DE4402136C2 - Vorrichtung zur Bestimmung der Betriebsparamter von Fahrzeugreifen - Google Patents

Vorrichtung zur Bestimmung der Betriebsparamter von Fahrzeugreifen

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Description

Für viele Anwendungszwecke ist eine kontinuierliche, automatische Bestimmung der Betriebsparameter von Fahrzeugreifen - beispielsweise der Reifentemperatur, der Dehnung/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 Fahrzeugreifen angebrach­ ter Umdrehungszähler bekannt, der die Anzahl der Umdrehungen mit einem als Folie ausgeführten piezoelektrischen Sensor erfaßt und in einem Zählregister speichert; die Daten werden durch ein kontaktloses Interface nach außen übertragen. In einem weiteren Register kann ein Identifika­ tionscode abgespeichert werden, über den eine Reifenidentifikation ermöglicht wird. Zur Energieversorgung wird eine auf dem piezoelektri­ schen Effekt beruhende schwingungsfähige Energieversorgungseinrichtung eingesetzt.
Weiterhin sind aus der DE-OS 40 02 566 und der DE-OS 34 07 254 Vorrich­ tungen bekannt, bei denen durch Ausnutzung der Reifenbewegung bzw. der Fahrbahnanregung - unter Verwendung piezoelektrischer oder induk­ tiver Verfahren - mechanische Energie in elektrische Energie umgewandelt wird. Diese bekannten Vorrichtungen sind jedoch von ihrem konstruktiven Aufbau her lediglich in den Felgen, nicht jedoch im Fahrzeugreifen ein­ baubar (großes Bauvolumen) und somit auch nicht ausreichend vor Manipu­ lationen geschützt und gewährleisten funktionsbedingt nur eine unzu­ reichende Zuverlässigkeit.
Schließlich ist aus der DE 27 13 451 A1 ein Gerät zur Anzeige der mechani­ schen Überlastung von Reifen bekannt, bei dem ein Piezoelement in einem Stützgehäuse auf einer Metallscheibe angeordnet ist; das Piezoelement ist in einen vom Stützgehäuse umschlossenen Hohlraum eingebracht, der die mögliche Verformung des Piezoelements begrenzt.
Desgleichen wird in der US 4,246,567 eine Vorrichtung zur Detektion und Anzeige des Luftdrucks und der Temperatur in luftgefüllten Reifen beschrieben, bei der der Piezokristall im Reifeninnern auf einer Träger­ scheibe beabstandet zur Reifenaufstandsfläche angeordnet ist. Im Falle eines Luftdruckverlusts im Reifen oder bei einer starken Temperaturer­ höhung wird der Abstand zwischen Trägerscheibe und Reifenaufstands­ fläche verringert und schließlich ein Kontakt hierzwischen hergestellt; diese Veränderung (Erschwernis) des Abrollvorgangs kann mit einer geeigneten Auswerteeinheit detektiert werden, woraufhin entsprechende Ausgangs­ signale ausgegeben werden.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zur Bestim­ mung beliebiger Betriebsparameter von Fahrzeugreifen mit einfachem Aufbau und vorteilhaften Eigenschaften bezüglich ihrer Energieversorgung und Zuverlässigkeit anzugeben.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale a) bis e) des Patentanspruchs 1 gelöst.
Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteran­ sprüchen.
