DE4402136A1 - System zur Bestimmung der Betriebsparamter von Fahrzeugreifen - Google Patents

System zur Bestimmung der Betriebsparamter von Fahrzeugreifen

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    • G08C17/04—Arrangements for transmitting signals characterised by the use of a wireless electrical link using magnetically coupled devices

Description

Für viele Anwendungszwecke ist eine kontinuierliche, automatische Bestimmung der Betriebsparameter von Fahr­ zeugreifen - beispielsweise der Temperatur, der Deh­ nung/Spannung und des Reifenluftdrucks - wünschenswert. Oftmals muß darüber hinaus - insbesondere für Kontroll- und Überwachungszwecke - eine manipulationssichere und zuverlässige Identifikation jedes einzelnen Reifens und die Erfassung der Laufleistung gewährleistet werden.
Zu letzterem ist aus der DE-OS 30 44 149 ein im Fahr­ zeugreifen angebrachter Umdrehungszähler bekannt, der die Anzahl der Umdrehungen mit einem als Folie ausge­ führten piezoelektrischen Sensor erfaßt und in einem Zählregister speichert; die Daten werden durch ein kon­ taktloses Interface nach außen übertragen. In einem weiteren Register kann ein Identifikationscode abge­ speichert werden, über den eine Reifenidentifikation ermöglicht wird. Dieser Umdrehungszähler benötigt je­ doch eine Batterie zur Energieversorgung seiner Kompo­ nenten, was eine begrenzte Lebensdauer, ein großes Ein­ bauvolumen und einen eingeschränkten Temperaturbereich (insbesondere beim Herstellungsprozeß des Reifens) zur Folge hat.
Weiterhin sind (beispielsweise aus der DE-OS 40 02 566 und der DE-OS 34 07 254) Systeme bekannt, bei denen durch Ausnutzung der Reifenbewegung bzw. der Fahrbahnanregung - unter Verwendung piezoelektrischer oder induktiver Verfahren - mechanische Energie in elektrische Energie umgewandelt wird. Diese bekannten Systeme sind jedoch von ihrem konstruktiven Aufbau her lediglich in den Felgen, nicht jedoch im Fahrzeugreifen einbaubar (großes Bauvolumen) und somit auch nicht aus­ reichend vor Manipulationen geschützt und lassen funk­ tionsbedingt nur eine unzureichende Zuverlässigkeit er­ warten.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein System zur Bestimmung der Betriebsparameter von Fahrzeugreifen mit einem einfachen Aufbau anzugeben, das die genannten Nachteile vermeidet und das vorteilhafte Eigenschaften aufweist.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale a) bis e) des Patentanspruchs 1 gelöst.
Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.
Das vorgestellte System zur Bestimmung und kontaktlosen Datenabfrage von Betriebsparametern des Reifens mit ei­ ner autarken Energieversorgung wird während des Herstellungsprozesses als eine Einheit in den Reifen­ aufbau integriert. Es besteht aus:
  • a) einer Trägereinheit mit zwei Trägerkörpern (beispielsweise aus einer Al₂O₃-Keramik) zur Auf­ nahme der Systemkomponenten; zwischen den beiden Trägerkörpern ist ein Separator aus einem Material mit mittlerer Steifigkeit (z. B. Silikon, ausgehär­ tet) angeordnet, der die unerwünschte senkrecht zur druckempfindlichen Achse des piezoelektrischen Elements wirkende hydrostatische Druckspannung des Reifens absorbiert oder reflektiert
  • b) einer Sensoreinheit mit einem oder mehreren Senso­ ren und zugehöriger Auswerteelektronik zur Erfas­ sung bzw. Detektion der gewünschten Betriebspara­ meter sowie zur Aufbereitung der Meßsignale
