DE60114937T2

DE60114937T2 - System und Verfahren, um die Verformungen eines Reifens in Bewegung zu überwachen

Info

Publication number: DE60114937T2
Application number: DE60114937T
Authority: DE
Inventors: Alessandro Ratti; Renato Caretta
Original assignee: Pirelli Pneumatici SpA; Pirelli SpA
Current assignee: Pirelli and C SpA; Pirelli Tyre SpA
Priority date: 2000-02-22
Filing date: 2001-02-20
Publication date: 2006-07-27
Anticipated expiration: 2021-02-21
Also published as: DE60114937D1; WO2001062525A1; JP2003524165A; EP1171321B1; ATE309921T1; US20020166371A1; EP1171321A1; AU5615901A; US6782739B2; ES2253374T3

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und ein System zum Überwachen der Verformungen eines in Bewegung befindlichen Reifens.
Insbesondere bezieht sich die vorliegende Erfindung auf die Möglichkeit, Verformungen des Karkassenaufbaus des Reifens aus seinem Inneren zu bestimmen, beispielsweise für eine vom Fahrer optimierte oder befohlene automatische Intervention bei dem Fahr- und/oder Steuersystem des Fahrzeugs zur Änderung des Fahrzeugsverhaltens entsprechend den an dem Reifen ausgeführten Messungen.
Der Stand der Technik kennt Vorrichtungen zum Messen von charakteristischen Parametern, wie dem Druck und der Temperatur, innerhalb eines Reifens.
Die Patentanmeldung EP 887211 beschreibt ein Reifenüberwachungssystem mit einem Sensor, der innerhalb des Reifens angeordnet und in der Lage ist, einen elektrischen Impuls zu erzeugen, wenn der Sensor durch die Aufstandsfläche hindurchgeht, die von dem Kontakt des Reifens mit dem Boden während des Abrollens gebildet wird. Das in diesem Patent beschriebene System weist auch Einrichtungen zum Auffinden des Verhältnisses des elektrischen Impulses zu der Dauer einer Umdrehung des Reifens sowie Einrichtungen zum Übertragen dieses Verhältnisses zu einer Verarbeitungseinheit innerhalb des Fahrzeuges auf.
Insbesondere ist der Sensor in der Lauffläche des Reifens so angeordnet, dass der elektrische Impuls eine erste Spitze beim Eintritt des Sensors in die Aufstandsfläche und einen zweiten Impuls beim Austritt aus der Aufstandsfläche hat.
Nach der Lehre dieses Patents macht es das Verhältnis der zwischen den beiden Spitzen abgelaufenen Zeit und dem Zeitraum einer vollständigen Umdrehung möglich, das Plattwerden des Reifens bei fahrendem Fahrzeug zu erfassen.
Der Grund dafür besteht darin, dass der Sensor den Augenblick des Eintritts in die Aufstandsfläche und den Augenblick des Austritts aus dieser Fläche bestimmt. Es ist somit möglich, die Länge dieser Fläche zu messen, wenn die Winkelgeschwindigkeit des Reifens und sein Radius bekannt sind. Die Länge der Aufstandsfläche ist dann auf das Plattwerden des Reifens bezogen, was ein kritischer Parameter des Reifens während seines Betriebs ist, insbesondere bei Reifen für Schwertransportfahrzeuge.
Die Patentanmeldung EP 689950 beschreibt ein anderes Verfahren zur Bestimmung von Parametern eines Reifens, wie sein Druck und seine Temperatur. Insbesondere wird eine eingespeiste programmierbare elektronische Vorrichtung an der Innenfläche des Reifens an seiner Montagefelge angeordnet. Diese Vorrichtung kann dazu verwendet werden, den Druck, die Temperatur und die Anzahl der Umdrehungen des Reifens zu bestimmen und zu speichern und kann einen Dehnungsmesser, dessen Ausgangssignal das Biegen der Innenfläche der Lauffläche misst, oder einen Beschleunigungsmesser aufweisen, der den Wert der Beschleunigung misst, der die Lauffläche unterliegt. Zusätzlich wird die Vorrichtung durch ein externes Radiofrequenzsignal aktiviert und übermittelt ein Alarmsignal, wenn eine vorgegebene Grenze über die gemessenen Werte überschritten wird.
Bekannt sind auch Verfahren zum Messen von Verformungen der Lauffläche eines Reifens während der Bewegung und für ihr Übermitteln zu einem Empfänger, der sich an dem Fahrzeug befindet.
Die Patentanmeldung WO 9325400 beschreibt einen Sensor mit einem Schwingkreis, der mit einer vorgegebenen charakteristischen Frequenz schwingt, und sich innerhalb der Lauffläche eines Reifens befindet und in der Lage ist, ein Signal direkt abhängig von den vorstehenden Verformungen auszusenden. Die Resonanzfrequenz ist durch die Verformungen der Lauffläche während der Bewegung beeinflusst und der Sensor sendet elektromagnetische Wellen, die zu diesen Änderungen der Resonanzfrequenz proportional sind. Diese elektromagnetischen Wellen werden von einer Verarbeitungseinheit empfangen, die mit einem Empfänger verbunden ist, der sich innerhalb des Fahrzeugs befindet.
Das US Patent 5,247,831 beschreibt ein Verfahren zur Überwachung des Verhaltens der Aufstandsfläche eines Reifens bei fahrendem Fahrzeug zur Optimierung des Fahrens des Fahrzeugs. Insbesondere ist ein aus Längsstreifen aus piezoresistivem Kautschuk bestehender pie zoelektrischer Sensor in die Lauffläche eingelegt. Dieser Sensor ist in der Lage, die Verformungen der Lauffläche zu messen, da die Streifen ihren elektrischen Widerstand als Funktion der Verformungen ändern.
