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Die Erfindung betrifft ein Fahrzeugrad umfassend einen auf einer Fahrzeugradfelge des Fahrzeugrades montierten Fahrzeugluftreifen und eine Abstandsmessvorrichtung zum Messen des Abstandes zwischen einer Messfläche auf einer Außenwand der Fahrzeugradfelge und einer relative zur Messfläche festen Bezugsfläche auf der Innenwand des Fahrzeugreifens und zum Übertragen eines entsprechenden Ausgangssignals. Die Erfindung betrifft auch die Verwendung einer Abstandsmessvorrichtung zum Messen eines Abstandes und ein Verfahren zum Messen eines Abstandes.
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Fahrzeugreifen von Kraftfahrzeugen sollen bei unterschiedlichen Straßenzuständen in sämtlichen Geschwindigkeitsbereichen eine gute Haftung aufweisen. Insbesondere die Seitenstabilität der Reifen und das Fahrverhalten müssen so gut wie möglich sein.
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Die obigen strengen Anforderungen an die modernen Fahrzeugreifen variieren in Abhängigkeit von Außentemperatur, Fahrbahnuntergrund und Last des Fahrzeuges. Um die Anforderungen zu erfüllen, ist es notwendig, während des Fahrens des Fahrzeuges den Reifeninnenraum, insbesondere den Abstand zwischen Lauffläche des Reifens und Felge, ständig zu überwachen.
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Im Stand der Technik sind verschiedene Messvorrichtungen in Reifen bekannt:
- DE 43 26 976 A1 offenbart eine „Überwachungsvorrichtung zum Überwachen eines Betriebszustandes eines auf einer Felge (1) montierten Fahrzeugreifens (2), gekennzeichnet durch eine Abstandsmeßeinrichtung (3) zum Messen des Abstandes zwischen einer Meßfläche (4) auf der Innenwand des Fahrzeugreifens (2) und einer relativ zur Felge (1) festen Bezugsfläche (5) und Übertragen eines entsprechenden Ausgangssignals.“ (Anspruch 1).
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DE 10 2017 119 452 A1 offenbart „einen Sensor, der am Rad befestigt ist und der sich innerhalb der Innenkammer des Fahrzeugreifens befindet, wobei der Sensor so konfiguriert ist, dass er eine oder mehrere Messungen eines ausgewählten Teils der Reifenkammer bildet, wobei der Sensor konfiguriert ist, um die eine oder mehrere Messungen an die Steuerung zu übermitteln; worin die ausführbaren Anweisungen die Steuerung aktivieren zum: Betätigen des Sensors, um eine oder mehrere Messungen eines ausgewählten Abschnitts der Reifenkammer durchzuführen; Abrufen vom Sensor, die Messinformationen der Reifenkammer; und Erzeugen der Reifenkammer-Wahrnehmungsinformationen aus den Messinformationen der Reifenkammer“ (Anspruch 1).
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Eine Aufgabe, die der Erfindung zugrunde liegt, besteht darin, ein Fahrzeugrad bereitzustellen, bei dem der Abstand zwischen Felge und Laufstreifen des Fahrzeugreifens auf der Felge des Fahrzeugrades besser als im Stand der Technik überwacht werden kann.
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Gelöst wird diese Aufgabe erfindungsgemäß durch ein Fahrzeugrad umfassend
- - einen auf einer Fahrzeugradfelge des Fahrzeugrades montierten Fahrzeugluftreifen
und
- - eine Abstandsmessvorrichtung zum Messen des Abstandes zwischen einer Messfläche auf einer Außenwand der Fahrzeugradfelge und einer relative zur Messfläche festen Bezugsfläche auf der Innenwand des Fahrzeugreifens und zum Übertragen eines entsprechenden Ausgangssignals,
dadurch gekennzeichnet, dass
- - die Abstandsmessvorrichtung mindestens eine Radarwelleneinrichtung mit einem Radarwellensender und einem Radarwellenempfänger umfasst und die eine Radarwelleneinrichtung zum Ermitteln des Abstandes jeweils aus einer Laufzeit eines Radarwellensignals zwischen Radarwellensender, Messfläche und Radarwellenempfänger geeignet ist,
und
- - der eine Radarwellensender und der eine Radarwellenempfänger an der festen Bezugsfläche der Innenwand des Fahrzeugluftreifen angebracht sind
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Der Radarwellensender sendet Radarwellen im Gigahertz-Bereich von der Reifeninnenfläche in Richtung der Reifenfelge und nicht wie im Stand der Technik bekannt von der Felge zum Gürtel, welcher von einer Gummischicht umgeben ist.
