DE20216290U1 - Pneumatic tire for vehicles, has electrical or electronic sensor in tread to indicate tread height and give warning of unacceptable wear - Google Patents

Pneumatic tire for vehicles, has electrical or electronic sensor in tread to indicate tread height and give warning of unacceptable wear

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    • B60C11/24—Wear-indicating arrangements
    • B60C11/243—Tread wear sensors, e.g. electronic sensors

Abstract

Tire tread incorporates an inductive component (1) in a resonant circuit with a condenser (4). The condenser plates are at right angles to the surface of the tread (3) and have wear properties similar to the tread rubber. As the tread wears, the capacitance value reduces while the remainder of the circuit is unaffected so that the resonant frequency decreases and provides a measure of wear. An independent claim is also included for three alternative methods of monitoring the tread height by using a stationary sender to excite the resonant circuit in the tread at a frequency near the resonant frequency. A stationary receiver, preferably in the same housing, can then measure (a) the damping in the resonant circuit, or (b) the current amplitude in the circuit, or (c) the natural frequency of the circuit. Alternative (c) uses a calibration curve in the computation, using several excitation frequencies. Alternative (b) is simpler but requires accurate calibration. Alternative (a) requires a close proximity between transmitter and sensor for sufficient accuracy. Methods are provided to eliminate errors due to wet road surfaces.

Description

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Claims (18)