Die vorgestellte Vorrichtung zur Bestimmung und kontaktlosen Datenab­ frage von Betriebsparametern von Fahrzeugreifen mit einer autarken Energieversorgung wird während des Herstellungsprozesses als eine Einheit in den Reifenaufbau integriert. Sie besteht aus:
  • a) einer Trägereinheit mit zwei Trägerkörpern (beispielsweise aus einer Al₂O₃-Keramik) zur Aufnahme der Komponenten der Vorrichtung; zwischen den beiden Trägerkörpern ist ein Separator aus einem Material mit mittlerer Steifigkeit (z. B. Silikon, ausgehärtet) angeord­ net, der die unerwünschte senkrecht zur druckempfindlichen Achse des piezoelektrischen Elements wirkende hydrostatische Druck­ spannung des Reifens absorbiert oder reflektiert
  • b) einer Sensoreinheit mit einem oder mehreren Sensoren und zuge­ höriger Auswerteelektronik zur Erfassung bzw. Detektion der gewünschten Betriebsparameter sowie zur Aufbereitung der Meß­ signale
  • c) einem (vorzugsweise einzigen) piezoelektrischen Element zur Ener­ gieversorgung der Komponenten der Vorrichtung (durch die beiden Trägerkörper wird die hydrostatische Druckspannung des Reifen­ gummis in das piezoelektrische Element parallel zu seiner druck­ empfindlichen Achse eingeleitet); gleichzeitig fungiert das piezo­ elektrische Element als "Umdrehungssensor" zur Detektion der Reifenumdrehungen (falls lediglich die Laufleistung des Reifens bestimmt werden soll, werden somit keinerlei zusätzliche Sensoren benötigt)
  • d) einem integrierten Schaltkreis IC (beispielsweise ein IC-Chip) zur Aus­ wertung und Speicherung der ermittelten Betriebsparameter und der Reifenumdrehungen: der IC umfaßt eine Spannungsversor­ gungseinheit, eine Zählereinheit zur Bestimmung der Anzahl der Reifenumdrehungen, eine Steuereinheit zur Kontrolle des zeitlichen und logischen Ablaufs, eine Einheit zur Erfassung und Bewertung der Temperaturbelastung, eine Speichereinheit mit einem nichtflüchti­ gen, elektrisch löschbaren und beim Stillstand des Reifens be­ schreibbaren Speicher (E²PROM), sowie eine Ausgabeeinheit zum Auslesen der gespeicherten Daten mittels eines Transponders.
Obwohl beim Einsatz der Vorrichtung eine hohe Zahl an Speicher­ vorgängen auftritt, werden durch eine von der Steuereinheit beim Speichervorgang vorgenommene Rotation der Zählerstellen der Zählereinheit die Schreibzyklen auf alle Speicherzellen des Speichers gleichmäßig verteilt, wodurch die Schreibbelastung der Speicher­ zellen gleichmäßig verteilt wird. Weiterhin werden mehrere Speicherzellen gleichzeitig mit der gleichen Information redundant beschrieben, wobei mittels einer von der Steuereinheit durchge­ führten automatischen Fehlerkorrektur auch beim Ausfall einzelner Speicherzellen des Speichers dessen Funktionsfähigkeit aufrecht­ erhalten wird.
  • e) einem passiven Transponder (bestehend aus Transponder-Schaltkreis, Transponderspule und Resonanzkondensator) zur Datenübertragung der Betriebsparameter und zur Identifikation des Reifens; über den Transponder können die abgespeicherten Informationen mittels eines externen Lesegeräts ausgelesen werden.
Die beschriebene Vorrichtung vereinigt mehrere Vorteile in sich:
  • - es können beliebige Reifenparameter bestimmt, abgespeichert und ausgelesen werden, wobei insbesondere die Bestimmung der Lauf­ leistung des Reifens auf einfache Weise ohne zusätzliche Detektoren oder Sensoren möglich ist,
  • - sie ist vollständig autark, da die Energieversorgung der Kompo­ nenten der Vorrichtung ausschließlich mittels des piezoelektrischen Elements erfolgt,
  • - durch den Aufbau mit den beiden Trägerkörpern und dem Separator wird die Druckspannung dem piezoelektrischen Element sehr effektiv zugeführt und damit dessen Leistungsfähigkeit erhöht,
  • - da sie nur sehr wenige Komponenten 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 des Speichers, durch die redundante Beschreibung der Speicherzellen und durch die einfachen und effizienten Fehler­ korrekturmechanismen ist eine hohe Zuverlässigkeit gewährleistet,
  • - durch die Integration im Fahrzeugreifen (die Vorrichtung ist untrennbar mit dem Reifen verbunden und daher von außen nicht zugänglich) ist eine große Manipulationssicherheit gegeben.
