DE4329591C2 - Vorrichtung zur Überwachung des Luftdrucks eines Reifens bei Kraftfahrzeugen - Google Patents
Vorrichtung zur Überwachung des Luftdrucks eines Reifens bei KraftfahrzeugenInfo
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Description
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Überwachung des Luftdrucks eines
Reifens bei Kraftfahrzeugen mit einem Sensor, der ein der Verformung des
Reifens entsprechendes Signal abgibt, und mit einer Auswerteeinheit, die
das Signal des Sensors erfasst.
Eine gattungsgemäße Vorrichtung ist aus der DE 30 16 337 C2 bekannt.
Dort wird zur Erkennung einer abnormen Verformung des Reifens eine
Schwellwertüberschreitung festgestellt und überprüft, ob in einer
vorgegebenen Zeitspanne eine bestimmte Anzahl von
Schwellwertüberschreitungen auftritt. Ähnlich wird beim Gegenstand der US 4,862,486
vorgegangen, bei der ein beliebiges Ausmaß einer Verformung an
einer bestimmten Stelle des Reifens überwacht wird, um lediglich die Anzahl
der auftretenden Verformungen zu überwachen.
Aus dem Artikel "Muskeln der Elektronik-Piezopower" von Jendritza u. a.
(Technische Rundschau Heft 41, 10/1992, S. 38 bis 44) geht ein Sensor
hervor, durch den starke Straßen-Unebenheiten gemeldet werden können.
Eine weitere Vorrichtung zur Überwachung des Reifenluftdrucks ist
beispielsweise aus der DE 39 16 176 A1 bekannt. Bei der bekannten
Vorrichtung ist als Auswerteeinheit ein Abstandsmessgerät an der Felge
eines Fahrzeugreifens befestigt. Dieses Abstandsmessgerät enthält einen
Sender zur Abgabe von Laserstrahlen auf die wie ein Diffusor-Reflektor
wirkende Reifeninnenseite des Laufstreifens des Reifens. Die von der
Reifeninnenseite reflektierten Laserstrahlen werden von einem Empfänger,
der hier als Sensor zur Abgabe eines der Verformung des Reifens
entsprechenden Signals wirkt, aufgenommen. Die Abweichung der
Richtungen der reflektierten Strahlungen voneinander werden als Messwert
für das Ausmaß der radialen Reifeneindrückung, die von dem Reifenluftdruck
abhängt, vom Abstandsmessgerät ausgewertet.
Aus der EP 0 197 813 B1 ist schließlich eine Vorrichtung zur Überwachung
des Luftdrucks eines Reifens bekannt, bei dem die Eindrückung des Reifens
aufgrund der Reflexion von ausgesendeten Schallwellen ermittelt wird.
Es ist Aufgabe der Erfindung, eine Vorrichtung zur Überwachung des
Luftdrucks eines Reifens bei Kraftfahrzeugen eingangs genannter Art so
weiterzuentwickeln, dass eine einfache aber genaue Auswertung der
Verformung des Reifens möglich ist.
Diese Aufgabe wird jeweils durch die kennzeichnenden Merkmale in den
nebengeordneten Ansprüchen 1 und 2 gelöst.
Hierbei wird ein Sensor, insbesondere ein Biege- bzw. Dehnungssensor, zur
Messung der Verformung eines Reifens bei einem Latschdurchlauf derart
ausgebildet, dass er einen dem Ausmaß dieser Verformung entsprechenden
elektrischen Impuls abgibt. Vorzugsweise wird die Verformung der
Reifenseitenwand bei einem Latschdurchlauf gemessen.
Die Auswertung eines elektrischen Impulses, z. B. durch Messung seiner
Amplitude, seiner Dauer oder der Frequenz, mit der dieser Impuls wiederholt
auftritt, erfordert einen geringen Aufwand in der Auswerteeinheit. Mit der
erfindungsgemäßen Vorrichtung wird demnach eine einfachere und
schnellere Erfassung der Verformung eines Reifens ermöglicht.
Gemäß Anspruch 1 wird vorgesehen, dass die Auswerteeinheit lediglich die
Höhe der Amplitude des elektrischen Impulses auswertet, um das Ausmaß
der Verformung zu ermitteln. Dies ist eine besonders einfache Möglichkeit
zur Ermittlung der Verformung des Reifens, wenn keine hohe
Genauigkeitsanforderung besteht. Beispielsweise wird hier der Einfluss der
Fahrzeuggeschwindigkeit auf die Verformung des Reifens vernachlässigt.
