DE2412580A1

DE2412580A1 - Ueberwachungsanordnung fuer kraftfahrzeugreifen

Info

Publication number: DE2412580A1
Application number: DE2412580A
Authority: DE
Inventors: Akio Hosaka
Original assignee: Nissan Motor Co Ltd
Current assignee: Nissan Motor Co Ltd
Priority date: 1973-03-19
Filing date: 1974-03-15
Publication date: 1974-09-26
Also published as: JPS49133672U; GB1426688A; CA1032249A; US3898615A; DE2412580B2

Description

Überwachungsanordnung für Kraftfahrzeugreifen

Die Erfindung bezieht sich auf eine "überwachungsanordnung zum automatischen Erfassen eines anormalen Betriebszustandes von Kraftfahrzeugreifen. Mit einer solchen Überwachungsanordnung soll z.B. ein zu niedriger Luftdruck oder eine zu hohe Reifentemperatur erfaßt werden, um den Fahrzeugführer zu warnen.

Damit Fahrzeugreifen ihre wesentlichen Funktionen erfüllen können, muß ein geeigneter Luftdruck in den Reifen aufrechterhalten werden. Ein zu gering aufgepumpter Fahrzeugreifen zeigt eine zu große Wärmeentwicklung, da seine Seitenwände bei der Drehung des Reifens sich übermäßig verformen und ein größerer Reibungswiderstand infolge der großen Berührungsfläche des Reifens mit der Fahrbahnfläche auftritt.

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Außerdem erzeugt ein zu gering aufgepumpter Fahrzeugreifen sogenannte stehende Wellen bei hoher Geschwindigkeit, aufgrund derer der Reifen polygonal verformt wird und beim Fahren auf regennassen Fahrbahnen das sogenannte Aquaplaning auftritt. Durch diese Wirkungen ereignen sich oftmals Unfälle. Um diese unerwünschten Eeifenbetriebszustände zu erfassen, beurteilte der Fahrzeugführer aufgrund von Erfahrungswerten bisher nach dem Lenkgefühl, ob die Reifen ausreichend aufgepumpt sind oder nicht. Diese Beurteilung war jedoch zwangsläufig ungenau. Außerdem ist es unmöglich, die Reifentemperatur zu erfassen, ohne daß diese nach einem vorherigen Fahrzeugstop angefaßt werden.

Es wurden daher bisher verschiedene Verfahren zum Erfassen anormaler Betriebszustände von Fahrzeugreifen entwickelt und vorgeschlagen. Bei einer herkömmlichen Anordnung ist eine geeignete physikalische Verbindung zwischen einem Teil der Anordnung, die an dem sich drehenden Rad befestigt ist, und dem übrigen Teil der Anordnung vorgesehen. Die physikalische Verbindung, wie z.B. ein Schleifring oder eine Bürste, wird zur Informationsübermittlung, die den Reifenbetriebszustand angibt, von einem auf dem sich drehenden Reifen befestigten Fühler zu einem Teil der Anordnung benutzt, die an dem Fahrzeug fest angeordnet ist. Bei dieser Anordnung haben sich jedoch verschiedene Fehler herausgestellt, wenn extreme Witterungsbedingungen, wie Schlechtwetter und entsprechend schlechte Straßenverhältnisse, zeitweise die physikalische Verbindung unterbrechen oder stören. Um diese Fehler einer eine physikalische Verbindung benutzenden Anordnung zu vermeiden, wurde eine weitere Überwachungsanordnung für Fahrzeugreifen vorgeschlagen, bei der die Information des Fühlers über einen Sender in dem Rad an einen mit der Fahrzeugkarosserie verbundenen Empfänger gesendet wurde. Trotz der Vor-

