DE4300677A1

DE4300677A1 - Monitoring air pressure in tyres and loading wt. on vehicle

Info

Publication number: DE4300677A1
Application number: DE19934300677
Authority: DE
Inventors: Hans Dr Kolb
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1993-01-13
Filing date: 1993-01-13
Publication date: 1994-07-14

Abstract

In the air pressure monitoring method, a time signal is respectively transformed sectionally into a frequency spectrum. From this spectrum, the harmonic frequency of the bodywork considered as a rigid entity and that of the axles also considered as rigid, is determined.The wt. of the vehicle loading is determined from the harmonic frequency of the bodywork. This is compared with a stored max. value. A corresp. indication then results in the field of vision of the driver or an alarm signal is activated. If the determined value of the loading wt. exceeds the max. value more than a specified tolerance value.

Description

Vor allem Nutzfahrzeuge wie Omnibusse und Lastkraftwagen werden unter rein betriebswirtschaftlichen Aspekten eingesetzt. Die pro gefahrene Strecke für das Fahrzeug entstehenden Kosten müssen für einen Betreiber so niedrig wie möglich gehalten werden, damit ein Einsatz des Fahrzeugs rentabel möglich ist.Especially commercial vehicles such as buses and trucks used from a purely business perspective. The pro distance traveled must incur costs for the vehicle be kept as low as possible for an operator, so that the vehicle can be used profitably.

Zu diesen Kosten gehören auch die Aufwendungen für die Unterhal tung der Bereifung des Fahrzeugs bzw. deren Neubeschaffung. Unter den vorgenannten Überlegungen ist es für jeden wirtschaft lich denkenden Unternehmer erstrebenswert, die Standzeit für die Bereifung eines Fahrzeugs unter Einhaltung der vorgegebenen Randbedingungen für die Betriebssicherheit und der gesetzlichen Vorschriften bis an die Grenze des Möglichen zu erhöhen.These costs also include maintenance costs the tires of the vehicle or their new acquisition. Under the above considerations, it is for every economy The entrepreneur who thinks is worth striving for Tires of a vehicle in compliance with the specified Boundary conditions for operational safety and legal To increase regulations to the limit of what is possible.

Dies ist aber bekanntermaßen nur möglich, wenn während der ge samten Nutzungsdauer des Reifens der Luftdruck im Reifen auf dem optimalen Wert gehalten werden kann. Abweichungen von diesem optimalen Luftdruck bedeuten zumindest deutlich erhöhten Ver schleiß der Profilfläche des Reifens. Weicht der Luftdruck all zusehr von den Optimalwerten ab, so kann dies ein Heißlaufen des Reifens mit drastisch verstärktem Abrieb der Gummifläche bedeu ten, wobei in Extremfällen eine so starke Erwärmung des Reifen körpers auftraten kann, daß dieser sich durch diese Eigenerwär mung entzündet und danach wertlos ist. In diesen Fällen, die immer wieder vorkommen, besteht darüber hinaus die Gefahr, daß in Folge das Fahrzeug Feuer fängt und ausbrennt. Zu den oben benannten Effekten ergibt sich natürlich eine unter Umständen erhebliche Beeinträchtigung der Fahrsicherheit eines Fahrzeugs, wenn die montierten Reifen verschiedenen Druck aufweisen bzw. der Luftdruck insgesamt zu niedrig ist.As is known, this is only possible if during the ge the entire service life of the tire the air pressure in the tire on the optimal value can be maintained. Deviations from this optimal air pressure means at least significantly increased Ver wear of the tread surface. Does the air pressure give way all too far from the optimal values, this can cause the Tire with drastically increased abrasion of the rubber surface ten, in extreme cases such a strong warming of the tire body can occur that this self-heating inflammation and then worthless. In these cases, the occur again and again, there is also the risk that as a result the vehicle catches fire and burns out. To the above of course, there may be a named effect significant impairment of the driving safety of a vehicle, if the mounted tires have different pressures or the overall air pressure is too low.

Die Vermeidung aller dieser benannten Fakten ist nur möglich, wenn der Druck in den Rädern eines Fahrzeugs während des Be triebs ständig überwacht werden kann und, falls sich Abweichun gen von den Sollwerten ergeben, die nicht mehr innerhalb der Toleranzgrenzen liegen, dem Fahrer über eine geeignete Einrich tung im Fahrerhaus diese Abweichungen unverzüglich in nicht zu übersehender Form mitgeteilt werden. Avoiding all of these facts is only possible if the pressure in the wheels of a vehicle during loading drive can be constantly monitored and, if there are deviations result from the setpoints that are no longer within the Tolerance limits lie to the driver via a suitable device In the cab, these deviations are not immediately accepted overlooked form.

State of the art

Zur Lösung dieses Problems sind in der Vergangenheit verschiede ne Ansätze gemacht worden, die letztlich zu einsetzbaren Überwachungsgeräten geführt haben.Various solutions have been used in the past to solve this problem ne approaches have been made that ultimately become usable monitoring devices have led.

Bekannt ist eine Lösung, die darin besteht, auf das Ventil eines jeden am Fahrzeug befindlichen Rades ein im wesentlichen mechanisch wirkendes, einfaches Meßgerät für den Druck aufzuset zen. Diese Meßvorrichtungen müssen dann vom Fahrer bei Stop′s abgelesen und die ermittelten Meßwerte untereinander verglichen werden.A solution is known that consists of the valve of each wheel on the vehicle is essentially one mechanically acting, simple measuring device for pressure Zen. These measuring devices must then by the driver at stop's read and compared the measured values determined become.

