DE10360780A1

DE10360780A1 - Vorrichtung zur Erfassung und Übertragung von den Zustand eines Luftreifens charakterisierenden Messsignalen

Info

Publication number: DE10360780A1
Application number: DE10360780A
Authority: DE
Inventors: Michael Thiel; Ralf Schmidt
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2003-12-23
Filing date: 2003-12-23
Publication date: 2005-07-28
Also published as: WO2005063512A1

Abstract

Eine Vorrichtung zur Erfassung und Übertragung wenigstens eines den Zustand eines Luftreifens charakterisierenden Meßsignals, umfassend DOLLAR A È ein Sensormodul (110) zur Erfassung und Verarbeitung des den Zustand des Reifens (300) charakterisierenden Meßsignals, DOLLAR A È eine Sendeeinrichtung zur drahtlosen Übermittlung der verarbeiteten Meßsignale und DOLLAR A È eine Energieversorgungseinheit zum Versorgen des Sensormoduls (110) und der Sendeeinrichtung mit Energie, DOLLAR A ist dadurch gekennzeichnet, daß die Energieversorgungseinheit eine in einen flexiblen Träger (125) eingebettete Pick-up-Spule (120) aufweist.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Erfassung und Übertragung wenigstens eines den Zustand eines Luftreifens charakterisierenden Meßsignals und ein Fahrzeugrad mit einer solchen Vorrichtung nach dem Oberbegiff der unabhängigen Ansprüche 1 und 12.
Sensor und Idendifikationsmodule für die Übertragung von den Zustand eines Luftreifens charakterisierenden Meßsignalen, wie den Reifendruck, die Reifentemperatur oder die Reifenkennung können auf der Felge, am Ventil oder am Reifen selbst befestigt sein.

Aus der DE 102 28 738 A1 geht eine Felge mit einem Reifensensor für Luftreifen hervor, bei dem der Sensor in einer Halterung auf einem Felgenabschnitt befestigt ist. Der Sensor wird zur Messung der Zustandswerte des Luftreifens verwendet und überträgt die erhaltenen Signale über eine HF-Verbindung. Die Stromversorgung dieses Sensors erfolgt durch eine Batterie. Die Übertragung der Signale erfolgt durch eine relativ kleine Antenne.

Derartige Antennen können beispielsweise Patch-Antennen, Drahtschlaufen, Stabantennen oder Spiralantennen sein. Solche Systeme weisen zwar kompakte Baumaße auf, aufgrund der Stromversorgung durch die Batterie sind sie jedoch verhältnismäßig schwer, was insbesondere im Hinblick auf Massenunwuchten nachteilig ist. Problematisch bei einer solchen aktiven Energieversorgung ist es auch, daß die Batterie von Zeit zu Zeit uewechselt werden muß.

Aufgabe der Erfindung ist es daher, eine Vorrichtung zur Erfassung und Übertragung wenigstens eines den Zustand eines Luftreifens charakterisierenden Meßsignals dahingehend weiterzubilden, daß eine Energieversorgung auf passivem Wege, d.h. ohne im Sensor angeordnete Batterien möglich ist, so daß zum einen ein Batteriewechsel entfallen kann, zum anderen das Gewicht der Vorrichtung erheblich reduziert wird. Die Vorrichtung, soll darüber hinaus äußerst kompakte Baumaße aufweisen.

Vorteile der Erfindung

Diese Aufgabe wird durch eine Vorrichtung zur Erfassung und Übertragung wenigstens eines den Zustand eines Luftreifens charakterisierenden Meßsignals und durch ein Fahrzeugrad mit den Merkmalen der Ansprüche 1 und 12 gelöst.

Grundidee der Erfindung ist es, die Energieversorgung der Vorrichtung drahtlos mittels einer Pick-up-Spule passiv vorzunehmen. Da ein Fahrzeugluftreifen nicht unerheblichen Belastungen und insbesondere Deformationen ausgesetzt ist, ist die Spule in einen flexiblen Träger eingebettet, der sich Deformationen des Luftreifens anpassen kann. Hierdurch werden Beschädigungen der Pick-up-Spule vermieden, so daß die Energieversorgung auch bei extremen Belastungen des Luftreifens gesichert ist.

Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.

Bevorzugt ist die Pick-up-Spule eine HF-Spule, wobei als HF-Signal beispielsweise 125 KHz. 13.56 MHz beträgt. Auch andere ISM-Bänder können verwendet werden.

Eine sehr vorteilhafte Ausführungsform sieht vor, daß der flexible Träger an einer Halterung des Sensormoduls frei abstehend angeordnet ist. Frei abstehend bedeutet dabei in Radialrichtung in das Innere des Luftreifens abstehend angeordnet. Da die einem HF-Feld entnommene Energie umso größer ist, je größer die Fläche der Spule ist, sollte die Pick-up-Spule eine möglichst große Fläche aufweisen und darüber hinaus in Sichtverbindung zur Sendeantenne angeordnet sein. Ein senkrecht von dem Felgenbett in Radialrichtung abstehender Träger mit der Pick-up-Spule ermöglicht nicht nur eine große Fläche der Pick-up-Spule, sondern ermöglicht insbesondere auch, daß die Spule den Felgenrand überragt und in Radialrichtung im Bereich der Reifenseitenwand angeordnet ist, so daß ein kurzer Abstand zur Sendeantenne, die beispielsweise in einem Radlauf des Fahrzeugs angeordnet ist, möglich ist. Auf diese Weise wird ein hoher Wirkungsgrad der Energieübertragung erzielt. Darüber hinaus ist die Dämpfung eines HF-Feldes durch die Seitenwand eines Reifens geringer als beispielsweise durch den sogenannten Reifenlatsch, der in den meisten Fällen einen Stahlgürtel aufweist. Durch diese Anordnung ist der Träger und die Spule auch besser geschützt als beispielsweise bei einer Anordnung an dem Reifen selbst.

Der die Pick-up-Spule tragende flexible Träger kann auf die unterschiedlichste Weise an der Halterung des Sensormoduls befestigt werden. Eine vorteilhafte Ausführungsform sieht vor. daß der flexible Träger an seinem der Halterung zugewandten Ende abgewinkelt ist. Der abgewinkelte Teil kann so unter dem Sensormodul angeordnet werden. An dem abgewinkelten Ende weist der Träger vorzugsweise Befestigungsöffnungen auf, mittels der er durch Schrauben, Nieten oder aufgrund einer Einbettung in eine Vergußmasse an der Halterung befestigbar ist. Dies ermöglicht eine sichere und insbesondere im Hinblick auf die bei hoher Geschwindigkeit des Fahrzeugs an dem flexiblen Träger und damit der Spule wirkenden Zentrifugalkräfte optimale Befestigung.

Vorzugsweise ist nicht nur der flexible Träger, sondern auch die Halterung des Sensormoduls verformbar und/oder zur Anordnung an einer Felge vorgeformt, so daß eine optimale Anordnung an der Felge, insbesondere am Felgenbett, möglich ist.

Bevorzugt weist der flexible Träger an seinem unteren, der Halterung zugewandten Ende eine einen Gradienten der Biegefähigkeit hervorrufende Verdickung auf. Durch diese Verdickung wird sichergestellt, daß die in dem flexiblen Träger eingebettete Pick-up-Spule in Radialrichtung des Fahrzeugrades auch bei stillstehendem Fahrzeugrad, wenn also keine Zentrifugalkräfte wirken, von dem Felgenbett absteht und hierdurch der vorbeschriebene optimale "Sichtkontakt" der Pick-up-Spule zur beispielsweise im Radhaus angeordneten Sendespule hergestellt wird.

Bei einer sehr vorteilhaften Ausführungsform ist vorgesehen, daß die Pick-up-Spule nicht nur zur Energieversorgung, sondern gleichzeitig auch für die Datenkommunikation der von dem Sensormodul erfaßten Daten verwendet wird. Hierdurch wird eine optimale Datenübertragung der den Zustand des Luftreifens charakterisierenden Meßsignale erzielt, ohne daß zusätzliche Sende-/Empfangsspulen erforderlich sind.