Die Reflexionen an den Metalloberflächen der Felge können dann zu einer genauer Abstandsmessung genutzt werden im Vergleich zu im Stand der Technik bekannten Verfahren, wo die Reflexionen von der gummierten Gürtelschicht des Reifens gemessen werden. Überraschenderweise wurde nun festgestellt, dass die Reflexionen von der Felge einen so scharfen Wechsel in der Signalintensität geben, dass im Gegensatz zu den Reflexionen von der gummierten Gürtelschicht es sogar möglich den Abstand zwischen der Außenwand der Fahrzeugradfelge und der Innenwand des Fahrzeugreifens auf 5 mm genau oder noch genauer zu messen. Eine solche Genauigkeit konnte mit den herkömmlichen Radarwellensensoren bisher nicht erzielt werden, wenn der Sensor die Reflexionen von der Gürtelschicht des Fahrzeugreifens gemessen hat. Dies ist ein überraschender technischer Effekt.
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Die Abstandsmessvorrichtung lässt sich wie vorstehend beschrieben modular aufbauen, in Analogie zu einem Luftdrucksensor. Ein Gehäuse ließe sich an der Innenschicht des Reifens problemlos befestigen. Die Daten als Ausgangssignal können entsprechend kontaktlos gefunkt werden.
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Änderungen der Traktionseigenschaften oder der Kontaktfläche des Reifens durch Wechsel der Fahrbahnoberfläche werden sofort so genau wie vorstehend beschrieben erkannt und an die übergeordnete Steuerungselektronik des Fahrzeugs gemeldet.
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Die vorliegende Erfindung hat die folgenden Vorteile:
- Die Bestimmung der Einfederung des Reifens bei einem bestimmten Luftdruck ermöglich die Bestimmung der Last am Fahrzeug. Die Differenz des Abstands zwischen der Felge und der Innenseite des Reifens im Bereich der Laufläche während des Fahrbahnkontaktes und zum Abstand an der gegenüberliegenden Seite ermöglicht ein kalibrierfreies und kontinuierliches Bestimmen der Aufstandsfläche des Reifens. Dies gilt insbesondere, wenn mehrere Abstandsmessvorrichtungen eines erfindungsgemäßen Fahrzeugrades auf dem Innerliner entlang des Reifenäquators angeordnet sind.
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Da es sich um elektromagnetische Wellen handelt und diese mit Lichtgeschwindigkeit propagieren, kann schneller ein Signal detektiert werden als bei Schallwellen. Aufgrund der mittlerweile sehr schnellen und bereits bekannten Verarbeitungskomponente und Computereinheiten ist das Erhalten des Messergebnisses fast augenblicklich nach der Detektion der reflektierten Wellen.
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Aufgrund der vorstehend beschrieben Aspekte kann nur mit einer Abstandsmessvorrichtung eines erfindungsgemäßen Fahrzeugrades eine ausreichende Geschwindigkeit und Genauigkeit beim Messen des Abstandes erzielt werden, um den Luftdruck oder andere Reifenparameter schnell genug während des Fahrens zu messen. Beispielsweise ermöglicht die Vermessung von Schwingungsfrequenzen die Bestimmung der Rauheit der Fahrbahn und bei irregulärem Abrieb auch charakteristische Schwingungen erfassen, worauf der Luftdruck oder andere Reifenparameter für ein optimiertes Fahrverhalten angepasst werden können.
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Im Rahmen der vorliegenden Erfindung umfasst der Ausdruck „Radarwellen“ bevorzugt jegliche elektromagnetischen Wellen mit einer Frequenz im Bereich von 1 bis 300 GHz.
