DE29716210U1

DE29716210U1 - Vorrichtung zur Fernkontrolle von Luftreifen

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Publication number: DE29716210U1
Application number: DE29716210U
Authority: DE
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1997-01-10
Filing date: 1997-09-10
Publication date: 1997-12-11
Anticipated expiration: 2007-09-11

Description

J- ■

VORRICHTUNG ZUR FERNKONTROLLE VON LUFTREIFEN

Die Erfindung betrifft die automatische Prüfung des Luftdruckes von Reifen.

Es ist nämlich bekannt, dass ein ungenügender Reifenluftdruck eines Fahrzeugs oder eine Überlast des letzteren Risiken hervorrufen, die wegen der Temperaturerhöhung der Luftdruckmenge zu einem Reifenplatzen führen. Weiterhin verringert ein ungenügender Luftdruck die Kilometerleistung des Reifens. Und ein zu niedrig gefüllter Reifen erhitzt sich abnormal.

Verschiedene Prüfvorrichtungen für Reifen, die sich auf einer Auflage, wie der Boden, abstützen, wurden bereits vorgeschlagen, unter diesen befindet sich diejenige aus dem europäischen Patent EP-A 230 836, welche die Datenregistrierung vom Reifen ohne direkten Kontakt mit demselben gestattet. Ein optisches Lasersystem dient zum Messen der Rad-Cordeinlage, dessen Reifenverformung bewertet werden soll.

So interessant diese Vorrichtung auch sein mag, ist sie in der Ausführung ausgegklügelt und im Einsatz anfällig, insbesondere wegen der Verwendung eines Lasergenerators und den zugehörigen Optik- und Rechnungsmittel.

Bei dieser Sachlage schlägt die Erfindung eine Vorrichtung und ein Prüfungsverfahren vor, die billig, zuverlässig, effizient und einfach im Einsatz sind.

Die von der Erfindung vorgeschlagene Kontrollvorrichtung, mit welcher die Verformung eines auf einer Auflage, wie der Boden, aufliegenden Reifens bewertet werden kann, umfasst im einzelnen:

- eine kontaktlose Fernerfassungseinheit der Daten des betreffenden Rades, bestehend aus einer Digitalkamera mit einer Bilderfassungskarte zur Aufnahme eines digitalisierten Radbildes.

- eine Abtasteinheit des erfassten digitalisierten Bildes zur Erzielung der Daten mindestens der Reifen-Aussenkontur (mittels Analyse der chromatischen Tönungen des erfassten Bildes, die insbesondere aus 256 Graustufen pro Pixel bestehen können),

- eine Recheneinheit zur Berechnung der Reifen-Quetschung oder -Verformung aufgrund der von der Verarbeitungseinheit erzielten Aussenkontur;

- und eine Anzeigeeinheit zur Angabe ob, unter Berücksichtigung der berechneten Verformug, korrekte Luftdruckbedingungen des Reifens vorliegen.

Zu bemerken ist, dass bei der Verwendung, wie oben

angegeben, einer Digitalkamera zur Registrierung der Daten an dem Rad, eine unter 0,5 mm hohe Genauigkeit für eine niedrige Investition ohne weiteres erzielbar ist (übrigens sind höhere Genauigkeiten denkbar).

Eine weitere von der Erfindung ebenfalls zu lösende Aufgabe betrifft die praktische Anwendung der Messungen in Verbindung mit der Vielfalt der bestehenden Reifentypen und der dem Fahrzeugbenutzer zu liefernden Informationen, dem hauptsächlich mitzuteilen ist,.ob er sich in einer gefährlichen Lage befindet oder nicht.

