DE10208998A1

DE10208998A1 - Measurement of tire operating parameters such as pressure, etc. using an optical fiber measurement sensor embedded within the tire so that changes in the transmitted light can be related to operating parameters

Info

Publication number: DE10208998A1
Application number: DE2002108998
Authority: DE
Inventors: Boris Bickel
Original assignee: DaimlerChrysler AG
Current assignee: Mercedes Benz Group AG
Priority date: 2002-02-28
Filing date: 2002-02-28
Publication date: 2003-09-11

Abstract

Sensor device for determining motor vehicle tire parameters. Said device comprises a measurement sensor in the form of an optical fiber (3) that transmits light through the tire. Dependent on the tire parameters the transmitted light waves are influenced and the change in light wave values is used to evaluated changes in tire parameters.

Description

Die Erfindung betrifft eine Sensorvorrichtung für ein Kraftfahrzeug, zur Ermittlung eines Reifenparameters, gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1, ein Verfahren zur Anwendung einer solchen Sensorvorrichtung und einen Kraftfahrzeugreifen für eine solche Sensorvorrichtung. The invention relates to a sensor device for a Motor vehicle, for determining a tire parameter, according to Preamble of claim 1, a method of use such a sensor device and a motor vehicle tire for such a sensor device.

Aus der gattungsbildenden DE 39 37 966 C2 ist eine Sensorvorrichtung bekannt, bei welcher im Reifen im Bereich des Laufstreifens mindestens ein Sensor angeordnet ist, der die dort auftretenden lokalen Verformungen erfasst und über eine Signalübertragungseinrichtung Messsignale an eine Auswerteeinrichtung liefert. Hierzu werden die Messsignale von einem Signalsender, welcher sich am Fahrzeugrad befindet, auf einen am Fahrzeugaufbau angebrachten Signalempfänger elektrisch übertragen. Als Sensoren beziehungsweise Erfassungseinheiten werden Dehnungsmessstreifen genannt, die in den Reifen einvulkanisiert sind. From the generic DE 39 37 966 C2 is a Sensor device is known in which in the tire in the region of Tread is arranged at least one sensor, which is there recorded local deformations and over a Signal transmission device measuring signals to an evaluation supplies. For this purpose, the measurement signals from a signal transmitter, which is located on the vehicle wheel, on an am Vehicle body mounted signal receiver electrically transmitted. As Sensors or detection units are Called strain gauges, which are vulcanised into the tires.

Mittels einer derartigen Sensorvorrichtung ist es möglich, die Raddrehzahlen, den Reifendruck, den Kraftschlussbeiwert zwischen Reifen und Straße sowie Längs- und Querkräfte im Reifen zu ermitteln. By means of such a sensor device, it is possible to Wheel speeds, the tire pressure, the adhesion coefficient between tires and road as well as longitudinal and lateral forces in the tire to determine.

Um die gewünschten Informationen möglichst schnell und genau zur Verfügung zu haben, ist es nötig eine genügend große Anzahl von Sensoren oder Messfühlern im Reifen anzuordnen. Dies führt zu einem hohen Einbauaufwand, insbesondere bei der Verkabelung der Sensoren oder Messfühler. To get the information you want as quickly and accurately as possible to have available, it is necessary a sufficiently large number of sensors or sensors in the tire. this leads to to a high installation cost, especially in the wiring the sensors or probes.

Es ist Aufgabe der Erfindung, eine Sensorvorrichtung für ein Kraftfahrzeug zur Ermittlung eines Reifenparameters bereitzustellen, wobei die Sensorvorrichtung einen geringen Einbauaufwand am Reifen und am Kraftfahrzeug erfordert und das Gewicht des Kraftfahrzeugreifens nur geringfügig erhöht. It is an object of the invention to provide a sensor device for a Motor vehicle for determining a tire parameter be provided, wherein the sensor device has a low Installation effort on the tire and the vehicle requires and the weight of the motor vehicle tire only slightly increased.

Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des unabhängigen Anspruchs 1 gelöst. This task is characterized by the characteristics of the independent Claim 1 solved.

