DE19646235C1 - Fahrzeugreifen mit einer Einrichtung zur Bestimmung der Kraftschlußverhältnisse - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Fahrzeugreifen, insbesondere für Kraftfahrzeuge, mit einer Einrichtung zur Erzeugung von Daten zur weiteren Bestimmung der aktuellen Kraftschlußverhältnisse zwischen der Reifenaufstandsfläche und der Fahrbahn, die im wesentlichen aus mehreren miteinander in Wirkverbindung stehenden, in wenigstens einem der Profilklötze angeordneten, magnetischen Ein­ zelsensoren und einem den Einzelsensoren radial gegenüberliegenden Magnetfeld besteht, wobei die aus einer Gruppe von Einzelsensoren gebildeten Sensoren mit einer Auswerteeinheit verbunden sind.

Aus der ATZ Automobiltechnische Zeitschrift ′97 (1995) 12, Seiten 824 bis 832 sind verschiedenste Versuchsaufbauten und -durchfüh­ rungen beschrieben, um den Kraftschluß zwischen Reifen und Fahr­ bahn sowie andere Größen der Fahrdynamik mit dem Reifen einvulka­ nisierten Sensoren im fahrenden Kraftfahrzeug zu messen. Dabei wurde unter anderem auch ein zuvor beschriebener Fahrzeugreifen verwendet.

Aus der DE 39 37 966 C2 ist ein ähnlicher Fahrzeugreifen bekannt, bei dem ein Sensor im Protektor angeordnet ist. In dieser Druck­ schrift ist ein Verfahren zur Bestimmung der Kraftschlußverhält­ nisse zwischen Fahrzeugreifen und Fahrbahn beschrieben, bei dem an einer oder mehreren Meßstellen im Reifen mindestens die in einer horizontalen Richtung und in Normalrichtung beim Durchlaufen des Reifenlatsches auftretenden lokalen Verformungen erfaßt werden. Aus den sich ergebenden lokalen Verformungen werden die Normal­ kräfte und die Horizontalkräfte ermittelt und der Kraftschlußbei­ wert als das Verhältnis der Horizontalkraft zur Normalkraft be­ stimmt.

Durch die Reibung zwischen dem Fahrzeugreifen und der Fahrbahn (Kraftschluß) werden die Beschleunigungs- und Seitenführungskräfte übertragen. Das Maximum des Kraftschlusses bestimmt die Grenzen eines stabilen Fahrverhaltens. Zur Einhaltung eines stabilen Fahr­ verhaltens ist es deshalb notwendig, daß der momentane Kraft­ schlußbeiwert immer unterhalb des maximalen Kraftschlußbeiwertes liegt. Als Kraftschlußbeiwert ist das Verhältnis der parallel zur Fahrbahn wirkenden Horizontalkraft zur vertikal wirkenden Normal­ kraft definiert. Zur Betrachtung der Kraftschlußverhältnisse in Reifenumfangsrichtung und in Querkraftrichtung kann der Kraft­ schlußbeiwert in eine Umfangskomponente bzw. Längskomponente und eine Querkomponente zerlegt werden.

Wegen der Elastizität des Reifenmaterials können die ermittelten lokalen Verformungen im Reifen eine Aussage über diejenigen Kräfte liefern, die diese Verformungen hervorrufen. Mit ausreichender Genauigkeit können also die von der Fahrbahn in den Reifen einge­ leiteten Kräfte herangezogen werden, um unmittelbar den Kraft­ schlußbeiwert zu errechnen.

Der bekannte Fahrzeugreifen weist im Bereich des Laufstreifens mindestens einen magnetischen Sensor auf, der die dort auftreten­ den lokalen Verformungen erfaßt und über eine Signalübertragungs­ einrichtung Meßsignale an eine Auswerteeinrichtung liefert. Damit die im Profilklotz auftretenden lokalen horizontalen bzw. vertika­ len Spannungen, Dehnungen und Verformungen ermittelt werden kön­ nen, sind in der DE 39 37 966 verschiedene konstruktive Ausgestal­ tungen eines Reifens beschrieben.