Die erfindungsgemässe Lösung besteht in der Ausrüstung der bereits vorgestellten Vorrichtung mit:

- einer Speichereinheit zum Speichern von Daten (eigentlich von den Reifenhersteller mitgeteilt) bezüglich einer zulässigen Verformungsschwelle,

- und einer Komparatoreinheit zum Vergleichen der berechneten Reifenverformung mit dieser Schwelle und Übertragen des Vergleichergebnisses an die Anzeigeeinheit zwecks Angabe, ob normale Luftdruckbedingungen eingehalten sind oder nicht.

Zur Optimierung der Prüfungsgenauigkeit, insbesondere beim Kontrollieren der Lastkraftwagen oder der Fahrzeuge mit Anhänger befürwortet ein anderes Merkmal der Erfindung den Einsatz mehrerer Kameras, die geeignet sind, digitalisierte

Bilder je Gruppe von mindestens zwei Reifen zur paarweisen Kontrolle zu registrieren.

Somit kann die Auswuchtung der Reifenzüge geprüft werden.
Weiterhin ist zu bemerken, dass die Erfindung sich ebenfalls bemühte, die praktischen Einsatzbedingungen der Vorrichtung vor Ort ebenfalls zu bestimmen.
Somit wird folgender Einsatz empfohlen:

- Mittel zur Erkennung der Anwesenheit eines Fahrzeugs in einer bestimmten Zone, auf welche die Kamera(s) gerichtet ist (sind), - und Steuerungsmittel zur Aufnahme der für die Kontrolle nützlichen Bilder.

Und ebenfalls zur Optimierung dieser praktischen Einsatzbedingungen in unterschiedlichen Umfeldarten wird vorgeschlagen, der bereits vorgestellten Vorrichtung Beleuchtungsmittel des bzw. der Reifen für die entsprechend aufzunehmenden Bilder zuzuordnen, wobei diese Beleuchtungsmittel mindestens eine wesentlich gegenüber der Flanke des in Betracht kommenden Reifens angeordnete Infrarotlampe umfassen.

Somit sind Kontrollen nachts, oder zum Beispiel bei Nebelwetter, durchführbar.

Und zur Vervollständigung der bereits angegebenen Massnahmen kann es sinnvoll sein, ein optisches Pyrometer zur stets mechanisch kontaktlosen Kontrolle der Temperatur an dem Reifen oder an dem betreffenden Rad beizufügen.

Im nachfolgenden wird die Erfindung mit Hilfe der auf den Zeichnungen aufgeführten uneingeschränkten Beispiele ausführlich beschrieben, auf denen:

- die Abbildung 1 eine allgemeine schematische Ansicht der erfindungsgemässen Kontrollvorrichtung ist,

- die Abbildung 2 eine Luftreifen-Verformungskurve entsprechend des internen"Reifendruckes zeigt,

- die Abbildung 3 die Vorrichtung der Abb. 1 ausführlich zeigt,

- die Abbildung 4 das zur Angabe der gesuchten Reifendruckdaten von dem Algorithmus zu berücksichtigende schematisch darstellt,

- die Abbildung 5 eine Ausführungsvariante der auf der Abb. 1 dargestellten Vorrichtung zeigt.

Die auf der Abbildung 1 dargestellte als Einheit 1 bezeichnete Kontrollvorrichtung umfasst eine Matrix-Videokamera '¹CCD" 3 (Charged Coupled Device) mit einem geeigneten Objektiv, das in einer bestimmten Entfernung d. ein Rad 5 eines Fahrzeugs optisch anvisiert und die Mindestgrösse der physikalischen Einheiten der Aufnahmebilder in Pixel umwandelt.

Jedes mittels der Aufnahmekamera 3 erfasste Bild des Rades 5 wird in einem Rechner 7 gespeichert. Eine nachstehend beschriebene spezifische Software verarbeitet den Messwert von jedem Pixel des Aufnahmebildes, wobei das digitaliserte Bild an eine Bildverarbeitungskarte mit einem in dem Rechner 7 eingebauten Prozessor übertragen wird.