Gemäß Anspruch 2 wird vorgesehen, dass die Auswerteeinheit das
Verhältnis der Dauer des elektrischen Impulses zur Dauer einer
Radumdrehung ermittelt und aus diesem Verhältnis das Ausmaß der
Verformung bestimmt. Dies ist eine genauere Vorgehensweise, um die
Verformung des Reifens, beispielsweise auch in Abhängigkeit von der
Fahrzeuggeschwindigkeit, festzustellen.
Eine vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung ist der Gegenstand des
Patentanspruchs 3. Hierin wird vorgesehen, dass pro Radumdrehung nur ein
elektrischer Impuls abgegeben wird. Demnach muss lediglich ein Sensor pro
Rad angebracht sein.
Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung ist der Gegenstand des
Patentanspruchs 4. Darin wird vorgesehen, dass über die gesamte
Betriebsdauer eines Reifens die Anzahl der Impulse erfasst wird. Hierzu
kann beispielsweise ein Zähler im Reifen oder in der Auswerteeinheit
vorgesehen sein, der nur beim Wechsel eines Reifens rücksetzbar ist. Mit
der Erfassung der Anzahl der Impulse über die gesamte Betriebszeit eines
Reifens kann dessen Laufleistung ausgerechnet und sein Verschleiß
abgeschätzt werden. Dies ist beispielsweise sinnvoll, um eine Weiter- oder
Wiederverwendung eines Reifens zu entscheiden.
Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung ist der Gegenstand des
Patentanspruchs 5. Darin ist vorzusehen, den Sensor direkt an oder in einer
Zone des Reifens anzubringen, die beim Latschdurchlauf, vorzugsweise
möglichst stark, verformt wird, z. B. an oder in einer Seitenwand des Reifens.
Diese direkte Verbindung zwischen Sensor und Messort ermöglicht eine
genaue Erfassung der Verformung an diesem Messort.
Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung ist der Gegenstand des
Patentanspruchs 6. Als Sensor wird vorzugsweise ein Piezoelement
vorgesehen. Dies ist eine besonders einfache Sensorvorrichtung, um ein aus
der Reifenverformung resultierendes Biegeereignis passiv zu erfassen.
Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung ist der Gegenstand des
Patentanspruchs 7. Der vom Sensor abgegebene elektrische Impuls wird
drahtlos an die Auswerteeinheit übermittelt. Durch die ortsfeste Anordnung
der Auswerteeinheit außerhalb des Reifens müssen lediglich der Sensor und
ein Sender zur drahtlosen Übermittlung im Reifen selbst angebracht sein. Die
Störanfälligkeit der Auswerteeinheit wird durch die ortsfeste Anordnung
außerhalb des Reifens reduziert und nur die kostengünstigen Bauteile
werden in den Reifen integriert.
Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung ist der Gegenstand des
Patentanspruchs 8. Der Sensor ist direkt mit einem Sender zur drahtlosen
Übertragung des Impulses verbunden. Der Sensor und der Sender sind
damit als integriertes Bauteil platzsparend am oder im Reifen anbringbar.
Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung ist der Gegenstand des
Patentanspruchs 9. Darin wird vorgesehen, dass das Piezoelement nicht nur
als Sensor, sondern auch zur elektrischen Versorgung des Senders
eingesetzt wird. Dazu kann beispielsweise ein elektrischer Speicher mit dem
Piezoelement verbunden sein, der bei jedem Biegevorgang oder bei einer
bestimmten Anzahl von Biegevorgängen durch die freigesetzten Elektronen
des Piezoelements aufgeladen wird (DE-30 16 337 C2).
In der Zeichnung sind Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt. Es
zeigen:
Fig. 1 schematisch die von einem erfindungsgemäßen Sensor abgegebenen
elektrischen Impulse und
Fig. 2 eine Sensorschaltanordnung mit einem Piezoelement.