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teile einer solchen Anordnung gegenüber der zuvor diskutierten Anordnung, hat jedoch auch diese verschiedene Nachteile. Einmal ist das empfangene elektrische Signal so schwach, daß die Anordnung einen Verstärker benötigt, um es für die Betätigung eines Alarmgebers ausreichend zu verstärken. Außerdem erfordert diese Anordnung Batterien oder andere Speisequellen, die auf dem Rad befestigt sind, um den Sender zu speisen. Dieses Erfordernis bedingt ein neues Problem, das eine zuverlässige Spannungsversorgung des Senders sicherstellt. Schließlich kann der Empfänger nicht unterscheiden, ob ein an ihn gelangendes Signal ein unerwünschtes äußere's Signal oder ein Nute signal ist, so daß diese Anordnung Filter zum Unterdrücken von Rauschen in dem Empfänger benötigt. Diese Anordnung benötigt daher eine aufwendige Schaltungsanordnung und ist entsprechend teuer in der Herstellung.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine neue Überwachungsanordnung der genannten Art zu schaffen, die einfach aufgebaut ist, keine physikalische Verbindung zwischen einem in dem Reifen angeordneten Teil und einem am Kraftfahrzeug festen Teil und auch keine Energieversorgung für ein im Reifen angeordnetes aktives Bauteil benötigt.

Bei einer Überwachungsanordnung der genannten Art ist diese Aufgabe gemäß der Erfindung gelöst durch einen mit dem Reifen drehbaren Fühler zum Erfassen eines anormalen Betriebszustandes, durch eine mit dem Reifen konzentrisch drehbare Spule, die mit dem Fühler in Reihe geschaltet ist, so daß von dem Fühler beim Erfassen eines anormalen Betriebszustandes die Impedanz der Reihenschaltung unter einen vorbestimmten Wert vermindert wird, durch einen am Fahrzeug befestigten Oszillator mit einer festen Rückkopplungsschleife, die neben der drehbaren Spule zur induktiven Kopplung mit dieser gehalten ist, und durch einen mit dem Oszillator verbundenen Alarmgeber, mit dem bei dessem Schwingen ein Alarm-

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signal abgebbar ist, wobei bei einer Impedanz der Reihenschaltung unter dem vorbestimmten Wert die induktive Kopplung zwischen der festen Rückkopplungsschleife und der drehbaren Spule eine zum Schwingen des Oszillators ausreichende Rückkopplung.bewirkt.

Bei der erfindungsgemäßen Anordnung ist ein Fühler am Reifen befestigt, um seine anormalen Betriebszustände, wie ein zu niedriger Luftdruck oder eine zu hohe Reifentemperatur, zu erfassen. Eine drehbare Spule ist koaxial auf dem Reifen befestigt und elektrisch mit dem Fühler verbunden, um mit diesem eine Reihenschaltung zu bilden. Der Fühler vermindert die Impedanz der Reihenschaltung unter einen vorbestimmten Wert beim Erfassen eines anormalen Betriebszustandes. Eine feste Spule ist fest an der Karosserie bzw. dem Fahrgestell des Fahrzeuges angeordnet, um eine induktive Kopplung mit der drehbaren Spule zu bewirken und als Rückkopplungsspule oder -schleife für einen an der Fahrzeugkarosserie angeordneten Oszillator zu wirken. Die am Reifen angeordnete Serienschaltung steuert den Grad der induktiven Kopplung zwischen den Spulen und damit den. Grad der positiven Rückkopplung des Oszillators. Der Oszillator beginnt zu schwingen, wenn die Impedanz unter den vorbestimmten Wert fällt, bzw. wenn ein anormaler Betriebszustand des Reifens auftritt. Ein Detektor ist mit dem Oszillator verbunden, um dessen Ausgangssignal zu erfassen, der seinerseits ein Ausgangssignal an einen Alarmgeber gibt, der durch Abgabe eines entsprechenden Warnsignals an den Fahrer anspricht. Daraus ergibt sich, daß die induktive Kopplung zwischen den Spulen nicht von der Drehzahl des Reifens beeinflußt wird, so daß die Erfassung der Betriebszustände des Reifens selbst dann möglich ist, wenn das Fahrzeug steht oder nur langsam fährt. Da andererseits der Alarmgeber seine elektrische Energie direkt vom Oszillator erhält, benötigt die neue Überwachungs-

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anordnung keinen Verstärker zum Betätigen des Alarmgebers. Außerdem benötigt die neue überwachungsanordnung keinen Sender oder Empfänger, so daß sie von einem äußeren Bauschen nicht nachteilig beeinflußt wird.

Die besondere Ausgestaltung der neuen Überwachungsanordnung betreffende Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.