  • c) einem (vorzugsweise einzigen) piezoelektrischen Element zur Energieversorgung der Systemkomponen­ ten (durch die Trägerkörper wird die hydrostati­ sche Druckspannung des Reifengummis in das piezoelektrische Element parallel zu seiner druckempfindlichen Achse eingeleitet); gleich­ zeitig fungiert das piezoelektrische Element als "Umdrehungssensor" zur Detektion der Reifenumdre­ hungen (falls lediglich die Laufleistung des Rei­ fens bestimmt werden soll, werden somit keinerlei zusätzliche Sensoren benötigt)
  • d) einem integrierten Schaltkreis (IC-Chip) zur Aus­ wertung und Speicherung der ermittelten Be­ triebsparameter und der Reifenumdrehungen: der IC umfaßt eine Spannungsversorgungseinheit, eine Zäh­ lereinheit zur Bestimmung der Anzahl der Reifenum­ drehungen, eine Steuereinheit zur Kontrolle des zeitlichen und logischen Ablaufs, eine Einheit zur Erfassung und Bewertung der Temperaturbelastung, eine Speichereinheit mit einem nichtflüchtigen, elektrisch löschbaren und beim Stillstand des Rei­ fens beschreibbaren Speicher (E²PROM), sowie eine Ausgabeeinheit zum Auslesen der gespeicherten Da­ ten mittels eines Transponders. Obwohl beim Ein­ satz des Systems eine hohe Zahl an Speichervorgän­ gen auftritt, werden durch eine von der Steuerein­ heit beim Speichervorgang vorgenommene Rotation der Zählerstellen die Schreibzyklen auf alle Speicherzellen gleichmäßig verteilt, wodurch die Schreibbelastung der Speicherzellen gleichmäßig verteilt wird. Weiterhin werden mehrere Speicher­ zellen gleichzeitig mit der gleichen Information redundant beschrieben, wobei mittels einer von der Steuereinheit durchgeführten automatischen Fehlerkorrektur auch beim Ausfall einzelner Speicherzellen des Speichers dessen Funktions­ fähigkeit aufrechterhalten wird
  • e) einem passiven Transponder (bestehend aus Trans­ ponder-Schaltkreis, Transponderspule und Resonanz­ kondensator) zur Datenübertragung der Betriebs­ parameter und zur Identifikation des Reifens; über den Transponder können die abgespeicherten Infor­ mationen mittels eines externen Lesegeräts ausge­ lesen werden.
Das beschriebene System vereinigt mehrere Vorteile in sich:
  • - es können beliebige Reifenparameter bestimmt, ab­ gespeichert und ausgelesen werden, wobei insbeson­ dere die Bestimmung der Laufleistung des Reifens auf einfache Weise ohne zusätzliche Detektoren oder Sensoren möglich ist,
  • - es ist vollständig autark, da die Energieversor­ gung der Systemkomponenten ausschließlich mittels des piezoelektrischen Elements erfolgt,
  • - durch den Aufbau mit Trägerkörpern und Separator wird die Druckspannung dem piezoelektrischen Ele­ ment sehr effektiv zugeführt und damit dessen Lei­ stungsfähigkeit erhöht,
  • - da es nur sehr wenige Systemkomponenten und keine mechanisch bewegten Teile aufweist, ist ein sehr einfacher und damit wenig störanfälliger Aufbau gegeben,
  • - durch die Reduzierung der Schreibrate in den stark beanspruchten Speicherzellen, durch die redundante Beschreibung der Speicherzellen und durch die ein­ fachen und effizienten Fehlerkorrekturmechanismen ist eine hohe Zuverlässigkeit gewährleistet,
  • - durch die Integration im Reifen (das System ist untrennbar mit dem Reifen verbunden und daher von außen nicht zugänglich) ist eine große Manipulati­ onssicherheit gegeben.
Anhand der Fig. 1 und 2 wird als Ausführungsbeispiel ein System zur Bestimmung der Laufleistung eines Fahr­ zeugreifens mit gleichzeitiger Erfassung der Tempera­ turbelastung sowie gleichzeitiger Identifikationsmög­ lichkeit beschrieben.
