DE2951139A1 - Einrichtung zur kontinuierlichen ueberwachung des luftdruckes in fahrzeugreifen - Google Patents

Einrichtung zur kontinuierlichen ueberwachung des luftdruckes in fahrzeugreifen

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Description

R- 5942
29.11.1979 Lr/Sm
ROBERT BOSCH GMBH1 7OOO Stuttgart 1
Einrichtung zur kontinuierlichen Überwachung des Luftdruckes in Fahrzeugreifen
Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zur Überwachung des Luftdruckes im Reifen eines Fahrzeugrades, mit einer auf dem Fahrzeugrad angeordneten Einrichtung zur Erzeugung eines mit dem Fahrzeugrad umlaufenden Magnetfeldes und mit einer auf dem Fahrzeug befestigten Induktionsschleife, die dem Magnetfeld des an ihr vorbeilaufenden Fahrzeugrades ausgesetzt ist.
Aus der GB-PS 1 382 877 ist eine Einrichtung dieser Art bekanntgeworden, bei welcher ein dem Luftdruck im Reifen ausgesetzter, mechanischer Schalter einen Teil der mit dem Fahrzeugrad umlaufenden Magnetspule kurzschließt, wenn der Reifenluftdruck einen kritischen Wert unterschreitet. Dort ist mit der am Fahrzeug befestigten Induktionsschleife ein selbstschwingender Oszillator verbunden, der durch die veränderliche Induktivität der umlaufenden Magnetspule verstimmt wird. Eine derartige Grenzwertüberwachung des Reifendruckes mittels eines Druckschalters läßt unberücksichtigt, daß beim Betrieb eines Kraftfahrzeuges der Reifendruck im
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- L- Lr/Sm
allgemeinen nicht schlagartig unter den kritischen Grenzwert absinkt. Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei einem allmählichen Absinken des Reifendruckes dem Rahrzeugführer rechtzeitig eine Warnmeldung zu geben, damit er das Kraftfahrzeug bei einer sich ankündigender Reifenpanne stillsetzen kann.
Zur Lösung dieser Aufgabe ist erfindungsgemäß vorgesehen, daß eine mit dem Fahrzeugrad umlaufende Magnetspule mit einer Oszillatorfrequenz eines elektrischen Schwingkreises gespeist wird, dessen Oszillatorfrequenz in Abhängigkeit von dem im Reifen herrschenden Luftdruck kontinuierlich veränderbar ist.
Zweckmäßige Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen in Verbindung mit den nachstehend beschriebenen und in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispielen.
Es zeigen:
Figur 1 einen Drucksensor mit elektromagnetischer Kupplung in schematischer Darstellung, Figur 2 ausschnittsweise einen in Achsrichtung geführten Querschnitt durch einen Kraftfahrzeugreifen und Figur 3 ein Blockschaltbild zur Energieversorgung des Sensors nach Figur 1 und zur Auswertung der von diesem gelieferten Meßwerte, die Figuren 4 bis 6 zeigen weitere Ausführungsbeispiele.
Der in Figur 1 dargestellte Drucksensor erlaubt die Reifendruckmessung über die Resonanzfrequenz eines Schwingkreises. Dieser enthält einen mit trockenem Referenzgas gefüllten oder evakuierten kapazitiven Druckgeber, der zwei dem
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- V- Lr/Sm
Reifenluftdruck ausgesetzte, äußere Membranen 1 und 2 einer Membrandose 3 enthält. Diese sind an ihrem Rand gegeneinander isoliert, jedoch druckdicht verbunden. Zwischen beiden Membranen 1 und 2 befindet sich eine ebenfalls isoliert eingespannte, steife Platte **, die als Gegenelektrode zu den beiden äußeren, untereinander elektrisch verbundenen Membranen dient und mit diesen zusammen einen elektrischen Kondensator bildet. Wenn der durch Pfeile angedeutete Reifendruck ansteigt, werden die äußeren Membranen aus ihrer mit gestrichelten Linien angedeuteten, gewölbten Form, die sie bei einem sehr niedrigen Reifendruck annehmen, mit steigendem Druck gegen die Platte 4 bewegt, wodurch sich die Kapazität zwischen den Membranen 1, 2 und der Platte erhöht. Der von den Membranen und der Platte gebildete Kondensator ist Teil eines Schwingungskreises, zu dem eine Spule 5 gehört, welche zusammen mit der Druckdose den in Figur 2 bei 6 angedeuteten Drucksensor bildet und bei jedem Umlauf einer auf dem Fahrzeug befestigten, beispielsweise als Induktionsschleife ausgeführten Spule 7 gegenübertritt und dort elektrische Schwingungen induziert, welche über eine bei 8 angedeutete Oszillatorschaltung 8 gemessen wird. Aus der Eigenfrequenz des anschwingenden Oszillators 8 kann dann kontinuierlich auf den Reifendruck geschlossen werden.