Erfindungsgemäss wird die Verformung des Luftreifens 5 mit dem Computer 7 berechnet, d.h. die durch das Fahrzeuggewicht oder den Druckverlust bewirkte Durchmesserschwankung des durch die Kamera 3 anvisierten Rades, oder geometrisch ausgedrückt, den Unterschied der Felgen/Rad Radiusmessung zwischen einem Kontaktbereich mit dem Boden und einer abseits dieser Kontaktfläche gelegenen Zone in Prozenten.

Selbstverständlich kann eine Berechnung der DurchmesserSchwankung diejenige der RadiusSchwankung ersetzen. Eine andere Variante kann auch in der Berechnung der Reifen-

Dickenschwankung zwischen dem Auflagebereich und einer abseits gelegenen Zone bestehen (z.B. in halber Höhe). Im nachfolgenden wird jedoch die Hypothese einer Radiiberechnung festgehalten.

Auf der Abbildung 2 kann man die Entwicklung einer Luftreifen-Verformung entsprechend des internen Luftdruckes verfolgen (hier ein Luftreifen in der Abmessung 185/70).

Auf der Abbildung 3 ist die gesamte Kontrollvorrichtung I₇ insbesondere die aus dem Computer 7 bestehende Verarbeitungseinheit im einzelnen dargestellt.

Somit kann man feststellen, dass die Digitalkamera 3, in diesem Fall Monochrom, die Aufnahmebilder (hier schwarz/weiss) als Analogsignal an eine Bildverarbeitungskarte 9 weitergibt, die das Signal digitalisieren und zu dessen Verarbeitung abspeichern wird. Die Digitalbildkarte 9 oder Grafikkarte ist eine in den Busstecker der Zentraleinheit 7a eines Computers eingesteckte Einschubkarte. Diese an sich bekannte Karte umfasst üblicherweise einen integrierten Mikroprozessor (zum Beispiel vom Typ TMS 34010). einen Bildspeicher und einen Systemspeicher. Eine derartige Karte erlaubt zusätzlich eine direkte Einspeisung einer oder mehrerer Videokameras sowie die Steuerung von deren elektronischen Funktionen. Insbesondere können vier Video-Eingänge mit Multiplex, Schwellendefinition und binärer Umsetzung sowie mit dynamischer Korrektur im Echtzeitverfahren während der Registrierung (dank der "LUT" Einheit: "LOOK UP TABLE" vorgesehen werden.

Einer derartigen Karte 9 ist eine den auszuführenden Kontrollvorgang spezifische Software zugeordnet. Diese Software umfasst insbesondere ein geeignetes Programm zur Fehlersuche (d.h. von Schwankungen) gegenüber einer durch die Matrix-Kamera 3 aufgenommenen Form oder Graubereich sowie ein Programm zur genauen Messung von statischen oder beweglichen Objekten oder zur genauen Analyse der Videobilder eines Gegenstandes (hier soll selbstverständlich der Innendruck eines oder mehrerer Luftreifen kontrolliert werden).

Ebenso ist zu bemerken, dass die zusammen mit den beiden oben genannten Programme eingesetzte Verarbeitungssoftware zur Lösung der Sichtanwendungsprobleme ausgelegt wurde. Es handelt sich um ein kompl. Werkzeug, das gleichzeitig die Steuerung für das Bildaufnahmematerial und die Verarbeitung der erfassten Bilder kombiniert. Diese Software enthält die über ein "GSP" Programm · (Graphic System Processor) abrufbare Bildverarbeitungsbibliotheken. Insbesondere kann es sich um die "ESOPE" Software (EUROCARD SYSTEMS OPERATING AND PROGRAMMING ENVIRONMENT) von der Firma "EURESYS" handeln, wobei deren Informatikumfeld die Bildung geeigneter Messalgorithmen zum automatischen Ablesen des Luftdruckes der Reifen und zur Auslösung einer Alarmschwelle bei der Bildaufnahme gestattet.