Bei der Erfindung handelt es sich um eine Sensorvorrichtung für ein Kraftfahrzeug zur Ermittlung eines Reifenparameters. Diese Sensorvorrichtung weist als Messfühler, welcher in einem Reifen des Kraftfahrzeugs angeordnet ist eine lichtleitende Faser auf. Mittels der lichtleitenden Faser der Sensorvorrichtung ist eine geführte Lichtwelle durch den Reifen leitbar. Die lichtleitende Faser bewirkt im Reifen in Abhängigkeit des zu ermittelnden Reifenparameters eine Veränderung der geführten Lichtwelle, welche eine Wellenlänge im infraroten, optischen oder ultravioletten Spektralbereich aufweist. Die Veränderung der geführten Lichtwelle hängt von den Eigenschaften und den zu bestimmenden Parametern des Reifens in der Umgebung der lichtleitenden Faser ab. Die Ermittlung von Reifenparametern ist für mehrere, über den Reifen weit verteilte Reifenbereiche oder für den kompletten Reifen mittels einer einzigen lichtleitenden Faser möglich. Daher weist die Sensorvorrichtung nur wenige, vorzugsweise eine einzige, bis zu über 100 Meter lange lichtleitende Faser als Messfühler auf. Die Verwendung einer einzigen, oder zumindest weniger lichtleitender Fasern als Messfühler führt zu einem geringen Aufwand bei der Herstellung der Sensorvorrichtung. Insbesondere ist nur ein sehr geringer Verkabelungs- bzw. Verbindungsaufwand im Reifen erforderlich. Zudem ist auch eine einfache Signalübertragung zwischen lichtleitender Faser und Auswerteeinheit möglich, da bei der Verwendung einer lichtleitenden Faser nur eine Schnittstelle zwischen Faser und Auswerteeinheit nötig ist. Die lichtleitende Faser hat typischerweise einen Durchmesser von ca. 100 bis 200 µm. Andere Durchmesser sind jedoch auch möglich. The invention is a sensor device for a motor vehicle for determining a tire parameter. This Sensor device has as a sensor, which in a tire of the motor vehicle is arranged on a light-conducting fiber. By means of the photoconductive fiber of the sensor device is a guided light wave through the tire conductive. The light-conducting Fiber causes in the tire depending on the to be determined Tire parameters a change of the guided light wave, which has a wavelength in the infrared, optical or has ultraviolet spectral range. The change of the guided Light wave depends on the characteristics and the one to be determined Parameters of the tire in the vicinity of the optical fiber from. The determination of tire parameters is for several, about the tire widely distributed tire areas or for the complete tire by means of a single photoconductive fiber possible. Therefore, the sensor device has only a few, preferably one only, up to over 100 meters long light-conducting fiber as Sensor on. The use of a single, or at least less fiber-optic fibers than probes leads to a low effort in the production of the sensor device. In particular, only a very small cabling or Connection effort required in the tire. There is also one simple signal transmission between light-conducting fiber and Evaluation unit possible because when using a photoconductive Fiber only one interface between the fiber and the evaluation unit is necessary. The photoconductive fiber typically has one Diameter of about 100 to 200 microns. Other diameters are but also possible.

Die Auswerteeinheit der Sensorvorrichtung kann im Fahrzeug, auf der Felge oder am Reifen angeordnet sein. Eine Anordnung im Reifen oder auf der Felge führt dazu, dass das Auswerteergebnis elektrisch an eine Ergebniserfassungseinheit ins Fahrzeug übertragen werden muss. Hierfür ist beispielsweise eine Schleifkontaktierung oder eine Übertragung per Funk geeignet. Befindet sich die Auswerteeinheit im Fahrzeug, so ist das optische Signal vom Rad ins Fahrzeug zu übertragen. Hierfür kann ein optischer Koppler verwendet werden, welcher vorzugsweise axial in der Radmitte angeordnet wird. Die optische Signalübertragung ins Fahrzeug kann wie in der US 4517834 beschrieben erfolgen. Bei der optischen Signalübertragung kann auf eine elektrische Kontaktierung verzichtet werden, welche die Signalübertragung zwischen Reifen bzw. Rad und Fahrzeugaufbau gewährleisten muss, und dabei stets eine mechanische Belastung erfährt. Eine optische Signalübertragung ist unempfindlich gegen elektromagnetische Störfelder und erzeugt ihrerseits keine elektromagnetische Störstrahlung. The evaluation of the sensor device can in the vehicle, on the rim or be arranged on the tire. An arrangement in the Tire or on the rim causes the evaluation result electrically to a result capture unit in the vehicle must be transferred. For this example is one Schleifkontaktierung or transmission via radio suitable. is the evaluation unit in the vehicle, so is the optical Signal from the wheel to the vehicle. This can be a optical coupler can be used, which preferably axially in the wheel center is arranged. The optical signal transmission into the vehicle can be carried out as described in US 4517834. In the optical signal transmission can on an electrical Contacting be omitted, which is the signal transmission between tire or wheel and vehicle structure must ensure and always experiences a mechanical load. A optical signal transmission is insensitive to electromagnetic interference fields and in turn generates no electromagnetic EMI.

In einer Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Sensorvorrichtung verändert die lichtleitende Faser die durch den Reifen geführte Lichtwelle dadurch, dass die Reflexions- und Transmissionseigenschaften der lichtleitenden Faser sich in Abhängigkeit des zu ermittelnden Reifenparameters ändern. Die Auswerteeinheit der Sensorvorrichtung empfängt das von der lichtleitenden Faser reflektierte und/oder tansmittierte Licht und ermittelt aus dem empfangenen Licht den Reifenparameter. Eine einfache Ermittlung eines Reifenparameters ist in dieser Ausgestaltung der Erfindung bereits durch das Erfassen und Auswerten der reflektierten und/oder transmittierten Lichtintensität möglich. Insbesondere ist die Erfassung der Intensität, ohne Berücksichtigung anderer Eigenschaften wie beispielsweise Laufzeit oder Wellenlänge einfach und kostengünstig möglich. Eine zusätzliche oder alternative Auswertemöglichkeit besteht darin, die spektrale Zusammensetzung des reflektierten oder transmittierten Lichts zu erfassen. Eine zusätzliche spektrale Auswertung erhöht jedoch die Auswertesicherheit. Eine alternative spektrale Auswertung hat den Vorteil, dass eine Schwankung der Lichtintensität, wie sie beispielsweise durch eine mechanische Belastung und/oder Verunreinigung an der Trennstelle des optischen Kopplers entstehen kann, keine wesentliche Auswirkung auf die Frequenz des Lichts, und damit auf die spektrale Zusammensetzung hat. In one embodiment of the sensor device according to the invention the photoconductive fiber changes the one guided by the tire Light wave in that the reflection and Transmission properties of the optical fiber depending on the Change the tire parameter to be determined. The evaluation unit the sensor device receives that from the photoconductive fiber reflected and / or transmitted light and detected from the received light the tire parameters. A simple determination a tire parameter in this embodiment is the Invention already by capturing and evaluating the reflected and / or transmitted light intensity possible. In particular is the capture of intensity, ignoring others Properties such as runtime or wavelength easy and inexpensive possible. An additional or alternative evaluation option is the spectral Composition of the reflected or transmitted light to capture. However, an additional spectral evaluation increases the Evaluation reliability. An alternative spectral evaluation has the advantage that a fluctuation of light intensity, as they do for example, by a mechanical load and / or Contamination occurs at the separation point of the optical coupler can have no significant effect on the frequency of the light, and thus on the spectral composition.

