221, 222 einen vorbestimmten Minimalwert beträgt.
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Ist dies der Fall, so werden in einem Schritt 460 Ansteuersignale durch die Ansteuervorrichtung 1 oder das Steuergerät 10 ausgegeben, die das Belüftungsventil 170, das Einlassventil 18 der mittleren Luftkammer 220 und/oder alternativ oder zusätzlich die Auslassventile 19 der äußeren Luftkammern 221, 222 schließen. Damit ist gewährleistet, dass die Druckverhältnisse in den Luftkammern 220, 221, 222 aufrecht erhalten werden und dadurch ein reibungsvermindertes, spritsparendes Fahren ermöglicht wird.
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Anschließend wird der Prüfschritt 410 wiederholt.
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Alternativ und/oder zusätzlich ist es zweckmäßig, wenn dem Fahrer beispielsweise über eine Anzeige der momentane Reifeninnendruck, bzw. der Innendruck der Luftkammern 220, 221, 222 des Reifens 11 mitgeteilt wird. Ferner ist es möglich, dass der Fahrer bei einer Änderung des Innendrucks des Reifens 11 bzw. der Luftkammern 220, 221, 222 des Reifens 11 über eine Anzeige informiert wird.
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In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist es von Vorteil, wenn die Ansteuervorrichtung 1 oder das Steuergerät 10 den zeitlichen Verlauf des Innendrucks der Luftkammern 220, 221, 222 speichern. Durch Vergleich des tatsächlichen Innendrucks der Luftkammern 220, 221, 222 mit einem in einer Datenbank hinterlegten Sollwert kann auf eine Beschädigung des Reifens 11 wie beispielsweise einem Leck geschlossen werden. In diesem Fall kann die Ansteuervorrichtung 1 oder das Steuergerät 10 die entsprechenden Steuersignale ausgeben, um die Auslassventile 19 zu schließen. Das Verfahren wird damit beendet und dem Fahrer wird mitgeteilt, dass die Funktion des variablen Einstellens des Innendrucks der Luftkammern 220, 221, 222 des Reifens 11 aus Sicherheitsgründen abgeschaltet ist. Dadurch wird verhindert, dass beispielsweise bei einer Verkehrssituation, die Fahren mit einer geringeren Reibung zulässt, bei einem Leck an der inneren Luftkammer 220, wodurch der Innendruck der Luftkammer 220 absinkt, der Innendruck der äußeren Luftkammern 221, 222 immer weiter abgesenkt wird, um die Bedingung für das Fahren mit geringerer Reibung zu erfüllen.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- US 201300048178 A1 [0002]
- US 7748422 B2 [0003, 0046]
- WO 2013090493 A1 [0004]
- US 20130048178 A1 [0009, 0043]