Hierbei zeigt die Fig. 1 den Systemaufbau (Fig. 1a in Draufsicht, Fig. 1b als Schnittzeichnung, Fig. 1c in Seitenansicht) und die Fig. 2 ein Blockschaltbild mit den Funktionseinheiten des Systems.
a) Energieversorgung/Reifenumdrehungszählung
Zur Energieversorgung der Systemkomponenten und gleich­ zeitig als Detektor für die Reifenumdrehungen wird ein einziges vorzugsweise in multilayer-Technologie ausge­ bildetes piezoelektrisches Element 30 folgendermaßen eingesetzt:
  • - Energieversorgung: Beim Abrollvorgang des Reifens wird mit Hilfe des auf dem Trägerkörper 11 (beispielsweise aus Al₂O₃) angeordneten piezoelek­ trischen Elements 30 aus der sich im Reifengummi zyklisch ändernden hydrostatischen Druckspannung elektrische Energie gewonnen (piezoelektrischer Effekt): Bei einer senkrechten Druckbeaufschlagung des piezoelektrischen Elements 30 werden dessen parallel zur Druckrichtung liegenden Außenflächen 31 in mikroskopischen Dimensionen tonnenförmig nach außen gewölbt. Da der hydrostatische Druck jedoch der tonnenförmigen Wölbung entgegenwirkt und somit die Leistungsfähigkeit des piezoelektri­ schen Elements 30 drastisch einschränkt, wird zwi­ schen dem Trägerkörper 11 und dem weiteren Trä­ gerkörper 12 ein Separator 13 angeordnet, der die hydrostatischen Druckspannungen absorbiert oder reflektiert. Die Steifigkeit des Separatormate­ rials ist so angepaßt, daß zum einen die Stauchung des piezoelektrischen Elements (Keramik mit extrem hoher Steifigkeit) nicht beeinträchtigt wird, zum anderen die absorbierende oder reflektierende Wir­ kung gegenüber den seitlich eingeleiteten hydro­ statischen Druckspannungen erhalten bleibt. Die druckempfindlichen Flächen werden durch die Trä­ gerkörper 11, 12 mit hoher Steifigkeit (beispielsweise Metall, Keramik) vergrößert, wo­ durch eine höhere Druckspannung ins piezoelek­ trische Element 30 eingeleitet und damit dessen Leistungsfähigkeit erhöht wird. Aus der Wech­ selspannung an den Elektroden des piezoelektri­ schen Elements 30 wird durch eine Gleichrichterschaltung des integrierten Schalt­ kreises 40 den Systemkomponenten eine Gleichspan­ nung zur Verfügung gestellt.
  • - Reifenumdrehungsdetektor: Bei jeder Reifenumdre­ hung wird vom piezoelektrischen Element 30 ein pulsförmiges Signal erzeugt, das als Grundlage der Umdrehungszählung dient. Zur Registrierung, Aus­ wertung und Speicherung der Reifenumdrehungsinfor­ mation ist der Ausgang des piezoelektrischen Ele­ ments 30 mit dem integrierten Schaltkreis 40 (IC- Chip) verbunden, der auf dem Trägerkörper 11 ange­ ordnet ist und gemäß der Fig. 2 eine Spannungs­ versorgungseinheit 41, Zählereinheit 42, Steuereinheit 43, Speichereinheit 44, Temperatur­ bewertungseinheit 46 und Ausgabeeinheit 45 auf­ weist. Jede Reifenumdrehung wird in der Zählerein­ heit 42 des IC-Chips 40 registriert; eine Elek­ trode (ein Ausgang) des piezoelektrischen Elements 30 ist mit der Zählereinheit 42 verbunden, die an ihrem Ausgang ein Zählregister zur weiteren Verar­ beitung bereitstellt. Bei einem Stillstand des Fahrzeugs (keine Reifenumdrehung) wird die Ener­ giezufuhr durch das piezoelektrische Element 30 beendet und der momentane Zählwert in einem E²PROM-Speicher der Speichereinheit 44 abgespei­ chert. Bei einer Wiederaufnahme der Reifenbewegung wird der im E²PROM-Speicher abgespeicherte, aktu­ elle Wert in die Zählereinheit 42 geladen und die Umdrehungszählung fortgesetzt. Mittels der Steuereinheit 43 wird die maximale Anzahl der Datenänderungen in den E²PROM-Speicherzellen redu­ ziert und eine automatische Fehlerkorrektur durch­ geführt.