Eine Kennlinienbeeinflussung ist durch Formgebung der Membranen 1 und 2 möglich. Das hier vorgesehene Prinzip, die Eigenfrequenz des aus der Spule 8 und der Kapazität der Membrandose 3 gebildeten Kondensators zur Messung des Luftdruckes zu verwenden, läßt sich auch mit induktiven Membranweggebern realisieren, beispielsweise mit einem Kurzschlußringgeber.
Da jeweils eine Messung pro Radumdrehung möglich ist, ergibt sich eine günstige frequenzanaloge Auswertung bei geringem Aufwand.
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"~ o" Lr/Sm
Figur 2 zeigt die räumliche Anordnung des Drucksensors 6 in dem Steg 9 zwischen der Schulter 10 und dem Tiefbett 11 der Felge 12 eines Kraftfahrzeugrades, dessen Reifen bei 13 und dessen Bremstrommel bei 14 angedeutet ist. Die in Figur 1 bei 7 angedeutete, zweite Spule, welche als Induktionsschleife wirkt, kann in gleichem radialem Abstand an einem feststehenden Fahrzeugteil, beispielsweise der nicht dargestellten Tragscheibe für die Bremsbacken und den Rad-Bremszylinder befestigt sein.
Im Gegensatz zur Anordnung nach Figur 1, in welcher der Drucksensor 6 Teil eines passiven Schwingkreises ist, kann die Messung des Reifendruckes über die Resonanzfrequenz eines aktiven Schwingkreises erfolgen, welcher in einem mit dem Rad umlaufenden Meßsender 15 verwendet ist. Dieser kann seine Energie nach Figur 3 aus einem feststehenden Energiesender empfangen, der mit einer Frequenz von etwa 20 KHz über ein elektromagnetisches Feld Energie in einen mit dem Rad umlaufenden Energieempfänger 17 einkoppelt. Die dort aufgenommene elektrische Energie kann zum Betrieb des Meßsenders 15 verwendet werden, dessen Eigenfrequenz wie bei dem in Figur 1 dargestellten Ausführungsbeispiel druckabhängig verändert wird und mittels eines feststehenden Meßempfängers 18 registriert wird. Kurz bevor der Meßsender 15 an dem Meßempfänger 18 vorbeidreht j stehen sich die beiden aus dem .Energiesender 16 und dem Energieempfänger 17 bestehenden Koppeleinheiten kongruent gegenüber und übertragen dann die für eine kurze Schwingzeit des Meßsenders 15 erforderliche Energie auf das rotierende Rad. Ein direktes übersprechen vom Energiesender 16 auf den Meßempfänger 18 kann durch verschiedene Frequenzlagen des Versorgungs- und des Meßsignales vermieden werden. Sowohl die rotierenden Koppelpunkte 17 und 15 als auch der Energiesender 16 und der Meßempfänger 18 können als kompakte Einheiten ausgebildet sein.
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— $~ Lr/Sm
Die Anordnung nach Figur 3 erfordert zwar einen etwas höheren Aufwand, bietet jedoch eine größere Sicherheit dagegen, daß die Meßwerte durch AbstandSchwankungen verfälscht werden.
Die Zeit, die bei Höchstgeschwindigkeit zur Energieversorgung zur Verfügung steht, beträgt ca. 2 ms, was eine Übertragungsfrequenz der vom Energiesender 16 zum Energieempfänger 17 gelangenden Energie von ca. 10 bis 20 kHz erfordert, während die Meßfrequenzen des Meßsenders 15 sich zweckmäßig zwischen 50 und 100 kHz druckabhängig ändern.