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Im Rahmen der vorliegenden Erfindung umfasst der Ausdruck „Mikrowellen“, hiernach auch Mikrowellenstrahlung genannt, bevorzugt jegliche elektromagnetischen Wellen mit einer Frequenz im Bereich von über 300 bis 500 GHz.
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Bevorzugt ist ein erfindungsgemäßes Fahrzeugrad wie vorstehend beschrieben oder wie vorstehend als bevorzugt beschrieben, wobei die Abstandsmessvorrichtung anstelle mindestens einer Radarwelleneinrichtung mindestens eine Mikrowelleneinrichtung mit einem Mikrowellensender und einem Mikrowellenempfänger umfasst und die eine Mikrowelleneinrichtung zum Ermitteln des Abstandes jeweils aus einer Laufzeit eines Mikrowellensignals zwischen Mikrowellensender, Messfläche und Mikrowellenempfänger geeignet ist und der Mikrowellensender und der Mikrowellenempfänger an der festen Bezugsfläche der Innenwand des Fahrzeugluftreifen angebracht sind.
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Ein Vorteil des vorstehend beschriebenen Aspekts der vorliegenden Erfindung ist, dass mittels Mikrowellenstrahlung Abstand zwischen der Außenwand der Fahrzeugradfelge und der Innenwand des Fahrzeugreifens auf 1 mm genau oder noch genauer gemessen werden kann.
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Bevorzugt ist ein erfindungsgemäßes Fahrzeugrad wie vorstehend beschrieben oder wie vorstehend als bevorzugt beschrieben, wobei der eine Radar- oder Mikrowellensender und der eine Radar- oder Mikrowellenempfänger dazu eingerichtet sind, elektromagnetische Wellen in einem Frequenzbereich von 50 bis 500 GHz, besonders bevorzugt ist die Abstandsmessvorrichtung mindestens eine Radarwelleneinrichtung wobei der Radarwellensender und der eine Radarwellenempfänger der einen Radarwelleneinrichtung dazu eingerichtet sind, elektromagnetische Wellen in einem Frequenzbereich von in einem Bereich von 60 bis 250 GHz.
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Bevorzugt ist ein erfindungsgemäßes Fahrzeugrad wie vorstehend beschrieben oder wie vorstehend als bevorzugt beschrieben, wobei der Radar- oder Mikrowellensender und der eine Radar- oder Mikrowellenempfänger dazu eingerichtet sind, elektromagnetische Wellen in einem Frequenzbereich von 60 bis 90 GHz, besonders bevorzugt in einem Bereich von 61 bis 61,5 und/oder 76 bis 81 GHz.
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Ein Vorteil des vorstehend beschriebenen Aspekts der vorliegenden Erfindung ist, dass das natürliche Hintergrundspektrum in diesem Bereich besonders gering ist und somit weniger Interferenzen in diesem Bereich auftauchen. Dies ermöglicht eine noch genauere Messung trotz des niedrigen Frequenzbereiches. Zudem sind Radarsensoren oder auch Radarwelleneinrichtung, welche Wellen in diesem Messbereich senden, günstige rund einfacher herzustellen.
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Bevorzugt ist ein erfindungsgemäßes Fahrzeugrad wie vorstehend beschrieben oder wie vorstehend als bevorzugt beschrieben, wobei der Radar- oder Mikrowellensender und der eine Radar- oder Mikrowellenempfänger dazu eingerichtet sind, elektromagnetische Wellen in einem Frequenzbereich von 120 bis 250 GHz, besonders bevorzugt in einem Bereich von 122 bis 123 GHz und/oder 244 bis 246 GHz.
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Ein Vorteil des vorstehend beschriebenen Aspekts der vorliegenden Erfindung ist, dass mittels der vorstehend beschrieben Strahlung der Abstand zwischen der Außenwand der Fahrzeugradfelge und der Innenwand des Fahrzeugreifens auf 3 mm genau oder noch genauer gemessen werden kann.
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Bevorzugt ist ein erfindungsgemäßes Fahrzeugrad wie vorstehend beschrieben oder wie vorstehend als bevorzugt beschrieben, wobei die Fahrzeugfelge ein Metall oder eine Metalllegierung umfasst oder aus einem Metall oder einer Metalllegierung besteht.
