DE19856861A1 - Verfahren zum Zuordnen von Kennungen in Signalen von Sendern in einem Reifendrucküberwachungssystem zu den Rädern, an welchen sich die Sender befinden - Google Patents

Abstract

Verfahren zum Zuordnen von Kennungen, die in Signalen enthalten sind, welche von Sendern in einem Reifendrucküberwachungssystem ausgesandt werden, das aus je einem Druckmeßfühler, einem Sender und einer Sendeantenne an jedem einer Anzahl von Rädern eines Fahrzeuges, aus einer oder mehreren Empfangsantennen an der Karosserie des Fahrzeuges und aus einer an diese über Kabel angeschlossenen Empfangs- und Auswerteelektronik besteht, DOLLAR A zu den Positionen der Räder, an welchen sich die Sender befinden, indem die Signale, welche die Kennung enthalten, von der einen oder den mehreren Empfangsantennen aufgefangen, an die Empfangs- und Auswerteelektronik weitergeleitet und darin hinsichtlich ihrer Kennung ausgewertet werden, DOLLAR A zu welchem Zweck gemäß Hauptpatent DE 19735686A1 an den überwachten Rädern zusätzlich zum Luftdruck im Reifen eine sich aus dem Bewegungszustand des jeweiligen Rades ergebende Beschleunigung gemessen, ein daraus abgeleitetes Signal mittels des jeweiligen Senders der Empfangs- und Auswerteschaltung signalisiert DOLLAR A und auf eine im Signal enthaltene Information über die Lage jenes Rades ausgewertet wird, von welchem das Signal ausgeht; DOLLAR A zur Unterscheidung von Rädern auf der rechten Seite des Fahrzeugs von Rädern auf der rechten Seite des Fahrzeugs von Rädern auf der linken Seite des Fahrzeugs wird für jedes laufende Rad das Vorzeichen einer an einer den Druckmeßfühler, den Sender die Sendeantenne und einen Beschleunigungssensor enthaltende Einrichtung ...

Description

Die Erfindung geht von einem
Verfahren zum Zuordnen von Kennungen, die in Signalen enthalten sind, wel­ che von Sendern in einem Reifendrucküberwachungssystem ausgesandt werden,
das aus je einem Druckmeßfühler, einem Sender und einer Sendeantenne an jedem einer Anzahl von Rädern eines Fahrzeuges, aus einer oder mehreren Empfangsantennen an der Karosserie des Fahrzeuges und aus einer an diese über Kabel angeschlossenen Empfangs- und Auswerteelektronik besteht, zu den Positionen der Räder, an welchen sich die Sender befinden, indem die Signale, welche die Kennung enthalten, von der einen oder den mehreren Empfangsantennen aufgefangen, an die Empfangs- und Auswerteelektronik weitergeleitet und darin hinsichtlich ihrer Kennung ausgewertet werden
als Stand der Technik aus.

Ein solches Verfahren ist aus der DE 196 08 478 A1 bekannt. Das bekannte Rei­ fendrucküberwachungssystem hat an jedem Rad eines Fahrzeugs einen Druck­ meßfühler, eine mit dem Druckmeßfühler verbundene elektronische Auswerte­ schaltung, einen Sender, eine Sendeantenne und eine Batterie, welche die am Rad vorgesehene Elektronik (nachfolgend auch als Radelektronik bezeichnet) mit Strom versorgt. Den Rädern benachbart sind an der Karosserie des Fahrzeuges Empfangsantennen vorgesehen, welche über Kabel an eine zentrale Empfangs- und Auswerteschaltung (nachfolgend auch als zentrale Auswerteelektronik be­ zeichnet) angeschlossen sind.