Beim Ausführungsbeispiel nach Figur 4 ist der gleiche kapazitive Druckgeber 3 vorgesehen, wie er.in Figur 1 dargestellt und oben näher beschrieben ist. Im Gegensatz zum Ausführungsbeispiel nach Figur 1 bildet beim Ausführungsbeispiel nach Figur 4 der kapazitive Druckgeber 3 das frequenzbestiramende Glied eines astabilen Multivibrators MV, der über eine Treiberstufe Tr eine druckabhängige Oszillator-Frequenz des die Spule 5 durchfließenden Stromes liefert. Sobald die Spule 5 an der mit dem Chassis des im übrigen nichtdargestellten Kraftfahrzeuges verbundenen Induktionswicklung 6 vorbeiläuft, induziert sie in dieser Wicklung eine Wechselspannung, deren Frequenz sich zusammen mit dem Druck im Reifen des Fahrzeugrades ändert.
Der Relaxationsoszillator MV schwingt mit einer Frequenz, welche proportional zu 1/CR ist, wobei C die druckabhängig variierte Kapazität und R der zugeschaltete Wirkwiderstand des frequenzbestimmenden Relaxationsgliedes sind. Der Frequenzhub eines solchen Oszillators ist wesentlich höher - und zwar etwa doppelt so hoch - als der eines harmonisch schwingenden LC-Schwingkreises, der beim Ausführungsbeispiel nach Figur 1 vorgesehenen Art und dessen Eigenfrequenz der be kannten Thomson1sehen Formel f = —£- entspricht.
VLC
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■lilC'lÜiii-i j.- _
- ^- Lr/Sm
Zur Stromversorgung des Multivibrators MV und der Treiberstufe Tr kann eine Wechselspannungs-Energieübertragung vom feststehenden auf das sich drehende Teil über die elektromagnetische Kopplung zwischen einem feststehenden Energiesender 16 und dem mit dem Rad umlaufenden Energieempfänger erfolgen. Dies ist in Figur 5 im einzelnen näher dargestellt. Dort wird eine feststehende, mit dem Chassis verbundene Senderspule 21 von einem Strom mit fester Frequenz durchflossen, welcher von einem Gleichspannungs-Wechselspannungswandler 22 geliefert wird, welcher aus der bei 23 angedeuteten Batterie des Kraftfahrzeuges gespeist wird. Das von der Spule 21 erzeugte elektromagnetische Wechselfeld induziert in einer mit dem Fahrzeugrad verbundenen Spule 24 eine Spannung, die in einem mit dem Rad umlaufenden Gleichrichter gleichgerichtet und zur Speisung des Multivibrators MV und der Treiberstufe Tr verwendet werden kann.
Im Gegensatz zu einer solchen Wechselspannungs-Energieübertragung kann auch nach Figur 6 eine generatorische Energieeinkopplung auf das Fahrzeugrad zur Speisung der Schwingschaltung mittels eines Permanentmagneten verwendet werden.
Beim Ausführungsbeispiel nach Figur 6 ist eine permanentmagnetische Polplatte 27 vorgesehen, die in ihrer Längsrichtung abwechselnde Nord- und Südpole aufweist und so am Fahrzeug befestigt sein kann, daß in dieser Längsrichtung abwechselnd mehrere Polfelder 28 und 29 vorbeilaufen, welche untereinander durch ein gemeinsames, weichmagnetisches Eisen-Jochstück 30 verbunden sind. Dieses Jochstück ist von einer Induktionswicklung 31 umschlossen. Wenn die Polfelder des Weicheisensystems den mit gestrichelten Buchstaben wiedergegebenen Nord- und Südpolen des Dauermagneten 27 gegenüberstehen, tritt der magnetische Fluß bei den Polfeldern 28 ein und
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-^f- Lr /Sm
schließt sich über das Jochstück 30 und die Polfelder 29 mit den Südpolen der Polplatte 27. Beim Weiterlauf des Weicheisensystems entsteht in der Induktionswicklung 31 eine Spannungshalbschwingung, bis die Nordpole der Polplatte 27 den Pol* feldern 29 gegenübergetreten sind. Dann entsteht bei der Weiterbewegung eine entgegengesetzt polarisierte Wechselspannungshalb schwingung in der Induktionswicklung 31· Mit einer der Zahl der Polpaare der Polplatte 27 entsprechenden Anzahl von Wechselspannungshalbschwingungen wird eine Wechselspannung erzeugt, welche über einen Gleichrichter 25 der bei Figur 5 angedeuteten Art zur Erzielung einer Speisespannung für einen druckabhängig seine Frequenz ändernden Oszillatorschaltung nach Figur 1 oder eines RC-Multivibrators MV dienen kann.
