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GEBIET DER ERFINDUNG
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Die vorliegende Erfindung betrifft Reifenüberwachungssensoren, die zum direkten Anbringen an der Oberfläche eines Reifens konstruiert sind.
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HINTERGRUND DER ERFINDUNG
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Reifendrucküberwachungssysteme (TPMS) werden seit einigen Jahren kommerziell weithin verwendet. Die TPMS-Vorrichtungen, die gegenwärtig auf dem Markt verfügbar sind, sind typischerweise an der Radfelge angebracht, entweder durch Anbringen am Ventilschaft oder durch ein Band um die Felge selbst herum. Diese Befestigungsmittel reichen aus, um zu erlauben, dass die TPMS-Vorrichtung den Druck und die Temperatur der Luft innerhalb des Reifenhohlraums überwacht. Jedoch erlauben diese Befestigungsmittel keine genaue Auswertung der Aufstandsfläche vom Reifen. Die Aufstandsfläche eines Reifens kann zur Bestimmung einer Anzahl von Parametern verwendet werden, welche in der Zukunft nützlich sein werden, um Fahrzeugsicherheitüberwachung und Fahreigenschaften von Fahrzeugen zu verbessern.
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Ein anderer Schlüsselaspekt für die Änderung der Befestigungsmittel von der Felge zu dem Reifen hin ist die Fähigkeit, die Lebensdauer und den Zustand des Reifens selbst zu überwachen. Dies kann ferner verbessert werden, indem ein RFID-Tag (Funkfrequenz-Identifizierungskennzeichen) in den Reifen eingebettet wird, das mit der die TPMS-Vorrichtung kommunizieren kann.
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Es wäre wünschenswert, einige der Herausforderungen anzusprechen, die beim direkten Anbringen einer Reifenüberwachungsvorrichtung an dem Reifen entstehen, und um auch fortschrittlichere Merkmale der Reifendrucküberwachungsvorrichtung zu ermöglichen, die nur möglich sind, indem die Vorrichtung direkt an dem Reifen angebracht wird.
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ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
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Ein erster Aspekt der Erfindung gibt ein Reifendrucküberwachungssystem an, welches aufweist: eine Reifendrucküberwachungsvorrichtung zum Anbringen an einer Innenoberfläche eines Reifens und mit einem Drucksensor zum Überwachen vom Fluiddruck in dem Reifen; eine elektronische Datenspeichervorrichtung zur Anordnung an dem Reifen separat von der Reifendrucküberwachungsvorrichtung, wobei die Reifendrucküberwachungsvorrichtung und die Datenspeichervorrichtung jeweils drahtlose Kommunikationsmittel enthalten, um eine wechselseitige drahtlose Kommunikation zu unterstützen, und wobei die Reifendrucküberwachungsvorrichtung konfiguriert ist, um in Antwort auf die Erfassung eines Reifendruckereignisses aus der Überwachung des Fluiddrucks zu veranlassen, dass die elektronische Datenspeichervorrichtung Daten sendet, wobei die Reifendrucküberwachungsvorrichtung konfiguriert ist, um die gesendeten Daten zu empfangen.
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Typischerweise ist die Reifendrucküberwachungsvorrichtung konfiguriert, um das Reifendruckereignis beim Erfassen eines Anstiegs vom Fluiddruck entsprechend einem Reifenaufpumpereignis zu detektieren.
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Die Reifendrucküberwachungsvorrichtung kann konfiguriert sein, um das Reifendruckereignis beim Detektieren einer Zunahme vom Fluiddruck um mehr als einen Schwellenwert und/oder höher als eine Schwellenrate zu detektieren.
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Das drahtlose Kommunikationsmittel umfasst vorteilhaft einen jeweiligen Transponder. Der jeweilige Transponder umfasst typischerweise eine jeweilige elektromagnetische Wicklung, bevorzugt eine Niederfrequenz-(NF)-Transponderwicklung.
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In typischen Ausführungen ist die elektronische Datenspeichervorrichtung eine RFID-Vorrichtung des Typs, der normalerweise als RFID-Tag bezeichnet wird.
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Die elektronische Datenspeichervorrichtung umfasst typischerweise einen Speicher zum Speichern der Daten. Die Daten können Daten aufweisen, die einen oder mehrere Reifenparameter oder Charakteristiken des Reifens anzeigen. Alternativ oder zusätzlich umfassen die Daten solche Daten, die einen oder mehrere Parameter in Bezug auf ein Fahrzeug anzeigen. Alternativ oder zusätzlich enthalten die Daten Konfigurationsdaten für die Reifendrucküberwachungsvorrichtung.
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Bevorzugt ist die Reifendrucküberwachungsvorrichtung konfiguriert, um zu veranlassen, dass die elektronische Datenspeichervorrichtung Daten sendet, indem sie den Transponder der Reifendrucküberwachungsvorrichtung anregt, bevorzugt die jeweilige elektromagnetische Wicklung, um ein elektromagnetisches Feld zu erzeugen, wobei die Datenspeichervorrichtung konfiguriert ist, um das elektromagnetische Feld mit dem Datenspeichervorrichtungs-Transponder zu erfassen, bevorzugt der jeweiligen elektromagnetischen Wicklung, und die Daten in Antwort auf die Erfassung zu senden.
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Es ist bevorzugt, dass die Datenspeichervorrichtung konfiguriert ist, um die Daten zu senden, indem die Anregung des Datenspeichervorrichtungs-Transponders moduliert wird, bevorzugt die jeweilige elektromagnetische Wicklung, bevorzugt durch Modulieren des Stroms in der Wicklung.
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Bevorzugt ist die Datenspeichervorrichtung in oder an einer Halterung für die Reifendrucküberwachungsvorrichtung vorgesehen, bevorzugt in die Halterung eingebettet. Die Datenspeichervorrichtung ist vorteilhaft neben der Reifendrucküberwachungsvorrichtung angeordnet, d.h. mit seitlichem Abstand von der Reifendrucküberwachungsvorrichtung, anstatt unter dieser.
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Bevorzugt ist die Datenspeichervorrichtung in oder an dem Reifen vorgesehen, bevorzugt in den Reifen eingebettet.
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Die elektronische Datenspeichervorrichtung kann mittels elektrischem Strom betrieben werden, der durch ein Magnetfeld in ihrem Transponder induziert wird, bevorzugt ein elektromagnetisches Feld, das von dem Transponder der Reifendrucküberwachungsvorrichtung erzeugt wird.
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Optional enthält die Reifendrucküberwachungsvorrichtung erste und zweite Transponderwicklungen, die in einer ersten Richtung voneinander beabstandet sind, wobei die Reifendrucküberwachungsvorrichtung in einem Orientierungsbestimmungsmodus betreibbar ist, um die jeweilige Stärke eines jeweiligen Signals, das in jeder der Transponderwicklungen induziert wird, zu vergleichen, und, basierend auf dem Vergleich, eine Orientierung der Reifendrucküberwachungsvorrichtung und/oder eine Orientierung eines Rads zu bestimmen, in der im Gebrauch die Vorrichtung angeordnet ist. Bevorzugt ist die erste Richtung parallel zu einer Drehachse eines Rads, in dem im Gebrauch die Reifendrucküberwachungsvorrichtung angebracht ist.
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Das System kann ferner zumindest eine andere Transponderwicklung enthalten, die von zumindest einer der ersten und zweiten Transponderwicklungen in Richtung senkrecht zu der ersten Richtung beabstandet ist, und wobei die Reifendrucküberwachungsvorrichtung konfiguriert ist, um in dem Orientierungsbestimmungsmodus jeweilige Stärken von jeweiligen Signalen, die in jeder der Transponderwicklungen induziert werden, zu vergleichen, und, basierend auf dem Vergleich, eine Orientierung der Reifendrucküberwachungsvorrichtung und/oder eine Orientierung eines Rads, in dem im Gebrauch die Vorrichtung angeordnet ist, zu bestimmen.
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Optional ist die Reifendrucküberwachungsvorrichtung in einem Gehäuse vorgesehen, das eine Basis und einen Deckel aufweist, wobei die Basis und der Deckel durch ein oder mehrere Laserschweißungen aneinander befestigt sind.