Vorteilhafterweise wird die Halterung durch eine Vergußmasse gebildet, in die sowohl das Sensormodul als auch ein Teil des Trägers eingebettet sind. Auf diese Weise können zusätzliche Gehäuseelemente entfallen.

Bevorzugt weist der Träger eine Beschichtung auf, die ihn gegenüber äußeren Einflüssen unempfindlich macht.

Die Aufgabe wird darüber hinaus durch ein Fahrzeugrad umfassend eine Felge mit einem schlauchlosen Luftreifen sowie eine im Inneren des Reifens angeordnete Vorrichtung zur Erfassung und Übertragung wenigstens eines den Zustand des Reifens charakterisierenden Meßsignals der vorbeschriebenen Art gelöst, bei der die Halterung am Felgenbett angeordnet ist und bei der der flexible Träger in Radialrichtung des Fahrzeugrades absteht. Bevorzugt weist dabei der flexible Träger eine vorgebbare, auf die Reifenhöhe angepaßte Länge auf. Dies ist insbesondere im Hinblick auf die Walkarbeit des Reifens vorteilhaft, denn die Länge wird so angepaßt, daß der Träger nicht mit dem Reifenlatsch in Verbindung kommen kann.

Zeichnung
Weitere Vorteile und Merkmale der Erfindung sind Gegenstand der nachfolgenden Beschreibung sowie der zeichnerischen Darstellung von Ausführungsbeispielen der Erfindung. In der Zeichnung zeigen:
1 eine Schnittdarstellung durch ein Fahrzeugrad mit einer Felge und mit einem Luftreifen, wobei zwei Möglichkeiten der Anordnung einer erfindungsgemäßen Vorrichtung am Felgenbett dargestellt sind;
2 eine vergrößerte Schnittdarstellung der an einem Felgenbett angeordneten erfindungsgemäßen Vorrichtung;
3 eine Seitenansicht der in 2 dargestellten Vorrichtung und
4 einen flexiblen Träger mit einer Pick-up-Spule zur Energieübertragung gemäß der Erfindung.
Beschreibung der Ausführungsbeispiele
1 zeigt eine Schnittdarstellung durch ein Fahrzeugrad mit einer Felge 200 und einem auf diese aufgezogenen schlauchlosen Luftreifen 300. In der Felge 200 ist ein Ventil 210 zur Versorgung des Luftreifens mit unter Druck stehender Luft auf an sich bekannte Weise angeordnet. An dem Felgenbett 201 befestigt ist eine als Ganze mit 100 bezeichnete Vorrichtung zur Erfassung und Übertragung wenigstens eines den Zustand des Luftreifens 300 charakterisierenden Meßsignals, beispielsweise des Reifenluftdrucks oder der Lufttemperatur oder anderer charakteristischer Größen. Wie in 1 dargestellt, kann die Vorrichtung 100 an verschiedenen Positionen des Felgenbetts angeordnet sein.
Die Vorrichtung 100, in größerem Detail in 2 und 3 dargestellt, umfaßt ein in eine Vergußmasse 105 eingebettetes Sensormodul 110 und eine Antenne 120, die im wesentlichen senkrecht von dem Felgenbett 201 absteht. In die Vergußmasse 105 ist ferner ein Spannband 130 eingebettet, mittels dessen die gesamte Vorrichtung an dem Felgenbett auf an sich bekannte Weise beispielsweise durch eine Schraubverbindung, die der Vorrichtung zur Minimierung von Unwuchten vorzugsweise diametral gegenüberliegend angeordnet ist, befestigbar ist. Die Antenne 120 ist in einen flexiblen und deformierbaren Träger 125 eingebettet und weist vorzugsweise eine große Fläche auf. Im dargestellten Ausführungsbeispiel bildet die Vergußmasse 105 für das Sensormodul 110 deren Halterung. Es versteht sich jedoch, daß die Erfindung nicht auf diese Ausführungsform beschränkt ist. Die Halterung kann rein prinzipiell auch durch ein Gehäuse, insbesondere ein deformierbares Gehäuse, das an die Oberfläche des Felgenbetts 201 anpaßbar ist, gebildet sein.
An seinem unteren, dem Sensormodul 110 und der Halterung 105 zugewandten Ende weist der Träger 125 Öffnungen 127 auf, durch die Befestigungselemente, beispielsweise Schrauben, Nieten oder die Vergußmasse 105 selbst hindurchragen. Durch die abgewinkelte Anordnung des Trägers 125 und die Befestigungsöffnungen 127 wird eine sichere Befestigung des Trägers 125 gewährleistet, der insbesondere bei hohen Winkelgeschwindigkeiten des Fahrzeugrades beträchtlichen Zentrifugalkräften ausgesetzt ist.