In einer weiteren Ausgestaltung der Sensorvorrichtung weist die Lichtwelle eine Wellenlänge bzw. Frequenz im Infrarotbereich auf. Vorteil dieser Ausgestaltung ist es, dass infrarotes Licht bei einem Austritt aus der lichtleitenden Faser, im Reifenmaterial eine geringere Alterung des Reifenmaterials bewirkt als beispielsweise sichtbares oder ultraviolettes Licht. Insbesondere sind im infraroten Spektralbereich langzeiterprobte Halbleiterlaser verfügbar. Als Signalerzeugungseinheit, d. h. als lichterzeugendes Element kann die Sensorvorrichtung in einer alternativen und preisgünstigeren Ausführungsform anstelle eines Halbleiterlasers eine Leuchtdiode umfassen. In a further embodiment of the sensor device, the Light wave a wavelength or frequency in the infrared range on. Advantage of this embodiment is that infrared light at an exit from the photoconductive fiber, in Tire material causes less aging of the tire material than for example, visible or ultraviolet light. In particular, long-term proven in the infrared spectral range Semiconductor laser available. As a signal generation unit, i. H. as light-generating element, the sensor device in a alternative and less expensive embodiment instead a semiconductor laser comprise a light emitting diode.

In einer vorteilhaften Ausgestaltung dieser Sensorvorrichtung weist die lichtleitende Faser mehrere Einzelsensorelemente auf. Diese werden gebildet durch Streckenabschnitte mit jeweils einer für den jeweiligen Streckenabschnitt charakteristischen Gitterkonstanten. Das bedeutet, die Streckenabschnitte weisen einen periodisch variierenden Brechungsindex auf, wobei die Gitterkonstante für den jeweiligen Streckenabschnitt charakteristisch ist. Kommt jede Gitterkonstante innerhalb einer lichtleitenden Faser nur einmal vor, so ist eine eindeutige Zuordnung der Gitterkonstanten zu dem betreffenden Streckenabschnitt möglich. Es können aber auch mehrere Streckenabschnitte in einer Faser die gleiche Gitterkonstante aufweisen. Dann muss zwischen zwei verschiedenen Streckenabschnitten mittels eines weiteren Kriteriums, beispielsweise mittels der Laufzeit der Lichtwelle unterschieden werden. Dies ist insbesondere dann vorteilhaft, wenn sehr viele, beispielsweise weit über 100 Einzelsensorelemente in einer lichtleitenden Faser angeordnet werden. In an advantageous embodiment of this sensor device The light-conducting fiber has a plurality of individual sensor elements. These are formed by sections of track with each a characteristic for each section of the route Lattice constants. That means the track sections point a periodically varying refractive index, wherein the Lattice constant for the respective route section is characteristic. Every lattice constant comes within one light-conducting fiber only once before, so is a unique Allocation of the lattice constants to the relevant section of the route possible. But it can also be several sections in a fiber have the same lattice constant. Then you have to between two different sections by means of a another criterion, for example by means of the term of the Be distinguished light wave. This is especially true advantageous if very many, for example well over 100 Single sensor elements arranged in a light-conducting fiber become.

Die Auswerteeinheit der Sensorvorrichtung ermittelt mittels der von den Einzelsensorelementen veränderten Lichtwelle den zu ermittelnden Reifenparameter. Die lichtleitende Faser umfasst ein oder mehrere, vorzugsweise bis zu über hundert Einzelsensorelemente, welche in Abständen von über einem Meter bis zu weniger als 1 cm angeordnet sein können. Durch eine Anordnung vieler lokal verteilter Einzelsensorelemente in einer lichtleitenden Faser ist eine lokale Erfassung von Reifeneigenschaften möglich. Aufgrund der lokalen Erfassung von Reifeneigenschaften ist mit einer geeigneten Auswertevorrichtung eine sehr genaue Ermittlung des Reifenparameters durchführbar. The evaluation unit of the sensor device determines by means of from the individual sensor elements changed light wave to determining tire parameters. The photoconductive fiber comprises a or more, preferably up to over a hundred Single sensor elements, which at intervals of over one meter to less can be arranged as 1 cm. By an arrangement of many locally distributed individual sensor elements in a light-conducting Fiber is a local detection of tire properties possible. Due to the local detection of tire properties is a very accurate with a suitable evaluation device Determination of the tire parameter feasible.