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Ein anderer Aspekt der Erfindung gibt eine Reifendrucküberwachungsvorrichtung zum Anbringen auf einer Innenoberfläche eines Reifens an, wobei die Vorrichtung erste und zweite Transponderwicklungen aufweist, die in einer ersten Richtung voneinander beabstandet sind, wobei die Reifendrucküberwachungsvorrichtung in einem Orientierungsbestimmungsmodus betreibbar ist, um die jeweilige Stärken von jeweiligen Signalen, die in jeder der Transponderwicklungen induziert werden, zu vergleichen, und basierend auf dem Vergleich eine Orientierung der Reifendrucküberwachungsvorrichtung und/oder eine Orientierung eines Rads, in dem im Gebrauch die Vorrichtung angeordnet ist, zu bestimmen.
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Ein Aspekt der Erfindung betrifft Funkfrequenzidentifikation-(RFID)-Kommunikation und Aktivierung zwischen einem Reifendrucksensor, insbesondere einem TPMS-Sensor, und einer elektronischen Datenspeichervorrichtung, die in oder an dem Reifen vorgesehen ist.
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Für eine TPMS-Vorrichtung, die an der Innenoberfläche eines Reifens angebracht ist, kann es wünschenswert sein, dass auch ein RFID-Tag (oder eine andere elektronische Datenspeichervorrichtung, die zur drahtlosen Kommunikation mit einer kompatiblen elektronischen Vorrichtung in der Lage ist) an dem Reifen angebracht oder in diesen eingebettet ist, wobei es mit Reifenparameterdaten programmiert sein kann, die eine oder mehrere Charakteristiken des Reifens selbst anzeigen, und/oder mit Daten, die Konfigurationseinstellung(en) zum Programmieren der TPMS-Vorrichtung aufweisen. Wenn ein RFID-Tag in einem Reifen angebracht ist, dann wäre ein Mittel zur Kommunikation zwischen der TPMS-Vorrichtung und dem RFID-Tag erforderlich.
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Das RFID-Tag, das in dem Reifen eingebettet oder daran angebracht ist, kann so programmiert werden, dass es Daten enthält, die einen oder mehrere Reifenparameter anzeigen, zum Beispiel Identifizieren von einer oder mehreren Charakteristiken über den Reifen, einschließlich zum Beispiel generischer Charakteristiken des Herstellers/Modells eines Reifens wie etwa Größe, Geschwindigkeit- und Nennlasten, sowie Profiltiefe, Gummizusammensetzung, Steifigkeit, Wärmekoeffizienten etc., und/oder Charakteristiken, die für den individuellen Reifen eindeutig sind, wie etwa Herstellungsdatum, ID (Identifikationsdaten) und Besitzer. Alternativ oder zusätzlich weisen die Daten solche Daten auf, die einen oder mehrere Parameter anzeigen, die sich auf ein Fahrzeug beziehen, insbesondere das Fahrzeug, an dem das Reifendrucküberwachungssystem angebracht ist oder zum Anbringen daran geeignet ist. Alternativ oder zusätzlich können die im ersten Tag gespeicherten Daten solche Daten aufweisen, um die TPMS-Vorrichtung zu konfigurieren. Die Konfigurationsdaten können zum Beispiel Programmieranweisungen und/oder ein Computerprogrammcode sein, um die TPMS-Vorrichtung partiell oder vollständig zu konfigurieren. Die Konfigurationsdaten können zum Beispiel Einstellungen oder Werte eines oder mehre davon aufweisen: Druckschwellenwert(e), Periodizität, Auflösung und/oder Reichweite von Sensoroperationen, Abtastfrequenz, Sendefrequenz, Daten- und/oder Signalformate, und/oder andere konfigurierbare Parameter der TPMS-Vorrichtung, und/oder Daten (zum Beispiel ein oder mehrere Datenflags) zum Freigaben oder Sperren von einem oder mehreren Merkmalen, die von der TPMS-Vorrichtung unterstützt werden, zum Beispiel eine Profilverschleißerfassungsfunktion oder eine Vertikallast-Bestimmungsfunktion. Das RFID-Tag ist bevorzugt eine passive Vorrichtung, die keine eigene Stromversorgung aufweist. Es wäre unpraktisch und teuer, eine Stromversorgung zu ersetzen, und eine batteriebetriebene Vorrichtung wäre größer und schwerer als eine passive Alternative. Diese zusätzliche Größe und das zusätzliche Gewicht würden das Mittel zum Anbringen des RFID-Tags an dem Reifen extra belasten und würden das RFID-Tag empfindlich auf Beschädigung machen. Stattdessen ist eine passive Vorrichtung bevorzugt, die ihren Strombedarf von der Umgebung oder von einer Vorrichtung decken kann, mit der sie kommuniziert. Ein Verfahren, um dies zu erreichen, ist die Verwendung eines RFID-Tags mit einer Antenne, die typischerweise eine Transponderwicklung aufweist, die erlaubt, dass sie durch induktive Kopplung betrieben wird, um Energie von einer externen Primärantenne zu empfangen, typischerweise einer Transponderwicklung einer kompatiblen elektronischen Vorrichtung, gemeinhin als Lesegerät bezeichnet. Die Kopplung zwischen der Tagantenne und der externen Primärwicklung kann auch dazu benutzt werden, Daten drahtlos zwischen dem Tag und dem Lesegerät zu kommunizieren. In bevorzugten Ausführungen ist der Reifenüberwachungssensor so ausgestattet, dass er als RFID-Lesegerät wirkt.
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Es besteht die Möglichkeit, dass das RFID-Tag und der Reifenüberwachungssensor (der in bevorzugten Ausführungen ein TPMS-Sensor ist) drahtlos durch Funksendungen oder Nahfeldinduktion kommunizieren. Wenn das RFID-Tag seine eigene gesonderte Stromversorgung hat, ist es möglich, Ultrahochfrequenz-(UHF)-Funksendungen zu verwenden, wie etwa 315 oder 433 MHz. Jedoch ist es bevorzugt, wenn das RFID-Tag keine gesonderte Stromversorgung benötigt. Alternativ kann ein passives RFID-Tag im Gebrauch durch die TPMS-Vorrichtung angeregt werden, um eine Abfrage zu erleichtern, welche typischerweise den Transfer der Daten von dem RFID-Tag zu dem TPMS-Sensor beinhaltet. Wenn zum Beispiel sowohl der Reifenüberwacher als auch das RFID-Tag Transponderwicklungen für die Kommunikationsmittel verwenden, kann ein effektives Mittel zum Übertragen von Energie und Daten verwendet werden, obwohl die Reichweite relativ kurz sein wird. Bevorzugt wären diese Wicklungen auf 125 kHz abgestimmt, oder auf eine andere Frequenz im Niederfrequenz-(NF)-Bereich (30kHz bis 300kHz), oder im Hochfrequenzbereich (3MHz bis 30MHz). Ein NF-Signal hat zusätzliche Vorteile geringer Reichweite, was jede Kommunikation auf Vorrichtungen in der engen Nachbarschaft begrenzt. Dies begrenzt den Übersprechgrad von weiter entfernt liegenden Vorrichtungen. Darüber hinaus ist NF de facto ein TPMS-Standard zur Datenkommunikation zur TPMS-Vorrichtung geworden.
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Bevorzugt umfasst die TPMS-Vorrichtung zumindest einen Drucksensor, einen HF-Sender, eine zentrale Steuereinrichtung einschließlich eines Speichers, eine Stromquelle und einen NF-Empfänger. Der NF-Empfänger kann dazu benutzt werden, Kommunikation zwischen der TPMS-Vorrichtung und dem RFID-Tag zu senden und zu empfangen.
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Das RFID-Tag umfasst bevorzugt einen Speicherchip, eine Empfängerschaltung und eine NF-Wicklung. Die NF-Wicklung kann als Mittel zum Empfangen von Energie und zur Kommunikation mit der TPMS-Vorrichtung wirken.