Ein Problem, das sich bei solchen Reifendrucküberwachungssystemen stellt, ist die eindeutige Zuordnung der Sender zu der Position ihres Rades am Fahrzeug. Zu diesem Zweck erzeugen die Sender ein in vier Abschnitte unterteiltes Signal, bestehend aus Präambel, Identifikationssignal, Meßsignal und Postambel. An­ hand des Identifikationssignals (Kennung) kann die zentrale Auswerteelektronik erkennen, wo sich das sendende Rad am Fahrzeug befindet. Voraussetzung da­ für ist jedoch, daß die Kennung und die Radposition einander zuvor eindeutig zu­ geordnet wurden und daß diese Zuordnung in der zentralen Auswerteelektronik abgespeichert wurde. Die DE 196 08 478 A1 offenbart eine Möglichkeit, wie die­ se Zuordnung nach der erstmaligen Montage von Rädern am Fahrzeug oder nach einem Radwechsel selbsttätig aus den von den Radelektroniken gesende­ ten Signalen bestimmt werden kann. Dazu findet eine statistische Auswertung der Intensität der empfangenen Signale statt: Zwar empfängt jede Empfangsantenne Signals von allen sendenden Rädern des Fahrzeuges, doch geht man von der Annahme aus, daß die Signale von dem der jeweiligen Empfangsantenne nächst­ liegenden Rad im statistischen Mittel mit der stärksten Intensität empfangen werden.

Ein ähnliches Zuordnungsverfahren ist aus der DE 196 08 479 A1 bekannt.

Die bekannten Zuordnungsverfahren haben den Nachteil, daß sie erhebliche Ko­ sten des Reifendrucküberwachungssystems verursachen, weil für jedes Rad in seiner Nachbarschaft eine gesonderte Empfangsantenne vorgesehen ist, welche mit einem Antennenkabel an die zentrale Auswerteelektronik im Fahrzeug anzu­ schließen ist.

Die deutsche Patentanmeldung DE 197 35 686.9 (Hauptpatent) offenbart zur Lö­ sung der Aufgabe, eine Möglichkeit aufzuzeigen, die automatische Zuordnung der von den Radelektroniken gesendeten Kennungen zu bestimmten Radpositio­ nen mit geringerem Aufwand zu erreichen, ein Verfahren mit den im Oberbegriff des Anspruchs 1 angegebenen Merkmalen.

Das Hauptpatent sieht vor, die am jeweiligen Rad vorhandene Radelektronik da­ hingehend auszubilden, daß sie nicht nur den Reifendruck mißt und an die zen­ trale Auswerteelektronik übermittelt, sondern zusätzlich noch Informationen über den Bewegungszustand des Rades ermittelt und an die zentrale Auswerteelektro­ nik weiterleitet. Aus dem Bewegungszustand des Rades wird in der zentralen Auswerteelektronik dann eine Information über die Position des betreffenden Ra­ des am Fahrzeug gewonnen.

Nützliche Informationen über den Bewegungszustand des Rades werden erfin­ dungsgemäß aus am Rad auftretenden Beschleunigungen ermittelt. Die von ei­ nem mit der Radelektronik verbundenen Beschleunigungssensor gelieferten Be­ schleunigungssignale werden entweder in der Radelektronik ausgewertet und das Ergebnis der Auswertung wird an die zentrale Auswerteelektronik gesendet, oder die Beschleunigungssignale werden von der Radelektronik in das regelmä­ ßig auszusendende Signal eingefügt, mit ihm an die zentrale Auswerteelektronik gesendet und darin ausgewertet.

Miniaturisierte Beschleunigungssensoren auf Halbleiterbasis, die mit verhältnis­ mäßig geringem Aufwand in die ohnehin benötigte Radelektronik integriert wer­ den können, sind verfügbar. Der damit verbundene zusätzliche Aufwand in der Radelektronik ist wesentlich geringer als der Aufwand, der durch den Fortfall von Empfangsantennen und ihrer Verkabelung vermieden wird.

Auf folgende Weisen lassen sich Informationen über die Radposition aus Be­ schleunigungssignalen ableiten, die am Rad gewonnen wurden:

• 1. Durch Drehen des Rades tritt an diesem eine Zentrifugalbeschleunigung auf. Nur an mitgeführten Reserverädern tritt auch bei rollendem Fahrzeug keine Zentrifugalbeschleunigung auf. Signale, welche bei rollendem Fahrzeug emp­ fangen werden, aber die Zentrifugalbeschleunigung z = O signalisieren, wer­ den deshalb einem mitgeführten Reserverad zugeordnet.
• 2. Die Stärke der am Rad auftretenden Zentrifugalbeschleunigung ist abhängig von der Drehzahl des Rades. Wird die Stärke der Zentrifugalbeschleunigung z in der zentralen Empfangs- und Auswerteschaltung über eine vorgegebene Zeitspanne integriert, so ist die Größe des Integralwertes ein Maß für den Weg, den das Rad in dieser Zeitspanne zurückgelegt hat. Da die gelenkten Vorderräder bei Kurvenfahrt einen größeren Weg zurücklegen als die unge­ lenkten Hinterräder eines Fahrzeuges, wird der Integralwert für ein gelenktes Vorderrad größer sein als für ein nicht gelenktes Hinterrad. Die Kennungen, die in den Signalen enthalten sind, welche zu den größten Integralwerten der Zentrifugalbeschleunigung z führen, können deshalb den gelenkten Vorderrä­ dern des Fahrzeuges zugeordnet werden.
• 3. Bei übereinstimmender Einbaulage des Beschleunigungssensors am Rad lie­ fern ein Beschleunigungssensor an einem Rad auf der rechten Seite des Fahrzeuges und ein Beschleunigungssensor an einem Rad auf der linken Sei­ te des Fahrzeuges bei einer beschleunigtem Fahrzeug Beschleunigungssignale mit entgegengesetzten Vorzeichen. Als Bahnbe­ schleunigung b wird hier die beim Beschleunigen (oder beim Verzögern) in Umfangsrichtung des Rades auftretende Beschleunigungskomponente be­ zeichnet. Das Vorzeichen des Bahnbeschleunigungssignals erlaubt eine Un­ terscheidung zwischen rechten und linken Rädern, wobei das Vorzeichen vor­ zugsweise bereits in der Radelektronik bestimmt und dann der zentralen Aus­ werteelektronik übermittelt wird. Am besten wird die Unterscheidung zwischen rechten und linken Rädern in der Beschleunigungsphase nach einem Start des Fahrzeugs vorgenommen.
  Hat man aus der Zentrifugalbeschleunigung z die Kennung des Reserverades ermittelt und aus der Bahnbeschleunigung b ermittelt, welche Räder auf der rechten Seite und welche Räder auf der linken Seite des Fahrzeuges ange­ ordnet sind, dann kann man die restliche Unterscheidung zwischen vorderen Rädern und hinteren Rädern anstatt durch Auswertung von Integralwerten der Zentrifugalbeschleunigung z auch durch eine gegenüber dem Stand der Tech­ nik verringerte Anzahl von Antennen auf der Empfangsseite bestimmen, näm­ lich dadurch, daß den auf einer gemeinsamen Achse des Fahrzeuges ange­ ordneten Rädern lediglich eine einzige, gemeinsame Empfangsantenne zuge­ ordnet wird. Die Unterscheidung zwischen den einzelnen Achsen kann dann durch statistische Auswertung der empfangenen Signalintensitäten auf diesel­ be Weise erfolgen, wie sie in der DE 196 08 478 A1 oder in der DE 19 60 8 479 A1 offenbart ist, wobei man jedoch nicht mehr für jedes Rad eine eigene Empfangsantenne am Fahrzeug benötigt, sondern für die auf einer gemeinsa­ men Achse angeordneten Räder nur noch eine gemeinsame Empfangsantenne.
• 4. Zur Unterscheidung der gelenkten Vorderräder von den nicht gelenkten Hin­ terrädern des Fahrzeuges kann nach einer anderen Weiterbildung der Erfin­ dung auch das Auftreten einer Coriolisbeschleunigung am gelenkten Rad be­ obachtet und ausgewertet werden. Eine Coriolisbeschleunigung tritt an den ungelenkten Rädern nicht auf, wohl aber an den gelenkten Rädern, wenn Lenkbewegungen ausgeführt werden. Signalisiert ein Rad das Auftreten einer Coriolisbeschleunigung, dann ist klar, daß es sich um eines der gelenkten Vorderräder handeln muß.
  Die Zentrifugalbeschleunigung z wirkt senkrecht zur Bahnbeschleunigung b. Die Coriolisbeschleunigung wiederum wirkt senkrecht zur Zentrifugalbeschleu­ nigung z und zur Bahnbeschleunigung b.
  Ein Beschleunigungssensor, der zwischen Beschleunigungen in Richtung von drei unterschiedlichen Koordinatenachsen unterscheiden kann oder eine An­ ordnung von drei Beschleunigungssensoren, welche in drei verschiedenen Koordinatenachsen empfindlich sind, eignet sich mit Vorteil für die vorliegende Erfindung. Die Erfindung ist aber nicht nur mit einem dreiachsigen Beschleuni­ gungssensor durchführbar, sondern, wie vorstehend erläutert, auch mit Hilfe eines zweiachsigen Beschleunigungssensors bzw. mit einer Anordnung von zwei Beschleunigungssensoren, von denen der eine die Zentrifugalbeschleunigung z erfassen kann und es er­ laubt, das Reserverad zu bestimmen, zwischen gelenkten Vorderrädern und ungelenkten Hinterrädern zu unterscheiden und zwischen einem Verzögern und einem Beschleunigen des Fahrzeugs zu unterscheiden, und von denen es der andere erlaubt, die an der Radelektronik auftretende Bahnbeschleunigung b und deren Vorzeichen zu erfassen, was die Unter­ scheidung zwischen rechten und linken Rädern ermöglicht.