Die Erfindung wird anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispieles näher erläutert. Im einzelnen zeigen:

EIg. 1 schematisch die Überwachungsanordnung eines Fahrzeugreifens in Verbindung mit einem Fahrzeugrad und den danebenliegenden Teilen des Fahrzeuges,

Fig. 2 ein erster Teil einer Schaltungsanordnung der erfindungsgemäßen Überwachungsanordnung und

Fig. 3 ein weiterer Teil der Schaltungsanordnung der erfindungsgemäßen Überwachungsanordnung.

In Fig. 1 ist die räumliche Anordnung der neuen Überwachungsanordnung in Verbindung mit einem Fahrzeugrad und den benachbarten Teilen eines Fahrzeuges dargestellt, während in Fig· ein Teil der elektrischen Schaltung der Überwachungsanordnung dargestellt ist. Ein herkömmlicher Luftreifen 72 ist auf einer Felge 73 eines Rades 74 befestigt, das auf einer Radnabe 75 aufgeschraubt ist, die sich mit einer Achse 76 dreht. Ein Radlager 78 ist mit Hilfe von Bolzen-Muttern-Anordnungen 79 de-rart mit einem Rahmen 80 verbunden, daß die Achse 76 sich um ihre Längsachse drehen kann. Wie aus der Zeichnung zu erkennen ist, sind mit dem Rahmen 80 außerdem

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Tragglieder 82a und 82b befestigt, die ihrerseits erste und zweite feste oder stationäre Spulen 14 und 16 tragen, die auf Vorsprüngen 83a und 83b aufgewickelt sind, die von den Traggliedern jeweils hervorstehen. Die Tragglieder 82a und 82b und die Vorspränge 83a und 83b halten die stationären Spulen 14 und 16 neben einer drehbaren Spule 12, um eine ausreichende induktive Kopplung zwischen ihnen sicherzustellen. Die drehbare Spule 12 ist koaxial auf der Reifenanordnung befestigt, in der Zeichnung auf der Felge 73* z.B. mit Hilfe eines aus Harz gefertigten Ringes. Wie bereits erwähnt, sind die stationären Spulen 14 und 16 zur induktiven Kopplung mit der drehbaren Spule 12 angeordnet. Sie sind jedoch voneinander induktiv abgetrennt. Das bedeutet, daß eine induktive Kopplung zwischen den stationären Spulen 14 und 16 allein über die drehbare Spule 12 möglich ist. Falls gewünscht, können die Spulen 14 und 16 Teile einer einzigen Spule sein, die jedoch voneinander induktiv getrennt sind. Diese Beziehung ist anhand der Fig. 2 besser zu verstehen. Da die drehbare Spule 12 koaxial auf der Reifenanordnung befestigt ist, wird die induktive Kopplung zwischen der drehbaren Spule 12 und jeder der stationären Spulen 14 und 16 unabhängig von einer Fahrzeugbewegung aufrechterhalten. Ein Fühler 10 ist auf der Reifenanordnung in der gezeigten Weise befestigt, um einen anormalen Betriebszustand des Reifens 22, wie z.B. zu niedriger Luftdruck und/oder eine zu hohe Reifentemperatur, zu erfasen, und ist elektrisch mit der drehbaren Spule 12 über eine Leitung 10a verbunden, um mit dieser eine Reihenschaltung 11 zu bilden. Die Reihenschaltung 11 steuert den Grad der induktiven Kopplung zwischen den stationären Spulen 14 und 16, die Teil der in Fig. 2 dargestellten Schaltung sind. Wie in Fig. 2 gezeigt ist, bilden die ersten und zweiten stationären Spulen 14 und 16 positive Rückkopplungs spulen eines über seinen Kollektor abgestimmten Oszillators 5. Die erste stationäre Spule 14

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und ein Kondensator 18 sind über Leitungen 15 parallel geschaltet und bilden einen Resonanzkreis 19· Ein Anschluß des Resonanzkreises 19 ist mit einer Kollektorelektrode 26c eines Transistors· 26 über eine Leitung 17a und der andere Anschluß des Resonanzkreises mit einem positiven Anschluß