Anhand der Fig. 1 und 2 wird als Ausführungsbeispiel eine Vorrichtung zur Bestimmung der Laufleistung eines Fahrzeugreifens mit gleichzeitiger Erfassung der Temperaturbelastung sowie gleichzeitiger Identifikationsmög­ lichkeit beschrieben.
Hierbei zeigt die Fig. 1 den Aufbau der Vorrichtung (Fig. 1a in Draufsicht, Fig. 1b als Schnittzeichnung, Fig. 1c in Seitenansicht) und die Fig. 2 ein Blockschaltbild mit den Funktionseinheiten der Vorrichtung.
  • a) Energieversorgung/Reifenumdrehungszählung:
    Zur Energieversorgung der Komponenten der Vorrichtung und gleichzeitig als Detektor für die Reifenumdrehungen wird ein einziges, vorzugsweise in multilayer-Technologie ausgebildetes, piezoelektrisches Element 30 folgendermaßen eingesetzt:
  • - Energieversorgung: Beim Abrollvorgang des Reifens wird mit Hilfe des auf dem (beispielsweise aus Al₂O₃ bestehenden) Trägerkörper 11 angeordneten piezoelektrischen Elements 30 aus der sich im Rei­ fengummi 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 zwischen dem Trägerkörper 11 und dem Trägerkörper 12 ein Separator 13 ange­ ordnet, der die hydrostatischen Druckspannungen absorbiert oder reflektiert. Die Steifigkeit des Separatormaterials ist so angepaßt, daß zum einen die Stauchung des piezoelektrischen Elements 30 (Keramik mit extrem hoher Steifigkeit) nicht beeinträchtigt wird, zum anderen die absorbierende oder reflektierende Wirkung gegenüber den seitlich eingeleiteten hydrostatischen Druckspannungen erhalten bleibt. Die druckempfindlichen Flächen werden durch die beiden Trä­ gerkörper 11, 12 mit hoher Steifigkeit (beispielsweise Metall, Keramik) vergrößert, wodurch eine höhere Druckspannung ins piezoelek­ trische Element 30 eingeleitet und damit dessen Leistungsfähigkeit erhöht wird. Aus der Wechselspannung an den Elektroden des piezoelektrischen Elements 30 wird durch eine Gleichrichterschaltung des integrierten Schaltkreises 40 den Komponenten der Vorrichtung eine Gleichspannung zur Verfügung gestellt.
  • - Reifenumdrehungsdetektor: Bei jeder Reifenumdrehung wird vom piezoelektrischen Element 30 ein pulsförmiges Signal erzeugt, das als Grundlage für die Umdrehungszählung dient. Zur Registrierung, Aus­ wertung und Speicherung der Reifenumdrehungsinformation ist der Ausgang des piezoelektrischen Elements 30 mit dem integrierten Schaltkreis 40 (IC-Chip) verbunden, der auf dem Trägerkörper 11 ange­ ordnet ist und gemäß der Fig. 2 eine Spannungsversorgungseinheit 41, eine Zählereinheit 42, eine Steuereinheit 43, eine Speichereinheit 44, eine Temperaturbewertungseinheit 46 und eine Ausgabeeinheit 45 aufweist. Jede Reifenumdrehung wird in der Zählereinheit 42 des IC-Chips 40 registriert; eine Elektrode (ein Ausgang) des piezoelek­ trischen Elements 30 ist mit der Zählereinheit 42 verbunden, die an ihrem Ausgang ein Zählregister zur weiteren Verarbeitung bereit­ stellt. Bei einem Stillstand des Fahrzeugs (keine Reifenumdrehung) wird die Energiezufuhr durch das piezoelektrische Element 30 beendet und der momentane Zählwert in einem E²PROM-Speicher der Speichereinheit 44 abgespeichert. Bei einer Wiederaufnahme der Reifenbewegung wird der im E²PROM-Speicher abgespeicherte, aktu­ elle Wert in die Zählereinheit 42 geladen und die Umdrehungszäh­ lung fortgesetzt. Mittels der Steuereinheit 43 wird die maximale Anzahl der Datenänderungen in den E²PROM-Speicherzellen der Speichereinheit 44 reduziert und eine automatische Fehlerkorrektur durchgeführt.