Der Nachteil dieses Verfahrens ist der, daß während des Betriebs keine Messung erfolgen kann und demzufolge Änderungen des Rei fendrucks erst beim nächsten Halt ermittelt werden können.The disadvantage of this method is that during operation no measurement can be made and consequently changes in the Rei pressure can only be determined at the next stop.

Ein zweites, bekanntes Verfahren besteht darin, daß in den Rei fen bei dessen Montage ein aktiver, elektronischer Drucksensor eingesetzt wird, der sich über einen einfachen Generator die zu seinem Betrieb erforderliche elektrische Energie durch die Rota tion des Rades selbst erzeugt und dann die gemessenen Druckwerte über eine Funkstrecke zu einem zentral am Fahrzeug angeordneten Empfänger weitergibt, von wo aus die weitere Verarbeitung und Überwachung der laufend gemessenen Druckwerte erfolgt.A second, known method is that in the Rei When installing it, an active, electronic pressure sensor is used, which is via a simple generator electrical energy required for its operation by the Rota tion of the wheel itself and then the measured pressure values over a radio link to a centrally located on the vehicle Where the further processing and The continuously measured pressure values are monitored.

Dieses Verfahren ist aus mehreren Gründen sehr aufwendig:This process is very complex for several reasons:

- The sensory must already be when mounting the tire Element can be used. Gotta check it out be replaced, is the disassembly of the entire Tire on the vehicle necessary.
- To transfer the data to a central control unit a radio link is necessary in any case is technically vulnerable on the one hand and on the other hand to Bela environmental protection through the well-known "wave salad" wearing.
- by the abrasion of the electrically conductive rubber compound in the Inside the tire can affect the sensor or a falsification of the sensor data occur.

Eine wesentliche Vereinfachung der Meßmethode bei mindestens gleicher Leistungsfähigkeit wäre also in jedem Falle wünschens wert.A significant simplification of the measuring method at least equal performance would be desirable in any case value.

Diese Aufgabe soll durch das hier vorzustellende, erfindungs gemäße Verfahren so gelöst werden, daß am Fahrzeug selbst mög lichst keine Veränderungen notwendig werden, insbesondere aber im Reifen oder direkt an den Reifen keine zusätzlichen Teile installiert werden müssen, die der Drucküberwachung dienen. Andererseits aber arbeitet das erfindungsgemäße Verfahren so, daß während der Fahrt der Reifendruck ständig überwacht und beim Fahrer eine Alarmmeldung ausgelöst wird, sofern sich nicht mehr zu tolerierende Abweichungen von einem Solldruck ergeben.This task is intended by the invention to be presented here appropriate procedures are solved so that possible on the vehicle itself As far as possible no changes are necessary, but in particular no additional parts in the tire or directly on the tire must be installed, which are used for pressure monitoring. On the other hand, the method according to the invention works in such a way that the tire pressure is constantly monitored while driving and when Driver an alarm message is triggered if there is no more deviations from a target pressure to be tolerated.

Außerdem soll es durch Anwendung des erfindungsgemäßen Verfah rens möglich werden, über die Druckmessung in den Rädern hinaus ohne weitere Meßmittel an weitere Informationen über den Status des Fahrzeugs zu gelangen.In addition, it is said to apply the inventive method rens become possible, beyond the pressure measurement in the wheels without further measuring equipment to further information about the status of the vehicle.

General consideration of one on a street moving vehicle

Ein Fahrzeug ist, physikalisch gesehen, ein ziemlich komplizier tes Gebilde. Die Reifen des Fahrzeugs rollen mit veränderlicher Geschwindigkeit über eine keineswegs ebene Straßenoberfläche. Grobe Stöße, von Unebenheiten in der Straßenoberfläche ausge löst, werden bereits von den Reifen abgefangen, bevor diese über die elastische Ankopplung der Achse in gedämpfter Form auf den Achskörper mit Felge übertragen werden. Der Grund für diese elastische Ankopplung ist das Vorhandensein von Luft mit Über druck im Reifen selbst.From a physical point of view, a vehicle is quite a complicated one th structure. The tires of the vehicle roll with variable Speed over a road surface that is by no means flat. Rough bumps caused by bumps in the road surface will be caught by the tires before they over the elastic coupling of the axle in a damped form on the Axle beam with rim are transferred. The reason for this elastic coupling is the presence of air with excess pressure in the tire itself.

Über die Federung zwischen Achse und Karosserie, die zu Teilen elastisch (Blattfeder, Federbalg), zu anderen Teilen unelastisch wirkt (Stoßdämpfer) wird ein Teil der ursprünglichen Stoßenergie auf die Karosserie übertragen und diese zu gedämpften Schwingun gen angeregt.About the suspension between the axle and body, which parts elastic (leaf spring, bellows), other parts inelastic acts (shock absorber) becomes part of the original shock energy transferred to the body and this to dampened vibration excited.

Betrachtet man ein solches Fahrzeug analytisch, so besteht es aus mindestens zwei schwingungsfähigen Teilsystemen, die mitein ander gekoppelt sind. Es sind diesIf one looks at such a vehicle analytically, it exists from at least two vibrating subsystems that work together are coupled. They are

- The axle or stub axle with the rigid bearing on it paved wheels that are springy on the uneven road unroll and
- The body, which is partially elastically coupled to the axle rie that is exclusively about this partially elastic Coupling can be excited to vibrate.