32 über eine Leitung 17b mit einer hier nicht gezeigten Fahrzeugbatterie verbunden. Ein aus Widerständen 28 und bestehender Spannungsteiler ist zwischen die Speiseleitungen

33 und 35 geschaltet, die zu der Fahrzeugbatterie führen, und gibt ein geeignetes Vorspannungspotential an eine Basiselektrode 26b des !transistors 26 ab. Die Speiseleitung 35 kommt von einem negativen Batterie ans chluß 34-· Die zweite stationäre Spule 16 ist zwischen die Basiselektrode 26b über einen Koppelkondensator 24 zur positiven Rückkopplung zum Oszillator 5 und die Speiseleitung 35 über Leitungen''17 geschaltet. Eine Emitterelektrode 26e des Transistors 26 ist über einen Widerstand 22 und einen Kondensator 20, die parallel geschaltet sind, mit der Speiseleitung 35 verbunden. Der Oszillator 5 erzeugt eine Schwingung, wenn die induktive Kopplung zwischen den stationären Spulen 14 und 16 ausreichend ist. Dieses wird durch Änderung der Impedanz der Reihenschaltung 11 gesteuert, die den Fühler 10 und die drehbare Spule 12 umfaßt. Ist ein nicht gezeigter Schalter im Fühler 10 geöffnet, so ist der durch die Spule 12 fließende induzierte Strom vernachlässigbar klein oder gleich null, so daß kein Schwingen des Oszillators 5 infolge der sehr schwachen Kopplung zwischen den stationären Spulen 14 und 16 auftreten kann. Dieses wird durch" eine nicht ausreichende positive Rückkopplung bewirkt. Vermindert dagegen der Fühler 10 die Impedanz der Serienschaltung 11 unter einen vorbestimmten Wert durch Änderung des Schalters, so erzeugt der Oszillator 5 eine Schwingung infolge seiner positiven Rückkopplung und einer ausreichenden induktiven Kopplung zwischen den stationären Spulen 14 und 16. Erfaßt daher der Fühler 10 einen

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anormalen Betriebszustand des Reifens, um den Widerstand der Serienschaltung 11 unter den vorbestimmten Wert zu vermindern, so schwingt der Oszillator 5· Wird also eine Schwingung in der Überwachungsanordnung festgestellt, so gibt diese damit einen unsicheren oder anormalen Betriebszustand des Reifens an. Das Ausgangssignal vom Oszillator 5 wird an einen Anschluß 36 eines Detektors und Alarmgebers gegeben, die im einzelnen später erläutert werden. In einer praktischen Ausführung weist der Fühler 10 druck- und temperaturempfindliche Elemente auf, die parallel oder in Serie angeordnet sind. Als druckempfindliches Element kann ein druckempfindlicher Schalter oder eine ihren Widerstand entsprechend des Reifenluftdruckes ändernde Einrichtung benutzt werden. Als temperaturempfindliches Element kann ein Bimetallelement oder ein HTC (negativer Temperaturkoeffizient) -Thermistor benutzt werden. Wie aus der Zeichnung zu erkennen ist, wird die neue Überwachungsanordnung in Verbindung mit einem schlauchlosen Reifen benutzt, wobei der Fühler 10 in der gezeigten Weise auf der Felge 73 befestigt ist, so daß er die Montage oder Demontage des Reifens 72 nicht beeinflußt. Um ein Prüfen des Fühlers 10 während einer herkömmlichen Überwachung der Überwachungsanordnung zu ermöglichen, ist der Fühler 10 vorzugsweise eingeschraubt, so daß er von dem Rad 74- entfernt werden kann. Wird jedoch ein Schlauchreifen benutzt, so kann der Fühler 10 auf dem Ventilsitz oder jedem anderen Ort befestigt werden, an dem er den inneren Zustand des Reifens überwachen kann. ' .