  • b) Temperaturbelastung:
    Die Temperaturbelastung des Fahrzeugreifens wird bestimmt, indem bei jeder Reifenumdrehung von der Temperaturbewertungseinheit 46, die vorzugsweise Bestandteil des integrierten Schaltkreises 40 ist, die aktuelle Temperatur des Reifengummis gemessen und in Abhängigkeit der zurück­ gelegten Wegstrecke (erfaßt durch den Reifenumdrehungsdetektor) bewertet wird. Bei einem Stillstand des Reifens (keine Reifenumdrehung mehr) wird der für die bisher zurückgelegte Fahrstrecke gültige Bewer­ tungsmaßstab in einem E²PROM-Speicher der Speichereinheit 44 abge­ speichert. Bei einer Wiederaufnahme der Reifenbewegung wird der im E²PROM-Speicher bisher gültige Bewertungsmaßstab in die Temperaturbe­ wertungseinheit 46 zurückgeladen und als Basis zur Bildung des neuen Bewertungsmaßstabs verwendet.
  • c) Datenübertragung:
    Bei der Datenübertragung wird die abgespeicherte Information mittels der Ausgabeeinheit 45, dem Transponderschaltkreis 51 und der Transponder­ spule 52 nach außen übertragen und kann beispielsweise mittels eines Hand­ lesegeräts, das ein induktives Wechselfeld zur Energieversorgung be­ reitstellt, ausgelesen werden. Der Kondensator 53 dient als Resonanzkon­ densator zur Abstimmung auf die Übertragungsfrequenz.
Gemäß der Fig. 2 können die einzelnen Funktionseinheiten des integrier­ ten Schaltkreises 40 (IC-Chips) folgendermaßen untergliedert werden:
  • a) Spannungsversorgungseinheit 41 (Betriebsspannungseinheit 41 a, Programmierspannungseinheit 41 b):
    Aus der von dem piezoelektrischen Element 30 als externe Energie­ quelle gelieferten elektrischen Energie (Wechselspannung) wird mittels der Betriebsspannungseinheit 41a und des Kondensators 41c die (Betriebs-)Versorgungsspannung für den IC-Chip 40 (DC-Spannung von beispielsweise 3 V) und mittels der Programmierspannungsein­ heit 41b und des Kondensators 41d die Programmierspannung für die E²PROM-Speicherzellen 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 piezoelektrischen Element 30 erzeugte negative oder positive Flanke als Signal für eine Reifenumdrehung detektiert. Um die Umdrehungsinformation besser verarbeiten zu können (Reduzierung auf eine praktikable Auflösung), werden die Daten des Pulsdetektors 42a mittels des als Abwärtszähler ausgebildeten Vorteilers 42b um einen bestimmten Faktor geteilt (beispielsweise um den Faktor 2¹⁰). Mittels des Zählers 42c wird die endgültige Umdrehungsinformation generiert; der Zähler 42c, vorzugsweise als Binärzähler ausgebildet, übermittelt seinen Zählerstand bei einem Stillstand des Reifens an die Spei­ chereinheit 44 und wird von dieser bei Wiederaufnahme der Reifen­ bewegung mit dem dort abgespeicherten Wert vorgeladen.