b) Temperaturbelastung
Die Temperaturbelastung des Fahrzeugreifens wird be­ stimmt, indem bei jeder Reifenumdrehung von der Tempe­ raturbewertungseinheit 46, die vorzugsweise Bestandteil des integrierten Schaltkreises 40 ist, die aktuelle Gummitemperatur gemessen und in Abhängigkeit der zu­ rückgelegten Wegstrecke (erfaßt durch den Reifenumdre­ hungsdetektor) bewertet wird. Bei einem Stillstand des Reifens (keine Reifenumdrehung mehr) wird der für die bisher zurückgelegte Fahrstrecke gültige Bewertungsmaß­ stab in einem E²PROM-Speicher der Speichereinheit 44 abgespeichert. Bei einer Wiederaufnahme der Reifenbewe­ gung wird der im E²PROM-Speicher bisher gültige Be­ wertungsmaßstab in die Temperaturbewertungseinheit 46 zurückgeladen und als Basis zur Bildung des neuen Maß­ stabs verwendet.
c) Datenübertragung
Bei der Datenübertragung wird die abgespeicherte Infor­ mation mittels der Ausgabeeinheit 45, der Transponder­ elektronik 51 und der Transponderspule 52 nach außen übertragen und kann beispielsweise mittels eines Hand­ lesegeräts, das ein induktives Wechselfeld zur Energie­ versorgung bereitstellt, ausgelesen werden. Der Konden­ sator 53 dient als Resonanzkondensator zur Abstimmung auf die Übertragungsfrequenz.
Gemäß der Fig. 2 können die einzelnen Funktionseinhei­ ten des integrierten Schaltkreises 40 folgendermaßen untergliedert werden:
  • a) Spannungsversorgungseinheit 41 (Betriebsspannungs­ einheit 41a, Programmierspannungseinheit 41b):
    Aus der von dem piezoelektrischen Element 30 als externe Energiequelle gelieferten elektrischen Energie (Wechselspannung) wird mittels der Spannungsversorgungseinheit 41a und des Kondensa­ tors 41c die (Betriebs-)Versorgungsspannung für den integrierten Schaltkreis 40 (DC-Spannung von beispielsweise 3 V) und mittels der Spannungs­ versorgungseinheit 41b und des Kondensators 41d die Programmierspannung für die E²PROM-Speicher­ zellen 44b (DC-Spannung von beispielsweise 12 V) zur Verfügung gestellt.
  • b) Zählereinheit 42 (Pulsdetektor 42a, Vorteiler 42b, Zähler 42c):
    Mittels des Pulsdetektors 42a wird jede vom piezo­ elektrischen Element 30 erzeugte negative oder po­ sitive Flanke als Signal für eine Reifenumdrehung detektiert. Um die Umdrehungsinformation besser verarbeiten zu können (Reduzierung auf eine prak­ tikable Auflösung), werden die Daten des Pulsde­ tektors 42a mittels des als Abwärtszähler ausge­ bildeten Vorteilers 42b um einen bestimmten Faktor geteilt (beispielsweise um den Faktor 2¹⁰). Mit­ tels des Zählers 42c wird die endgültige Um­ drehungsinformation generiert; der Zähler 42c, vorzugsweise als Binärzähler ausgebildet, übermit­ telt seinen Zählerstand bei einem Stillstand des Reifens an die Speichereinheit 44 und wird von dieser bei Wiederaufnahme der Reifenbewegung mit dem dort abgespeicherten Wert vorgeladen.