In Fig. 1 ist schematisch eine Folge von elektrischen Impulsen I, die von
einem hier nicht abgebildeten Sensor abgegeben werden, dargestellt. In der
Darstellung ist auf der Abszisse die Zeit t und auf der Ordinate die Amplitude
in Form einer Spannung U aufgetragen. In diesem Beispiel wird pro
Radumdrehung ein Impuls erzeugt. Die Zeit zwischen zwei Impulsen I bzw.
die Zeit einer Radumdrehung ist die Dauer tu, die von der
Fahrzeuggeschwindigkeit v abhängt. Jeder elektrische Impuls I ist im
wesentlichen durch seine Maximalamplitude (Amplitude) UA und seine Dauer
ti (ti1, ti2 . . . tin) definiert. Die Dauer ti ist beispielsweise durch die Zeit t
vorgegeben, innerhalb derer der Impuls I eine Amplitude U aufweist, die
größer als eine Spannungsschwelle Us ist. Die Form eines elektrischen
Impulses I entsprechend der Verformung des Reifens pro Radumdrehung ist
im wesentlichen durch eine zunächst bis zur Maximalamplitude UA mit einer
endlichen Steilheit ansteigende und mit derselben Steigung wieder
abfallende Flanke charakterisiert.
Zum einen kann der Luftdruck eines Reifens ausschließlich in Abhängigkeit
von der Maximalamplitude UA eines elektrischen Impulses I bestimmt
werden. Dazu sind beispielsweise Tabellen in der Auswerteeinheit
vorgesehen, die jeder möglichen Maximalamplitude UA (U1, U2 . . . Un) eine
entsprechende Verformung des Reifens und dieser wiederum einen
entsprechenden Luftdruck des Reifens zuordnen. Soll der Luftdruck des
Reifens sehr genau bestimmt werden, reicht die bloße Auswertung der
Amplitude nicht aus, da sich die Amplitude nicht nur in Abhängigkeit des
Luftdrucks, sondern auch beispielsweise in Abhängigkeit der
Fahrzeuggeschwindigkeit und/oder der Fahrzeugbeladung ändert. Daher
kann die Zuordnung des Luftdrucks zu einer Amplitude UA auch z. B. in
Abhängigkeit der Fahrzeuggeschwindigkeit v und/oder der
Fahrzeugbeladung vorgenommen werden. Beispielsweise können für
verschiedene Fahrzeuggeschwindigkeitsbereiche unterschiedliche
Amplituden-Luftdruck-Zuordnungstabellen vorgesehen sein. Jedoch kann der
Luftdruck auch gleichzeitig in Abhängigkeit von der Maximalamplitude UA der
elektrischen Impulse I und in Abhängigkeit von der Dauer tu einer
Radumdrehung, die der Fahrzeuggeschwindigkeit v proportional ist,
bestimmt werden. Dies ist beispielsweise ebenfalls in Form von Tabellen
oder in Form von Kennlinien, Kennfeldern oder mathematischen Formeln
möglich.
Eine besonders genaue Größe zur Bestimmung des Luftdruckes durch
Auswertung des elektrischen Impulses entsprechend der Verformung des
Reifens ist das Verhältnis der Dauer tu einer Radumdrehung zu der Dauer ti
eines Impulses I. Die Dauer ti eines elektrischen Impulses I ist insbesondere
bei gleichbleibender Fahrzeuggeschwindigkeit v umso größer, je niedriger
der Luftdruck im Reifen ist, da sich bei umso niedrigerem Luftdruck der
Reifen umso stärker verformt. Dieser Zusammenhang und der Einfluss
der Fahrzeuggeschwindigkeit v auf die Dauer ti des Impulses I werden in der
Bildung des Verhältnisses der Dauer tu zu der Dauer ti berücksichtigt.
Beispielsweise wird bei gleichbleibender Dauer tu, d. h. bei gleichbleibender
Fahrzeuggeschwindigkeit v, bei größer werdender Dauer ti festgestellt, dass
der Reifenluftdruck abnimmt.
Die Zuordnung einer Amplitude, wahlweise auch in Verbindung mit der
Fahrzeuggeschwindigkeit v oder der Dauer tu einer Radumdrehung, zu
einem bestimmten Wert eines Reifenluftdruckes und/oder auch die
Zuordnung des Verhältnisses der Dauer tu zu der Dauer ti zu einem
bestimmten Wert eines Reifenluftdruckes wird üblicherweise empirisch
ermittelt und in Form von Tabellen oder Kennfeldern in der Auswerteeinheit
abgespeichert.