1. Fahrzeugreifen mit einer Lauffläche mit Negativen einer Tiefe und Positiven einer Höhe dadurch gekennzeichnet, dass zumindest eines der Positive elektrische oder elektronische Mittel enthält, die Informationen über die aktuelle Höhe des betreffenden Positives verschaffen.1. Vehicle tire with a tread with negatives of a depth and positives of a height, characterized in that at least one of the positives contains electrical or electronic means which provide information about the current height of the positive in question. 2. Fahrzeugreifen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
  • - dass zumindest eines der Positive als elektrische oder elektronische Mittel einen Kondensator, eine Spule und Leitungen dazwischen enthält,
  • - die zu einem elektrisch schwingfähigen Kreis zusammengeschlossen sind,
  • - wobei die Platten des Kondensators sich im wesentlichen radial erstrecken und bis zur Peripherie des Positives reichen,
  • - sodass sie mit ihren Stirnseiten am abreibenden Fahrbahnkontakt teilnehmen und sich die Kapazität des Kondensators mit abnehmender Positivhöhe verkleinert,
  • - wobei die anderen elektrischen oder elektronischen Bauteile so weit radial innen angeordnet sind, dass sie bei Erreichen der Mindestprofiltiefe noch keinem abreibenden Fahrbahnkontakt ausgesetzt sind,
  • - sodass sich die Eigenfrequenz des Schwingkreises bei abnehmender Positivhöhe erhöht.
2. Vehicle tire according to claim 1, characterized in
  • that at least one of the positives contains, as electrical or electronic means, a capacitor, a coil and lines between them,
  • - which are connected to form an electrically oscillatable circuit,
  • the plates of the capacitor extend essentially radially and extend to the periphery of the positive,
  • - so that they participate in abrading road contact with their end faces and the capacitance of the capacitor decreases with decreasing positive height,
  • the other electrical or electronic components are arranged so far radially on the inside that they are not exposed to any rubbing contact with the road when the minimum profile depth is reached,
  • - so that the natural frequency of the resonant circuit increases with decreasing positive height.
3. Fahrzeugreifen (1) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Kondensatorplatten (10a, 10z) aus einem solchen Material bestehen, dass deren Stirnabriebgeschwindigkeit etwa mit der Abriebgeschwindigkeit des umgebenden Gummis übereinstimmt.3. Vehicle tire ( 1 ) according to claim 2, characterized in that the capacitor plates ( 10 a, 10 z) consist of such a material that their front abrasion speed corresponds approximately to the abrasion speed of the surrounding rubber. 4. Fahrzeugreifen (1) nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Kondensator (10) eine rohrförmige Platte (10a) und eine konzentrisch dazu darin angeordnete zweite Platte (10z) oder einen Draht aufweist.4. Vehicle tire ( 1 ) according to claim 2 or 3, characterized in that the capacitor ( 10 ) has a tubular plate ( 10 a) and a second plate ( 10 z) arranged concentrically thereto or a wire. 5. Fahrzeugreifen (1) nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Kondensator (10) in an sich bekannter Weise durch Aufwickeln erzeugt ist.5. Vehicle tire ( 1 ) according to claim 2 or 3, characterized in that the capacitor ( 10 ) is produced in a manner known per se by winding. 6. Fahrzeugreifen (1) nach zumindest einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Kondensator (10) aus einer geraden Vielzahl größer 2 von Platten (10a, 10b, 10c, 10z) aufgebaut ist, die alternierend mit der einen und der anderen Spulenseite verbunden sind.6. Vehicle tire ( 1 ) according to at least one of claims 2 to 5, characterized in that the capacitor ( 10 ) is constructed from a straight plurality greater than 2 of plates ( 10 a, 10 b, 10 c, 10 z), which alternate are connected to one and the other side of the coil. 7. Fahrzeugreifen (1) nach zumindest einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass er frei von jeglicher Batterie ist.7. Vehicle tire ( 1 ) according to at least one of the preceding claims, characterized in that it is free of any battery. 8. Fahrzeugreifen (1) nach zumindest einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Anfangs­ kapazität des abzureibenden und im Schwingkreis eingebauten Kondensators mindestens 100 nF (NanoFarad) und die im Schwingkreis eingebaute Induktivität höchstens 20 µH (MikroHenry) beträgt. 8. Vehicle tire ( 1 ) according to at least one of the preceding claims, characterized in that the initial capacitance of the capacitor to be rubbed and built into the resonant circuit is at least 100 nF (NanoFarad) and the inductance built into the resonant circuit is at most 20 µH (micro-henry). 9. Fahrzeugreifen (1) nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Anfangskapazität des abzureibenden und im Schwing­ kreis eingebauten Kondensators etwa 1000 nF (NanoFarad) und die im Schwingkreis eingebaute Induktivität etwa 10 µH (MikroHenry) beträgt.9. Vehicle tire ( 1 ) according to claim 8, characterized in that the initial capacitance of the capacitor to be rubbed and built into the resonant circuit is approximately 1000 nF (NanoFarad) and the inductance built into the resonant circuit is approximately 10 µH (micro-henry). 10. Fahrzeugreifen (1) nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Anfangskapazität des abzureibenden und im Schwing­ kreis eingebauten Kondensators etwa 10.000 nF (NanoFarad) und die im Schwingkreis eingebaute Induktivität etwa 1 µH (MikroHenry) beträgt.10. A vehicle tire ( 1 ) according to claim 8, characterized in that the initial capacitance of the capacitor to be rubbed and installed in the resonant circuit is approximately 10,000 nF (NanoFarad) and the inductance installed in the resonant circuit is approximately 1 µH (micro-henry). 