  • c) Steuereinheit 43 (Spannungspegeldetektor 43a, Kon­ trolleinheit 43b, Coder/Decoder 43c):
    Vom Spannungspegeldetektor 43a wird - zur Ver­ meidung von Datenverlusten in Phasen sehr lang­ samer Reifenumdrehungen - beim Unterschreiten ei­ nes bestimmten Schwellwerts der Versorgungsspan­ nung ein Signal generiert, durch das die Speicher­ einheit 44 zur Übernahme des momentanen Zäh­ lerstands veranlaßt wird. Mittels der Kontrollein­ heit 43b werden Steuersignale erzeugt, mit denen die zeitlichen und logischen Abläufe der verschie­ denen Funktionseinheiten des IC-Chips 40 kontrol­ liert, überwacht und aufeinander abgestimmt werden (Initialisierung, Detektion der Spannungsversor­ gung, Zählmodus, Schreibmodus, Lesemodus, Program­ miermodus, Ausgabemodus, Temperaturerfassung etc.). Um die Anzahl der Datenänderungen in den E²PROM-Speicherzellen 44b zu reduzieren, wird durch die Coder-/Decoder-Einheit 43c eine Codie­ rung (Rotation) der Zählerbits oder verschiedener Zählerbitgruppen (ausgenommen wenige höherwertige) vorgenommen. Die Zählerbits werden so auf die ein­ zelnen Zählerbitgruppen verteilt, daß die mittlere Bitwechselwahrscheinlichkeit aller Bits einer Gruppe möglichst gering und in allen Gruppen mög­ lichst gleich ist. Dabei wird die Information über die Anzahl der Rotationsschritte aus den nicht­ rotierten Zählerstellen gewonnen: eine vorgegebene Anzahl signifikanter Zählerbits wird zur Defini­ tion der Gruppenposition herangezogen, die anderen Bits werden rotiert, wobei die Rotation vor jedem Schreibzyklus in die E²PROM-Speicherzellen 44b durchgeführt wird. Rotierte und nicht-rotierte Zählerstellen werden in den Speicherzellen des E²PROM-Speichers 44b abgelegt. Die Rückgewinnung des korrekten Zählerstands (Decodierung) - bei Wiederaufnahme der Umdrehungszählung - erfolgt auf dem umgekehrten Weg: die nicht-rotierten Zähler­ stellen geben an, um wieviele Schritte die übrigen (rotierten) Speicherzellen zurückrotiert werden müssen, damit der Binärzähler 42c mit dem aktuel­ len Wert geladen werden kann. Durch diese Rotation der Speicherzellen (die Schrittanzahl ändert sich mit Zunahme des Zählerstands kaum), wird eine gleichmäßige Schreibbelastung aller Speicherstel­ len erreicht. Als Coder/Decoder 43c wird vorzugs­ weise eine Schaltmatrix aus einzelnen bidirektio­ nalen Gattern eingesetzt, so daß zur Durchführung der Rotation weder zusätzliche Speicherstellen noch ein Microcontroller benötigt werden. Bei­ spielsweise ist der Coder/Decoder 43c als 1/N- Decoder mit einer (statischen) Schaltmatrix aus bidirektionalen Transmissionsgattern ausgeführt, wobei die Codierung/Decodierung in Abhängigkeit von der Zahl der Zählerstellen (Zählerbits), von der gewünschten Reduzierung der Schreibzyklen und von der verfügbaren Schaltungsfläche auf dem IC unterschiedlich ausgelegt werden kann: Beispiels­ weise bei einem 20-Bit-Binärzähler 42c werden mit­ tels einer Schaltmatrix 43c aus 16 × 16 Gattern 16 Bits rotiert, während die vier höchstwertigen Bits die Rotationsinformation liefern; beispielsweise bei einem 22-Bit-Binärzähler 42c werden mittels einer Schaltmatrix 43c aus 4 × 20 bidirektionalen Gattern 20 Bits in fünf 4er-Bit-Gruppen zusammengefaßt, während die beiden höchstwertigen Zählerbits die Rotationsinformation liefern - die Rotation selbst erfolgt hier innerhalb jeder Gruppe.