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Ein Vorteil des vorstehend beschriebenen Aspekts der vorliegenden Erfindung ist, dass insbesondere bei solchen Felgen die Messungen sehr genau sind als bei felgen aus einem anderen Material.
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Bevorzugt ist ein erfindungsgemäßes Fahrzeugrad wie vorstehend beschrieben oder wie vorstehend als bevorzugt beschrieben, wobei die feste Bezugsfläche auf dem Innenwandabschnitt des Fahrzeugluftreifens liegt, welcher radial unterhalb der Lauffläche des Fahrzeugluftreifens angeordnet ist.
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Die vorstehend beschriebenen vorteilhaften Aspekte eines erfindungsgemäßen Fahrzeugrades gelten auch für sämtliche Aspekte eines nachstehend beschriebenen Verfahrens und die nachstehend diskutierten vorteilhaften Aspekte erfindungsgemäßer Verfahren gelten entsprechend für sämtliche Aspekte eines erfindungsgemäßen Fahrzeugrades.
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Die Erfindung betrifft auch ein Verfahren zum Messen eines Abstandes zwischen einer Messfläche auf einer Außenwand einer Fahrzeugradfelge eines Fahrzeugrades und einer relative zur Messfläche festen Bezugsfläche auf der Innenwand des Fahrzeugreifens des Fahrzeugrades, wobei
- - Radarwellen von einem Radarwellensender einer Abstandsmessvorrichtung wie vorstehend beschrieben oder wie vorstehend als bevorzugt beschrieben in Richtung einer Messfläche auf einer Außenwand einer Fahrzeugradfelge eines Fahrzeugrades gesendet werden
und anschließend
- - ein Radarwellensender der Abstandsmessvorrichtung die von der Messfläche reflektierten Radarwellen misst
und optional
- - eine elektronische Verarbeitungskomponente der Abstandsmessvorrichtung das Messsignal der reflektierten Radarwellen in ein Ausgangssignal umwandelt und dazu eingerichtet ist, das Ausgangssignal drahtlos an eine Computereinheit zu senden.
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Im Rahmen der vorliegenden Erfindung umfasst der Ausdruck „Verarbeitungskomponente“ insbesondere einen Computer oder ein Detektor zum Messen der reflektierten Radarwellen und eine übliche Signalverarbeitungseinrichtung, wie beispielsweise einen entsprechend programmierten Mikrochip.
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Die vorstehend beschriebenen vorteilhaften Aspekte eines erfindungsgemäßen Fahrzeugrades und eines erfindungsgemäßen Verfahren zum Messen eines Abstandes zwischen einer Messfläche auf einer Außenwand einer Fahrzeugradfelge eines Fahrzeugrades und einer relative zur Messfläche festen Bezugsfläche auf der Innenwand des Fahrzeugreifens des Fahrzeugrades gelten auch für sämtliche Aspekte einer nachstehend beschriebenen Verwendung und die nachstehend diskutierten vorteilhaften Aspekte erfindungsgemäßer Verwendungen gelten entsprechend für sämtliche Aspekte eines erfindungsgemäßen Fahrzeugrades und eines erfindungsgemäßen Verfahrens zum Messen eines Abstandes zwischen einer Messfläche auf einer Außenwand einer Fahrzeugradfelge eines Fahrzeugrades und einer relative zur Messfläche festen Bezugsfläche auf der Innenwand des Fahrzeugreifens des Fahrzeugrades.
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Die Erfindung betrifft auch eine Verwendung einer Abstandsmessvorrichtung wie vorstehend beschrieben oder wie vorstehend als bevorzugt beschrieben, zum Messen eines Abstandes zwischen einer Messfläche auf einer Außenwand einer Fahrzeugradfelge eines Fahrzeugrades und einer relative zur Messfläche festen Bezugsfläche auf der Innenwand des Fahrzeugreifens des Fahrzeugrades und zum Übertragen eines entsprechenden Ausgangssignals, wobei der Radarwellensender und der Radarwellenempfänger an der festen Bezugsfläche der Innenwand des Fahrzeugluftreifen angebracht sind.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 4326976 A1 [0004]
- DE 102017119452 A1 [0005]