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Das Anregen und das Kommunizieren mit dem RFID-Tag kann die Batterielebensdauer der TPMS-Vorrichtung signifikant belasten, wenn dies auf regulärer Basis erfolgt. Es ist daher bevorzugt, dass dieser Prozess nur dann ausgeführt wird, wenn eine TPMS-Vorrichtung am Reifen installiert wird. Während es einem Techniker möglich ist, eine Kommunikation zwischen einer TPMS-Vorrichtung und dem RFID-Tag manuell zu initiieren, indem er der TPMS-Vorrichtung mit einem Kommunikationsmittel wie etwa einem Hand-Tool über eine verdrahtete oder drahtlose Verbindung ein Befehlssignal gibt, ist es bevorzugt, dass dieser Prozess automatisch ausgelöst wird, ohne dass ein Techniker diesen Prozess manuell initiieren muss. Wenn daher das Auslösen der Kommunikation durch ein Ereignis ausgelöst werden kann, das während der Installation eines Reifens an einer Radfelge bereits stattfindet, dann ist es nicht erforderlich, den gegenwärtigen Reifenmontageprozess zu verändern. Ein solches Ereignis ist das rasche Aufpumpen des Reifens während der erstmaligen Montage des Reifens auf der Felge. Dieses rasche Aufpumpen kann von der TPMS-Vorrichtung detektiert werden, und die TPMS-Vorrichtung kann die Kommunikation einleiten, wenn die Rate und Höhe der Druckzunahme diesen Montageprozess anzeigt. Dies würde auch bedeuten, dass wenn die TPMS-Vorrichtung aus irgendeinem Grund ersetzt werden muss, der Prozess, in dem die neue TPMS-Vorrichtung installiert wird, automatisch eine Kommunikation zwischen der neuen TPMS-Vorrichtung und dem RFID-Tag beinhaltet, wenn der Reifen nach der Installation der Ersatz-TPMS-Vorrichtung aufgepumpt wird. Alternativ oder zusätzlich kann die TPMS-Vorrichtung programmiert sein, um Daten, die zum Beispiel eine zurückgelegte Wegstrecke oder eine getragene Last anzeigen, in das RFID-Tag zu schreiben, beim Detektieren eines Ereignisses wie etwa raschen Druckablassen, oder Detektieren vom Unterschreiten eines Niederdruckschwellenwerts, was ein Beispiel das Abmontieren des Reifens von der Felge anzeigt.
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Ein anderer Aspekt der Erfindung betrifft die Detektion der Orientierung eines Reifenüberwachungssensors, insbesondere eines am Reifen angebrachten TPMS-Sensors unter Verwendung von zumindest zwei Transponderwicklungen, bevorzugt ein Paar von NF-Wicklungen.
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Es ist vorteilhaft, mehrere NF-Wicklungen (oder andere Transponderwicklungen) an der TPMS-Vorrichtung zu haben. Wenn man mehrere voneinander beabstandete Wicklungen hat, kann die TPMS-Vorrichtung ihre Orientierung in Bezug auf eine NF-Feldquelle oder eine andere relevante elektromagnetische Feldquelle bestimmen. In diesem Kontext ist eine NF-Wicklung eine elektromagnetische Wicklung, die auf elektromagnetische Strahlung im NF-Bereich anspricht, um ein entsprechendes elektrisches Signal zu erzeugen, und/oder, die eine elektromagnetische Strahlung im NF-Bereich in Antwort darauf erzeugt, dass ihr ein elektrisches Signal zugeführt wird.
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Herkömmliche TPMS-Vorrichtungen sind an der Felge eines Reifens in einer festen vorbestimmten Orientierung angebracht, aufgrund der Tatsache, dass der Ventilschaft in einer bestimmten Orientierung installiert sein muss. TPMS-Vorrichtungen, die an der Oberfläche des Reifens angebracht sind, haben keine solche Orientierungs-Beschränkungen. Dies kann ein Problem verursachen, wenn man sicherstellt, dass bestimmte Sensoren wie etwa die Stoßsensoren in der richtigen Orientierung montiert werden. Um zumindest ihre Orientierung sicherzustellen, ist es bekannt, dass etwaige Berechnungen basierend auf der Information, die sie liefern, genau sein müssen. Die Orientierung eines Stoßsensors oder einer anderen Bewegungserfassungsvorrichtung muss bekannt sein, um Information über vertikale Last und Raddrehzahl genau bestimmen zu können.
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Wenn ein NF-Feld von einer festen Quelle an einem TPMS-Sensor mit mehreren voneinander beabstandeten Wicklungen angewendet wird, unterliegen die Wicklungen infolge ihrer Trennung unterschiedlichen NF-Feldstärken und erzeugen ein entsprechendes Ausgangssignal. Zum Beispiel wäre eine Vorrichtung mit zwei Wicklungen in der Lage, eine links/rechts-Orientierung mitzuteilen, durch Bestimmung, welche der zwei Wicklungen der NF-Quelle näher ist. Die Wicklungen könnten in einer Richtung voneinander beabstandet werden, die zur Bestimmung der Orientierung nützlich ist, typischerweise entlang einer Seite-zu-Seite- oder Vorne-Hinten-Achse des TPMS-Sensors.
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Es könnten auch eine oder mehrere zusätzliche Wicklungen vorgesehen werden, um eine 360 Grad Orientierung um eine Nenn-Referenzachse zu bestimmen. Jedoch wäre es bevorzugt, diese nicht zu benötigen. Stattdessen ist eine (typischerweise Gummi) Halterung bevorzugt an der Reifeninnenoberfläche vorgesehen, um den TPMS-Sensor in einer begrenzten Anzahl von Orientierungen aufzunehmen, zum Beispiel einer Linksorientierung oder einer Rechtsorientierung, zwischen denen die Orientierung des TPMS-Sensors um 180 Grad um eine Referenzachse herum gedreht ist, die am Montagepunkt typischerweise normal zur Reifenoberfläche ist. Die rechts-links-Orientierung ist besonders relevant für Lastwägen mit Zwillingsreifen, wo zwei Räder nebeneinander angebracht sind. Durch die Verwendung von zum Beispiel vier Wicklungen mit radialem Abstand von angenähert 90 Grad zueinander in Bezug auf die Referenzachse ist es jedoch möglich, die Orientierung der TPMS-Vorrichtung durch eine 360 Grad Drehung in Bezug auf die Referenzachse zu bestimmen. Dies erhöht jedoch die Kosten und Größe der Vorrichtung.
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Durch die Verwendung der Installationsanweisungen ist es möglich, sicherzustellen, dass der TPMS-Sensor anfänglich in der gewünschten Orientierung an dem Reifen installiert wird. Jedoch ist es auch möglich, den Reifen am Rad an zwei möglichen Orientierungen zu montieren. Für dieses Problem wären nur zwei Wicklungen erforderlich, um zu bestimmen, welche dieser Orientierungen verwendet worden ist.
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Ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft Programmierung von Ort und Orientierung eines Reifenüberwachungssensors.
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Unter Verwendung eines Programmiermittels, wie etwa eines NF-Hand-Tools, kann Information über die Radachse und die Orientierung des Reifenüberwachungssensors direkt in den Speicher des Reifenmonitors programmiert werden.
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Ein wichtiges Merkmal beim Montieren der TPMS-Vorrichtungen an einem Fahrzeug mit einem oder mehreren Sätzen von Zwillingsrädern ist die Orientierung der TPMS-Vorrichtung in Bezug auf die Orientierung des Rads. Da Zwillingsräder üblicherweise in entgegengesetzten Orientierungen montiert werden, ist es wichtig zu wissen, welche Orientierung eines bestimmten Rads für automatisierte Lokationsbestimmungsmethoden dient. Unter den Daten, die in den Sensor programmiert werden können, sind die relative Position der TPMS-Vorrichtung am Fahrzeug, wenn der Sensor Teil eines Zwillingsradsatzes ist, und/oder wenn die TPMS-Vorrichtung in dem inneren oder äußeren Rad angebracht ist.
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Ein noch weiterer Aspekt der Erfindung betrifft ein lasergeschweißtes Gehäuse für einen Reifenüberwachungssensor.