Bei jedem abgespeicherten Bild eines Rades ist es erforderlich, die chromatische Tönung desselben zu verwalten (hier die Graustrufe von jedem "Pixel").

Im vorliegenden Fall, in dem die Luftreifen-Verformung auf dem Boden gegenüber dessen "unbelasteten" Radius kontrolliert wird, wird auf eine der Funktionen der vorgenannten Software "ESOPE" zurückgegriffen, die zur Messung des Radkreises geeignet und ausgelegt ist, dessen Bild erfasst und dessen Reifenränder (insbesondere der Aussenrand) durch Filtern in einer Einheit 12 des Rechners 7 extrahiert wurden. Eine solche Einheit führt diese Filtrierung mit Hilfe einer (an sich bekannten) spezifischen Software vom Typ SÖBEL oder PREWITT aus: ausgehend von einem Bezugspixel definiert die Software in unmittelbarer Nähe desselben eine Menge anderer Pixel (kernel), deren Kontrast oder "Farbe" hervorgehoben wird (hier auf die Graustrufen) um die durch das Bild erfasste Reifenkontur abzuheben; es handelt sich um die Methode zur Bestimmung einer Kontur.

Somit wird das Messalgorithmus" wie folgt arbeiten: Zuerst wird es das Aufnahmebild der Kamera 3 erfassen.

Danach wird es die Reifenkorvtur in einem auf dem Boden

nicht aufliegenden Bereich suchen, zum Beispiel im Oberteilbereich, und dies über einen Unsicherheitsbereich ¹¹I₁" (siehe Abbildung 4). Zu bemerken ist, dass in diesem Bereich "I₁" vier typische Pixel ausreichen, um vier Punkte der Konturkurve beiderseits der Senkrechtachse des betreffenden Rades zur " ''Wiederherstellung'' der Windung dieses Reifenoberteils in dem Rechner 7 darzustellen. Dieser Fall kann zum Beispiel auftreten, wenn eine Karrosserie das Radoberteil verdeckt.

Nach der Bestimmung dieser örtlichen Kontur wird die Recheneinheit 13 den Radius Rl des Rades an dieser Stelle berechnen.

Ebenfalls erfolgt die Suche nach der Kontur eines Reifenunterteils an der Kontaktstelle mit dem Boden, und dies über einem anderen Unsicherheitsbereich " i₂" .

Nach der Bestimmung der Reifenkontur in diesem Bereich wird der Radius R2 weiterhin in der Einheit 13 berechnet.

Je nach einem Koeffizienten '' k", welcher der Alarmschweille eines Luftdruckfehlers entspricht und dessen Wert sehr wahrscheinlich in dem Speicher 11 abgelegt wurde, wird dann die Recheneinheit 13 die Berechnung des Verformungsprozentsatzes E ausführen, d.h.:

E = k &khgr; R2/R1 &khgr; 100

Vorzugsweise liegt der Koeffizient k. zwischen 0,25 und 0,5. Es wird empfohlen die Alarmschwelle bei ca. 80 bis 85% des normalen mittleren Innendruckes einzustellen, auch wenn selbstverständlich die Verantwortung für die Wahl beim Anwender liegt.

Der digitalisierte Wert dieser Prozentsatzschwelle (vorher in dem Speicher 11 abgelegt) wird dann mit dem Rechnungswert E. durch die Kompartoreinheit 14 des Rechners (Abbildung 3) verglichen.

Zur Information des Fahrzeugfahrers über den Innendruckzustand seiner Reifen überträgt dann der Computer das Ergebnis der durchgeführten Verformungsberechnung an eine Anzeigeeinheit 15.

Insbesondere kann man sich vorstellen, dass eine grüne Lampe aufleuchtet, wenn die Messungen innen in der Toleranzschwelle liegen, wogegen die Anzeige auf rot übergeht, wenn das Ergebnis über diese Schwelle hinausgeht.