Die Radelektroniken der verschiedenen Räder sind voneinander unabhängig und senden deshalb normalerweise nicht gleichzeitig. Die Signale, die von unter­ schiedlichen Rädern kommen und in der zentralen Auswerteelektronik miteinan­ der verglichen werden, um festzustellen, an welcher Stelle des Fahrzeuges sich ein durch eine bestimmte Kennung charakterisiertes Rad befindet, müssen in der zentralen Auswerteelektronik deshalb zwischengespeichert werden, um miteinander verglichen werden zu können. Die zentrale Auswerteelektronik ist deshalb mit einem dafür geeigneten flüchtigen Speicher auszustatten. Dem Fach­ mann ist bekannt, daß er das einfach, z. B. mittels eines Mikroprozessors, ver­ wirklichen kann, welcher die außerdem die Auswertung der empfangenen Signale vornimmt. Weil die zu vergleichenden Signale nicht gleichzeitig erzeugt werden, kann es passieren, daß ein Signal von einem rechten Rad, welches erzeugt wur­ de, während das Fahrzeug beschleunigt wurde, verglichen wird mit einem Signal von einem linken Rad, welches erzeugt wurde, während das Fahrzeug verzögert wurde. In diesem Fall kann aus dem Vorzeichen der Bahnbeschleunigungen b al­ lein noch nicht zwischen rechten und linken Rädern unterschieden werden. Erfin­ dungsgemäß ist deshalb vorgesehen, an jedem Rad bei der Bestimmung der Bahnbeschleunigung b und ihres Vorzeichens zugleich die zeitliche Änderung der Zentrifugalbeschleunigung z zu bestimmen und zusammen mit der Bahnbe­ schleunigung b und ihrem Vorzeichen an die zentrale Auswerteelektronik zu sen­ den. Das Vorzeichen der zeitlichen Änderung (dz/dt) der Zentrifugalbeschleuni­ gung z zeigt nämlich an, ob das Fahrzeug beschleunigt wurde (positives Vorzei­ chen) oder ob das Fahrzeug verzögert wurde (negatives Vorzeichen). Durch ge­ meinsamens Auswerten des Vorzeichens der zeitlichen Änderung (dz/dt) der Zentrifugalbeschleunigung z und des Vorzeichens der Bahnbeschleunigung b für jedes Rad läßt sich nun eindeutig zwischen rechten Rädern und linken Rädern unterscheiden. Am einfachsten bildet man hierzu in der zentralen Auswerteelek­ tronik für jedes Rad das Produkt aus diesen Vorzeichen, welches unabhängig da­ von, ob das Fahrzeug beschleunigt oder verzögert wurde, bei der Bahnbeschleu­ nigung b für Räder auf der linken Fahrzeugseite das entgegengesetzte Vorzei­ chen liefert wie für Räder auf der rechten Fahrzeugseite. Voraussetzung dafür ist, daß die Beschleunigungssensoren mit ihren beiden Achsen, in deren Richtung sie für das Bestimmen der Bahnbeschleunigung b und der Zentrifugalbeschleuni­ gung z empfindlich sind, in Bezug auf das jeweilige Rad gleich orientiert sind, was bei untereinander gleichen Radelektroniken dadurch gewährleistet ist, daß sie an den verschiedenen Rädern in übereinstimmender Einbaulage vorgesehen sind.