11. Fahrzeugreifen (1) nach zumindest einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Anfangs­ kapazität des abzureibenden und im Schwingkreis eingebauten Kondensators und die im Schwingkreis eingebaute Induktivität so abgestimmt sind, dass der Schwingkreis im Neuzustande eine Eigenfrequenz zwischen 10 und 1.500 kHz.11. A vehicle tire ( 1 ) according to at least one of the preceding claims, characterized in that the initial capacitance of the capacitor to be rubbed off and the capacitor built into the resonant circuit and the inductance built into the resonant circuit are matched such that the resonant circuit has a natural frequency between 10 and 1,500 kHz when new. 12. Fahrzeugreifen (1) nach Anspruch 8 und Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Anfangskapazität des abzureibenden und im Schwingkreis eingebauten Kondensators und die im Schwingkreis eingebaute Induktivität so abgestimmt sind, dass der Schwingkreis im Neuzustande eine Eigenfrequenz zwischen 40 und 120 kHz aufweist.12. A vehicle tire ( 1 ) according to claim 8 and claim 11, characterized in that the initial capacitance of the capacitor to be rubbed and installed in the resonant circuit and the inductance installed in the resonant circuit are matched such that the resonant circuit has a natural frequency between 40 and 120 kHz when new. 13. Fahrzeugreifen (1) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der im Schwingkreis eingebaute und abzureibende Kondensator so im Reifen positioniert ist, dass er bei Erreichen der zulässigen Restprofiltiefe noch mindestens 10%, vorzugsweise noch 15 bis 20%, seiner Anfangs­ kapazität aufweist. 13. Vehicle tire ( 1 ) according to claim 2, characterized in that the capacitor installed in the resonant circuit and to be rubbed is positioned in the tire such that it still has at least 10%, preferably 15 to 20%, of its initial capacity when the permissible residual tread depth is reached , 14. Vorrichtung (20) zur Überwachung der Positivhöhe (H) eines Fahrzeugreifens (1), dadurch gekennzeichnet,
  • - dass sie einen Fahrzeugreifen (1) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 13 enthält
  • - sowie zumindest einen nicht-rotierenden elektrischen Schwingungserreger (E), der eine Erregungsfrequenz in der Nähe der Eigenfrequenz des elektrischen Schwingkreises im Reifen (1) aufweist
  • - und einen Sensor (S), der
    • a) die Abdämpfung der Erregungsschwingung durch den im Reifen platzierten Schwingkreis (10, 11, 12) oder
    • b) die Schwingungsamplitude des im Reifen platzierten Schwingkreises (10, 11, 12) oder
    • c) die Eigenfrequenz des im Reifen platzierten Schwingkreises (10, 11, 12) erfasst.
14. Device ( 20 ) for monitoring the positive height (H) of a vehicle tire ( 1 ), characterized in that
  • - That it contains a vehicle tire ( 1 ) according to one of claims 1 to 13
  • - And at least one non-rotating electrical vibration exciter (E), which has an excitation frequency in the vicinity of the natural frequency of the electrical resonant circuit in the tire ( 1 )
  • - And a sensor (S), the
    • a) damping the excitation vibration by means of the resonant circuit ( 10 , 11 , 12 ) placed in the tire or
    • b) the vibration amplitude of the resonant circuit ( 10 , 11 , 12 ) placed in the tire or
    • c) the natural frequency of the resonant circuit ( 10 , 11 , 12 ) placed in the tire is detected.
15. Vorrichtung nach Anspruch 14, Variante c), dadurch gekennzeichnet, dass der Schwingungserreger eine Selbstregelungsvorrichtung dergestalt enthält, dass er die Erregerfrequenz passend zur Resonanzfrequenz des im Reifen (1) angeordneten Schwingkreises (10, 11, 12) nachführt, wobei die so eingestellte Erregerfrequenz als Korrelativ zur Positivhöhe (H) herangezogen wird.15. The device according to claim 14, variant c), characterized in that the vibration exciter contains a self-regulating device such that it tracks the excitation frequency to match the resonance frequency of the resonant circuit ( 10 , 11 , 12 ) arranged in the tire ( 1 ), the so adjusted Excitation frequency is used as a correlative to the positive height (H). 16. Vorrichtung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass sie zur Korrelationsherstellung zwischen der nachgeführten Erregerfrequenz und der restlichen Positivhöhe (H) eine Eichkurve eingespeichert enthält oder ein Rechenprogramm, welches im Wesentlichen zunächst das Reziprokum der nachgeführten Erregerfrequenz bildet und dann hieraus die Quadratwurzel zieht und diese Quadratwurzel mit einem - vorzugsweise durch Eichung bestimmten - Proportionalitätsfaktor multipliziert. 16. The apparatus according to claim 15, characterized in that them to establish correlation between the tracked Excitation frequency and the remaining positive height (H) one Calibration curve stored or a calculation program, which is essentially the reciprocal of the tracked excitation frequency and then the Takes square root and this square root with one - preferably determined by calibration - Proportionality factor multiplied.   17. Vorrichtung nach Anspruch 15 oder 16, dadurch gekennzeichnet, dass - ggf. nach Erreichung grober Übereinstimmung anhand eines anderen Verfahrens, wie z. B. des Amplitudenvergleiches - sie die Regelabweichung, also den Unterschied zwischen der Eigenfrequenz des im Reifen platzierten Schwingkreises (10, 11, 12) und der Erregerfrequenz des Erregers (S) anhand der Frequenz und/oder Phasenlage und/oder Amplitude der Schwebung zwischen dem Nachhall des Erregersignales und dem Nachhall des Schwingkreissignales aus dem Reifen (1) nach dem Verlassen der Erregerzone oder Abschaltung der Erregung bestimmt.17. The apparatus of claim 15 or 16, characterized in that - if necessary after achieving rough agreement using another method, such as. B. the amplitude comparison - the control deviation, i.e. the difference between the natural frequency of the resonant circuit placed in the tire ( 10 , 11 , 12 ) and the excitation frequency of the exciter (S) based on the frequency and / or phase position and / or amplitude of the beat between the Reverberation of the excitation signal and the reverberation of the resonant circuit signal from the tire ( 1 ) after leaving the excitation zone or switching off the excitation. 18. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 14 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest einer der im Reifen (1) angeordneten Schwingkreise (10, 11, 12) gleichzeitig als Marke für andere, zeitspannenmessende Überwachungs­ vorrichtungen dienen, insbesondere zur Erfassung der Raddrehzahl und/oder Radlängs- und/oder Radquerkraft zur Regelung des Brems- oder Antriebs- oder Querschlupfes.18. Device according to one of claims 14 to 17, characterized in that at least one of the resonant circuits ( 10 , 11 , 12 ) arranged in the tire ( 1 ) simultaneously serve as a mark for other time-span monitoring devices, in particular for detecting the wheel speed and / or longitudinal and / or transverse wheel force to regulate the braking or drive or transverse slip.
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