Der Fahrer kann sogar an der Anzeige das Messergebnis, zum Beispiel durch Blinken einer Mitteilung "OK" oder "Gefahr" auf einer Tafel, zum Beispiel mit einer Flüssigkeitskristallanzeige, die vorzugsweise die verschiedenen Räder oder Räderpaare von seinem Fahrzeug darstellt, ablesen.

Selbstverständlich kann mehr als eine Digitalkamera vorgesehen werden.

Somit zeigt die Abbildung 5 vier Kameras (3a, 3b, 3c, 3d), d.h. je eine pro Rad, da es sich um ein Vierrad-Fahrzeug handelt.

Kommen mehrere Kameras zum Einsatz, so ist vorstellbar, dass das Messalgorithmus den Innendruck der Luftreifen bei der Erkennung der Aufnahmebilder derselben paarweise vergleicht, und dies mittels der Rechen- 13 und Komparator-Einheiten 14 in Verbindung mit der Speichereinheit 11, um dem Fahrer des Fahrzeugs 19 auf der Sichttafel 15 anzuzeigen ob, z.B. seine beiden Hinter- einerseits und Voderreifen anderseits einen vergleichbaren Innendruck bei einer Toleranz von z.B. 5 bis 10% aufweisen. Zur weiteren Mitteilung an den Autofahrer, ob der Mindestinnendruck erreicht ist oder nicht, kann der niedrigste Innendruck berücksichtigt werden, wobei Lichtsignale auf der Anzeigetafel 15 ihn diesbezüglich durch unterschiedliche Lichtfarben unterrichten können.

Sowohl die Anlage der Abbildung 1 als auch diejenige der Abbildung 5 können selbstverständlich insbesondere die Gebührenstellen der Autobahnen oder deren Zufahrtstrassen

ausrüsten. Die Bildaufnahme kann dann bei dem kurzen Fahrzeugaufenthalt an der Gebührenkassierstelle erfolgen.

Ist eine paarweise Kontrolle vorgesehen, so kann eine in dem Boden eingelassene, auf der Abbildung 5 bei 20 schematisierte Erkennungsschleife über die Steuerungseinheit des Rechners 7 beim Befahren einfach aktiviert werden.

Für optimale Betriebsbedingungen zur Beseitigung der Nacht- und Tagessichteffekte, ist es weiterhin möglich den Videokameras ein oder mehrere Infrarotlampen 21 beizufügen, die an der Fahrzeugseite, im wesentlichen gegenüber der Aussenflanke deren Reifen angeordnet sind. Um eine Blendung der umgebenden Personen zu vermeiden und die Diskretion des Systems zu gewährleisten, wird der Einbau von optischen Filter auf diesen Lampen empfohlen {mit einer Wellenlänge, vorzugsweise von ca. 800 bis 850 nm). Weiterhin kann dem gesamten Leuchtsystem zu dessen Automatisierung ein Dämmerungsschalter zugeordnet werden.

Ebenfalls wird darauf hingewiesen, dass die erfindungsgemässe Vorrichtung eine Fahrzeugkontrolle sowohl bei Stillstand als auch beim Fahren ermöglicht.

Somit ist insbesondere vorstellbar, die Durchgänge der "Ferngebührenregistrierung", d.h. die Durchgänge, in denen die Fahrzeuge langsam fahren, jedoch nicht anhalten, mit .einer derartigen Vorrichtung auszurüsten.

Die Bilder des Fahrzeugs müssen dann flugartig aufgenommen werden.

Die eingesetzten ''CCD'' Kameras werden dann eine asynchrone Instantauslösung (kleiner als eine Mikrosekunde) aufweisen, die über einen automatischen, ausserhalb der bereits genannten Erkennungsschleife angeordneten Auslöser 22 betätigt wird, um den Kameraverschluss, zum Beispiel mit einer fünfzig hundertstel und einer zehn tausendstel Sekunde (z.B. Kamera MICAM VHR 2000) fernzusteuern.