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Eine am Reifen montierte Reifenüberwachungsvorrichtung ist allgemein als Reifendrucküberwachungssensor (TPMS) bekannt. Sie teilt sich zahlreiche elektronische Komponenten mit den an sich bekannten im Handel erfolgreichen Ventilschaft-montierten TPMS-Vorrichtungen. Jedoch ist es vorteilhaft, den TPMS am Reifen selbst anzubringen, um etwa in der Lage zu sein, Charakteristiken des Reifens zu messen, wie etwa Vertikallast oder Profiltiefe, durch genaue Überwachung der Form der Reifenaufstandsfläche. Diese Änderung in der Montageposition bietet zusätzliche Herausforderungen zum Schützen der Elektronik aufgrund der engen Nachbarschaft zu der porösen Gummiaufstandsfläche des Reifens, was die Vorrichtung empfindlich auf Feuchtigkeit wie etwa Wasser macht, das sich in der Aufstandsfläche ansammeln kann. Wenn sie in der Reifenaufstandsfläche platziert ist, wird die Vorrichtung hohen Stoßkräften ausgesetzt, wenn sie in die Aufstandsfläche gelangt.
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Infolgedessen ist ein kleines leichtgewichtiges und robustes Gehäuse erforderlich, um die Elektronik sowohl vor die Feuchtigkeit als auch hohen Stoßkräften zu schützen. Eine bevorzugte Option ist die Verwendung eines lasergeschweißten, polymerumhüllten Gehäuses. Das Laserschweißen sorgt für eine robuste Abdichtung gegenüber Feuchtigkeit und erlaubt die Verwendung von dickeren robusteren Kunststoffen als alternative Mittel zur Herstellung, wie etwa Überformung. Das Überformen erfordert, dass das Polymergehäuse ausreichend flexibel ist, um sich um die Gestalt der Elektronik herum zu verformen, und infolgedessen ist das Polymer dünn und empfindlich auf das Eindringen von Feuchtigkeit, und darüber hinaus kann der Überformungsprozess die Elektronik beschädigen.
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Ein anderer Aspekt der Erfindung betrifft ein RFID-Tag (oder eine andere elektronische Datenspeichervorrichtung, die zur drahtlosen Kommunikation in der Lage ist), die in einen Gummispund oder ein anderes Lager eingebettet ist.
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Das RFID-Tag soll am Reifen derart angebracht werden, dass es schwierig ist, das RFID-Tag von dem Reifen zu trennen. Eine Option ist es, das RFID-Tag im Gummi des Reifens während der Herstellung des Reifens einzubetten. Eine andere Option ist es, das RFID-Tag in einen Gummispund einzubetten, der an die Innenoberfläche des Reifens, entweder die Seitenwand oder die Innenauskleidung der Lauffläche, geklebt werden kann, zum Beispiel durch Klebstoff, Schweißen oder anderes geeignetes Befestigungsmittel, oder damit integriert ausgebildet werden kann. Optional kann der Gummispund auch dazu benutzt werden, die TPMS-Vorrichtung aufzunehmen, obwohl es bevorzugt ist, dass die TPMS-Vorrichtung von dem Gummispund entfernbar ist. Das RFID-Tag wird typischerweise an dem Reifen vor der TPMS-Vorrichtung installiert. Es ist bevorzugt, dass während der Installation des RFID-Tags auf oder in dem Reifen, das RFID-Tag mit jenen Daten programmiert wird, die es speichern soll, die in Abhängigkeit von der Ausführung veränderlich sein können. Wie oben beschrieben, können die Daten Reifenparameterdaten aufweisen, Fahrzeugparameterdaten und/oder Konfigurationsdaten für das TPMS. Das Programmieren des RFID-Tags kann durch drahtlose Datenkommunikation von einem Hand-Tool zu dem RFID-Tag erfolgen. Das Programmieren der TPMS-Vorrichtung mittels der Daten von dem RFID-Tag kann beinhalten, Software im Speicher der TPMS-Vorrichtung zu aktualisieren, und/oder ein oder mehrere Bits im Register der TPMS-Vorrichtung zu setzen, zum Beispiel ein Register für Kalibrierungseinstellungen, die durch im Register gespeicherte Bitwerte bestimmt sind.
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Weitere vorteilhafte Aspekte der Erfindung werden dem Fachkundigen bei der Durchsicht der folgenden Beschreibung von bestimmten Ausführungen und in Bezug auf die beigefügten Zeichnungen ersichtlich.
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KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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Nun werden Ausführungen der Erfindung als Beispiel und in Bezug auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben, worin:
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1 ist eine schematische Ansicht eines Radfahrzeugs mit einem Reifendrucküberwachungssystem (TPMS), wobei im Reifenhohlraum jedes Rads ein TPMS-Sensor angebracht ist.
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2 ist eine schematische Darstellung eines typischen TPMS-Sensors.
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3 zeigt seitliche und Endansichten eines TPMS-Sensors, der sich in der Aufstandsfläche eines Reifens befindet.
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4 ist eine Schnitt-Seitenansicht einer Halterung für ein TPMS-Sensor, die Programmiermittel für ein RFID-Tag bei fehlender TPMS-Vorrichtung zeigt.
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5 zeigt die Halterung von 4 mit vorhandenem TPMS-Sensor, anhand eines Beispiels der relativen Positionierung des TPMS-Sensors und RFID-Tags in einer gemeinsamen Halterung.
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6 zeigt ein Blockdiagramm einer Ausführung eines Systems, das das RFID-Tag und die TPMS-Vorrichtung enthält.
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7 zeigt ein Flussdiagramm eines beispielhaften Betriebs der Interaktion zwischen der TPMS-Vorrichtung und dem RFID-Tag.
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8 ist eine schematische Draufsicht eines Fahrzeugs mit Zwillings-Hinterrädern.
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9 ist eine schematische Ansicht eines TPMS-Sensors mit zwei NF-Wicklungen.
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10 zeigt ein Beispiel eins lasergeschweißten Gehäuses.
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DETAILLIERT BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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1 zeigt ein Systemdiagramm eines Radfahrzeugs 100, wobei jedes Rad einen auf einer Felge montierten Reifen enthält. Die Anordnung und die Anzahl der Räder kann in Abhängigkeit vom Fahrzeug unterschiedlich sein. Bei diesem Beispiel sind vier Fahrzeugräder 101, 102, 103 und 104 gezeigt. Jedes Rad ist mit einer Reifenüberwachungsvorrichtung ausgestattet, die in bevorzugten Ausführungen eine Reifendrucküberwachungsvorrichtung ist, auch bekannt als TPMS-Sensor oder TPMS-Vorrichtung, 111, 112, 113 und 114, die eine am Rad montierbarer Komponente eines Reifendrucküberwachungssystems (TPMS) ist. In bevorzugten Ausführungen ist die TPMS-Vorrichtung von einer Bauart, die zum Anbringen auf einer Innenoberfläche des Reifens dient, insbesondere im Laufflächenbereich, aber optional an einer Seitenwand, statt von einer Bauart, die an der Felge des jeweiligen Rads angebracht ist, zum Beispiel über den Ventilschaft. Das Fahrzeug enthält eine Steuereinheit, zum Beispiel eine elektronische Steuereinheit (ECU) 120, die konfiguriert ist, um Sendungen von den TPMS-Vorrichtungen 111, 112, 113, 114 zu empfangen und zu verarbeiten, und bildet als solche Teil des TPMS. Die ECU 120 umfasst typischerweise zumindest einen TPMS-Empfänger 121, eine Steuereinrichtung 122 und Kommunikationsmittel mit anderer Fahrzeugelektronik 123, wie etwa CAN oder LIN Bus. Der TPMS-Empfänger 121 empfängt Signale, typischerweise drahtlos, von den TPMS-Vorrichtungen 111, 112, 113, 114, und die Steuereinrichtung 122 ist konfiguriert, um die Signale zu verarbeiten, um eine Reifendrucküberwachung durchzuführen, deren Eigenschaft von System zu System unterschiedlich sein kann. Das drahtlose Kommunikationsmittel kann beliebige drahtlose Kommunikationsvorrichtung(en) aufweisen, die in der Lage sind, eine drahtlose Kommunikation zu unterstützen, wobei es zum Beispiel einen drahtlosen Empfänger und einen drahtlosen Sender enthält (deren jeder optional ein drahtloser Transceiver sein kann), die mit einer jeweiligen Antenne verbunden sind.