Beispielsweise sind in die Profilklötze Permanentmagnete eingebet­ tet, die ihre Lage je nach den auftretenden Verformungen ändern. Mit der Gürtellage sind Sensoren verbunden, die auf Änderungen des Abstandes zu den Magneten ansprechen. Bei dieser Ausbildung müssen die Sensoren sicher mit dem Gürtel verbunden werden, da ihre La­ geänderungen definiert nachvollziehbar sein müssen. Sowohl die Magnete in den Profilklötzen als auch die Sensoren am Gürtel ver­ ändern jedoch ihre Relativlage bei der Reifenherstellung, insbe­ sondere beim Vulkanisieren und Bombieren. Da nicht vorhersehbar ist, wie sich die Relativlage der beiden Bauteile zueinander im Reifen ändert, ist es notwendig, jeden fertiggestellten Reifen anschließend noch zu kalibrieren. Dies erfordert einen hohen Fertigungsaufwand, der mit entsprechenden Kosten verbunden ist. Fehler beim Kalibrieren führen dazu, daß das spätere Meßergebnis unbrauchbar ist.

Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel ragt ein Taststift durch die Reifenkarkasse bis in einen der Profilklötze des Reifenprotek­ tors. An seinem in das Reifeninnere ragenden Ende trägt der Tast­ stift als Sender vier Permanentmagnete. Ein Sensorgehäuse ist mit­ tels Stiften in der Karkasse verankert und trägt als Empfänger beispielsweise vier Hallgeneratoren. Die Spannungen, Dehnungen und Verformungen verursachen eine proportionale Schwenk- bzw. Hubbewe­ gung des in der Karkasse gelagerten Taststiftes und somit einer Abstandsänderung zwischen den Magneten bzw. des von ihnen gebilde­ ten Magnetfeldes und den Hallgeneratoren. Hierdurch wird eine Än­ derung der Hallspannung hervorgerufen, die als Meßsignal an die Auswerteeinrichtung übertragen werden. Dieser bekannte Reifen baut noch aufwendiger. Durch den in den Profilklotz eingelassenen Ma­ gneten, dessen Bewegung mittels Hall- und/oder magnetoresestiver Sensoren detektiert wird, müssen auch hier mindestens zwei Körper in den Reifen eingebracht werden. Neben den Kosten für die ent­ sprechenden Bauteile sind die Herstellkosten ebenfalls hoch.

Von dieser Problemstellung ausgehend soll der Aufbau des eingangs erläuterten Fahrzeugreifens vereinfacht werden.

Zur Problemlösung wird das Magnetfeld im Gürtel angeordnet und durch partielle Magnetisierung des Gürtels während der Reifenher­ stellung erzeugt.

Durch diese Ausgestaltung wird das Magnetfeld in die Gürtellage verlegt. Die Gürtellage befindet sich in einem fertigen Reifen an reproduzierbarer Stelle. Die relative Lage der Sensoren im Profil­ klotz ist zunächst recht nebensächlich, da die Stärke des Magnet­ feldes an die Sensorlage angepaßt werden kann. Beispielsweise über Röntgenstrahlen kann exakt ermittelt werden, wo sich die Gürtella­ ge und wo sich die Sensoren befinden. Durch entsprechend gewählte Magnetisierung wird dann der Reifen fertiggestellt. Da jeder Rei­ fen individuell magnetisiert werden kann, entfällt das aufwendige Kalibrieren. Der Aufbau des Reifens wird wesentlich vereinfacht, da keine aufwendige Fixierung der Sensoren im Profilklotz notwen­ dig wird. Da gegenüber dem bekannten Reifen weniger Bauteile not­ wendig sind, sinkt nicht nur das Gewicht des Reifens, sondern auch die Herstellkosten werden deutlich reduziert.

Vorzugsweise werden unmittelbar die metallischen Cordfäden des Gürtels magnetisiert. Hierzu ist das Material der Cordfäden ent­ sprechend zu wählen. Während der Herstellung kann das Magnetfeld durch Anlegen einer Induktionsspule erzeugt werden.

Vorzugsweise sind eine Mehrzahl von Sensoren und Magnetfeldern über den Umfang des Reifens regelmäßig verteilt angeordnet. Je mehr Sensoren vorhanden sind, umso genauer wird das Meßergebnis.

Zur Verstärkung der Magnetisierbarkeit enthält der Gürtel vorteil­ hafterweise ferromagnetisches Pulver. Dieses Pulver kann bei der Fertigung in das Gummi des Gürtels eingestreut werden.

Mit Hilfe einer Zeichnung soll die Erfindung nachfolgend näher erläutert werden. Es zeigt:

Fig. 1 die vereinfachte Darstellung eines Fahrzeugreifens im Teilschnitt mit einer angeschlossenen Auswerteeinheit;

Fig. 2 ein Prinzipskizze der Sensoranordnung.