Berücksichtigt man jetzt noch, daß sowohl die Achse mit Felge als auch die Karosserie wiederum elastische Körper sind, die von äußeren Krafteinwirkungen zu Eigenschwingungen verschiedenster Art angeregt werden können, so würde man zur Beschreibung des Gesamtsystems eine Anzahl komplizierter, gekoppelter Differenti algleichungen bekommen, deren Lösungen das zeitliche Verhalten beider beteiligten Teilsysteme vollständig wiedergeben würden. Eine Lösung dieses Systems gekoppelter Differentialgleichungen mit dem Ziel, hieraus die Parameter der beteiligten Schwingungen und letztlich hierüber z. B. den Druck in den verschiedenen Rei fen zu bestimmen, ist selbst mit der heute zur Verfügung stehen den Rechenleistung von in Fahrzeugen ortsfest einsetzbaren Rech nern in Echtzeit nicht möglich.Now take into account that both the axle with rim as well as the body in turn are elastic bodies made by external forces to natural vibrations of various Art can be stimulated, so one would describe the Overall system a number of complicated, coupled differenti get equations, their solutions the temporal behavior would completely reproduce both subsystems involved. A solution to this system of coupled differential equations with the aim of deriving the parameters of the vibrations involved and ultimately z. B. the pressure in the different rows to determine is even available today the computing power of racks that can be used in vehicles not possible in real time.

Eher eine Chance hätte man bei einem vereinfachten Modell, das z. B. einmal die Achse mit Felge und zum anderen die Karosserie als starre Gebilde betrachten würde, die aber elastisch bzw. teilweise elastisch aneinander gekoppelt sein müßten. Die Zeit funktionen der Schwingungen sind jedoch nur mühsam und zeitauf wendig handhabbar, weshalb hier ein anderes Verfahren der Be stimmung der Schwingungsparameter bevorzugt werden soll.You would have more of a chance with a simplified model that e.g. B. on the one hand the axle with rim and on the other hand the body would be regarded as rigid structures, but which are elastic or should be partially coupled together elastically. The time functions of the vibrations are, however, only tedious and time-consuming manoeuvrable, which is why another method of loading tuning of the vibration parameters should be preferred.

Consideration of the parameters of the developing Natural vibrations a) Axle beam / stub axle subsystem with rim and tire

Beim stehenden Fahrzeug wird dessen Gewicht anteilig über Vorder- und Hinterachse und die daran montierten, luftge füllten Reifen an die Straße weitergegeben. Im statischen Fall werden dabei die elastischen Reifen an der Auflage stelle gerade soweit eingedrückt, daß das Produkt aus Rei fendruck und Auflagefläche des jeweiligen Reifens über alle Reifen summiert, gerade gleich dem Gewicht des gesamten Fahrzeugs ist.When the vehicle is stationary, its weight is proportionately over Front and rear axles and the mounted, air filled tires passed on to the road. In static Fall will be the elastic tires on the pad place just so far pressed that the product from Rei tire pressure and contact area of the respective tire over all Tire summed up, just equal to the weight of the whole Vehicle.

Wird nun das Gewicht des Fahrzeugs durch Zuladung erhöht, wobei der Luftdruck in den Reifen näherungsweise unverän dert bleiben soll, so wird dieses zusätzliche Gewicht im wesentlichen durch ein weiteres "Eindrücken" der Reifen, d. h. durch die Erhöhung der Auflagefläche zwischen Reifen und Straße kompensiert.If the weight of the vehicle is increased by the load, the air pressure in the tires approximately unchanged should remain, this additional weight in the essentially by further "pressing in" the tires, d. H. by increasing the contact area between tires and road compensated.

Würde es einem jetzt (theoretisch) gelingen, direkt an der als starr gedachten Achse Schwingungen anzuregen, so würden sich Eigenfrequenzen der Achse ausbilden. Würde man sich dann die Karosserie wegdenken und diese in ihrer Wirkung durch eine entsprechend große, aber konstante Gewichtskraft auf die Achse ersetzen, so würde sich ergeben, daß die Eigenfrequenz der schwingenden, in sich starren Achse ein mal von deren Masse, zum anderen aber vom Luftdruck im Reifen abhängig sein würde.Would you succeed now (theoretically), directly at the to excite vibrations as a rigid axis natural frequencies of the axis form. Would you then think away the body and its effect due to a correspondingly large but constant weight replace on the axis, it would result that the Natural frequency of the oscillating, rigid axis sometimes from their mass, but secondly from the air pressure in the Tire would be dependent.

In grober Näherung giltIn a rough approximation

wobei p der Luftdruck im Inneren des Reifens und A die Auflagefläche des Reifens auf der Straße sein soll.where p is the air pressure inside the tire and A is the Surface of the tire should be on the road.

Festzuhalten ist an dieser Stelle, daß der Luftdruck im Reifen in die Eigenfrequenz der als starr betrachteten Achse des Fahrzeugs eingeht. Kennt man demnach diese Eigen frequenz bei einem bestimmten Luftdruck im Reifen, so kann durch eine Messung eben dieser Eigenfrequenz der im Reifen herrschende Druck über die oben angegebene Proportionalität bestimmt werden.It should be noted at this point that the air pressure in the Tire into the natural frequency of those considered rigid Axis of the vehicle arrives. So you know this own frequency at a certain air pressure in the tire, so by measuring this natural frequency in the tire prevailing pressure over the above proportionality be determined.

Die Amplitude dieser Eigenschwingung ist gedämpft, einmal durch das nichtelastische Verhalten des Reifens selbst, zum anderen dadurch, daß die angekoppelte Karosserie Schwin gungsenergie aufnimmt und diese damit der Achse entzieht. The amplitude of this natural vibration is damped, once due to the non-elastic behavior of the tire itself, for another in that the coupled body Schwin absorbs energy and thus withdraws it from the axis.