  • c) Steuereinheit 43 (Spannungspegeldetektor 43a, Kontrolleinheit 43b, Coder/Decoder 43c):
    Vom Spannungspegeldetektor 43a wird - zur Vermeidung von Daten­ verlusten in Phasen sehr langsamer Reifenumdrehungen - beim Unterschreiten eines bestimmten Schwellwerts der Versorgungsspan­ nung ein Signal generiert, durch das die Speichereinheit 44 zur Übernahme des momentanen Zählerstands veranlaßt wird. Mittels der Kontrolleinheit 43b werden Steuersignale erzeugt, mit denen die zeitlichen und logischen Abläufe der verschiedenen Funktionseinhei­ ten des IC-Chips 40 kontrolliert, überwacht und aufeinander abgestimmt werden (Initialisierung, Detektion der Spannungsversor­ gung, Zählmodus, Schreibmodus, Lesemodus, Programmiermodus, Ausgabemodus, Temperaturerfassung etc.). um die Anzahl der Datenänderungen in den E²PROM-Speicherzellen des E²PROM- Speichers 44b zu reduzieren, wird durch den Coder-/Decoder 43c eine Codierung (Rotation) der Zählerbits oder verschiedener Zählerbit­ gruppen (ausgenommen wenige höherwertige) vorgenommen. Die Zählerbits werden so auf die einzelnen Zählerbitgruppen verteilt, daß die mittlere Bitwechselwahrscheinlichkeit aller Bits einer Gruppe möglichst gering und in allen Gruppen möglichst gleich ist. Dabei wird die Information über die Anzahl der Rotationsschritte aus den nicht-rotierten Zählerstellen gewonnen: eine vorgegebene Anzahl signifikanter Zählerbits wird zur Definition der Gruppenposition herangezogen, die anderen Bits werden rotiert, wobei die Rotation vor jedem Schreibzyklus in die E²PROM-Speicherzellen des E²PROM- Speichers 44b durchgeführt wird. Rotierte und nicht-rotierte Zäh­ lerstellen werden in den Speicherzellen des E²PROM-Speichers 44b abgelegt. Die Rückgewinnung des korrekten Zählerstands (Decodierung) - bei Wiederaufnahme der Umdrehungszählung - er­ folgt auf dem umgekehrten Weg: die nicht-rotierten Zählerstellen geben an, um wieviele Schritte die übrigen (rotierten) Speicherzellen zurückrotiert werden müssen, damit der Binärzähler 42c mit dem aktuellen Wert geladen werden kann. Durch diese Rotation der Speicherzellen (die Schrittanzahl ändert sich mit Zunahme des Zähler­ stands kaum), wird eine gleichmäßige Schreibbelastung aller Speicherstellen erreicht. Als Coder/Decoder 43c wird vorzugsweise eine Schaltmatrix aus einzelnen bidirektionalen Gattern eingesetzt, so daß zur Durchführung der Rotation weder zusätzliche Speicher­ stellen noch ein Microcontroller benötigt werden. Beispielsweise ist der Coder/Decoder 43c als 1/N-Decoder mit einer (statischen) Schalt­ matrix 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-Chip 40 unterschiedlich ausgelegt werden kann: Beispielsweise bei einem 20-Bit-Binärzähler 42c werden mittels 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 bidi­ rektionalen Gattern 20 Bits in fünf 4er-Bit-Gruppen zusammengefaßt, während die beiden höchstwertigen Zählerbits die Ro­ tationsinformation liefern - die Rotation selbst erfolgt hier innerhalb jeder Gruppe.
  • d) Speichereinheit 44 (Schreib-Lese-Logik für Laufleistung 44a, E²PROM- Speicher bzw. 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 Reifenumdrehungsinfor­ mation beim Starten bzw. Stoppen der Reifenumdrehung zwischen dem Coder-/Decoder 43c und der Speicherzelleneinheit 44b trans­ feriert. Um die Zuverlässigkeit der Vorrichtung zu erhöhen, wird die Speicherzelleneinheit 44b in Gruppen mit einer bestimmten 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 bestimmte Anzahl von Speicherzellenin­ halten invertiert werden kann (beispielsweise ein Speicherzellenin­ halt 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 ausgegeben, der in der Mehrzahl der Speicher­ zellen der Gruppe (beispielsweise in zwei der drei Speicherzellen) enthalten ist; somit kann eine gewisse Anzahl der zusammengehöri­ gen Speicherzellen einer Gruppe defekt sein (beispielsweise eine von drei), ohne daß ein Informationsverlust entsteht (dies ist bei der Laufleistungsmessung mittels 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 Temperaturbewertung 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 Temperaturbewertung 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 Fehlerkorrek­ tur 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 Programmierung der E²PROM-Speicherzellen wird nur dann vorgenommen, wenn sich der neue Inhalt einer Speicherzelle vom bereits bestehenden Inhalt unterscheidet (die Kontrolleinheit 43b initialisiert den Program­ miervorgang mittels eines Steuersignals), wobei die Program­ mierspannung von der Programmierspannungseinheit 41b der Spannungsversorgungseinheit 41 geliefert wird.