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2 zeigt ein Blockdiagramm einer Ausführung der TPMS-Vorrichtung 111, 112, 113 und 114. Die TPMS-Vorrichtung enthält eine zentrale Steuereinrichtung 201, die einen geeignet programmierbaren Prozessor aufweisen kann, zum Beispiel einen gesonderten Mikroprozessor oder einen Mikrocontroller, oder eine andere programmierbare Prozessorvorrichtung.
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Standardkomponenten wie etwa ein RAM-Speicher, ein ADC, eine I/O-Schnittstelle, ein Taktoszillator und ein zentraler Mikroprozessor (nicht gezeigt) können vorgesehen sein, wobei die Komponenten typischerweise auf einem einzigen Chip integriert sind. Alternativ kann ein kundenspezifischer Mikrocontroller, zum Beispiel eine Application Specific Integrated Circuit (ASIC), der von Grund auf für die TPMS-Anwendung ausgestaltet ist, verwendet werden und kann Hilfskomponenten wie etwa einen Temperatursensor integrieren.
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Die TPMS-Vorrichtung wird typischerweise von einer Batterie 204 versorgt, obwohl auch andere Mikrostromquellen verwendet werden können, zum Beispiel thermoelektrische und/oder piezoelektrische Generatoren und/oder elektromagnetische Induktionsvorrichtungen, anstelle oder zusätzlich zur Batterie. Ein Transponder 206 kann vorgesehen sein, um Befehlssignale (zum Beispiel zum Programmieren der TPMS-Vorrichtung) zu empfangen, bevorzugt bei 125kHz. Wie später erläutert wird, kann dieser Transponder eine oder mehrere Wicklungen verwenden, um Strom zu einem RFID-Tag (Identifizierungskennzeichen) zu liefern und mit diesem zu kommunizieren. Ein Bewegungsdetektor 207, der zum Beispiel einen oder mehrere Stoßsensoren, einen Beschleunigungsmesser oder Rollschalter aufweist, ist typischerweise vorgesehen und kann mit der Steuereinrichtung 101 mittels jeder geeigneten konventionellen Schnittstellenhardware 202 verschaltet sein.
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Ein Drucksensor 208, zum Beispiel ein piezoresistiver Wandler oder piezoelektrischer oder Kapazitäts-basierter Drucksensor für zu messenden Fluid-(typischerweise Luft oder ein anderes Gas)Druck, ist im jeweiligen Reifen vorgesehen. Der Drucksensor 208 ist mit einer Messvorrichtung 203 verbunden, um den Reifendruck mittels Signalen zu messen, die von dem Drucksensor 208 empfangen werden, und um entsprechende Messinformation zur Steuereinrichtung 201 zu liefern. Während Routinedruckmessung unter der Steuerung der Steuereinrichtung 201, tastet die Messvorrichtung 203 die Ausgabe des Drucksensors 208 in Intervallen ab, und kommuniziert die entsprechenden Messdaten zu der Steuereinrichtung 201. Typischerweise umfasst die Messvorrichtung 203 Hardware, d.h. eine elektronische Schaltung zur Durchführung ihrer Messaufgaben, deren Konfiguration veränderlich sein kann, aber typischerweise zumindest einen Verstärker enthält, kann zumindest einen Filter enthalten und kann, zum Zwecke von zumindest der Routinedruckmessung einen Analogdigitalwandler (ADC) (nicht gezeigt) enthalten, um Druckwerte zu messen. Die Messvorrichtung 203 kann daher als Mittel zum Steuern der Druckmessung beschrieben werden.
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Ein Sender 205 mit Antenne 209 wird verwendet, um Sendungen zur Fahrzeug ECU 120 durchzuführen, bevorzugt bei 315 oder 433 MHz.
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In typischen Ausführungen kann die TPMS-Vorrichtung 111, 112, 113 und 114 ähnlich bekannten TPMS-Vorrichtungen sein, und kann sich zahlreiche Merkmale mit jenen Vorrichtungen teilen, die Fachkundigen bereits bekannt sind. Die Grundlagen des TPMS-Systems können gleich bleiben – eine selbstversorgte TPMS-Vorrichtung, die im Gebrauch an einem Fahrzeugrad derart angebracht ist, dass sie die Messung von Druck und optional Temperatur von dem Gas in dem Reifen erlaubt. Druckmessungen werden gewöhnlich periodisch vorgenommen. Im Gebrauch sendet die TPMS-Vorrichtung Daten, welche die gemessenen Parameter repräsentieren, zu einer externen Steuereinrichtung, wie etwa der Fahrzeug ECU 120. Auch kann ein Temperatursensor vorgesehen sein. Ein Sauerstoffsensor kann angebracht sein, um zu bestimmen, ob das Gas im Reifen Luft oder atmosphärischer Stickstoff ist.
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3 zeigt eine der TPMS-Vorrichtungen 111, die sich in der Aufstandsfläche des Reifens ihres jeweiligen Rads 101 befindet (die Aufstandsfläche ist die Fläche des Reifens, die durch Eingriff mit einer Straßenoberfläche verformt wird). Während die folgende Beschreibung im Kontext der TPMS-Vorrichtung 111 vorgesehen ist, versteht es sich, dass die gleiche oder ähnliche Beschreibung auch auf eine oder mehrere der anderen TPMS-Vorrichtungen angewendet werden kann, die Teil des TPMS sind.
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Durch Anbringen der TPMS-Vorrichtung 111 an der Seitenoberfläche der Reifenlaufbahn ist es möglich, dass der Sensor genau verfolgt, wie lange er in Bezug auf den Reifenumfang in der Aufstandsflächenlänge war, und daher die Größe der Aufstandsfläche herleiten.
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4 zeigt eine Halterung 402 für die TPMS-Vorrichtung 111. In bevorzugten Ausführungen ist die Halterung 402 aus Gummi ausgebildet, obwohl auch jedes andere geeignete Material verwendet werden kann. Die Halterung 402 ist geformt, um einen Hohlraum 404 zur Aufnahme der TPMS-Vorrichtung 111 zu definieren. Typischerweise ist der Hohlraum 404 so geformt, dass das TPMS in mehr als einer Orientierung in Bezug auf die Halterung 402 aufgenommen werden kann. Zum Beispiel ist eine typische Konfiguration, dass die TPMS-Vorrichtung 111 in einer linken Orientierung oder rechten Orientierung sein kann, wobei die Vorrichtung 111 um 180 Grad um eine Achse A-A' zwischen den Orientierungen gedreht werden kann. Die A-A'-Achse kann als normale Achse beschrieben werden, und ist gewöhnlich angenähert senkrecht zur Bodenoberfläche 407 des Hohlraums 404 (oder allgemeiner zur Basis 409 der Halterung 402), und/oder zur Innenoberfläche des Reifens an der Stelle, wo die Halterung 402 im Gebrauch an dem Reifen befestigt ist.
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Die Halterung 402 enthält eine drahtlos freigeschaltete elektronische Datenspeichervorrichtung, in der bevorzugten Form eines RFID-Tags 401. Es können auch andere von drahtlos freigeschalteten elektronischen Datenspeichervorrichtungen verwendet werden, zum Beispiel irgendein drahtloser Transponder. Das RFID-Tag 401, oder eine andere Vorrichtung, ist in der Lage, Daten zu speichern und die gespeicherten Daten drahtlos zu senden, typischerweise in Antwort auf Abfrage durch eine damit zusammenwirkende entfernte Vorrichtung (manchmal auch als Lesegerät bezeichnet). Hierzu enthält das RFID-Tag 401, oder die andere Vorrichtung, ein elektronisches Datenspeichermittel und ein drahtloses Kommunikationsmittel. Das Kommunikationsmittel umfasst typischerweise eine Antenne in der Form einer elektromagnetischen Wicklung (nicht gezeigt). Allgemein kann das drahtlose Kommunikationsmittel eine belliebige drahtlose Kommunikationsvorrichtung(en) aufweisen, die in der Lage ist, drahtlose Kommunikation zu unterstützen. Das Datenspeichermittel kann jede geeignete elektronische Datenspeichervorrichtung aufweisen. In bevorzugten Ausführungen wird das RFID-Tag 401, oder die andere Vorrichtung, durch ein elektromagnetisches Feld angetrieben, das im Gebrauch die Antennenwicklung anregt. In alternativen Ausführungen kann das RFID-Tag 401 oder die andere Vorrichtung ihre eigene Stromversorgung enthalten und kann Daten versenden, ohne dass diese notwendigerweise abgefragt werden. Typischerweise betreffen die gespeicherten Daten den Reifen, an dem die Halterung 402 im Gebrauch angebracht ist. Allgemein können die Daten Reifenparameterdaten aufweisen, Fahrzeugparameterdaten und/oder Konfigurationsdaten für das TPMS.
