DE2951139C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zur Überwachung des Luftdrucks im Reifen eines Fahrzeugrades nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Aus der GB 13 82 877 ist eine Einrichtung zur Überwachung des Luftdrucks in Fahrzeugreifen bekannt, bei der ein dem Luftdruck im Reifen ausgesetzter mechanischer Schalter einen Teil einer mit dem Fahrzeugrad umlaufenden Magnetspule kurzschließt, wenn der Reifendruck 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.

Aus der US 22 74 557 ist eine gattungsgemäße Einrichtung zur Reifen­ drucküberwachung bekannt, bei der als Drucksensor ein mit dem Fahrzeugreifen umlaufender Schwingkreis jeweils mit einer vom Fahrerhaus des Fahrzeugs einstellbaren Frequenz eines fahrzeugfesten Oszillators zum Schwingen angeregt wird. Bei Übereinstimmung der Oszillatorfrequenz mit der durch den Luftdruck im Reifen veränderbaren Resonanzfrequenz des umlaufenden Schwingkreises wird die so eingekoppelte Schwingung über eine weitere fahrzeugfeste Spule detektiert und einer Anzeigevorrichtung zugeführt.

Diese bekannten Einrichtungen zur Reifendrucküberwachung erlauben keine kontinuierliche Messung und Überwachung des Luftdrucks im Fahrzeugreifen und lassen daher unberücksichtigt, daß beim Betrieb eines Kraftfahrzeugs der Reifendruck im allgemeinen nicht schlagartig auf oder unter den kritischen Grenzwert absinkt. Bei der Einrichtung nach der US 22 74 557 ist ferner nachteilig, daß die Oszillatorfrequenz auf einen vorgegebenen Grenzwert des Reifenluftdrucks einzustellen ist und daß dann lediglich detektiert wird, ob der Reifendruck diesem Grenzwert entspricht oder nicht. So kann während eines längeren Abstellens des Fahrzeugs der Reifendruck unter den Grenzwert abfallen, ohne daß dies anschließend bei Fahrtbeginn vom Fahrer erkannt wird.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Einrichtung zur Überwachung des Luftdruckes gemäß der US 22 74 557 so weiterzuentwickeln, daß eine kontinuierliche Überwachung des Luftdrucks im Fahrzeugreifen während der Fahrt bei einem allmählichen Absinken des Reifendrucks dem Fahrzeugführer rechtzeitig und andauernd eine Warnmeldung gibt, damit er das Fahrzeug bei sich ankündigender Reifenpanne stillsetzen kann.

Diese Aufgabe wird durch die kennzeichnenden Merkmale im Patentanspruch 1 gelöst.

In der nachveröffentlichten DE 29 02 213 A1 ist zwar bereits eine Einrichtung zur kontinuierlichen Überwachung des Luftdrucks im Fahrzeugreifen mit einem aktiven Schwingkreis als Drucksensor vorgeschlagen worden, dessen vom Luftdruck im Reifen abhängige Resonanzfrequenz laufend gemessen wird. Dort enthält der Drucksensor jedoch keinen astabilen Multivibrator, so daß dort parasitäre Kapazitäten der zur Übertragung der Schwingung auf die fahrzeugfeste Auswerteschaltung mit der verwendeten Schwingkreisspule den Meßeffekt beeinflussen können. Dies gilt umsomehr, als bei kleinen Kapazitäten des Meßkondensators zur Erzielung nicht allzu hoher Frequenz verhältnismäßig hohe Induktivitäten erforderlich sind.

Demgegenüber hat die erfindungsgemäße Lösung den Vorteil, daß die zur Übertragung der luftdruckabhängigen Frequenz des astabilen Multivibrators benötigte, mit umlaufende Magnetspule die Frequenz des astabilen Multivibrators nicht beeinflussen kann und daher eine hohe Meßgenauigkeit bei der kontinuierlichen Messung und Überwachung des Luftdrucks im Reifen ermöglicht.

Zweckmäßige Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet. Die Erfindung wird nachstehend an Hand der in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiele beschrieben.

Es zeigen Fig. 1 einen erfindungsgemäßen Drucksensor am Fahrzeugrad mit elektromagnetischer Kopplung zur fahrzeugfesten Auswerteschaltung, Fig. 2 ausschnittsweise einen in Achsrichtung geführten Querschnitt durch einen Kraftfahrzeugreifen, Fig. 3 ein Blockschaltbild zur Energie­ versorgung des Drucksensors nach Fig. 1 sowie zur Auswertung der von diesen gelieferten Meßwerte und die Fig. 4 und 5 zeigen Ausführungsbeispiele zur Energieversorgung des Drucksensors nach Fig. 1.