Diese Betrachtungen gehen zunächst von idealisierten Vorausset zungen aus. Die Wirklichkeit beim tatsächlichen Betrieb eines Fahrzeugs liegt aber nicht sehr weit entfernt.These considerations start with an idealized prerequisite tongues out. The reality of actually operating a However, the vehicle is not very far away.

Beim Abrollen eines Rades über einem unebenen Untergrund wird eine zeitabhängige Anregungsfunktion zunächst für den Reifen generiert, über die dann dieser mehr oder weniger elastische Reifen die Achse zu einer Vielzahl von Eigenschwingungen anregt. diejenige Eigenschwingung mit der tiefsten Frequenz und nicht verschwindend kleiner Intensität entspricht der einer starren Achse, die aufgrund des elastischen Verhaltens des luftgefüllten Reifens schwingt.
Die Frequenz dieser Eigenschwingung ist abhängig vom augen blicklichen Gewicht der auf der Achse "gelagerten" Karosse rie und von dem Luftdruck im Reifen.
Die Dämpfung dieser Eigenschwingung ist ebenfalls abhängig vom augenblicklichen Gewicht der auf der Achse "gelagerten" Karosserie.When a wheel rolls over an uneven surface, a time-dependent excitation function is first generated for the tire, via which this more or less elastic tire then excites the axle to a large number of natural vibrations. the natural vibration with the lowest frequency and not vanishingly low intensity corresponds to that of a rigid axis which vibrates due to the elastic behavior of the air-filled tire.
The frequency of this natural vibration depends on the instantaneous weight of the body "mounted" on the axle and on the air pressure in the tire.
The damping of this natural vibration is also dependent on the current weight of the body "mounted" on the axle.

Gelingt es daher, die Eigenfrequenz der hier auftretenden Schwingung und deren Dämpfung unabhängig voneinander zu messen bzw. zu bestimmen, können die ParameterTherefore, the natural frequency of those occurring here succeeds Measure vibration and its damping independently or determine the parameters

- tire air pressure and
- Weight of the body with a load can be clearly determined.

Die Schwierigkeit dabei ist, daß während des Abrollens des Rades auf dem Untergrund ständig eine zeitabhängige Anregungsfunktion auf dieses einwirkt und zur Messung der Dämpfung eine in be stimmten Zeitintervallen freie Schwingung ohne äußere Anregung notwendig wäre.The difficulty with this is that while the wheel is rolling a time-dependent excitation function on the surface acts on this and for measuring the damping one in be time intervals free vibration without external excitation would be necessary.

Diese Schwierigkeit kann dadurch umgangen werden, daß man zur Bestimmung der Dämpfung die Linienbreite der oben benannten Eigenschwingung der Achse heranzieht. Die Messung bzw. die Be stimmung der Frequenz dieser Eigenschwingung muß also mit der hierfür notwendigen Auflösung durchgeführt werden.This difficulty can be avoided by going to the Determination of the damping the line width of the above Natural vibration of the axis. The measurement or the loading The frequency of this natural oscillation must match the necessary resolution can be carried out.

Eine andere Möglichkeit, auf mehr indirektem Wege die Dämpfung im System zu messen, wäre die, aus der Summe bzw. dem Integral über die Intensitäten sämtlicher Linien im Frequenzspektrum die Anregungsfunktion im jeweils betrachteten Zeitintervall zu be stimmen und aus der gemessenen Schwingung des Systems die vor handene Dämpfung zu bestimmen. Hierzu müßte die Fouriertrans formation so angelegt werden, daß sie mit möglichst hoher Zeit auflösung arbeiten würde.Another way to dampen in a more indirect way To measure in the system would be the sum or the integral about the intensities of all lines in the frequency spectrum Excitation function in the time interval under consideration agree and from the measured vibration of the system to determine existing damping. To do this, the Fouriertrans formation should be created in such a way that it takes as long as possible resolution would work.

b) Body subsystem

Die Karosserie eines Fahrzeugs ist ebenfalls ein in sich schwin gungsfähiges Gebilde, auf dem sich bei entsprechender Anregung eine Vielzahl von Eigenfrequenzen ausbilden können.The body of a vehicle is also a swin in itself capable structure on which, with appropriate stimulation can train a large number of natural frequencies.

Im Zusammenhang mit der erfindungsgemäß zu lösenden Aufgabe ist aber zunächst diejenige Eigenfrequenz interessant, die sich aus der elastischen Kopplung der Karosserie zur Achse des Fahrzeugs ergibt.In connection with the problem to be solved according to the invention but first of all the natural frequency that is interesting the elastic coupling of the body to the axle of the vehicle results.

Diese Eigenfrequenz wird in erster Näherung ausschließlich durch die Eigenmasse der Karosserie und die "Federkonstanten" der Blatt- oder Luftfederung zwischen Karosserie und Fahrzeugachse bestimmt.In a first approximation, this natural frequency is determined exclusively by the dead weight of the body and the "spring constants" of the Leaf or air suspension between body and vehicle axle certainly.

Die hier angesprochene Eigenfrequenz liegt erfahrungsgemäß bei allen Fahrzeugen sehr tief und unterscheidet sich auf jeden Fall von der Eigenfrequenz der Achse, die im vorigen Abschnitt dis kutiert wurde; beide Eigenfrequenzen würden also als separate Linien in einem aufgenommenen Frequenzspektrum auftauchen.Experience has shown that the natural frequency mentioned here is included all vehicles very deep and definitely differs from the natural frequency of the axis, which dis was cut; both natural frequencies would therefore be separate Lines appear in a recorded frequency spectrum.