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Vorteilhaft ist das RFID-Tag 401 in die Halterung 402 eingebettet. Dies kann während der Herstellung der Halterung 401 erfolgen. Alternativ kann das Tag 401 in einen Hohlraum vorgesehen sein, der in der Halterung 402 ausgebildet ist, oder kann an der Halterung 402 angebracht sein.
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In bevorzugten Ausführungen ist das RFID-Tag 401 benachbart dem Hohlraum 404 angeordnet, bevorzugt mit seitlichem Abstand von dem Hohlraum 404, d.h. in Richtung senkrecht zur normalen Achse A-A', zum Beispiel entlang der in 4 gezeigten Achse B-B'. Wenn die TPMS-Vorrichtung 111 in der Halterung 402 ist, befindet sich das RFID-Tag 401 neben der TPMS-Vorrichtung 111, d.h. in seitlicher Richtung mit Abstand von der TPMS-Vorrichtung 111, die beim Gebrauch parallel zur Drehachse des Reifens ist. Das Anordnen des Tags 401 neben der TPMS-Vorrichtung 111 ist vorteilhaft, da die TPMS-Vorrichtung 111 weder eine Kraft auf das Tag 401 ausübt, wenn sich der Reifen dreht, noch sich das Tag 401 mit dem Betrieb der TPMS-Vorrichtung 111 stört (zum Beispiel von Überwachung von Verformungen in der Reifenaufstandsfläche, welche Änderungen wie etwa Profilverschleiß anzeigen), was jeweils problematisch sein könnte, wenn das Tag 401 zwischen der TPMS-Vorrichtung 111 und dem Reifen angeordnet wäre. Das Vorsehen des Tags 401 an der Halterung 402 ist auch vorteilhaft, weil es die Anordnung des Tags 401 in der Nähe von, bevorzugt neben und besonders bevorzugt unmittelbar daneben, der TPMS-Vorrichtung 111 während des Gebrauchs erleichtert. Die Anordnung des Tags 401 nahe der TPMS-Vorrichtung 111 ist bevorzugt, weil dies erleichtert, den Stromverbrauch zu minimieren, sowie die Kommunikation zwischen dem Tag 401 und der TPMS-Vorrichtung 111 erleichtert. Typischerweise ist das Tag 401 mit zeitlichem Abstand von der TPMS-Vorrichtung 111 um eine Distanz von zwischen 1 mm und 15 mm angeordnet.
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In Ausführungen, wo das RFID-Tag 401 nicht in der Halterung 402 vorgesehen ist, zum Beispiel in dem Reifen eingebettet ist, oder unabhängig von der TPMS-Vorrichtung 111 am Reifen angebracht ist, ist es immer noch bevorzugt, dass sich das Tag 401 neben der TPMS-Vorrichtung 111 befindet.
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Im Gebrauch ist die Halterung 402 an der Innenoberfläche des Reifens befestigt, bevorzugt im Laufbahnbereich des Reifens. Dies kann durch jedes geeignete Befestigungsmittel erreicht werden, zum Beispiel durch Kleben oder Schweißen, oder kann erreicht werden, indem die Halterung 402 integriert mit dem Reifen geformt wird. Typischerweise hat die Basis 409 der Halterung 402 eine Rückseite 417, die bevorzugt im Wesentlichen flach ist, aber die Halterung 402 kann auch an der Innenoberfläche des Reifens befestigt werden.
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4 zeigt auch ein Programmiertool 403, das dazu benutzt werden kann, Daten in den Speicher des RFID-Tags 401 zu programmieren. Das Programmiertool 403 kann jede geeignete herkömmliche Form einnehmen, so lange es mit dem Tag 401 drahtlos kommunizieren kann.
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5 zeigt die Halterung 402 mit der im Hohlraum 404 angeordneten TPMS-Vorrichtung 111.
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6 zeigt ein Blockdiagramm mit der Hauptkomponenten einer Ausführung eines Systems, das beide TPMS- und RFID-Vorrichtungen 411, 401 aufweist. In 6 bezeichnen gleiche Zahlen wie in 2 gleiche oder ähnliche Teile, und es gilt auch die gleiche oder eine ähnliche Beschreibung, wie es für einen Fachkundigen klar wird.
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Die TPMS-Vorrichtung 111 hat eine Hauptsteuereinrichtung 201. Sie kann einen Standardmicrocontroller oder eine kundenspezifischer Application Specific Integrated Circuit (ASIC) sein. Sie enthält typischerweise Standardkomponenten wie etwa einen Mikroprozessor, einen Speicher, Eingabe-/Ausgabeschnittstelle und Taktoszillator. Die Messhardware 202 dient zum Messen von Druck und/oder Temperatur von dem Drucksensor 208 oder Temperatursensor (nicht gezeigt). Die Messhardware 203 umfasst typischerweise einen Filter, einen Verstärker und einen Analogdigitalwandler (nicht gezeigt). Die Bewegungserfassungshardware 202 dient zum Erfassen von Bewegung. Sie umfasst typischerweise einen oder mehrere Beschleunigungsmesser oder Stoßsensor 207, um Beschleunigungskräfte zu überwachen. Der Vorteil einer Komponente wie etwa eines Beschleunigungsmessers oder Stoßsensors ist, dass sie in der Lage sind, mehr als nur eine binäre Änderung zwischen einem stehenden und fahrenden Zustand zu überwachen; und sie sind in der Lage, Kraftänderungen zu überwachen, denen die TPMS-Vorrichtung 111 während der Bewegung unterliegt. Dies ist besonders nützlich, wenn die TPMS-Vorrichtung 111 im Laufbahnbereich des Reifens montiert wird, und somit, in Abhängigkeit von der Drehposition des Rads 101 in dem Reifenaufstandsbereich angeordnet ist, da eine Anzahl von Kraftkomponenten überwacht werden kann, welche die Fahrzeug- und Reifencharakteristiken anzeigen, wie etwa Lastverteilung oder Profiltiefe.
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In dieser Ausführung wird angenommen, dass das Tag 401 und die TPMS-Vorrichtung 111 zusammenwirkende Transponder enthalten, die jeweilige elektromagnetische NF-Wicklungen 638, 637 aufweisen, die einen drahtlosen Kommunikationskanal zwischen dem Tag 401 und der Vorrichtung 111 unterstützen, bei einer NF-Arbeitsfrequenz, zum Beispiel 125KHz. In typischen Ausführungen ist das Tag 401 eine passive Vorrichtung, die mit Energie versorgt wird, die in der Gegenwart eines geeigneten elektromagnetischen Felds, das in diesem Fall von der Wicklung 637 der Vorrichtung 111 geliefert wird, in seiner Wicklung 638 elektromagnetisch induziert wird. Typischerweise sendet das Tag 401 Daten zur Vorrichtung 111 über die jeweiligen Wicklungen 638, 637 in Antwort auf eine Abfrage von der Vorrichtung 111.
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Der Transponder 206 der Vorrichtung 111 umfasst eine NF-Schnittstelle 636 zum Steuern der primären NF-Wicklung 637 und ist für sowohl das Senden als auch das Empfangen der Daten auf dem NF-Kanal mittels der Wicklung 637 verantwortlich. Die NF-Schnittstelle 637 wird von der Hauptsteuereinrichtung 201 gesteuert.
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Ein UHF-Sender 205 dient zum Senden von Ultrahochfrequenz-Kommunikation primär zu der Fahrzeug-ECU, wobei dieses typischerweise bei einer Frequenz von 315 bis 433MHz stattfindet. Diese Kommunikationen enthalten typischerweise eine Kommunikation von Daten, die in dem TPMS-Vorrichtungsspeicher gespeichert sind, Datenmessungen, die von der TPMS-Vorrichtung 111 vorgenommen werden, und Daten, die aus Kommunikation mit dem RFID-Tag 401 erfasst werden.