Als Reifeneigenschaft wird insbesondere eine lokale Formänderung des Reifens erfasst. Wird das Reifenmaterial in der Umgebung eines Einzelsensorelements gestaucht, gedehnt oder anderweitig in seiner Geometrie verändert, so ändert sich auch die lokale Ausdehnung der lichtleitenden Faser und somit die Gitterkonstante an dem betreffenden Streckenabschnitt. Hierdurch ändert sich das Transmissions- und Reflexionsverhalten der lichtleitenden Faser an dem Streckenabschnitt dieses Einzelsensorelements für die der Gitterkonstanten entsprechenden Wellenlängen. Die Auswerteeinheit der Sensorvorrichtung kann aus dem Spektrum der reflektierten Strahlung die lokale Formänderung des Reifens ermitteln, wobei zur eindeutigen Zuordnung eines erfassten Lichtsignals zu einem jeweiligen Einzelsensorelement, d. h. zu dessen Ort im Reifen bzw. zu dessen Streckenabschnitt auf der lichtleitenden Faser zusätzlich eine Laufzeitmessung durchgeführt werden kann. Eine Auswertung des Spektrums ist auch für die transmittierte Strahlung möglich. Mittels der lokalen Formänderung kann die Kräfteverteilung im Reifen ermittelt werden. As a tire property is in particular a local Form change of the tire detected. Is the tire material in the Surrounded by a single sensor element compressed, stretched or otherwise changed in its geometry, so also changes the local extent of the light-conducting fiber and thus the Lattice constant at the relevant section. hereby changes the transmission and reflection behavior of the light-conducting fiber at the stretch of this Single sensor element corresponding to the lattice constant Wavelengths. The evaluation of the sensor device can from the Spectrum of the reflected radiation the local shape change determine the tire, with the unique assignment of a detected light signal to a respective individual sensor element, d. H. to its location in the tire or to its section on the optical fiber additionally a transit time measurement can be carried out. An evaluation of the spectrum is also possible for the transmitted radiation. By means of local deformation can be the distribution of forces in the tire be determined.

In einer bevorzugten Ausgestaltung der Sensorvorrichtung wird als Reifenparameter eine für die Haftverhältnisse zwischen Fahrzeugreifen und Fahrbahn indikative Größe ermittelt. Wie dies durchführbar ist, ist beispielsweise in der DE 39 37 966 C2 näher beschrieben. Bei dem in dieser Patentschrift beschriebenen Verfahren, muss der Schlupf variiert werden, d. h. das Rad muss beschleunigt oder verzögert werden bis das Verhältnis der Umfangskraft zur Normalkraft maximal wird. Mittels der erfindungsgemäßen Sensorvorrichtung kann die lokale Dehnung an verschiedenen Stellen der Reifenaufstandsfläche mit hoher Ortsauflösung erfasst werden. Erfolgt dies an den Stellen des Latscheinlaufs, des Latschauslaufs und der Übergangsstelle von reinem Formschlupf zu Form- und Gleitschlupf, so kann die maximal mögliche Antriebs- und/oder Bremskraft ermittelt werden, ohne diese Maximalkraft erzeugen zu müssen. Hierdurch ist eine Schlupfregelung, speziell bei ABS und ASR einfach möglich. In a preferred embodiment of the sensor device is as a tire parameter one for the adhesion between Vehicle tire and road surface indicative size determined. How this is feasible, is for example in DE 39 37 966 C2 described in more detail. In the in this patent slippage must be varied, ie. H. the wheel must be accelerated or delayed until the ratio of Cumulative force to the maximum force becomes maximum. By means of Sensor device according to the invention can the local strain various locations of the tire footprint with high Spatial resolution are recorded. If this happens in the places of Latlauflaufs, the Latschauslaufs and the transition point of pure Form slip to form and slip, so the maximum possible drive and / or braking force can be determined without to generate this maximum force. This is a Slip control, especially with ABS and ASR easily possible.

Durch die Kenntnis der Haftverhältnisse zwischen Reifen und Fahrbahnoberfläche kann auch die Regelung der Fahrdynamik durch ein Traktionsregelsystem verbessert werden. Eine für die Haftverhältnisse zwischen Fahrbahn und Fahrzeugreifen indikative Größe ist beispielsweise die Reifenfläche, welche kraftschlüssigen Kontakt mit der Fahrbahnoberfläche aufweist oder das Verhältnis der Flächengrößen zwischen Haftbereich und Gleitbereich. Mittels der im Reifen angeordneten lichtleitenden Faser der Sensorvorrichtung ist diese Größe einfach und zuverlässig ermittelbar. By knowing the adhesion between tires and Road surface can also control the driving dynamics through a traction control system can be improved. One for the Adhesive conditions between road surface and vehicle tires indicative Size is, for example, the tire area, which having frictional contact with the road surface or the Ratio of area sizes between adhesion area and Sliding. By means of arranged in the tire light-conducting fiber For the sensor device, this size is simple and reliable determined.

Vorzugsweise werden die lichtleitende Faser und die von ihr umfassten Einzelsensorelemente im Laufstreifen eines Reifens angeordnet, insbesondere um die Haftverhältnisse zwischen Fahrbahnoberfläche und Reifen zu ermitteln. Unter dem Laufstreifen eines Reifens soll, in Abgrenzung zur Seitenwand des Reifens, derjenige Reifenteil verstanden werden, durch welchen der radiale Umfang des Reifens gekennzeichnet ist. Vorzugsweise wird die lichtleitende Faser im Laufstreifen des Reifens deutlich unter der Oberfläche, beispielsweise in der Nähe des Reifengürtels oder der Bandage angeordnet, um die mechanische Belastung der Faser gering zu halten. Preferably, the photoconductive fiber and that of it included individual sensor elements in the tread of a tire arranged, in particular to the adhesion between Track surface and tire to determine. Under the tread of a tire, in contrast to the sidewall of the tire, the tire part to be understood by which the Radial circumference of the tire is characterized. Preferably the photoconductive fiber in the tread of the tire clearly below the surface, for example near the Tire belt or bandage arranged to withstand the mechanical stress to keep the fiber low.

Alternativ oder ergänzend wird die lichtleitende Faser in der Seitenwand eines Reifens angeordnet. Mit einer zusätzlichen lichtleitenden Faser, oder einem Teil der lichtleitenden Faser in der Seitenwand, sind mit der erfindungsgemäßen Sensorvorrichtung zu ermittelnde Reifenparameter genauer und zuverlässiger ermittelbar. Alternatively or additionally, the light-conducting fiber in the Sidewall of a tire arranged. With an additional photoconductive fiber, or a portion of the photoconductive fiber in the side wall, are with the invention Sensor device to be determined tire parameters more accurate and reliable determinable.