Datenausgabe (Ausgabeeinheit 45, Transponder 50):
um die Umdrehungsinformation nach außen zu übertragen, 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 Auslesen benötigten Komponenten der Vorrichtung (Kontrolleinheit 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. Vorzugsweise kann der Transpon­ derschaltkreis 51 auch im integrierten Schaltkreis 40 integriert werden. Das Auslesen der Daten wird vom Transponder 50 über ein Steuersignal initialisiert und durch die Kontrolleinheit 43b über­ wacht. Während des Betriebsmodus (Umdrehungszählung) wird die Ausgabeeinheit 45 (das Transponder-Interface) wegen der damit ver­ bundenen Leistungsersparnis abgeschaltet.
  • f) Temperaturbewertungseinheit 46 (Temperatursensor 46a, Analog- Digital-Umwandler 46b, Bewertungseinheit 46c):
    Der Temperatursensor 46a erfaßt in seiner Umgebung ständig die Temperatur T des Reifengummis; er ist vorzugsweise als Halbleiter­ sensor ausgebildet und als Bestandteil des integrierten Schaltkreises 40 ausgeführt. Das elektrische Ausgangssignal des Temperatursensors 46a (beispielsweise eine Spannungs- oder eine Widerstandsänderung) wird, gesteuert von der Kontrolleinheit 43b, durch den Analog-Digi­ tal-Umwandler (ADU) 46b vorzugsweise in einen Binärcode gewandelt; die Datenumwandlung erfolgt vorzugsweise bei jeder Reifenumdrehung. Das Ausgangsregister des ADUs 46b ist als lösch­ barer Addierer ausgebildet. Während einer bestimmten Fahrstrecke, die beispielsweise aus der Periodendauer des Ausgangssignals des Vorteilers 42b abgeleitet wird, werden die einzelnen ADU-Meßwerte mit einem Addierwert aufsummiert. Die Kapazität des Additions­ registers ist so bemessen, daß während einer Periodendauer des Vorteilersignals kein Registerüberlauf auftritt. Am Ende einer Vortei­ lerperiode wird der signifikante Inhalt des Additionsregisters, 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 ausge­ führt. Zum Ende einer jeden Vorteilerperiode werden die 8 höchst­ wertigen Bits (11 bis 18) als signifikantes Ergebnis an die Bewer­ tungseinheit 46c übertragen. Das Ergebnis stellt in dieser Form den arithmetischen Mittelwert des Temperatursignales während der Vor­ teilerperiode dar.
Die Bewertungseinheit 46c addiert die arithmetischen Tempera­ turmittelwerte nach jeder Vortellerperiode in einem Bewertungs­ register auf. Der Inhalt des Bewertungsregisters wird bei einem Still­ stand des Reifens, gesteuert von der Kontrolleinheit 43b, an die Speichereinheit 44 übertragen. Bei der Wiederaufnahme der Rei­ fenbewegung wird das Bewertungsregister mit dem zuletzt gespeicherten Wert des Bewertungsmaßstabes vorgeladen.