In Fig. 2 ist eine Sensorschaltanordnung SS dargestellt, die beispielsweise in
der Seitenwand eines Reifens integriert ist. Die Sensorschaltanordnung SS
enthält ein Piezoelement PE als Sensor, eine Steuereinheit SE mit einem
Analog/Digital-Wandler A/D, eine Übertragungseinheit ÜE als Sender, einen
steuerbaren Schalter (Steuerschalter) S und einen Kondensator C als elektrischen Speicher.
Der der Übertragungseinheit ÜE zugeordnete Empfänger sei in einer hier
nicht dargestellten Auswerteeinheit, die ortsfest mit dem Kraftfahrzeug
verbunden ist, zugeordnet. Signale zwischen der Übertragungseinheit ÜE
und dem Empfänger der Auswerteeinheit werden drahtlos übermittelt.
Der Sensor (Piezoelement) PE ist dem Kondensator C (elektrischer
Speicher) parallelgeschaltet. Der Sensor PE ist mit einem Eingang der
Steuereinheit SE verbunden. Ein erster Ausgang der Steuereinheit SE führt
zu dem steuerbaren Schalter S. Ein zweiter Ausgang der Steuereinheit SE ist
mit der Übertragungseinheit ÜE verbunden. Der steuerbare Schalter S ist
zwischen dem Kondensator C und der Übertragungseinheit ÜE angeordnet.
Das Piezoelement PE erzeugt bei jeder Umdrehung einen elektrischen
Impuls I, der über den Eingang der Steuereinheit SE an einen A/D-Wandler
geführt wird. Der analog-digital gewandelte elektrische Spannungsimpuls
wird z. B. in Form eines Codes am zweiten Ausgang des Steuergerätes SE
an die Übertragungseinheit ÜE weitergegeben. Wird die Übertragungseinheit
ÜE mit Spannung versorgt, wird der elektrische Impuls I z. B. in Form eines
digitalen Codes an den Empfänger der Auswerteeinheit übertragen. Zur
elektrischen Versorgung der Übertragungseinheit ÜE dient der Kondensator
C, wenn der steuerbare Schalter S geschlossen ist. Der Kondensator C wird
über die von dem Piezoelement PE abgegebenen Ladungen aufgeladen,
wobei die Steuereinheit SE beispielsweise über die Anzahl der bereits
abgegebenen Impulse I die Spannung des Kondensators C ermittelt und
über den ersten Ausgang den Steuerschalter S schließt, wenn die geladene
Spannung des Kondensators C einen Mindestspannungswert erreicht hat.
Solange eine ausreichende Spannung vom Kondensator C zur Versorgung
der Übertragungseinheit ÜE vorhanden ist, wird jeder elektrische Impuls I,
der von dem Piezoelement PE bei jeder Radumdrehung abgegeben wird,
vorzugsweise in digitaler Form von der Übertragungseinheit ÜE an die
Auswerteeinheit übermittelt. Es ist jedoch auch möglich, den elektrischen
Impuls I, der vom Piezoelement PE abgegeben wird, von der
Übertragungseinheit ÜE analog an die Auswerteeinheit zu übermitteln. Die
Übertragung in digitaler Form ist aber erfahrungsgemäß genauer und
sicherer als in analoger Form.
Es ist jedoch auch möglich, den von dem Piezoelement PE abgegebenen,
direkt der Verformung des Reifens entsprechenden Impuls I in der
Steuereinheit SE in einen rechteckförmigen Impuls, dessen Amplitude der
Maximalamplitude des ursprünglichen Impulses I entspricht, umzuformen.
Somit wäre eine Übertragung in analoger Form weniger störanfällig und eine
Analog-Digital-Wandlung könnte eingespart werden.
Die Verwendung eines Piezoelementes PE gleichzeitig als Sensor und als
Energiequelle des Kondensators C zur Versorgung der Übertragungseinheit
ÜE erspart eine zusätzliche Spannungsversorgung, die entweder extern über
ein Kabel oder über eine weitere Übertragungseinheit übermittelt oder in
Form einer Batterie in die Sensorschaltanordnung SS integriert werden
müßte.