  • d) Speichereinheit 44 (Schreib-Lese-Logik für Lauf­ leistung 44a, Speicherzelleneinheit 44b, Schreib- Lese-Logik für Temperaturbelastung 44c):
    Durch die Schreib-Lese-Logik 44a wird die aufgrund der Rotation der Zählerstellen des Binärzählers 42c codierte Reifenumdrehungsinformation beim Starten bzw. Stoppen der Reifenumdrehung zwischen der Coder-/Decoder-Einheit 43c und der Speicher­ zelleneinheit 44b transferiert. Um die Zu­ verlässigkeit des Systems zu erhöhen, wird die Speicherzelleneinheit 44b in Gruppen mit einer be­ stimmten Zahl an E²PROM-Speicherzellen unterteilt (beispielsweise jeweils drei Speicherzellen), in denen jeweils das gleiche Zählerbit gleichzeitig abgespeichert wird, wobei zusätzlich in jeder Gruppe zur Erhöhung der Zuverlässigkeit eine be­ stimmte Anzahl von Speicherzelleninhalten inver­ tiert werden kann (beispielsweise ein Speicherzel­ leninhalt bei drei Speicherzellen). Hierdurch ist eine einfache Überprüfung der abgespeicherten Information mittels einer einfachen Logik (beispielsweise drei AND-Gatter und ein OR-Gatter) möglich: derjenige Wert wird als korrekt ausgege­ ben, der in der Mehrzahl der Speicherzellen der Gruppe (beispielsweise in zwei der drei Speicher­ zellen) enthalten ist; somit kann eine gewisse Zahl (beispielsweise eine von drei) der zusammengehörigen Speicherzellen einer Gruppe de­ fekt sein, ohne daß ein Informationsverlust ent­ steht (dies ist bei der Laufleistungsmessung mit­ tels Umdrehungszählung wichtig, da hiermit eine hohe Zahl an Schreibzyklen verbunden ist und die Wahrscheinlichkeit eines Defekts mit der Anzahl der Schreibzyklen ansteigt). Die Schreib-Lese- Logik 44c transferiert die Daten zur Temperaturbe­ wertung zwischen der Einheit zur Temperaturbewer­ tung 46 und der Speicherzelleneinheit 44b. Der Datentransfer wird durch die Kontrolleinheit 43b gesteuert. In Fig. 2 ist die Speicherung der Tem­ peraturbewertung der Übersichtlichkeit halber ohne entsprechende Maßnahmen zur Verteilung der Schreibzyklen und ohne redundante Ausführung der Speicherzellen zum Zwecke einer Fehlerkorrektur dargestellt, jedoch können die oben beschriebenen Maßnahmen zur Verteilung der Schreibzyklen und zur Fehlerkorrektur bei Bedarf auch auf die Daten der Temperaturbewertung appliziert werden. Der Schreib-Lese-Modus für die Speichereinheit 44 wird durch die Kontrolleinheit 43b überwacht: eine Pro­ grammierung der E²PROM-Speicherzellen 44b wird nur dann vorgenommen, wenn sich der neue Inhalt einer Speicherzelle vom bereits bestehenden Inhalt un­ terscheidet (die Kontrolleinheit 43b initialisiert den Programmiervorgang mittels eines Steuer­ signals), wobei die Programmierspannung von der Programmierspannungsquelle 41b der Ver­ sorgungsspannungseinheit 41 geliefert wird.
  • e) Datenausgabe (Ausgabeeinheit 45, Transponder 50):
    Um die Umdrehungsinformation nach außen zu über­ tragen, wird als Ausgabeeinheit 45 ein digitales Transponder-Interface verwendet. Da beim Auslesen der Daten durch das piezoelektrische Element 30 keine Energie geliefert wird, müssen alle zum Aus­ lesen benötigten Systemkomponenten (Kontroll­ einheit 43b, Schreib-Lese-Logik 44a, 44c, E²PROM- Speicher 44b, Transponder-Interface 45) von dem externen Transponder 50 mittels eines induktiven Wechselfelds mit Spannung versorgt werden. Vor­ zugsweise kann die Transponderelektronik 51 auch im Schaltkreis 40 integriert werden. Das Auslesen der Daten wird vom Transponder 50 über ein Steuer­ signal initialisiert und durch die Kontrolleinheit 43b überwacht. Während des Betriebsmodus (Umdrehungszählung) wird das Transponder-Interface 45 wegen der damit verbundenen Leistungsersparnis abgeschaltet.