In Fig. 3 ist ein Detektor und Alarmgeber 45 gezeigt, der mit der in Fig. 2 gezeigten Schaltung verbunden ist, um ein Schwingen des Oszillators 5 zu erfassen und ein Warnsignal an den Fahrer zu geben. Die in Fig. 3 gezeigte Schaltung ist ein herkömmliches ODER-Glied, das mit einer

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Warnlampe 54- verbunden ist. Das Ausgangssignal vom Anschluß 36 der Fig. 2 wird an einen Anschluß 38 gegeben. Die Wechselspannungskomponente gelangt durch einen Kondensator 46a und wird durch eine Diode 48a gleichgerichtet. Diese Spannung lädt einen Kondensator 56 auf und hebt das Basispotential eines Transistors 52 über einen Widerstand-50 an, so daß der Transistor 52 leitend wird und die Warnlampe 54- aufleuchtet, um ein Warnsignal an den Fahrer zu geben. Selbstverständlich können _auch andere geeignete Alarmgeber anstelle der Warnlampe 54-, "wie z.B. ein Summer, benutzt werden. Wird die neue Überwachungsanordnung bei einem Fahrzeug mit vier Bädern benutzt, so werden die Anschlüsse 38, 40, 42 und z.B. mit vier Oszillatoren verbunden, die für das rechte vordere, das rechte hintere, das linke vordere und das linke hintere Rad jeweils vorgesehen sind, wobei Kondensatoren 46b, 46c und 46d und Dioden 48b, 48c und 48d vorgesehen sind. Selbstverständlich kann ein Anschluß auch für den Reservereifen bei der in Fig. 3 gezeigten Schaltung vorgesehen werden, wenn dieses gewünscht wird. Bei der gezeigten Schaltung, bei der eine Warnlampe 54 gemeinsam benutzt wird, kann nicht unterschieden werden, welcher der Reifen einen anormalen Betriebszustand zeigt. Es kann jedoch ohne weiteres auch eine Überwachungsschaltung angegeben werden, mit der ein unzulässiger Betriebszustand eines einzelnen Reifens angegeben werden kann. Bei der beschriebenen Überwachungsanordnung wird der anormale Betriebszustand dem Fahrer angegeben, wenn der Fühler 10 die Impedanz ..der Serienschaltung 11 unter einen vorbestimmten Wert vermindert, so daß der Oszillator 5 zu schwingen beginnt. Selbstverständlich kann die neue Überwachungsanordnung jedoch auch so modifiziert werden, daß das Abbrechen der Schwingung den unzulässigen Betriebszustand darstellt.

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Die neue Überwachungsanordnung wurde lediglich, anhand eines Ausführungsbeispieles erläutert, so daß selbstverständlich verschiedenste Änderungen möglich sind, ohne daß dadurch, das Wesen der Erfindung verändert wird.

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Claims

Patentansprüche

Λ Λ J Überwachungsanordnung zum automatischen Erfassen eines anormalen Betriebszustandes von Kraftfahrzeugreifen, gekennzeichnet durch einen mit dem Reifen (7²I-) drehbaren Fühler (10) zum Erfassen eines anormalen Betriebszustandes, durch eine mit dem Reifen konzentrisch drehbare Spule (12), die mit dem Fühler in Reihe geschaltet ist, so daß von dem Fühler beim Erfassen eines anormalen Betriebszustandes die Impedanz der Reihenschaltung (11) unter einen vorbestimmten Wert vermindert wird, durch einen am Fahrzeug befestigten Oszillator (5) mit einer festen Rückkopplungsschleife (14, 16), die neben der drehbaren Spule zur induktiven Kopplung mit dieser gehalten ist, und durch einen mit dem Oszillator verbundenen Alarmgeber (45), mit dem bei dessem Schwingen ein Alarmsignal abgebbar ist, wobei bei einer Impedanz der Reihenschaltung unter dem vorbestimmten Wert die induktive Kopplung zwischen der festen Rückkopplungsschleife und der drehbaren Spule eine zum Schwingen des Oszillators ausreichende Rückkopplung bewirkt.
2. Überwachungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzei chnet , daß der Alarmgeber (45) einen Detektor (46, 48) zum Erfassen eines Schwingens des Oszillators (5) umfaßt. " .

3- Überwachungsanordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die feste Rückkopplungsschleife (14, 16) aus zwei Teilen gebildet ist, so daß die drehbare Spule (12) die beiden Teile miteinander induktiv koppelt, wenn die Impedanz der Serienschaltung (11) unterhalb des vorbestimmten Wertes liegt.

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