Geht man näherungsweise von einer gleichbleibenden "Federkon stanten" der Blatt- bzw. Luftfederung bei einem Fahrzeug aus, so ist die Eigenfrequenz, mit der Schwingungen der Karosserie als starres Gebilde gegenüber der Achse erfolgen nur von der Masse des Karosseriekörpers abhängig. Dieser Karosseriekörper besteht aus der Eigenmasse der Karosserie, die bekannt ist und i.a. konstant bleibt und der Masse der Ladung als zeitlich variabler Größe.If one approximates a constant "spring cone stanten "from the leaf or air suspension in a vehicle, so is the natural frequency with which the body vibrations as rigid structures with respect to the axis are made only by the mass depending on the body. This body body is made up from the weight of the body, which is known and i.a. remains constant and the mass of the load is more variable over time Size.

Aus diesen Betrachtungen ergibt sich, daß über die Messung der Eigenfrequenz, mit der die Karosserie gegen die Achse schwingt, (elastisches Element ist die Federung) bei bekannter Masse des Aufbaus, (der Karosserie) die augenblickliche Masse der Ladung bestimmbar ist.From these considerations it follows that the measurement of Natural frequency with which the body swings against the axle (elastic element is the suspension) with known mass of the Body, the instantaneous mass of the load is determinable.

Viewing the vehicle as an overall system

Das Gesamtsystem Fahrzeug besteht aus den beiden zuvor disku tierten TeilsystemenThe overall vehicle system consists of the two previously discussed subsystems

- Axle beam / stub axle subsystem with rim and tire and
- Body subsystem with cargo

die in erster Linie elastisch mit Dämpfung untereinander gekop pelt sind, wobei das erstere Teilsystem über das mehr oder weni ger elastische Rad wiederum mit der Abrollfläche (Straße) gekop pelt ist.which are primarily coupled elastically with damping to each other pelt are, the former subsystem over the more or less ger elastic wheel in turn coupled with the rolling surface (road) pelt is.

Physikalisch bedeutet dies, daß, solange in Näherung alle betei ligten elastischen Elemente als linear betrachtet werden können, nicht nur die Eigenfrequenzen der Teilsysteme selbst auftreten werden, sondern auch Summen bzw. Differenzen der Eigenfrequenzen dieser Teilsysteme. Physically, this means that as long as everyone is near elastic elements can be regarded as linear, not only the natural frequencies of the subsystems themselves occur but also sums or differences of the natural frequencies of these subsystems.

Wegen der sehr großen Masse der Karosserie im Vergleich zu der Masse der Achse wird die Karosserie von den Achsen nur relativ wenig Schwingungsenergie aufnehmen, der Ankopplungsgrad also relativ schlecht sein.Because of the very large mass of the body compared to the The axle mass only becomes relative to the axles absorb little vibration energy, so the degree of coupling be relatively bad.

Measurement of air pressure in the tires of one Vehicle and measurement of the weight of the load

Unter Heranziehung der oben dargelegten Fakten lassen sich der Luftdruck in den Reifen eines Fahrzeugs und dessen Beladungsgrad erfindungsgemäß indirekt über die Messung verschiedener, am Fahrzeug auftretender Frequenzen bestimmen.Using the facts set out above, the Air pressure in the tires of a vehicle and its degree of loading according to the invention indirectly via the measurement of various, am Determine vehicle frequencies.

Das erfindungsgemäße Verfahren kann demnach in verschiedenen Va rianten durchgeführt werden und eignet sich gleichermaßen für motorgetriebene wie für motorlose Fahrzeuge (Anhänger):The method according to the invention can accordingly in different Va can be carried out and is equally suitable for motor-driven as for motorless vehicles (trailers):

version 1

An den beiden Achsen eines Fahrzeugs und an der Karosserie in der Nähe der Achsen werden Beschleunigungs- bzw. Schwingungsauf nehmer installiert, über die auf elektronischem Wege die Schwin gungsbewegung an Achsen und an der Karosserie in ihrem zeitli chen Verlauf aufgenommen werden können. Dabei müssen diese Auf nehmer so gewählt werden, daß Schwingungen mit Periodendauern von 0,2 Sekunden bis ca. 50 ms sicher erfaßt werden können.On the two axles of a vehicle and on the body in Acceleration or vibrations occur in the vicinity of the axes installed via which the Schwin movement on axles and on the body in their timed Chen course can be recorded. This must be done on Participants are chosen so that vibrations with periods from 0.2 seconds to approx. 50 ms can be reliably detected.

Diese gemessenen, zeitlichen Verläufe der Schwingungen werden, am einfachsten über einen FFT-Algorithmus, jeweils in ein ent sprechendes Frequenzspektrum umgerechnet. Dies setzt voraus, daß Zeitintervalle gebildet und innerhalb dieser Zeitintervalle die Umsetzung des Zeitsignals in ein Frequenzspektrum vorgenommen wird.These measured, temporal profiles of the vibrations are easiest via an FFT algorithm, each in an ent talking frequency spectrum converted. This presupposes that Time intervals formed and within these time intervals the Converted the time signal into a frequency spectrum becomes.

Im Schwingungsspektrum, das an der Korosserie aufgenommen wurde, ist die Eigenfrequenz der Schwingung der Karosserie gegenüber der Achse enthalten. Da die Wechselwirkung zwischen Karosserie und Achse über die Federung aufgrund der Massenverhältnisse relativ schwach ausgebildet ist, ist die Frequenz dieser Eigen schwingung in guter Näherung ausschließlich durch die Masse (das Gewicht) der Karosserie gegeben. Wie oben dargestellt, läßt sich hieraus die Masse der Ladung bestimmen.In the vibration spectrum recorded on the body, is the natural frequency of the body vibration the axis included. Because the interaction between body and axle via the suspension due to the mass ratios is relatively weak, the frequency of this is Eigen vibration in good approximation exclusively through the mass (the Weight) of the body. As shown above, lets the mass of the load can be determined from this.