  • f) Temperaturbewertungseinheit 46 (Temperatursensor 46a, AD-Wandler 46b, Bewertungseinheit 46c):
    Der Temperatursensor 46a erfaßt in seiner Umgebung ständig die Temperatur T des Reifengummis; er ist vorzugsweise als Halbleitersensor ausgebildet und als Bestandteil des integrierten Schaltkreises 40 ausgeführt. Das elektrische Ausgangssignal des Temperatursensors 46a (beispielsweise eine Span­ nungs- oder eine Widerstandsänderung) wird, gesteuert von der Kontrolleinheit 43b, durch den Analog-Digital-Umsetzer (ADU) 46b vorzugsweise in einen Binärcode gewandelt; die Datenumwandlung er­ folgt vorzugsweise bei jeder Reifenumdrehung. Das Ausgangsregister des ADU ist als löschbarer Addie­ rer ausgebildet. Während einer bestimmten Fahr­ strecke, die beispielsweise aus der Periodendauer des Ausgangssignals des Vorteilers (42b) abgelei­ tet wird, werden die einzelnen ADU-Meßwerte mit einem Addierwert aufsummiert. Die Kapazität des Additionsregisters ist so bemessen, daß während einer Periodendauer des Vorteilersignals kein Registerüberlauf auftritt. Am Ende einer Vortei­ lerperiode wird der signifikante Inhalt des Addi­ tionsregisters, gesteuert von der Kontrolleinheit 43b, in die Bewertungseinheit 46c übertragen und anschließend der Inhalt des Additionsregisters auf 0 gesetzt. Mit jeder weiteren Vorteilerperiode wiederholt sich der Vorgang zyklisch. Falls der Vorteiler einen Teilungsfaktor von 2¹⁰ aufweist und die Wortlänge einer einzelnen ADU-Messung 8 Bit beträgt, wird das Additionsregister zur Vermeidung eines Überlaufes während einer Vorteilerperiode mit einer Breite von 18 Bit ausgeführt. Zum Ende einer jeden Vorteilerperiode werden die 8 höchst­ wertigen Bits (11 bis 18) als signifikantes Ergeb­ nis an die Bewertungseinheit 46c übertragen. Das Ergebnis stellt in dieser Form den arithmetischen Mittelwert des Temperatursignales während der Vor­ teilerperiode dar.
    Die Bewertungseinheit 46c addiert die arithmeti­ schen Temperaturmittelwerte nach jeder Vorteiler­ periode in einem Bewertungsregister auf. Der In­ halt des Bewertungsregisters wird bei einem Still­ stand des Reifens, gesteuert von der Kontrollein­ heit 43b, an die Speichereinheit 44 übertragen. Bei der Wiederaufnahme der Reifenbewegung wird das Bewertungsregister mit dem zuletzt gespeicherten Wert des Bewertungsmaßstabes vorgeladen.

Claims (19)

1. System zur Bestimmung der Betriebsparameter von Fahrzeugreifen, bestehend aus:
  • a) einer im Fahrzeugreifen integrierten Trägereinheit (10) mit zwei Trägerkörpern (11, 12), zwischen denen ein Separator (13) angeordnet ist,
  • b) einer im Fahrzeugreifen oder auf dem (den) Träger­ körper(n) (11, 12) angeordneten Sensoreinheit (46) mit mindestens einem Detektor (46a) und einer Auswerteelektronikeinheit (46b, 46c),
  • c) einem auf einem der Trägerkörper (11) angeordneten und zur Energieversorgung der Systemkomponenten sowie als Sensor für die Reifenumdrehungen dienen­ den piezoelektrischen Element (30),
  • d) einem auf einem der Trägerkörper (11) angeordneten integrierten Halbleiterschaltkreis (40) mit einer Spannungsversorgungseinheit (41), einer Zäh­ lereinheit (42), einer Steuereinheit (43), einer Speichereinheit (44), einer Temperaturbewertungs­ einheit (46) und einer Ausgabeeinheit (45),
  • e) einer auf einem der Trägerkörper (11) angeordneten Datenübertragungseinheit (50).