130027/OUe

Claims (12)

  1. R. 59 A2
    29.11.1979 Lr/Sm
    ROBERT BOSCH GMBH» 7OOO Stuttgart 1
    Ansprüche
    1J Einrichtung zur Überwachung des Luftdruckes im Reifen eines Fahrzeugrades, mit einer auf dem Fahrzeugrad angeordneten Einrichtung zur Erzeugung eines mit dem Fahrzeugrad umlaufenden Magnetfeldes und mit einer auf dem Fahrzeug befestigten Induktionsschleife, die dem Magnetfeld des an ihr vorbeilaufenden Fahrzeugrades ausgesetzt ist, dadurch gekennzeichnet, daß eine mit dem Fahrzeugrad umlaufende Magnetspule (5) mit einer Oszillatorfrequenz eines elektrischen Schwingkreises gespeist wird, dessen Oszillatorfrequenz von einer sich in Abhängigkeit von dem im Reifen herrschenden Luftdruck verändernden Impedanz bestimmt wird.
  2. 2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Oszillatorfrequenz von einem Kondensator (3, iJ) bestimmt wird, dessen Kapazität sich in Abhängigkeit von dem im Reifen herrschenden Luftdruck verändert.
    13G027/OU6
    ORIGINAL INSPECTED
    Lr/Sm
  3. 3. Einrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Kondensator (3, 4) in oder am Fahrzeugreifen angeordnet ist.
  4. 4. Einrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Kondensator wenigstens eine Elektrode (1, 2) hat, deren Abstand gegenüber der zweiten Kondensatorelektrode (4) in Abhängigkeit von dem im Reifen herrschenden Luftdruck veränderbar ist.
  5. 5· Einrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß eine dem Reifenluftdruck ausgesetzte Membrandose (3) vorgesehen ist, die zwei an ihrem Rand gegeneinander isoliert und druckdicht befestigte Membranen (1, 2) enthält, die als Kondensatorelektroden ausgebildet sind.
  6. 6. Einrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Membrandose (3) zwischen ihren beiden äußeren dem Reifenluftdruck ausgesetzten Membranen (1, 2) eine mittlere Membran, vorzugsweise steife Membran oder Platte (1) aufweist, welche die Gegenelektrode zu den beiden äußeren, untereinander elektrisch verbundenen und sich druckabhängig verschiebenden Membranen bildet.
    130027/OUe
    Lr/Sm
  7. 7. Einrichtung nach Anspruch 2 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Kondensator (3, 1O zusammen mit der Magnetspule (5) einen Schwingkreis (6) bildet, dessen Resonanzfrequenz sich druckabhängig im Bereich von etwa 50 kHz bis 100 kHz ändert.
  8. 8. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der druckabhängige Kondensator (3, 1I) Teil eines RC-Schwingkreises, insbesondere eines astabilen Multivibrators ist.
  9. 9· Einrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem astabilen Multivibrator (MV) und der Magnetspule (5) eine Treiberstufe (Tr) angeordnet ist.
  10. 10. Einrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß zur Speisung des Schwingkreises (6) mit elektrischer Energie ein auf oder im Fahrzeugrad (12) angeordneter, drahtloser Energieempfänger (17) vorgesehen ist, der mit einem am Fahrzeug installierten Energiesender (16) zusammenarbeitet.
  11. 11. Einrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Energiesender (16) elektromagnetische Schwingungen von etwa 20 kHz an den Energieempfänger liefert.
    130027/OUe
    Lr/Sm
  12. 12. Einrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß zur Speisung des Schwingkreises eine vom Fahrzeug auf das Fahrzeugrad erfolgende generatorische Energie-Einkopplung mittels eines Permanentmagneten vorgesehen ist.
    13· Einrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß ein mit dem Fahrzeugrad umlaufendes Weicheisensystem mit mindestens zwei nebeneinander liegenden, durch ein Weicheisen-Jochstück verbundenen Polfeldern und mit einer das Jochstück umschlingenden Induktionswicklung vorgesehen und am Fahrzeug ein Magnet, vorzugsweise ein Dauermagnet befestigt ist, der mindestens zwei in Drehrichtung des Fahrzeugrades hintereinander liegende Pole aufweist, die den Polfeldern des Weicheisensystems gegenübertreten und diese magnetisch durchsetzen.
    I1I. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Impedanz von einem induktiven Weggeber, insbesondere einem mit einer Membrandose (3) verbundenen Kurzschlußringgeber gebildet ist.
    130027/OUe
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