Der in Fig. 1 dargestellte Drucksensor erlaubt die Reifendruckmessung über die Frequenz eines Multivibrators. Der Drucksensor 6 umfaßt eine mit trockenem Referenzgas gefüllte oder evakuierte kapazitive Membrandose (Kondensator) 3, die zwei dem Reifenluftdruck ausgesetzte, äußere Membranen 1, 2 (erste Kondensatorelektroden) aufweist. Diese sind an ihrem Rand gegeneinander isoliert, jedoch druckdicht verbunden. Zwischen beiden Membranen 1 und 2 befindet sich eine ebenfalls isoliert eingespannte, steife Platte (zweite Kondensatorelektrode) 4, die als Gegenelektrode zu den beiden äußeren, untereinander elektrisch verbundenen Membranen 1, 2 dient und mit diesen zusammen den elektrischen Kondensator 3 bildet. Wenn der Reifendruck ansteigt, werden die äußeren Membranen 1, 2 mit steigendem Druck gegen die Platte 4 bewegt, wodurch sich die Kapazität zwischen den Membranen 1, 2 und der Platte 4 erhöht. Der von den Membranen 1, 2 und der Platte 4 gebildete Kondensator 3 ist Teil des Drucksensors 6 und er bildet das frequenzbestimmende Glied eines astabilen Multivibrators MV, der über eine Treiberstufe Tr eine druckabhängige Frequenz einer eine Magnetspule 5 durchfließenden Stromes liefert. Sobald die Magnetspule 5 an der mit dem Chassis des im übrigen nichtdargestellten Kraftfahrzeuges verbundenen Induktionsschleife 7 vorbeiläuft, induziert sie in ihr eine Wechselspannung, deren Frequenz sich abhängig vom Druck im Reifen des Fahrzeugrades 12 ändert und die über eine Auswerteschaltung (Oszillatorschaltung) 8 gemessen wird. Aus der Frequenz der anschwingenden Oszillatorschaltung 8 kann dann kontinuierlich auf den Reifendruck geschlossen werden.

Der Relaxationsoszillator (Multivibrator) 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, dessen Eigenfrequenz der bekannten Thomson′schen Formel f = entspricht.

Eine Kennlinienbeeinflussung ist durch Formgebung der Membranen 1 und 2 möglich.

Da jeweils eine Messung pro Radumdrehung möglich ist, ergibt sich eine günstige frequenzanaloge Auswertung bei geringem Aufwand.

Fig. 2 zeigt die räumliche Anordnung des Drucksensors 6 in dem Steg 9 zwischen der Schulter 10 und dem Tiefbett 11 der Felge eines Kraftfahrzeugrades 12, dessen Reifen bei 13 und dessen Bremstrommel bei 14 angedeutet sind. Die in Fig. 1 bei 7 angedeutete, zweite Spule, welche als Induktionsschleife 7 wirkt, kann in gleichem radialem Abstand an einem feststehenden Fahrzeugteil, beispielsweise der nicht dargestellten Tragscheibe für die Bremsbacken und den Rad-Bremszylinder befestigt sein.

Bei der Anordnung nach Fig. 1 erfolgt die Messung des Reifendruckes über die Frequenz eines aktiven Drucksensors 6, welcher gemäß Fig. 3 in einem mit dem Rad umlaufenden Meßsender 15 verwendet ist. Dieser kann seine Energie aus einem feststehenden Energiesender 16 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 Fig. 1 dargestellten Ausführungsbeispiel druckabhängig verändert wird und mittels eines feststehenden Meßempfängers 18 registriert wird. Kurz bevor der Meßsender 15 an dem Meßempfänger 18 vorbeidreht, 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 der rotierende Energieempfänger 17 und der Meßsender 15 als auch der Energiesender 16 und der Meßempfänger 18 können als kompakte Einheiten ausgebildet sein.

Die Anordnung nach Fig. 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.

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 dem feststehenden Energiesender 16 und dem mit dem Rad umlaufenden Energieempfänger 17 erfolgen. Dies ist in Fig. 4 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 Batterie 23 des Kraftfahrzeuges gespeist wird. Das von der Senderspule 21 erzeugte elektromagnetische Wechselfeld induziert in einer mit dem Fahrzeugrad 12 verbundenen Induktionswicklung (Spule) 24 eine Spannung, die in einem mit dem Rad umlaufenden Gleichrichter 25 gleichgerichtet und zur Speisung des Multivibrators MV und der Treiberstufe Tr verwendet werden kann.

Im Gegensatz zu einer solchen Wechselspannungs-Energieübertragung kann auch nach Fig. 5 eine generatorische Energieeinkopplung auf das Fahrzeugrad zur Speisung der Schwingschaltung mittels eines Permanentmagneten 27 verwendet werden.