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Das RFID-Tag umfasst eine Steuereinrichtung 621, einen Speicher 622 und die Wicklung 638, zusammen mit einer zugeordneten Schaltung. Die Steuereinrichtung 621 ist konfiguriert, um in Antwort durch Stromversorgung durch die Wicklung 638 Daten aus dem Speicher auszulesen und zu veranlassen, dass die abgefragten Daten durch die Wicklung 638 gesendet werden. Dies beinhaltet das Modulieren des die Wicklung anregenden Signals mit den abgefragten Daten. Die Wicklung 638 ist das Hauptkommunikationsmittel und die Energiequelle des Tags 401 durch Kopplung mit externen Wicklungen wie etwa der Wicklung 637 der TPMS-Vorrichtung 111. Diese Kopplung zwischen den primären und sekundären Wicklungen 637, 638 induziert eine Resonanz-Wechselspannung in der Sekundärwicklung 638. Dieser Energietransfer ist in der Lage, eine RFID-Tag-Steuereinrichtung 621 ausreichend Strom zuzuführen, um in die Lage zu versetzen, Daten aus dem Speicher 622 auszulesen, um eine rückläufige Kommunikation zu initiieren und die Daten auf die Wicklung 638 zu modulieren. Somit kann die TPMS-Vorrichtung 111 das Tag 401 abfragen und eine Antwort von dem Tag 401 empfangen, wobei die Abfrage beinhaltet, die Vorrichtungswicklung 637 anzuregen, um die Tagwicklung 638 durch elektromagnetische Kopplung anzuregen.
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An der TPMS-Vorrichtung 111 ist ein Abstimmkondensator 625 typischerweise in Serie mit der Primärwicklung 637 geschaltet. In dem RFID-Tag 101 ist ein Abstimmkondensator 627 typischerweise parallel zur Sekundärwicklung 638 geschaltet. Eine Diode 629 und ein Kondensator 631 dienen zum Gleichrichten des der Sekundärwicklung 638 induzierten Wechselstroms während der Kopplung zur Versorgung zur Steuereinrichtung 621. Ein Transistor 633 ist typischerweise vorgesehen, um einen Kurzschlussweg zur Sekundärwicklung 638 zu öffnen und zu schließen. Dies ermöglicht der RFID-Tag-Steuereinrichtung 621, Daten auf die Sekundärwicklung 638 durch EIN/AUS-Verschlüsselung zu modulieren. Diese Modulierung der Sekundärwicklung 638 wird von der Primärwicklung 637 als Energielademodulation des NF-Feld erfasst, das mit den Wicklungen gekoppelt ist, was wiederum Spannungsänderungen über der Primärwicklung 637 zur Folge hat. Die NF-Schnittstelle 636 der TPMS-Vorrichtung 111 ist in der Lage, diese Spannungsänderungen zu erfassen und die Daten wieder zu gewinnen.
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7 zeigt ein Flussdiagramm der Schlüsselschritte einer möglichen Ausführung zum Aktivieren der Kommunikation zwischen der TPMS-Vorrichtung 111 und dem RFID-Tag 401. Schritt 701 ist die Detektion eines Reifendruckereignisses, zum Beispiel eines Druckanstiegs, durch die Steuereinrichtung 201 der TPMS-Vorrichtung 111. Dieser Druckanstieg kann ein Hinweis auf Radmontage sein, zum Beispiel ein Reifenaufpumpereignis. Die Steuereinrichtung 201 kann konfiguriert sein, um eine oder mehrere Charakteristiken von erfassten Druckänderungen zu bestimmen, zum Beispiel die Höhe der Druckänderung und/oder die Änderungsrate. Dies erlaubt es der Steuereinrichtung 201, ein Reifenmontageereignis von anderen Ereignissen zu unterscheiden, wie etwa Druckanstieg aufgrund von Temperatur oder Fahrzeuglast. Sobald die TPMS-Vorrichtung 211 bestimmt hat, dass ein relevantes Reifendruckereignis stattgefunden hat, das in diesem Fall als Druckanstieg angenommen wird, der eine Reifenmontage anzeigt, ermöglicht die Steuereinrichtung 201 in Schritt 702, dass die NF-Schnittstelle 636 der TPMS-Vorrichtung ein NF-Feld erzeugt. In Schritt 703 empfängt die Wicklung 608 des RFID-Tags 401 Energie von der TPMS-Vorrichtungswicklung 607 durch induktive Kopplung. Sobald ein ausreichender Energiepegel überführt ist, wird die RFID-Tagsteuereinrichtung 621 aktiviert (Schritt 704). Die TPMS-Vorrichtung strahlt fortlaufend über den gesamten Kommunikationsprozess Energie über die Wicklung 607 ab. Alternativ könnte das RFID-Tag 401 den Gleichrichterkondensator 614 als Ladereservoir nutzen. Wenn in einer solchen Ausführung ein ausreichend großer Kondensator verwendet wird, bräuchte die TPMS-Vorrichtung 111 lediglich während einer Anfangsphase Energie zuführen, um den Reservoirkondensator zu laden, von welchem Punkt aus die RFID-Tagsteuereinrichtung 621 die in dem Reservoirkondensator gespeicherte Ladung als Energie nutzen könnte.
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In Schritt 705 liest die Tagsteuereinrichtung 621 Daten aus ihrem Speicher 622 aus und moduliert die Anregung der Wicklung 608, so dass die abgefragten Daten von der Wicklung 608 übertragen werden. In Schritt 607 wird das modulierte NF-Feld von der Wicklung 607 der Vorrichtung 111 erfasst, und werden die Daten von der NF-Schnittstelle 636 extrahiert und zur Steuereinrichtung 21 kommuniziert.
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In alternativen Ausführungen (nicht dargestellt) kann das Tag 401 mit einem gesonderten drahtlosen Übertragungsmittel (nicht gezeigt) versehen sein, wie etwa einer NF-Schaltung, die zum Beispiel auf 315 oder 433MHz abgestimmt ist. In diesen Ausführungen ist das RFID-Tag 401 in der Lage, Daten unabhängig von einer etwaigen Kopplung mit der TPMS-Vorrichtung 111 zu senden.
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Jedoch erfolgt in der vorliegenden Ausführung die Datenkommunikation vom RFID-Tag
401 zur TPMS-Vorrichtung
111 durch Modulieren der Daten auf die Wicklung
608 des RFID-Tags zum Beispiel mittels EIN-AUS-Tastung (OOK) durch momentanes Kurzschließen der Wicklung
608 zum Erzeugen des AUS-Zustands. Dies erzeugt Störungen im Feld, die an der Primärwicklung
607 detektiert werden können. Es können auch andere Modulationsformen verwendet werden, einschließlich anderen ASK-Verfahren, PSK oder FSK. Die Mittel, mit denen das RFID-Tag mit der TPMS-Vorrichtung durch Modulieren von Daten auf ihre Wicklung kommuniziert, kann ähnlich dem NF-Rückleseverfahren sein, das im
US-Patent Nr. 6710708 beschrieben ist, wobei der Hauptunterschied darin liegt, dass die Wicklung
607 der TPMS-Vorrichtung
111 die Primärwicklung ist und das passive RFID-Tag
401 die Sekundärwicklung enthält.