Um eine übermäßige Beanspruchung des Trägers 125 mit der Spule 120 zu vermeiden, kann vorgesehen sein, den Träger 125 an seinem dem Sensormodul 110 und der Vergußmasse 105 zugewandten Ende durch Stabilisatoren 130 zu stabilisieren. Unter Stabilisatoren 130 sind hierbei jeweils Gradienten der Biegefähigkeit hervorrufende Verdickungen zu verstehen, die sicherstellen, daß der Träger 125 und damit auch die Antenne 120 auch bei einem Stillstand des Fahrzeugrades im wesentlichen senkrecht vom Felgenbett 201 in das Innere des schlauchlosen Luftreifens, also in Richtung des Fahrzeugrades, abstehen. Die Stabilisatoren können durch Klebstoff oder durch Kunststoffelemente unterschiedlicher Härte, beispielsweise durch Silikon und dergleichen realisiert werden. Der Träger 125 wird dabei in der Art und Weise stabilisiert, daß durch eine möglichst gute Anpassung der Steifigkeit der Stabilisatoren sowohl an den Träger selbst, als auch an die die Halterung bildende Vergußmasse ein Gradient der Biegefähigkeit derart ausgebildet wird, daß der Träger 125 nicht abknicken kann. Vorteilhafterweise werden in diesem Falle die Stabilisatoren aus der die Halterung bildende Vergußmasse geformt.
Der Träger 125, der beispielsweise durch eine Folie gebildet wird, auf der die Pick-up-Spule 120 angeordnet ist, weist zur Passivierung vorzugsweise eine Beschichtung, ein sogenanntes Coating, auf. Auch dieses Coating könnte am Fuße des Trägers 125, also an dem dem Sensormodul 110 zugewandten Ende des Trägers 125 dicker auslaufen und als Stabilisator oder sogar als Vergußmasse zur Befestigung des Sensormoduls 110 auf der Felge dienen.
Besonders vorteilhaft ist es, daß die Spule 120 sowohl zur Energiegewinnung aus einem HF-Feld, das vorzugsweise durch ISM-Bandfrequenzen von z.B. 125 KHz, 13,56 MHz und dergleichen gebildet wird, als auch als Antenne zur Datenübertragung von den Reifenzustand charakterisierenden Meßsignalen, wie beispielsweise den Reifendruck und die Reifentemperatur oder anderen Reifenkenndaten z.B. Reibwerten dient. Hierdurch können zusätzliche Sende-/Empfangsantennen entfallen. Wie aus der in 1 dargestellten Schnittdarstellung ersichtlich ist, steht der Träger 125 mit der auf ihm angeordneten Spule 120 so im Luftreifen senkrecht vom Felgenbett 201 abstehend angeordnet, daß die Spule 120 im wesentlichen parallel zu den Reifenwänden 310 angeordnet ist, so daß eine Übertragung sowohl der HF-Signale als auch der Datensignale durch die Reifenwand 310 auf optimale Weise möglich ist. Die Länge des Trägers 125 ist dabei so auf den Luftreifen 300 angepaßt, daß vom oberen Rand des Trägers 125, d.h. auf seiner dem Sensormodul 110 abgewandten Seite ein Abstand d von dem sogenannten Reifenlatsch 330 eingehalten wird. Dieser Abstand d ist auf die Walkarbeit des Reifens 300 angepaßt. Angepaßt bedeutet dabei, daß das Reifenlatsch 330 den Träger 125 nicht berührt, während der Reifen 300 walkt, so daß im normalen Betrieb des Reifens 300 eine Beschädigung der Antenne ausgeschlossen ist. Bei beispielsweise "Bordsteinremplern" und dergleichen gelangt das Reifenlatsch 330 zwar in Kontakt mit dem Träger 125. Aufgrund dessen flexibler Ausbildung biegt sich dieser jedoch zur Seite, so daß auch in diesem Falle eine Beschädigung der Pick-up-Spule 120 nicht auftreten kann.
Wie insbesondere in 1 dargestellt ist, ragt der Träger 125 und die auf ihm angeordnete Spule 120 so über die metallischen Teile der Felge 200 in das Innere des Luftreifens 300, daß die HF-Übertragung von Energie und Daten von der metallischen Felge 200 nicht gestört wird. Die Spule 120 ist in diesem Falle in einem in 1 durch eine gestrichelte Linie 205 begrenzten Bereich des Fahrzeugrads angeordnet, der einen optimalen "Sichtbereich" zu einer beispielsweise in einem Radhaus angeordneten (nicht dargestellten) Sende- und Empfangseinheit ermöglicht.