Die Zuordnung zwischen der Masse der Ladung und der zu messenden Eigenfrequenz ist einmal dadurch möglich, daß bei bekannter "Federkonstante" der Blatt- oder Luftbalgfederung das ganze Problem als elastische Schwingung behandelt und dann, aus Grün den der besseren Verarbeitbarkeit, die Zuordnung zwischen den beiden Größen über eine genügend fein aufgegliederte Tabelle vornimmt.The association between the mass of the load and the one to be measured Natural frequency is possible in that known "Spring constant" of the leaf or bellows suspension the whole Problem treated as elastic vibration and then, out of green the better processability, the assignment between the both sizes over a sufficiently detailed table makes.

Zum anderen könnte man so vorgehen, daß die Zuordnung zwischen den beiden Größen für den infrage kommenden Fahrzeugtyp vorab experimentell ermittelt und dann der gefundene Zusammenhang wiederum in einer Zuordnungstabelle abgelegt wird.On the other hand, one could proceed in such a way that the assignment between the two sizes for the vehicle type in question determined experimentally and then the connection found is again stored in an assignment table.

Eine dritte Möglichkeit wäre, den Sensor einschließlich der dazugehörenden Elektronik so auszugestalten, daß dieser "lernfä hig" wird. Konkret würde dies bedeuten, daß dem Sensor das au genblickliche Gewicht der Ladung und der derzeitige Druck in den Reifen etwa über eine einfache Tastatur eingegeben werden müßte; direkt im Anschluß daran müßte das Fahrzeug über eine nicht ganz glatte Fahrbahn bewegt werden. Der Sensor würde dann die sich aus dem gesamten, gemessenen Schwingungsspektrum ergebende Ei genfrequenz der Karosserie ermitteln. Diese Eigenfrequenz würde als "angelernter Basiswert" dauerhaft abgespeichert und für alle zu späteren Zeitpunkten gemessenen Eigenfrequenzen der Korosse rieschwingung würde zur Berechnung des Gewichtes der Ladung die ser Basiswert herangezogen.A third option would be to include the sensor associated electronics so that this "learn hig ". Specifically, this would mean that the sensor also current weight of the load and the current pressure in the Tires would have to be entered using a simple keyboard; immediately afterwards the vehicle would not have to be completely smooth road can be moved. The sensor would then look at itself egg resulting from the entire measured vibration spectrum Determine the counter frequency of the body. This natural frequency would permanently saved as a "learned base value" and for everyone Natural frequencies of the body measured at later times would vibrate to calculate the weight of the load this underlying.

Im Schwingungsspektrum, das an der Achse aufgenommen wurde, muß die Eigenfrequenz der Schwingung der Achse als starrer Körper enthalten sein. Eine exakte Bestimmung ist jetzt durch das be kannte Gewicht der Ladung möglich.In the vibration spectrum recorded on the axis must the natural frequency of the vibration of the axis as a rigid body be included. An exact determination is now by the be Known weight of the load possible.

Aus dieser Eigenfrequenz läßt sich der im Reifen herrschende Luftdruck bestimmen.The natural frequency prevailing in the tire can be determined from this natural frequency Determine air pressure.

Die Zuordnung zwischen Luftdruck im Reifen und Eigenfrequenz ist, genau wie oben, einmal dadurch möglich, daß man mit den bekannten Massen am Fahrzeug das ganze Problem näherungsweise als elastische Schwingung durchrechnet und dann die Zuordnung letztlich über eine Tabelle vornimmt, oder aber die Zuordnung ist vorab für den bestimmten Fahrzeugtyp experimentell ermittelt worden und wiederum in einer Zuordnungstabelle abgelegt. Schließlich ist die Zuordnung auch über die oben beschriebene Anlernprozedur möglich, sofern man das ganze Problem näherungs weise als linear behandelt.The association between tire pressure and natural frequency is possible, just like above, by using the known masses on the vehicle approximately the whole problem calculated as elastic vibration and then the assignment ultimately makes a table, or the assignment is experimentally determined in advance for the specific vehicle type been and again stored in an assignment table. Finally, the assignment is also as described above Learning procedure possible, provided that the whole problem is approximated wisely treated as linear.

Irgendwelche Kenntnis über den zeitlichen Verlauf der Anregungs funktion ist dabei nicht erforderlich, d. h. das Ganze ist anwend bar, völlig unabhängig vom Untergrund, auf dem die Räder des Fahrzeugs abrollen und unabhängig von der Geschwindigkeit des Fahrzeugs.Any knowledge of the timing of the suggestion function is not required, d. H. the whole is applicable bar, completely independent of the surface on which the wheels of the Roll off the vehicle and regardless of the speed of the Vehicle.

Die Steuerung der erforderlichen Sensorik und die Berechnung der Spektren aus den zeitlichen Verläufen der Schwingungsamplituden an den verschiedenen Stellen würde naheliegenderweise ein ent sprechend leistungsfähiger Mikrorechner, etwa ein Single-Chip- Rechner oder aber ein Signalprozessor übernehmen.The control of the required sensors and the calculation of the Spectra from the time course of the vibration amplitudes at the various points, an ent would be obvious extremely powerful microcomputer, such as a single-chip Take over computer or a signal processor.

Variant 2

Da die beiden vorab definierten Teilsysteme nämlichBecause the two predefined subsystems

- Axle body / stub axle with rim and tire and
- body with cargo

zumindest teilweise elastisch gekoppelt sind, sind die Eigen schwingungen des Achskörpers auch an der Karosserie dadurch meßbar, daß Summen- bzw. Differenzfrequenzen der verschiedenen Eigenfrequenzen auftreten.are at least partially elastically coupled vibrations of the axle body also on the body measurable that sum or difference frequencies of the different Natural frequencies occur.