Ein Streckenabschnitt der lichtleitenden Faser kann in einem Reifenbereich so angeordnet sein, dass mit diesem Streckenabschnitt eine Reifendruckmessung erfolgen kann. Hierfür kann der Reifenbereich - beispielsweise ein Teil der Seitenwand als Druckmessmembran - ausgeformt sein. Mit dem Reifendruck wird eine Größe ermittelt, für die heute speziell für diesen Zweck vorgesehene Sensoren im Fahrzeug angeordnet werden. Wird der Reifenfülldruck von der erfindungsgemäßen Sensorvorrichtung zusätzlich zu anderen Reifenparametern ermittelt, so ist damit ein Mehrfachnutzen bzw. eine Kosteneinsparung verbunden. A section of the light-conducting fiber can in a Tire area be arranged so that with this Road section a tire pressure measurement can be done. For this purpose, the Tire area - for example, a part of the sidewall as Pressure measuring diaphragm - be formed. With the tire pressure is a size determined for today specifically for this purpose provided sensors are arranged in the vehicle. Will the Tire inflation pressure of the sensor device according to the invention determined in addition to other tire parameters, so is it a multiple benefit or a cost savings associated.

Des weiteren kann die Reifentemperatur an einer oder mehreren Stellen ermittelt werden. Hierzu wird die Faser so in einer steifen Hülse geführt, dass keinerlei mechanische Belastungen auf den innerhalb der Hülse befindlichen Abschnitt der Faser einwirken. Aufgrund der temperaturabhängigen Eigendehnung des Fasermaterials kann aus der Gitterkonstanten des innerhalb der Hülse befindlichen Faserabschnitts die Temperatur der Faser und damit die lokale Reifentemperatur ermittelt werden. Furthermore, the tire temperature at one or more Be determined. For this, the fiber is so in one rigid sleeve, that no mechanical stress on the inside of the sleeve portion of the fiber act. Due to the temperature-dependent self-expansion of Fiber material may consist of the lattice constant of the inside of the Sleeve located fiber section the temperature of the fiber and so that the local tire temperature can be determined.

Aufgrund der Anordnung vieler bzw. aller Einzelsensorelemente in einer einzigen Faser ist ein einfacher Einbau der Erfassungsvorrichtung in einen Fahrzeugreifen möglich. Due to the arrangement of many or all individual sensor elements in a single fiber is a simple installation of Detection device in a vehicle tire possible.

Vorteilhafte Ausführungsbeispiele der Erfindung sind nachstehend anhand der Zeichnung näher erläutert. Advantageous embodiments of the invention are explained in more detail below with reference to the drawing.

Es zeigt: It shows:

Fig. 1 den Querschnitt eines Fahrzeugreifens 1 mit einer lichtleitenden Faser 3 als Messfühler der Sensorvorrichtung. Fig. 1 shows the cross section of a vehicle tire 1 with a light-conducting fiber 3 as a sensor of the sensor device.

Fig. 2a und 2b eine einfache Darstellung einer Vorder- und Seitenansicht eines Fahrzeugreifens 1 mit einer vorteilhaften Anordnung der lichtleitenden Faser 3. FIGS. 2a and 2b is a simple representation of a front and side view of a vehicle tire 1 with an advantageous arrangement of the light-conducting fiber 3.

Fig. 3 ein Blockschaltbild einer erfindungsgemäßen Sensorvorrichtung Fig. 3 is a block diagram of a sensor device according to the invention