Es sei beispielsweise angenommen, daß bei beschleunigtem Fahrzeug das Vor­ zeichen der Bahnbeschleunigung b an einem rechten Rad positiv sei; dann ist es an einem linken Rad negativ und das Vorzeichen der zeitlichen Änderung (dz/dt) der Zentrifugalbeschleunigung z ist für beide Räder positiv. Dann gilt für das Pro­ dukt der Vorzeichen
für das rechte Rad: sign (dz/dt).sign b = (+1)(+1) = +1
und für das linke Rad: sign (dz/dt).sign b = (+1)(-1) = -1.

Linkes Rad und rechtes Rad unterscheiden sich also durch das Vorzeichen des Produktes.

Nehmen wir nun an, daß das Signal am rechten Rad erzeugt wurde, während das Fahrzeug beschleunigt wurde, wohingegen das Signal am linken Rad erzeugt wurde, während das Fahrzeug verzögert wurde. Dann ergibt sich für das Vorzeichenprodukt
für das rechte Rad: sign (dz/dt).sign b = (+1)(+1) = +1
und für das linke Rad: sign (dz/dt).sign b = (-1) (+1) = -1.

Es ergibt sich also anhand des Vorzeichenproduktes dieselbe Unterscheidung zwischen dem linken Rad und dem rechten Rad wie im zuerst angenommenen Fall.

Hat man auf diese Weise zwischen linken und rechten Rädern unterschieden, kann man mit Hilfe von nur zwei Antennen, von denen die eine den Rädern auf der vorderen Achse des Fahrzeuges und die andere den Rädern auf der hinteren Achse des Fahrzeuges zugeordnet ist, auch noch unterscheiden, welches der lin­ ken Räder vorne und und welches hinten ist, und welches der rechten Räder vor­ ne und und welches hinten ist, indem man die Intensität (Empfangsamplitude) der empfangenen Signale auswertet. Eine im Bereich der Vorderachse angeordnete Antenne wird nämlich die Signale, die von den Vorderrädern stammen, im Mittel mit größerer Amplitude empfangen als die Signale, die von den Hinterrädern stammen. Umgekehrt wird eine Antenne, die sich im Bereich der Hinterachse be­ findet, von den Hinterrädern stammende Signale im Mittel mit größerer Amplitude empfangen als Signale, die von den Vorderrädern stammen. Dazu müssen die Antennen gar nicht einmal in der Mitte zwischen rechten und linken Rädern lie­ gen, sondern können auch außermittig angeordnet sein, da jedenfalls durch Kom­ bination der Informationen über die Drehrichtung und die Empfangsamplitude die Unterscheidung zwischen vorne und hinten möglich ist.

Es ist sogar möglich, mit nur einer einzigen Antenne auszukommen, wenn diese entweder näher bei der Vorderachse oder näher bei der Hinterachse so angeord­ net ist, daß sie in der Lage ist, Signale von allen vier Rädern mit hinreichender Amplitude zu empfangen. Für das Bestimmen der Signalintensitäten kann nicht nur ein einziges Signal herangezogen werden, sondern eine Folge von mehreren von ein und demselben Rad stammenden Signalen, um die Genauigkeit der In­ tensitätabestimmung zu erhöhen. Hinsichtlich eines dazu geeigneten statisti­ schen Verfahrens wird auf die Offenbarung in der DE 196 08 478 A1 und der DE 196 08 479 A1 ausdrücklich Bezug genommen.