Damit reicht es aus, zur Überwachung des Druckes in den Reifen und zur Überwachung der Ladung über Vorder- und Hinterachse an der Karosserie jeweils einen Schwingungssensor anzubringen und dessen Ausgangssignal, das den zeitlichen Verlauf der Schwin gungsamplituden an dieser Stelle wiedergibt, in ein Frequenz spektrum zu transferieren.This is enough to monitor the pressure in the tires and to monitor the load on the front and rear axles attach a vibration sensor to the body and its output signal, which shows the time course of the Schwin reproduced amplitudes at this point in a frequency spectrum to transfer.

In diesem Ausgangssignal finden sich die Frequenzanteile der Eigenschwingung der starren Achse und der Karosserie wieder und werden durch die Frequenztransformation in ein Frequenzspektrum umgerechnet. Auch in diesem Fall ist zwar die Intensität der Linien abhängig vom zeitlichen Verlauf der Anregung des Fahr zeugs durch sein Abrollen auf der Fahrbahn; die den Linien zu zuordnenden Frequenzen sind jedoch von der Anregungsfunktion völlig unbeeinflußt und sind, exakt wie bei Variante 1, dem Druck in den Reifen bzw. dem Gewicht der Ladung zuzuordnen.The frequency components of the are found in this output signal Natural vibration of the rigid axle and the body again and are transformed into a frequency spectrum by the frequency transformation converted. In this case too, the intensity is Lines depending on the timing of the driving excitation stuff by rolling on the road; the lines too assigning frequencies are, however, of the excitation function completely unaffected and are, exactly like in variant 1, the Allocate pressure in the tires or the weight of the load.

Die Zuordnung zwischen gemessener Frequenz der Eigenschwingung und dem Druck im Reifen geschieht genau auf dieselbe Art wie bei Variante 1; ebenso die Zuordnung zwischen Eigenfrequenz der Karosserieschwingung und der Masse (Gewicht) der Ladung.The assignment between the measured frequency of the natural vibration and the pressure in the tire happens in exactly the same way as with Version 1; likewise the assignment between the natural frequency of the Body vibration and the mass (weight) of the load.

Tritt jetzt bei nur einem Reifen ein Druckverlust ein, so wird die Intensität der Eigenschwingung der Achse geringer werden; gleichzeitig wird aber in der Umgebung der alten eine neue Linie auftreten, die der durch den Druckverlust geänderten Eigenfre quenz entspricht.If there is now a loss of pressure in only one tire, then the intensity of the natural vibration of the axis is reduced; at the same time, however, a new line is created in the area surrounding the old one occur that changes the Eigenfre quenz corresponds.

Ändert sich der Druck in einem Reifen nur geringfügig, so mani festiert sich dies zunächst durch eine Zunahme der Linienbreite der zuzuordnenden Eigenschwingung; erst bei zunehmender Druck abweichung vom Sollwert wird durch die dadurch bedingte, wach sende Frequenzabweichung der zugeordneten Linie eine separate, neue Linie im Frequenzspektrum erkennbar werden.If the pressure in a tire changes only slightly, mani this is initially confirmed by an increase in the line width the natural vibration to be assigned; only with increasing pressure Deviation from the setpoint is caused by the awake transmit a frequency deviation of the assigned line a separate, new line can be recognized in the frequency spectrum.

Variant 3

Der Druck im Reifen wird wesentlich dafür verantwortlich sein, bis zu welchen Frequenzgrenzen hin die Eigenschwingungen des Achssystems und der Karosserie angeregt werden.The pressure in the tire will be largely responsible up to which frequency limits the natural vibrations of the Axis system and the body are excited.

Ist der Druck in den Reifen hoch, so werden "harte" Stöße über tragen. Dies bedeutet, daß wesentlich hohe Frequenzen an der Anregung beteiligt sind und entsprechend hohe Eigenfrequenzen angeregt werden.If the pressure in the tires is high, "hard" shocks are over wear. This means that significantly high frequencies at the Are involved and correspondingly high natural frequencies be stimulated.

Ist der Druck in den Reifen niedrig, so werden nur "weiche" Stöße übertragen. Diese enthalten nur zu einem sehr viel kleine ren Anteil hohe Anregungsfrequenzen; die im höheren Frequenzbe reich zu messenden Frequenzlinien werden gegenüber dem ersteren Fall eine weitaus geringeren Intensitätsanteil haben. If the pressure in the tires is low, only "soft" Transmit shocks. These only contain a very small amount ren portion high excitation frequencies; those in the higher frequency range frequency lines to be measured become rich compared to the former Case have a much lower proportion of intensity.

Da auch der Verlauf des Untergrundes, auf dem die Räder abrol len, und die Fahrgeschwindigkeit einen wesentlichen Einfluß auf die Frage haben, in welchem Frequenzbereich Eigenfrequenzen angeregt werden, müßte, um auf diese Weise aussagefähige Messun gen durchführen zu könnenSince also the course of the surface on which the wheels roll len, and the driving speed have a significant impact have the question in which frequency range natural frequencies would have to be stimulated in order to make meaningful measurements to be able to perform

- A speed derived from the speedometer of the vehicle frequency signal are used and
- by taking measurements on a test vehicle beforehand of the same type assigning the over certain frequency areas integrated intensities of the occurring egg gene frequencies to the tire pressures known from the table his.