Claims

Vorrichtung zur Erfassung und Übertragung wenigstens eines den Zustand eines Luftreifens charakterisierenden Meßsignals, umfassend • ein Sensormodul (110) zur Erfassung und Verarbeitung des den Zustand des Reifens (300) charakterisierenden Meßsignals, • eine Sendeeinrichtung zur drahtlosen Übermittlung der verarbeiteten Meßsignale und • eine Energieversorgungseinheit zum Versorgen des Sensormoduls (l10) und der Sendeeinrichtung mit Energie, dadurch gekennzeichnet, daß die Energieversorgungseinheit eine in einen flexiblen Träger (125) eingebettete Pick-up-Spule (120) aufweist.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Pick-up-Spule (120) eine HF-Spule ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der flexible Träger (125) an einer Halterung (105) des Sensormoduls (110) frei abstehend angeordnet ist.
Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der flexible Träger (125) an seinem der Halterung (105) zugewandten Ende abgewinkelt ist.
Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der flexible Träger (125) an seinem der Halterung zugewandten Ende Befestigungsöffnungen (127) aufweist.
Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Befestigungsöffnungen (127) zur Aufnahme von Befestigungselementen, insbesondere Schrauben, Nieten oder zur Einbettung in eine Vergußmasse ausgebildet sind.
Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Halterung (105) des Sensormoduls verformbar und/oder zur Anordnung an einer Felge vorgeformt ist.
Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der flexible Träger (125) an seinem unteren, der Halterung (105) zugewandten Ende wenigstens eine einen Gradienten der Biegefähigkeit hervorrufende Verdickung (130) aufweist.
Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Pick-up-Spule (120) zum Senden und Empfangen des wenigstens einen, den Zustand des Reifens charakterisierenden Meßsignals dient.
Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Halterung (105) durch eine Vergußmasse gebildet wird.
Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Träger (125) eine Beschichtung aufweist.
Fahrzeugrad umfassend eine Felge mit einem schlauchlosen Luftreifen sowie eine im inneren des Reifens angeordnete Vorrichtung zur Erfassung und Übertragung wenigstens eines den Zustand des Reifens charakterisierenden Meßsignals nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Halterung am Felgenbett angeordnet ist, und daß der flexible Träger in Radialrichtung des Fahrzeugrades absteht.
Fahrzeugrad nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der flexible Träger eine vorgebbare, auf den Reifen angepaßte Länge aufweist.