2. System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Trägerkörper (11, 12) aus einem keramischen Mate­ rial bestehen.
3. System nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Trägerkörper (11, 12) aus Aluminiumoxyd oder Alumi­ niumnitrid bestehen.
4. System nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch ge­ kennzeichnet, daß der Separator (13) am Rande der Trägerkörper (11, 12) angeordnet ist.
5. System nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Separator (13) aus einem Material mit vorgegebener Steifigkeit besteht, die geringer als die Steifigkeit des piezoelektrischen Elements (30) und höher als die des umgebenden Reifengummis ist und damit hoch genug, um seitliche Druckspannungen vom piezoelektrischen Ele­ ment (30) fern zu halten.
6. System nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch ge­ kennzeichnet, daß das piezoelektrische Element (30) einen mehrschichtigen Aufbau aufweist.
7. System nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch ge­ kennzeichnet, daß das piezoelektrische Element (30) mit der Spannungsversorgungseinheit (41) und dem Eingang der Zählereinheit (42) verbunden ist.
8. System nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Spannungsversorgungseinheit (41) aus einer Betriebsspannungseinheit (41a) und einer Pro­ grammierspannungseinheit (41b) mit externen Speicherkondensatoren (41c, 41d) besteht.
9. System nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Zählereinheit (42) einen Pulsde­ tektor (42a), einen Vorteiler (42b) und einen Zähler (42c) aufweist.
10. System nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuereinheit (43) einen Spannungspegeldetektor (43a), eine Kontrolleinheit (43b) und einen Coder/Decoder (43c) aufweist.
11. System nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Speichereinheit (44) eine Schreib-Lese-Logik (44a, 44c) und einen E²PROM-Speicher (44b) mit Speicherzellen aufweist.
12. System nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß der E²PROM-Speicher (44b) in Gruppen mit jeweils mehreren Speicherzellen unterteilt ist, die bei jedem Speichervorgang gemeinsam beschrieben werden.
13. System nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Speicherzellen des E²PROM-Speichers (44b) nur dann beschreibbar sind, wenn sich der zu pro­ grammierende Wert von dem bestehenden Inhalt der Speicherzelle unterscheidet.
14. System nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß der Coder/Decoder (43c) als Schalt­ matrix aus bidirektionalen Transmissionsgattern ausge­ bildet ist, über die eine Rotation der Zählerstellen beim Beschreiben/Lesen des E²PROM-Speichers (44b) er­ folgt.
15. System nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Schreib-Lese-Logik (44a, 44c) Gatter aufweist, durch deren Verknüpfung beim Speicher­ vorgang der Inhalt einer bestimmten Zahl von Speicher­ zellen jeder Gruppe invertiert wird und beim Lesevor­ gang der Inhalt der Speicherzellen überprüft wird.
16. System nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß die Temperaturbewertungseinheit (46) einen Temperatursensor (46a) zur Erfassung der Reifentemperatur, einen Analog-Digital-Umsetzer (46b) zur Digitalisierung und Mittelung des Temperatursensor­ signals sowie eine Bewertungseinheit (46c) zur Bewer­ tung der gemittelten Meßergebnisse aufweist.
17. System nach einem der Ansprüche 1 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß die Datenübertragungseinheit (50) als Transponderschaltkreis (51) mit einer Spule (52) und einem Resonanzkondensator (53) ausgebildet ist, und daß die Datenübertragungseinheit (50) mit der Ausgabe­ einheit (45) verbunden ist.
18. System nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß die Datenübertragungseinheit (50) im integrierten Halbleiterschaltkreis (40) integriert ist.
19. System nach einem der Ansprüche 1 bis 18, dadurch gekennzeichnet, daß die Datenübertragungseinheit (50) einen Speicher aufweist, in dem Daten zur Identifizie­ rung des Reifens abgelegt sind.
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