Ebenfalls ist es absolut vostellbar der bereits vorgestellten Kontrollvorrichtung ein Ablesemittel der Reifentemperatur zur Bestätigung des evtl. ungenügenden Luftdruckes zuzuordnen.

Um den Erfordernissen der Effizienz, der Zuverlässigkeit und des praktischen Einsatzes gemäss der Erfindung zu genügen, ist das empfohlene Lesemittel ein Pyrometer 23, welches auf der Seite gegenüber der Flanke und im Abstand von dem zu kontrollierenden Reifen angeordnet wird, wobei dieses bzw. jedes Pyrometer selbstverständlich an die bereits vorgestellte Kontrollvorrichtung angeschlossen wird.

Ein derartiges optisches Pyrometer integriert ein Objektiv, das ein Bild des zu kontrollierenden Objektes in der Ebene einer Blende bildet, mit einem dahinter angeordneten Detektor, der die empfangene Leuchtdichte in ein messbares elektrisches Signal umwandelt. Mit einem zwischen dem Objektiv und der Blende angeordneten Filter kann weiterhin das von dem Detektor zugelassene Wellenlängenband gewählt werden. Zu bemerken ist, dass zur Angabe der wirklichen Reifentemperatur eine Korrektur der durchgeführten Messung vorzunehmen ist. Diese Korrecktur kann entweder über eine intergrierte Einstellvorrichtung der Strahlungsenergie, oder durch Berechnung in der Einheit 13 oder weiterhin mit Hilfe der in dem Speicher abgelegten Tabellen erfolgen. Zur Durchführung dieser Korrekturen ist der Strahlungsenergiefaktor nützlich, der hier gleich 1 ist.

Claims

,· : li ANSPRÜCHE

1. Vorrichtung zur Kontrolle mindestens eines auf einer Auflage, wie der Boden, aufliegenden Rad-Reifens, bestehend aus:

- einer kontaktlosen Fernerfassungseinheit der Daten dieses Rades, wobei diese Erfassungseinheit eine Digitalkamera 3; 3a, 3b ... 3d) und eine Bilderfassungskarte (9) zur Aufnahme eines Digitalbildes von diesem Rad umfasst,

- einer Einhait (9, 12) zum Abtasten dieses Digitalbildes, um die Daten bezüglich mindestens der Reifenaussenkontur zu extrahieren,

- einer Recheneinheit (13) zur Berechnung der Reifenverformung ausgehend von dieser von der Verarbeitungseinheit erzielten Aussenkontur,

und einer Anzeigeeinheit (15) zur Angabe, ob die Luftdruckbedingungen des Reifens in Anbetracht der berechneten Verformung korrekt sind oder"nicht.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass sie weiterhin umfasst:

- eine Speichereinheit (11) zum Abspeichern der Daten einer zulässigen Verformungsschwelle,

und eine Komparatoreinheit (14) zum Vergleichen, der berechneten Reifenverformung mit dieser zulässigen Schwelle.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass sie mehrere Digitalkameras (3a, 3b, 3c, 3d) umfasst, die geeignet sind Digitalbilder pro Gruppe von mindestens zwei Reifen zur paarweisen Kontrolle aufzunehmen.

4. Vorrichtung nach irgendeinem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sie zusätzlich Mittel (20) zur Ermittlung der Anwesenheit eines Fahrzeugs in einer bestimmten Zone aufweist, auf welche die Kamera(s) gerichtet ist (sind).

5. Vorrichtung nach irgendeinem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sie zudem Mittel (21) zur

Beleuchtung des betreffenden Reifens umfasst, dessen Bild aufzunehmen ist, wobei diese Beleuchtungsmittel mindestens eine Infrarotlampe aufweisen.

6. Vorrichtung nach irgendeinem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sie weiterhin ein optisches Pyrometer (23) zur Temperaturkontrolle des (der) Reifen umfasst.