In der Fig. 1 ist ein Querschnitt eines Fahrzeugreifens 1 mit einer im Reifengummi 2 angeordneten lichtleitenden Faser 3 dargestellt. Die lichtleitende Faser 3 ist in das Reifenmaterial einvulkanisiert, wobei sie das Reifenmaterial beispielsweise in mehreren Schleifen oder in gewundenen Bahnen durchläuft. Aufgrund der möglichen Länge der lichtleitenden Faser 3 von über 100 m, ist es ausreichend, eine einzige solche Faser in den Reifen einzuvulkanisieren, um in allen vorgesehenen Bereichen des Reifens Einzelsensorelemente anzuordnen. Die lichtleitende Faser 3 ist an den vorgegebenen Streckenabschnitten der Einzelsensorelemente sensitiv für Längenänderungen. Hierzu wurde die Faser im Rahmen ihres Herstellungsprozesses so behandelt, dass der Brechungsindex lokal mit einer Gitterkonstanten variiert. Der Brechungsindex wechselt an einem Einzelsensorelement in periodischem Abstand zwischen zwei Brechungsindexwerten, wobei der Abstand zwischen zwei gleichsinnigen Brechungsindexsprüngen, d. h. die Gitterkonstante, an die Wellenlänge des eingespeisten Infrarotlichts angepasst und für ein Einzelsensorelement, also für einen jeweiligen Streckenabschnitt charakteristisch ist. Die Einzelsensorelemente werden beispielsweise im . Abstand von 2 cm angeordnet. Befinden sich alle Einzelsensorelemente im Grundzustand, d. h. die lichtleitende Faser 3 ist an den jeweiligen Streckenabschnitten nicht gedehnt oder gestreckt, so entsprechen die reflektierte Wellenlänge und/oder die Intensität des reflektierten Lichts bekannten Erwartungswerten, nämlich der Grundzustandswellenlänge und/oder der Grundzustandslichtintensität. Ändert sich die Länge der lichtleitenden Faser 3 am Streckenabschnitt eines Einzelsensorelements, so ändert sich die Gitterkonstante dieses Einzelsensorelements. Hierdurch wird an diesem Einzelsensorelement das Licht einer anderen Wellenlänge reflektiert, als dies im Grundzustand der Fall ist. Aus dem reflektierten Signal ermittelt die Sensorvorrichtung die Längenveränderung der lichtleitenden Faser 3 und den Streckenabschnitt des betreffenden Einzelsensorelements. Aus der ermittelten Längenveränderung können Reifenparameter wie beispielsweise die Kräfte im Reifen 1 ermittelt werden. In Fig. 1 a cross-section of a vehicle tire 1 is shown with a arranged in the tire rubber 2 light-conducting fiber 3. The photoconductive fiber 3 is vulcanized into the tire material, wherein it passes through the tire material, for example in multiple loops or in tortuous paths. Due to the possible length of the light-conducting fiber 3 of more than 100 m, it is sufficient to vulcanize a single such fiber in the tire in order to arrange individual sensor elements in all intended areas of the tire. The light-conducting fiber 3 is sensitive to changes in length at the predetermined route sections of the individual sensor elements. For this purpose, the fiber was treated as part of its manufacturing process so that the refractive index varies locally with a lattice constant. The refractive index changes at a single sensor element at a periodic interval between two refractive index values, wherein the distance between two same refractive index jumps, ie the lattice constant, adapted to the wavelength of the injected infrared light and for a single sensor element, that is characteristic for a particular stretch. The individual sensor elements are, for example, in. Spaced 2 cm apart. If all the individual sensor elements are in the ground state, ie the light-conducting fiber 3 is not stretched or stretched at the respective link sections, then the reflected wavelength and / or the intensity of the reflected light correspond to known expected values, namely the ground state wavelength and / or the ground state light intensity. If the length of the light-conducting fiber 3 changes at the path section of a single sensor element, the lattice constant of this individual sensor element changes. As a result, the light of a different wavelength is reflected at this single sensor element, as is the case in the ground state. From the reflected signal, the sensor device determines the change in length of the light-conducting fiber 3 and the path section of the relevant individual sensor element. From the determined change in length tire parameters such as the forces in the tire 1 can be determined.

Die Fig. 2a zeigt in Vorderansicht eine einfache Darstellung eines Fahrzeugreifens 1 mit einer besonders vorteilhaften Anordnung der lichtleitenden Faser 3, umfassend die Faserabschnitte 3a und 3b. In den Laufstreifen eines Fahrzeugreifens 1 wird eine lichtleitende Faser im Reifengummi 2 so angeordnet, dass in einer Draufsicht senkrecht zum Laufstreifen eine Reihe von Kreuzungspunkten 4 zwischen den verschiedenen Faserabschnitten 3a und 3b der lichtleitenden Faser 3 entsteht. An diesen Kreuzungspunkten 4 verläuft ein Abschnitt 3a der lichtleitenden Faser 3 unter einem nicht zu kleinen Winkel zu einem anderen Faserabschnitt 3b, wobei sich die beiden Faserabschnitte 3a und 3b in den Kreuzungspunkten 4 nicht berühren. Es ist vorteilhaft, wenn in den Kreuzungspunkten 4, oder zumindest in deren Umgebung in beiden Faserabschnitten 3a und 3b Einzelsensorelemente angeordnet sind, so dass für die Umgebung der Kreuzungspunkte 4 sowohl eine lokale Längs- als auch eine lokale Querdeformation erfasst werden kann. Wird in einer alternativen Ausführungsform die lichtleitende Faser so im Reifen angeordnet, dass keine Kreuzungspunkte 4 vorhanden sind, so kann dies mittels einer Auswertelogik kompensiert werden, indem die erfassten Größen zwischen zwei Einzelsensoreinheiten interpoliert werden. Dadurch kann beispielsweise eine Dehnungskarte erstellt werden, welche als Information das Dehnungsfeld eines vorgebbaren Reifenbereichs enthält. Fig. 2a shows a front view of a simple representation of a vehicle tire 1 with a particularly advantageous arrangement of the light-conducting fiber 3 , comprising the fiber sections 3 a and 3 b. In the tread of a vehicle tire 1 , a light-conducting fiber in the tire rubber 2 is arranged so that in a plan view perpendicular to the tread a number of crossing points 4 between the different fiber sections 3 a and 3 b of the photoconductive fiber 3 is formed. At these crossing points 4 , a portion 3 a of the light-conducting fiber 3 extends at a not too small angle to another fiber section 3 b, wherein the two fiber sections 3 a and 3 b do not touch in the crossing points 4 . It is advantageous if individual sensor elements are arranged in the crossing points 4 , or at least in their surroundings in both fiber sections 3 a and 3 b, so that both a local longitudinal and a local lateral deformation can be detected for the surroundings of the crossing points 4 . If, in an alternative embodiment, the light-conducting fiber is arranged in the tire such that no crossing points 4 are present, this can be compensated by means of evaluation logic by interpolating the detected quantities between two individual sensor units. As a result, for example, an expansion map can be created, which contains as information the expansion field of a predeterminable tire area.