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8 zeigt das Layout eines Fahrzeugs 800, wie etwa eines Lastwagens oder Lieferwagens, der zumindest einen Satz von Zwillingsrädern aufweist (im vorliegenden Beispiel der Hinterräder 803A, 803B und 804A, 804B). Zwillingsräder sind ein Problem für am Reifen montierte TPMS-Vorrichtungen, da die Orientierung der TPMS-Vorrichtung durch ihre Montage nicht fixiert ist. Daher ist ein Mittel erforderlich, mit der die TPMS-Vorrichtung entweder ihre Orientierung bestimmt, oder um die TPMS-Vorrichtung über ihre Orientierung zu informieren. Das Fahrzeug 800 hat eine zentrale ECU 820, die in der Lage ist, Sendungen von den TPMS-Vorrichtungen (nicht gezeigt) zu empfangen und zu decodieren, welche in Rädern 801, 802, 803A, 803B, 804A und 804B angebracht sind. In diesem Beispiel wird nur ein Satz von Zwillingsrädern gezeigt, wobei es jedoch auch möglich ist, dass ein großer Lastwagen ein oder mehrere zusätzliche Sätze von Zwillingsrädern aufweist. Die Zwillingsradkonfiguration umfasst einen Satz (oder Paar) von Rädern, die aneinander montiert sind (d.h. Seite an Seite und koaxial), aber in entgegengesetzten Orientierungen. Zum Beispiel ist das Rad 803A so angebracht, dass es zum Rad 803B weist. Dies bedeutet, dass eine im Rad 803A korrekt installierte TPMS-Vorrichtung eine Drehung im entgegengesetzten Sinn zur Drehung erfassen sollte, die von einer TPMS-Vorrichtung erfasst wird, die im Rad 803B korrekt montiert ist. Dies ist für Autolokationsroutinen wichtig, die auf der Kenntnis der Orientierung der TPMS-Vorrichtung beruhen. Ohne Ventilschaft zur Bestimmung, in welcher Orientierung die Vorrichtung installiert werden kann, nimmt jedoch die Fehlermöglichkeit bei der Installation zu.
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9 zeigt eine TPMS-Vorrichtung 911 (die im Wesentlichen die gleiche sein kann wie TPMS-Vorrichtung 111, außer wie nun beschrieben) mit zwei elektromagnetischen Transponderwicklungen, bevorzugt NF-Wicklungen 940, 942. Die Wicklungen 940, 942 können dazu benutzt werden, die Orientierung der TPMS-Vorrichtung 911 zu bestimmen, wie nun beschrieben wird. Wenn ein NF-Feld 944 (oder ein anderes geeignetes EM-Feld) auf die Wicklungen 940, 942 einwirkt, zum Beispiel durch ein geeignet ausgestattetes Hand-Tool 941, wird die Wicklung 942, die der Quelle des Felds 944 näher ist, ein stärkeres Feld erfassen als die Wicklung 940, die von der Quelle weiter entfernt ist. Hierzu sind die Wicklungen 940, 942 in der TPMS-Vorrichtung 911 derart beabstandet, dass eine weiter von einer Quelle des Anregungsfelds entfernt sein wird als die andere. Typischerweise wird das EM-Feld vom Benutzer angelegt, der sich an einer Seite des Fahrzeugs 800 befindet, und daher sind die Wicklungen 940, 942 bevorzugt in einer Richtung voneinander beabstandet, die, wenn die TPMS-Vorrichtung 911 am Reifen montiert ist, parallel zur Drehachse des Fahrzeugs ist. In 4 entspricht dies der Richtung B-B'. In einem typischen Fall, wo die TPMS-Vorrichtung 911 in einer von zwei um 180 Grad getrennten Orientierungen montiert werden kann (zum Beispiel in der Halterung 402), werden die Wicklungen 940, 942 in dieser Richtung voneinander beabstandet, unabhängig davon, in welcher Orientierung sie sich befinden.
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Wenn man daher annimmt, dass das NF-Anregungsfeld von der Außenseite des Fahrzeugs 800 angelegt wird, wird die äußerste Wicklung 942 ein stärkeres Feld aufnehmen als die innerste Wicklung 940. Da die Feldstärke mit Abstand von der Quelle abnimmt, lässt sich bestimmen, welche Wicklung der Quelle näher ist, und daher, welche Wicklung der Außenseite des Radfahrzeugs näher ist. Dies erlaubt es, die Orientierung der Vorrichtung 911 zu bestimmen (d.h. die Steuereinrichtung 201 der TPMS-Vorrichtung 911 kann jeweilige Feldstärkeninformation verwenden, die von der NF-Schnittstelle 636 detektiert wird, um zu bestimmen, in welcher der zwei möglichen Orientierungen sie sich befindet (gewöhnlich als rechts und links bezeichnet)).
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Die NF-Feldquelle 941 kann ein Gatter-Lesegerät oder ein Hand-Tool sein. Basierend auf der Annahme, dass sich die Quelle immer außerhalb des Fahrzeugs 800 befindet, lässt sich die Orientierung einer TPMS-Vorrichtung mit mehreren Wicklungen bestimmen, die in Bezug auf das NF-Feld mit Abstand voneinander angeordnet sind. Die TPMS-Vorrichtung 911 kann alle die gleichen Hauptkomponenten aufweisen wie sie in 2 oder 6 beschrieben sind. Die Ausführung von 8 hat zusätzlich mehrere (zumindest zwei) Wicklungen, die mit ihrem NF-Transponder oder NF-Schnittstellenhardware verbunden sind. Die Wicklungen 940, 942 sind mit ausreichendem Abstand voneinander angeordnet, so dass sie einer relativen unterschiedlichen Feldstärke des NF-Felds unterliegen, das von der Feldquelle 941 abgegeben wird. Infolge dessen hat der über die Wicklungen 940, 942 induzierte Strom eine unterschiedliche relative Stärke. In diesem Beispiel ist die Wicklung 942 näher an der NF-Quelle 941 angebracht als die Wicklung 940. Infolgedessen hat der über die Wicklung 942 induzierte Strom eine größere Stärke. Dies zeigt sich am Ausgangssignal 944 der Wicklung 942, dass eine größere Amplitude als das Ausgangssignal 946 hat, was den über die Wicklung 940 induzierten Strom repräsentiert.
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10 zeigt ein Beispiel ein lasergeschweißtes Gehäuse 1005, das an einer Innenoberfläche, zum Beispiel der Seitenwand eines Reifens anbringbar ist, indem das Gehäuse in einem Gummibefestigungsspund angeordnet wird, oder anderweitig in einer Ausführung der Halterung 402. Das lasergeschweißte Gehäuse 1005 umfasst eine Basis 1007 und einen Deckel 1002, wobei der Deckel an die Basis lasergeschweißt ist, um ein Schutzgehäuse zu erzeugen. Die Elektronik enthält eine Batterie 1004 und eine PCB-Platine 1003 mit verschiedenen Komponenten (wie zum Beispiel oben in Bezug auf die 2, 6 und 9 beschrieben) sowie eine Antenne 1001. Die Basis des Gehäuses 1005 ist bevorzugt aus einem Polymermaterial gebildet, in dessen Zusammensetzung ein Absorptionsmittel wie etwa Ruß enthalten ist. Der Deckel 1005 ist bevorzugt aus einem Polymermaterial gebildet, ohne enthaltenes Absorptionsmittel. Die Rolle des Absorptionsmittels ist es, Laserlicht zu absorbieren. In diesem Beispiel wird ein Nd:YAG Laser verwendet, um Infrarotstrahlung abzugeben, die Ruß leicht absorbiert. Bei der Absorption der IR-Strahlung werden die Rußmoleküle angeregt und erhitzt, so dass das umgebende Polymer schmilzt. Dies findet an der Grenze 1006 zwischen dem Deckel und der Basis statt. Die IR-Strahlung geht leicht durch den Deckel hindurch und wird von den Rußmolekülen absorbiert, sobald sie in die Basis eindringen, wodurch der Grenzbereich 1006 heiß wird und schmilzt. Wenn das Polymer abkühlt, wird zwischen der Basis und dem Deckel eine Verbindung erzeugt, welche Wasserdichtigkeit gewährleistet, um die Elektronik vor Feuchtigkeit zu schützen.
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Die Erfindung ist nicht auf die hierin beschriebenen Ausführungen beschränkt, die modifiziert oder verändert werden können, ohne vom Umfang der Erfindung abzuweichen.
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Ein Reifendrucküberwachungssystem umfasst eine Reifendrucküberwachungsvorrichtung zum Anbringen auf einer Innenoberfläche eines Reifens, und mit einem Drucksensor zum Überwachen des Fluiddrucks in dem Reifen. Das System hat einen RFID-Tag, das auf dem Reifen separat von der Reifenüberwachungsvorrichtung angeordnet ist. In Antwort auf die Erfassung eines Reifendruckereignisses aus der Überwachung des Fluiddrucks veranlasst die Reifendrucküberwachungsvorrichtung, dass das RFID Daten sendet, die von der Reifendrucküberwachungsvorrichtung empfangen werden.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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