Claims (8)

1. Verfahren zum Zuordnen von Kennungen, die in Signalen enthalten sind, wel­ che von Sendern in einem Reifendrucküberwachungssystem ausgesandt wer­ den, das aus je einem Druckmeßfühler, einem Sender und einer Sendeanten­ ne an jedem einer Anzahl von Rädern eines Fahrzeuges, aus einer oder meh­ reren Empfangsantennen an der Karosserie des Fahrzeuges und aus einer an diese über Kabel angeschlossenen Empfangs- und Auswerteelektronik be­ steht,
zu den Positionen der Räder, an welchen sich die Sender befinden, indem die Signale, welche die Kennung enthalten, von der einen oder den mehreren Empfangsantennen aufgefangen, an die Empfangs- und Auswer­ teelektronik weitergeleitet und darin hinsichtlich ihrer Kennung ausgewertet werden,
zu welchem Zweck gemäß Hauptpatent DE 197 35 686 A1 an den überwach­ ten Rädern zusätzlich zum Luftdruck im Reifen eine sich aus dem Bewegungs­ zustand des jeweiligen Rades ergebende Beschleunigung gemessen, ein dar­ aus abgeleitetes Signal mittels des jeweiligen Senders der Empfangs- und Auswerteschaltung signalisiert
und auf eine im Signal enthaltene Information über die Lage jenes Rades aus­ gewertet wird, von welchem das Signal ausgeht,
dadurch gekennzeichnet,
daß zur Unterscheidung von Rädern auf der rech­ ten Seite des Fahrzeugs von Rädern auf der linken Seite des Fahrzeugs für jedes laufende Rad das Vorzeichen einer an einer den Druckmeßfühler, den Sender, die Sendeantenne und einen Beschleunigungssensor enthaltende Einrichtung (nachfolgend als Radelektronik bezeichnet) auftretenden Bahnbe­ schleunigung b ermittelt wird, wobei die Radelektroniken an den verschiede­ nen Rädern in übereinstimmender Einbaulage vorgesehen sind,
daß zusätzlich das Vorzeichen der während der Bahnbeschleunigung b auf­ tretenden Änderung der Zentrifugalbeschleunigung z ermittelt und mit dem für das jeweilige Rad bestimmten Vorzeichen der Bahnbeschleunigung b multipli­ ziert wird,
und daß durch Vergleichen der für die verschiedenen Räder ermittelten Pro­ dukte aus diesen beiden Vorzeichen zwischen Rädern auf der rechten Seite des Fahrzeugs und Rädern auf der linken Seite des Fahrzeugs unterschieden wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Vorzeichen der Bahnbeschleunigung b bereits in einer am Rad vorgesehenen Auswerte­ schaltung bestimmt wird, welche Bestandteil der Radelektronik ist.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß den auf einer gemeinsamen Achse des Fahrzeuges angeordneten Rädern jeweils nur eine einzige gemeinsame Empfangsantenne zugeordnet wird.

4. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeich­ net, daß ein bei rollendem Fahrzeug empfangenes Signal, welches eine Zen­ trifugalbeschleunigung z = 0 signalisiert, einem mitgeführten Reserverad zu­ geordnet wird.

5. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeich­ net, daß zur Unterscheidung von gelenkten Rädern und nicht gelenkten Rä­ dern des Fahrzeuges Signale, welche die Stärke der gemessenen Zentrifugal­ beschleunigung z angeben, über eine vorgegebene Zeitspanne integriert wer­ den, wobei den gelenkten Rädern jene Signale zugeordnet werden, welche die größten Integralwerte liefern.

6. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeich­ net, daß zur Unterscheidung von gelenkten Rädern und nicht gelenkten Rä­ dern des Fahrzeuges während Lenkbewegungen das Auftreten einer Coriolis­ beschleunigung ermittelt, signalisiert und ausgewertet wird.

7. Verfahren nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß für die Gesamtheit der sendenden Räder des Fahrzeuges lediglich eine einzige An­ tenne benutzt wird.

8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß Signale, die von vorderen Rädern kommen, dadurch von Signalen unterschie­ den werden, die von hinteren Rädern kommen, daß man die Intensitäten der Signale vergleicht, die von der jeweiligen Empfangsantenne empfangen wer­ den, und bei Betrachtung der den vorderen Rädern zugeordneten Empfangs­ antenne die stärkeren Signale den Vorderrädern und die schwächeren Signa­ le den Hinterrädern zuordnet,
bei Betrachtung der den hinteren Rädern zugeordneten Empfangsantenne hingegen die stärkeren Signale den Hinterrädern und die schwächeren Signa­ le den Vorderrädern zuordnet.