Die Fig. 2b zeigt eine einfache Darstellung eines Fahrzeugreifens 1 in Seitenansicht, mit einer besonders vorteilhaften Anordnung der lichtleitenden Faser 3. Aufgrund des Richtungswechsels der lichtleitenden Faser 3 an den Knickstellen 5 - tatsächlich sind die Knickstellen 5 Biegungen mit einem Biegeradius im Bereich von ca. 1-2 mm - sind in der Umgebung dieser Knickstellen 5 zwei Einzelsensorelemente vorgesehen, welche eine Deformation in unterschiedliche Richtung erfassen. Hierdurch ist ähnlich wie an den Kreuzungsstellen 4 der Fig. 2a eine zweidimensionale Ermittlung der lokalen Deformation des Reifens in der Umgebung der Knickstellen 5 möglich. In einem Laufstreifen treten hauptsächlich Schubspannungen auf. Da mit den Einzelsensorelementen der lichtleitenden Faser hauptsächlich Längsdehnungen und Längsstauchungen erfasst werden können, ist eine Anordnung der Faser unter einem Winkel von ca. 45° gegenüber der Hauptschubspannungsebene, d. h. gegenüber der Reifenlauffläche besonders vorteilhaft. Mittels einer Anordnung entsprechend Fig. 2b können aus den erfassten Dehnungen und Stauchungen sowohl Betrag als auch Richtung der Schubspannung im Reifen ermittelt werden. Vorzugsweise ist hierzu jeweils in einem Streckenabschnitt zwischen zwei Knickstellen 5 ein Einzelsensorelement vorzusehen. FIG. 2b shows a simple representation of a vehicle tire 1 in a side view, with a particularly advantageous arrangement of the light-conducting fiber 3 . Due to the change in direction of the light-conducting fiber 3 at the kinks 5 - actually the kinks are 5 bends with a bending radius in the range of about 1-2 mm - are provided in the vicinity of these kinks 5 two individual sensor elements which detect a deformation in different directions. As a result, similar to the crossing points 4 of FIG. 2 a, a two-dimensional determination of the local deformation of the tire in the vicinity of the kinks 5 is possible. In a tread mainly shear stresses occur. Since primarily longitudinal elongations and longitudinal compressions can be detected with the individual sensor elements of the light-conducting fiber, an arrangement of the fiber at an angle of approximately 45 ° with respect to the main shear stress plane, ie with respect to the tire tread, is particularly advantageous. By means of an arrangement according to FIG. 2 b, both the magnitude and direction of the shear stress in the tire can be determined from the detected strains and compressions. For this purpose, it is preferable to provide an individual sensor element in each case in a section between two kinks 5 .

Mittels einer kombinierten Anordnung der lichtleitenden Faser 3 sowohl entsprechend Fig. 2a als auch entsprechend Fig. 2b ist es möglich an einer Kreuzungsstelle, an welcher drei nicht in einer Ebene liegende Einzelsensorelemente vorgesehen sind, die lokale Deformation des Reifens 1 vollständig dreidimensional zu ermitteln. Alternativ zu einer solchen kombinierten Anordnung der lichtleitenden Faser 3 ist, ebenso wie im Zusammenhang mit Fig. 2a beschrieben, eine Interpolation der erfassten Größen zwischen benachbarten Einzelsensorelementen und die Erstellung einer Dehnungskarte möglich. Ist in einem Reifen eine lichtleitende Faser 3 einer erfindungsgemäßen Sensorvorrichtung so angeordnet, dass ein genügend dichtes Netz an Einzelsensorelementen vorhanden ist, so ist mittels der Sensorvorrichtung eine umfassende Ermittlung von Reifenparametern, wie beispielsweise Schlupf, Reibwertausnutzung, Radlast, Wasserhöhe, Reibungskoeffizient, Haftfläche, Längs- und Seitenführungskräfte, Reifendruck, Reifenprofiltiefe und Raddrehzahl möglich. By means of a combined arrangement of the light-conducting fiber 3 both according to FIG. 2 a as well as according to FIG. 2 b, it is possible to determine the local deformation of the tire 1 completely three-dimensionally at an intersection where three individual sensor elements not lying in one plane are provided. As an alternative to such a combined arrangement of the light-conducting fiber 3 , as described in connection with FIG. 2a, an interpolation of the detected variables between adjacent individual sensor elements and the creation of a strain card is possible. If a light-conducting fiber 3 of a sensor device according to the invention is arranged in a tire such that a sufficiently dense network of individual sensor elements is present, a comprehensive determination of tire parameters, such as slip, coefficient of friction utilization, wheel load, water level, coefficient of friction, adhesion surface, longitudinal, is provided by the sensor device - And cornering forces, tire pressure, tire tread depth and wheel speed possible.

Die Fig. 3 zeigt ein Blockschaltbild einer erfindungsgemäßen Sensorvorrichtung 6. Von einer im Fahrzeug angeordneten Signalerzeugungseinheit 7, beispielsweise einem Infrarotlaser oder einer Infrarotleuchtdiode wird ein Lichtsignal erzeugt und mittels eines im Rad axial zentrierten optischen Kopplers 8 ins Rad übermittelt, im Rad in die lichtleitende Faser 3 eingespeist und von dieser durch das Reifenmaterial 2 geführt. Die Signalauswerteeinheit 9 kann hierdurch im Fahrzeug angeordnet sein. Eine Anordnung der Signalauswerteeinheit 9 und der Signalerzeugungseinheit 7 im Fahrzeug verringert die Masse des Rades. Zudem sind geringere Anforderungen an die mechanische Belastbarkeit der Signalauswerteelektronik zu stellen. Eine Energieversorgung im Rad kann entfallen. FIG. 3 shows a block diagram of a sensor device 6 according to the invention. From a arranged in the vehicle signal generating unit 7 , for example, an infrared laser or an infrared light emitting diode, a light signal is generated and transmitted by means of an axially centered in the wheel optical coupler 8 into the wheel, fed into the wheel in the photoconductive fiber 3 and guided by this through the tire material 2 . The signal evaluation unit 9 can thereby be arranged in the vehicle. An arrangement of the signal evaluation unit 9 and the signal generating unit 7 in the vehicle reduces the mass of the wheel. In addition, lower demands are placed on the mechanical load capacity of the signal evaluation electronics. An energy supply in the wheel can be omitted.