Claims (19)

1. Vorrichtung 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) Trägerkörper(n) (11, 12) angeordneten Sensoreinheit (46) mit mindestens einem Detektor (46a) und einer Auswerteelektronikeinheit (46b, 46c),
  • c) einem auf einem der beiden Trägerkörper (11) angeordneten und zur Energieversorgung der Komponenten der Vorrichtung sowie als Sensor für die Reifenumdrehungen dienenden piezoelektrischen Element (30),
  • d) einem auf einem der beiden Trägerkörper (11) angeordneten in­ tegrierten Halbleiterschaltkreis (40) mit einer Spannungsversor­ gungseinheit (41), einer Zählereinheit (42), einer Steuereinheit (43), einer Speichereinheit (44), einer Temperaturbewertungseinheit (46) und einer Ausgabeeinheit (45),
  • e) und einer auf einem der beiden Trägerkörper (11) angeordneten Datenübertragungseinheit (50).
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Trägerkörper (11, 12) aus einem keramischen Material bestehen.
3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Trägerkörper (11, 12) aus Aluminiumoxid oder Aluminiumnitrid bestehen.
4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Separator (13) am Rande der beiden Trägerkörper (11, 12) angeord­ net ist.
5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Separa­ tor (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 Element (30) fern zu halten.
6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das piezoelektrische Element (30) einen mehrschichtigen Aufbau aufweist.
7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß das piezoelektrische Element (30) mit der Spannungsversorgungseinheit (41) und dem Eingang der Zählereinheit (42) verbunden ist.
8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Spannungsversorgungseinheit (41) aus einer Betriebsspannungsein­ heit (41a) und einer Programmierspannungseinheit (41 b) mit externen Speicherkondensatoren (41c, 41d) besteht.
9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Zählereinheit (42) einen Pulsdetektor (42a), einen Vorteiler (42b) und einen Zähler (42c) aufweist.
10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuereinheit (43) einen Spannungspegeldetektor (43a), eine Kontrolleinheit (43 b) und einen Coder/Decoder (43c) aufweist.
11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeich­ net, daß die Speichereinheit (44) eine Schreib-Lese-Logik (44a, 44c) und einen E²PROM-Speicher (44b) mit Speicherzellen aufweist.
12. Vorrichtung 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. Vorrichtung nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Speicherzellen des E²PROM-Speichers (44b) nur dann beschreibbar sind, wenn sich der zu programmierende Wert von dem bestehenden Inhalt der Speicherzelle unterscheidet.
14. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeich­ net, daß der Coder/Decoder (43c) als Schaltmatrix aus bidirektionalen Transmissionsgattern ausgebildet ist, über die eine Rotation der Zähler­ stellen beim Beschreiben oder Lesen des E²PROM-Speichers (44b) erfolgt.
15. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeich­ net, daß die Schreib-Lese-Logik (44a, 44c) Gatter aufweist, durch deren Verknüpfung beim Speichervorgang der Inhalt einer bestimmten Zahl von Speicherzellen jeder Gruppe invertiert wird und beim Lesevorgang der In­ halt der Speicherzellen überprüft wird.
16. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeich­ net, daß die Temperaturbewertungseinheit (46) einen Temperatursensor (46a) zur Erfassung der Reifentemperatur, einen Analog-Digital-Umwandler (46b) zur Digitalisierung und Mittelung des Temperatursensorsignals sowie eine Bewertungseinheit (46c) zur Bewertung der gemittelten Temperatur­ sensorsignale aufweist.
17. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 16, dadurch gekennzeich­ net, daß die Datenübertragungseinheit (50) als Transponderschaltkreis (51) mit einer Transponderspule (52) und einem Resonanzkondensator (53) ausgebildet ist, und daß die Datenübertragungseinheit (50) mit der Ausgabe­ einheit (45) verbunden ist.
18. Vorrichtung nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß die Daten­ übertragungseinheit (50) im integrierten Halbleiterschaltkreis (40) integriert ist.
19. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 18, dadurch gekennzeich­ net, daß die Datenübertragungseinheit (50) einen Speicher aufweist, in dem Daten zur Identifizierung des Reifens abgelegt sind.
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