Es ist erfindungsgemäß jedoch auch möglich, ein Piezoelement PE allein zur
elektrischen Versorgung des Senders, der Steuereinheit SE und/oder des
Sensors einzusetzen und z. B. ein zusätzliches Piezoelement, einen
Dehnungsmeßstreifen oder ein Thermoelement als Sensor vorzusehen.
Claims (9)
1. Vorrichtung zur Überwachung des Luftdrucks eines Reifens bei Kraftfahr
zeugen mit
einem Sensor, der ein der Verformung des Reifens entsprechendes Signal abgibt, und
einer Auswerteeinheit, die das Signal des Sensors erfasst,
dadurch gekennzeichnet, daß
der Sensor (PE) derart ausgebildet ist, dass er einen dem Ausmaß der Ver formung eines Reifens bei einem Latschdurchlauf entsprechenden elektri schen Impuls (I) abgibt und
die Auswerteeinheit in Abhängigkeit von der Höhe der Amplitude (UA) des Impulses (I) das Ausmaß der Verformung ermittelt.
einem Sensor, der ein der Verformung des Reifens entsprechendes Signal abgibt, und
einer Auswerteeinheit, die das Signal des Sensors erfasst,
dadurch gekennzeichnet, daß
der Sensor (PE) derart ausgebildet ist, dass er einen dem Ausmaß der Ver formung eines Reifens bei einem Latschdurchlauf entsprechenden elektri schen Impuls (I) abgibt und
die Auswerteeinheit in Abhängigkeit von der Höhe der Amplitude (UA) des Impulses (I) das Ausmaß der Verformung ermittelt.
2. Vorrichtung zur Überwachung des Luftdrucks eines Reifens bei Kraftfahr
zeugen mit
einem Sensor, der ein der Verformung des Reifens entsprechendes Signal abgibt, und
reiner Auswerteeinheit, die das Signal des Sensors erfasst,
dadurch gekennzeichnet, dass
der Sensor (PE) derart ausgebildet ist, dass er einen dem Ausmaß der Ver formung eines Reifens bei einem Latschdurchlauf entsprechenden elektri schen Impuls (I) abgibt und
die Auswerteeinheit in Abhängigkeit von dem Verhältnis der Dauer (ti1, ti2, tin) des Impulses (I) zur Dauer (tu) einer Radumdrehung das Ausmaß der Verformung ermittelt.
einem Sensor, der ein der Verformung des Reifens entsprechendes Signal abgibt, und
reiner Auswerteeinheit, die das Signal des Sensors erfasst,
dadurch gekennzeichnet, dass
der Sensor (PE) derart ausgebildet ist, dass er einen dem Ausmaß der Ver formung eines Reifens bei einem Latschdurchlauf entsprechenden elektri schen Impuls (I) abgibt und
die Auswerteeinheit in Abhängigkeit von dem Verhältnis der Dauer (ti1, ti2, tin) des Impulses (I) zur Dauer (tu) einer Radumdrehung das Ausmaß der Verformung ermittelt.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2
dadurch gekennzeichnet, dass
pro Radumdrehung ein Impuls (I) abgegeben wird.
4. Vorrichtung nach Anspruch 3,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Anzahl der Impulse (I) über die Betriebsdauer des Reifens erfasst wird.
5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4
dadurch gekennzeichnet, dass
der Sensor (PE) an oder in einer Zone des Reifens angebracht ist, die bei
dem Latschdurchlauf verformt wird.
6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5
dadurch gekennzeichnet, dass
der Sensor (PE) ein Piezoelement ist.
7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6
dadurch gekennzeichnet, dass
die Auswerteeinheit ortsfest im Kraftfahrzeug verbaut ist und
der Impuls (I) drahtlos an die Auswerteeinheit übermittelt wird.
die Auswerteeinheit ortsfest im Kraftfahrzeug verbaut ist und
der Impuls (I) drahtlos an die Auswerteeinheit übermittelt wird.
8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7
dadurch gekennzeichnet, dass
der Sensor (PE) mit einem Sender (ÜE) zur drahtlosen Übertragung des
Impulses (I) verbunden ist.
9. Vorrichtung nach Anspruch 8
dadurch gekennzeichnet, dass
das Piezoelement (PE) zur elektrischen Versorgung des Senders (ÜE) ein
gesetzt wird.
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