Beim Ausführungsbeispiel nach Fig. 5 ist ein Permanentmagnet (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, 29 vorbeilaufen, welche untereinander durch ein gemeinsames, weichmagnetisches Eisen-Jochstück 30 verbunden sind. Dieses Jochstück 30 ist von einer Induktionswicklung 31 umschlossen. Wenn die Polfelder 28, 29 des Weicheisensystems den mit gestrichelten Buchstaben wiedergegebenen Nord- und Südpolen des Dauermagneten 27 gegenüberstehen, tritt der magnetische Fluß bei den Polfeldern 28 ein und schließt sich über das Jochstück 30 und die Polfelder 29 mit den Südpolen der Polplatte 27. Beim Weiterlauf des Weich­ eisensystems entsteht in der Induktionswicklung 31 eine Spannungs­ halbschwingung, bis die Nordpole der Polplatte 27 den Polfeldern 29 gegenübergetreten sind. Dann entsteht bei der Weiterbewegung eine entgegengesetzt polarisierte Wechsel­ spannungshalbschwingung 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 Fig. 4 angedeuteten Art zur Erzielung einer Speisespannung für einen druckabhängig seine Frequenz ändernden (RC-)Multivibrator MV dienen kann.

Claims (9)

1. Einrichtung zur Überwachung des Luftdrucks im Reifen eines Fahr­ zeugrades, mit einem auf dem Fahrzeugrad angeordneten Drucksensor, der einen Kondensator und eine Magnetspule aufweist, und mit einer auf dem Fahrzeug befestigten Induktionsschleife, die dem Magnetfeld der an ihr vorbeilaufenden Magnetspule ausgesetzt und mit einer Warnanzeige verbunden ist, dadurch gekennzeichnet,
daß der mit dem Fahrzeugrad umlaufende Drucksensor (6) zur kontinuierlichen Überwachung des Luftdrucks, ferner einen astabilen Multivibrator (MV) mit dem Kondensator (3) als frequenz­ bestimmendes Glied enthält, wobei die Kapazität des Kondensators (3) in Abhängigkeit von dem im Reifen herrschenden Luftdruck kontinuierlich veränderbar ist,
daß der astabile Multivibrator (MV) somit mit einer in Abhängigkeit von dem im Reifen herrschenden Luftdruck weitgehend kontinuierlich veränderbaren Frequenz die Magnetspule (5) erregt,
daß der Drucksensor (6) mit einer separaten Energieeinspeisung (16, 17; 23) verbunden ist und
daß die Induktionsschleife (7) mit der Warnanzeige über eine Auswerteschaltung (8) verbunden ist, welche laufend die Frequenz der in der Induktionsschleife (7) induzierten Schwingungen mißt.

2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß im Drucksensor (6) zwischen dem astabilen Multivibrator (MV) und der Magnetspule (5) eine Treiberstufe (Tr) angeordnet ist.

3. Einrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Kondensator (3) als Membrandose mit voneinander isolierten Elektroden (1, 2, 4) ausgebildet ist, wobei ein Abstand wenigstens einer ersten Kondensatorelektrode (1, 2) gegenüber einer zweiten Kondensatorelektrode (4) in Abhängigkeit von dem im Reifen herrschenden Luftdruck veränderbar ist.

4. Einrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Membrandose (3) zwei an ihrem Rand gegeneinander isoliert und druckdicht befestigte, dem im Reifen herrschenden Luftdruck ausgesetzte und als erste Kondensatorelektroden (1, 2) ausgebildete Membranen aufweist.

5. Einrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Membrandose (3) zwischen ihren beiden äußeren, dem im Reifen herrschenden Luftdruck aus­ gesetzten Membranen (1, 2) die zweite Kondensatorelektrode (4) enthält, welche als eine mittlere vorzugsweise steife Membran oder Platte ausgeführt ist und welche eine Gegenelektrode zu den beiden äußeren, untereinander elektrisch verbundenen und sich druckabhängig verschiebenden Membranen (1, 2) bildet.

6. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Einspeisung (16, 17) des Drucksensors (6) aus einem am Fahrzeugrad (12) angeordneten, drahtlosen Energieempfänger (17) besteht, der mit einem am Fahrzeug installierten Energiesender (16) zusammenarbeitet.

7. Einrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Energiesender (16) elektromagnetische Schwingungen mit einer Frequenz von etwa 20 kHz an den Energieempfänger (17) liefert.

8. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Energieeinspeisung (23) des Drucksensors (6) durch eine generatorische Energie-Einkopplung vom Fahrzeug auf das Fahrzeugrad (12) mittels eines fahrzeugfesten Permanentmagneten (27) und einer mit dem Fahrzeugrad (12) umlaufenden Induktionswicklung (24, 31) erfolgt.

9. Einrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß ein mit dem Fahrzeugrad (12) umlaufendes Weicheisensystem vorgesehen ist, das mindestens zwei ne­ beneinanderliegende, durch ein Weicheisen-Jochstück (30) verbundene Polfelder (28, 29) aufweist, und die Induktionswicklung (31) das Jochstück (30) umschlingt und der fahrzeugfeste Permanentmagnet (27) mindestens zwei in Drehrichtung des Fahrzeugrades (12) hintereinanderliegende Pole aufweist, die den Polfeldern (28, 29) des Weicheisensystems gegenübertreten und diese magnetisch durchsetzen.