In den Profilklötzen 1 des Reifens 2 sind über den Umfang regelmä­ ßig verteilt eine Mehrzahl von Magnetfeldsensoren 4 angeordnet. Die Sensoren 4 sind beispielsweise Hall- oder magnetoresestive Sensoren, die aus vier Einzel-Sensorelemente 4a, 4b, 4c, 4d beste­ hen, wobei sich zwei Sensorelemente 4a, 4c; 4b, 4d jeweils gegen­ überliegen. Die Sensoren 4 stehen mit einer Auswerteeinheit 6 in Verbindung, die wiederum mit einer Eingabevorrichtung 7 und einer Anzeige- und/oder Alarmvorrichtung 9 verbunden ist. Der den Senso­ ren 4 gegenüberliegende Bereich 13 im Gürtel 11 ist magnetisiert. Hierzu werden die Stahlcorde bei der Reifenfertigung über eine Feldspule 12 partiell magnetisiert. Die Verbindung von Sensoren 4 zur Auswerteeinheit 6 kann berührungslos, beispielsweise induktiv, über ein frequenzmoduliertes Signal oder über Schleifringe erfol­ gen. In der Auswerteeinheit 6 wird aus dem zeitlichen Verlauf der Meßsignale, auf den derzeit beanspruchten Kraftschlußbeiwert im Reifenlatsch 5 geschlossen. Die durch die Spannungen in Umfangs­ richtung, in Querrichtung und in Normalrichtung erfolgten Relativ­ verschiebungen der Einzelsensoren 4a, 4b, 4c, 4d zum magnetisier­ ten Bereich 3 liefern eine Information über die Änderung der räumlichen Lage und somit eine Aussage über die Verformungen im Reifenlatsch 5. In der Auswerteeinheit 6 kann das Verhältnis von aktuellem Kraftschlußbeiwert zu maximalen Kraftschlußbeiwert ge­ bildet werden und wenn ein beispielsweise über die Eingabvorrich­ tung 7 eingegebener Maximalwert überschritten wird, erhält der Fahrer von der Anzeige- oder Alarmvorrichtung 9 ein Signal über den derzeit kritischen Fahrzustand. Hinsichtlich des weiteren Ver­ fahrensablaufs wird auf den Inhalt der DE 39 37 966 vollständig Bezug genommen.

Um das Magnetfeld im Gürtel verstärken zu können, kann in hier nicht näher dargestellter Weise in das Gürtelgummi ferromagneti­ sches Pulver eingestreut sein.

Bezugszeichenliste

1 Profilklotz
2 Fahrzeugreifen
3 Magnetfeld
4 Sensor
4a Sensorelement
4b Sensorelement
4c Sensorelement
4d Sensorelement
5 Reifenaufstandsfläche/Latsch
6 Auswerteeinheit
7 Eingabevorrichtung
8 Fahrbahnoberfläche
9 Anzeige- oder Alarmvorrichtung
11 Stahlgürtel

Claims (4)

1. Fahrzeugreifen, insbesondere für Kraftfahrzeuge, mit einer Einrichtung zur Erzeugung von Daten zur weiteren Bestimmung der aktuellen Kraftschlußverhältnisse zwischen der Reifenauf­ standsfläche (5) und der Fahrbahn (8), die im wesentlichen aus mehreren miteinander in Wirkverbindung stehenden, in we­ nigstens einem der Profilklötze (1) angeordneten magnetischen Einzelsensoren (4a, 4b, 4c, 4d) und einem den Einzelsensoren (4a, 4b, 4c, 4d) radial gegenüberliegenden Magnetfeld be­ steht, wobei aus einer Gruppe von Einzelsensoren (4a, 4b, 4c, 4d) gebildete Sensoren (4) mit einer Auswerteeinheit (6) ver­ bunden sind, dadurch gekennzeichnet, daß das Magnetfeld im Gürtel (11) angeordnet ist und durch partielle Magnetisierung des Gürtels (11) während der Reifenherstellung erzeugt wird.

2. Fahrzeugreifen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Cordfäden des Gürtels (11) magnetisiert sind.

3. Fahrzeugreifen nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeich­ net, daß das Magnetfeld durch Anlegen einer Induktionsspule (12) erzeugt wird.

4. Fahrzeugreifen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur Verstärkung der Magnetisierbarkeit der Gürtel (11) ferro­ magnetisches Pulver enthält.