Alternativ hierzu kann die Signalerzeugungseinheit 7 und/oder die Signalauswerteeinheit 9 im Rad oder im Reifen angeordnet sein. Dann ist jedoch eine, vorzugsweise elektromagnetische Signalübertragung und gegebenenfalls auch eine Energieübertragung zwischen Rad und Fahrzeug nötig. Da diese kontaktlos erfolgen kann, entfällt dafür eine aufwändige Zusammenführung und/oder Kontaktierung von elektrischen oder optischen Signalleitungen. Alternatively, the signal generating unit 7 and / or the signal evaluation unit 9 may be arranged in the wheel or in the tire. Then, however, a, preferably electromagnetic signal transmission and possibly also an energy transfer between the wheel and the vehicle is necessary. Since this can be done without contact, eliminating the need for a complex merging and / or contacting of electrical or optical signal lines.

Bei einem vorteilhaften Auswerteverfahren der Signale einer erfindungsgemäßen Sensorvorrichtung werden die Raddrehzahl und Radstellung herangezogen, um diejenigen Einzelsensorelemente zu bestimmen, welche bei der folgenden Messung im Bereich des Reifenlatsches angeordnet sind. Zur Ermittlung vorgebbarer Reifenparameter werden nur die Signale der auf diese Weise bestimmten Einzelsensorelemente erfasst. Hierdurch wird die Menge der zu verarbeitenden Daten reduziert. In an advantageous evaluation of the signals of a Sensor device according to the invention, the wheel speed and Wheel position used to those individual sensor elements determine which in the following measurement in the range of Tire rollover are arranged. For determination specifiable Tire parameters will only be the signals of that way Detected individual sensor elements. This will increase the amount of reduced processing data.

Weitere Parameter, welche zur Bestimmung der betreffenden Einzelsensorelemente herangezogen werden, sind die maximal mögliche Beschleunigung und/oder Verzögerung und/oder die tatsächliche Beschleunigung und/oder Verzögerung. Other parameters used to determine the relevant Single sensor elements are used, the maximum possible acceleration and / or deceleration and / or the actual acceleration and / or deceleration.

Claims

A sensor device for a motor vehicle for determining a tire parameter, the sensor device having a measuring sensor which is arranged in a tire of the motor vehicle, characterized in that
the probe is a photoconductive fiber, and that
a guided light wave can be conducted through the tire by means of the light-conducting fiber, and
the light-conducting fiber causes a change of the guided light wave as a function of the tire parameter to be determined, and
the sensor device determines the tire parameter from the change in the light wave.

2. Sensor device according to claim 1, characterized, that the reflection and transmission properties of the light-conducting fiber depending on the determined Change tire parameters, and the sensor device from the changed reflection or transmission behavior of the light-conducting fiber determines the tire parameters.

3. Sensor device according to one of claims 1 or 2, characterized, that the guided light wave is a frequency or a Frequency band in the infrared spectral region has.

4. Sensor device according to one of claims 1 to 3, characterized, that the sensor device is a semiconductor laser or a Includes light emitting diode, which generates the guided light wave.

5. Sensor device according to one of claims 1 to 4, characterized, that the photoconductive fiber with several sections one for each relevant section of the route characteristic periodically varying refractive index, wherein based on the transmitted and / or reflected Light spectrum the local strain (or compression) specific to each Track section with periodically varying refractive index can be determined.

6. Sensor device according to one of claims 1 to 5, characterized, that the sensor device as a tire parameter one for the Conditions of adhesion between vehicle tires and road surface indicative size determined.

7. Sensor device according to claim 6, characterized, that the sensor device as a tire parameter a Tire surface determined which a non-positive contact between Automotive tire and road surface has.

8. Sensor device according to claim 6, characterized, that the sensor device as a tire parameter the ratio determined from Latschfläche and adhesive surface of the tire.

9. Sensor device according to one of claims 1 to 5, characterized that the sensor device as a tire parameter a Tire pressure of a vehicle tire determined.

10. Sensor device according to one of claims 1 to 5, characterized, that the sensor device as a tire parameter a Tire temperature of a vehicle tire determined.

11. Sensor device according to one of the preceding claims, characterized, that the photoconductive fiber in the tread of the tire is arranged.

12. Sensor device according to one of the preceding claims, characterized, that the photoconductive fiber is disposed in the tire sidewall is.

13. A method for determining a tire parameter for a Sensor device according to one of claims 1 to 12, characterized, that for determining the route section, which for the Change in reflection or transmission properties is the cause, the result of a transit time measurement used becomes.

14. Method for determining a tire parameter for a Sensor device according to one of claims 1 to 12, characterized, for determining those individual sensor elements, which in the following measurement in the area of the tire lash are arranged the wheel speed and wheel position are used, and only the signals of the individual sensor elements determined in this way be recorded.

15. A method for determining a tire parameter for a Sensor device according to claim 14, characterized, for determining the respective individual sensor elements the maximum possible acceleration and / or deceleration and / or the actual acceleration and / or deceleration used become.

16. Motor vehicle tires, in particular for a Sensor device according to one of claims 1 to 12, characterized, including a photoconductive fiber in the tire material is, wherein at least one end of the fiber at a predeterminable Point emerges from the tire material.