Da aber immer nur zeitlich gemittelte Werte gemessen werden können, ist es auf diese Art sehr schwierig wenn nicht unmög lich, einen langsam vor sich gehenden Druckverlust in einem der vier Reifen zu detektieren.However, since only time-averaged values are measured it is very difficult if not impossible in this way Lich, a slow pressure loss in one of the to detect four tires.

Der Vorzug ist also in jedem Falle der Variante 1 oder 2 zu geben.In any case, preference is given to variant 1 or 2 give.

Zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird vorge schlagen, eine Mikroprozessorschaltung mit entsprechender Peri pherie zu verwenden. Der Mikroprozessor muß einen der vorhande nen Schwingungs-Sensoren für ein bestimmtes Zeitintervall aktiv schalten und aus diesem die Zeitfunktion der Schwingungsamplitu de auslesen, digitalisieren und abspeichern. Für dieses Zeitin tervall muß dann, eventuell unter Anwendung einer Fensterfunk tion, eine Frequenztransformation - am einfachsten über einen FFT- Algorithmus - erfolgen.To carry out the inventive method is pre beat, a microprocessor circuit with appropriate Peri to use pheria. The microprocessor must be one of the existing ones vibration sensors active for a certain time interval switch and from this the time function of the vibration amplitude Read, digitize and save de. For this time tervall must then, possibly using a window radio tion, a frequency transformation - easiest via an FFT Algorithm - done.

Die nach den obigen Ausführungen relevanten Frequenzlinien müss en aufgesucht, über eine Zuordnungstabelle der zugehörige Rei fendruck bzw. das Gewicht der Ladung ermittelt und mit abgespei cherten Sollwerten verglichen werden.The frequency lines relevant according to the above statements must s visited, via an assignment table the associated Rei pressure or the weight of the load is determined and saved with setpoints are compared.

Die Messungen mit dem jeweiligen Sensor können in direkt anein ander anschließenden Zeitintervallen oder aber in Zeitinterval len, die durch Pausen voneinander getrennt sind, erfolgen. Hier durch würde es dann möglich, mit einem Prozessor im Zeitmulti plexverfahren mehrere Sensoren abzufragen.The measurements with the respective sensor can be directly in line at other subsequent time intervals or in time intervals len, which are separated from each other by breaks. Here through it would then be possible with a processor in the time multi plex procedure to query several sensors.

Bei Abweichungen, die einen vorgebbaren Toleranzbereich über steigen, müßte dann im Fahrerhaus bzw. am Armaturenbrett des infrage kommenden Fahrzeugs eine nicht überseh- bzw. überhörbare Alarmierung des Fahrers erfolgen.In the event of deviations that exceed a specifiable tolerance range should then climb in the cab or on the dashboard of the a vehicle that cannot be overlooked or ignored Alert the driver.

Claims

1. A method for measuring and monitoring the air pressure in the tires and the weight of the load of a vehicle, characterized in that one or more acceleration or vibration sensors record the time course of the vibrations of the body and axle perpendicular to the roadway when the vehicle is moving , this time signal is transformed section by section into a frequency spectrum and from this the natural frequency (s) of the body considered rigid and that of the axles considered rigid are determined.

2. The method according to 1, characterized in that from the Natural frequency of the body be the weight of the load true, compared with a stored maximum value and then a corresponding display in the driver's field of vision an alarm signal is triggered if the determined value of the load weight the maximum value by more exceeds a predeterminable tolerance value.

3. The method according to 1 and 2, characterized in that the Allocation between the weight of the load and the egg determined frequency via a table or a function follows that previously by trial and subsequent approximation invoice has been created and saved.

4. The method according to 1 and 2, characterized in that the Assignment between the weight of the load and a certain egg frequency occurs via a table or a polynomial that via a "teach-in procedure" carried out on the vehicle was averaged and saved.

5. The method according to 1 and 2, characterized in that the Weight of the load from the measured natural frequency and the Damping the free vibration of the body determined becomes.

6. The method according to 1 and 2 and 3 to 5, characterized characterizes that after determining the weight of the load the natural frequency of the axles the pressure in the tires of the Vehicle determines, displayed in the driver's field of vision, with compared to a stored setpoint and then on Alarm signal is triggered when the determined pressure value in a tire by more than a predeterminable tolerance value deviates from the stored setpoint.

7. The method according to 6, characterized in that the assignment between the specific natural frequency of the axis swing pressure and pressure in the tires via a table or a function takes place, which is previously tried and then approximate calculation.

8. The method according to 6, characterized in that the assignment between the specific natural frequency of the axis swing and the pressure in the tires via a table or a Polynomial is carried out by a previously moving vehicle predetermined "teach-in procedure" determined and stored with a fixed number of parameters before Implementation of the learning procedure for the system by separate Had to be announced.

9. The method according to one of the above points, thereby ge indicates that the natural frequency of the axis vibration after tire pressure in one of the above procedures is arranged without a variable weight of the Load of the vehicle is taken into account.

10. The method according to one of the aforementioned points, thereby ge indicates that in addition the width of the determined Frequency lines of the natural vibrations of the body or Axles to determine the pressure in the tires is attracted.

11. Device for performing the method according to one of the aforementioned points, characterized in that at least a vibration or acceleration sensor on the body or axis of the vehicle is fixed, the time function the vibration of the body and axles from a computer in consecutive periods in periodi repeated repetition, resulting in a frequency spectrum calculates the relevant natural frequencies of the body and axes and then the desired one Weight and the values of air pressure in the tires averaged and compared with the target values.

12. Device for performing the method according to one of the aforementioned points, characterized in that the end output signal of the tachometer is used to Ver drive to start or switch off when that Speedometer signal shows no movement of the vehicle.