Bekannt sind auch Verfahren und Vorrichtungen zum Einwirken auf das Fahr- und/oder Steuersystem des Fahrzeugs, insbesondere auf Einrichtungen, die die Aufhängung des Fahrzeugs steuern, um sein Verhalten entsprechend den Information zu steuern, die von den Achsen des Fahrzeugs oder von den Radnaben erhalten werden.
Die von der Società Pneumatici Pirelli S. p. A. auf der Internationalen Autoreifenkonferenz in Toronto, Kanada am 22. Oktober 1974 vorgestellte Veröffentlichung "Ein Verfahren zur Bewertung der Seitenstabilität von Fahrzeugen und Reifen", veranschaulicht ein Verfahren zur Bestimmung des dynamischen Verhaltens des Fahrzeugs als Funktion der von den unterschiedlichen Arten von Reifensätzen entwickelten Kräfte und der unterschiedlichen Straßenoberflächenzustände.
Die Veröffentlichung zitiert hauptsächlich drei Kräfte, die das dynamische Verhalten eines Reifens bestimmen, nämlich die Vertikalkraft, die Längskraft und die Seitenkraft.
Die Vertikalkraft ergibt sich aufgrund der dynamischen Belastung, der der Reifen unterworfen ist. Die Längskraft ergibt sich aufgrund des Moments, das an die Achse des Reifens infolge einer Beschleunigung oder eines Abbremsen des Fahrzeugs angelegt wird. Die Seitenkraft, die auch unter Bedingungen eines Fahrens mit einer Geradausbewegung vorhanden ist, ist die Resultierende der Kraft, die sich aufgrund der charakteristischen Winkel der Fahrzeugaufhängung (Sturz und Vorspur) und aufgrund der Lagensteuerung, die von den Lagen geneigter Korde des Gurtaufbaus des Reifens entwickelt wird, sowie des Drucks ergibt, der durch die Zentrifugalkraft während des Driftens erzeugt wird. Die Summe der von den vier Reifen entwickelten Kräfte erzeugt ein am Schwerpunkt des Fahrzeugs angreifendes resultierendes System, das die Trägheitskräfte ausgleicht und das Verhalten des Fahrzeugs als Funktion der Eigenschaften des Aufhängungssystems jeder Achse bestimmt. Dieses resultieren System wird mit Hilfe geeigneter Beschleunigungsmesser bestimmt, von denen einer an der Vorderachse und einer an der Hinterachse des Fahrzeugs angeordnet ist. Der Artikel zeigt einen Satz von Diagrammen, die die Zentripetalbeschleunigung oder die Zentripetalkraft veranschaulichen, die an dem Schwerpunkt des Fahrzeugs als Funktion des Schlupf-Winkels der entsprechenden Achse angreift. Aus den Diagrammen, die für unterschiedliche Bodenzustände und unterschiedliche Reifen aufgetragen sind, kann das Verhalten des Fahrzeugs, das mit einem vorgegebenen Satz von Reifen versehen ist, und jeder seitliche Schlupf der Vorder- oder der Hinterachse bei der Kurvenfahrt bestimmt werden.
Die Anmelderin hat beobachtet, dass die vorstehend bekannten Systeme zur Steuerung des Verhaltens des Fahrzeugs auf Systemen und Kräften basieren, die an den Naben der Räder gemessen werden, während die Messsysteme für die Verformungen der Reifen auf der Bestimmung der Verformungen basieren, denen die Lauffläche in der Aufstandsfläche des Reifens meistens unterliegt.
Die Anmelderin hat beobachtet, dass die bei diesen Systemen gemessenen Werte nicht eindeutig auf die Laufzustände des Reifens und präziser auf die Systeme von Kräften bezogen werden können, die von dem Reifen bei jedem Laufzustand entwickelt werden.
Die vorliegende Erfindung basiert auf der Wahrnehmung der Anmelderin, dass die Bestimmung von Verformungen der Lauffläche, insbesondere in der Aufstandsfläche des Reifens es nicht ermöglicht, das System von Kräften zu identifizieren, das von dem Reifen oder den Verformungen der ihm zugeordneten Reifenkarkasse entwickelt werden und die das Verhalten des Reifens darstellen. Dieses Verhalten ist von wesentlicher Bedeutung, insbesondere während bestimmter spezieller Ereignisse, beispielsweise beim Bremsen oder Beschleunigen des Fahrzeugs, beim Driften und bei Belastungsänderungen am Reifen.
Nach den vorstehenden Ausführungen stammt die vorliegende Erfindung aus der Erkenntnis der Anmelderin, dass die Bestimmung von Verformungen der Reifenkarkasse, die eindeutig mit dem System von Kräften in Bezug stehen, die von dem Reifen im Betrieb entwickelt werden, es ermöglicht, das Verhalten des Reifens in jedem seiner Bewegungszustände zu bestimmen.
Es wurde gefunden, dass die Messungen der Verformung des Karkassenaufbaus des Reifens bei einem gegebenen Aufpumpdruck entsprechend einem Satz von drei kartesischen Achsen, mit anderen Worten die Verformung in der Vertikalrichtung, die Verformung in der Querrichtung und die Verformung in der Längsrichtung, eindeutig oder auf jeden Fall jeweils reproduzierbar den Vertikal-, Seiten- und Längskräften jeweils entsprechen, die auf den Reifen wir ken (oder mit anderen Worten den Kräften entsprechen, die der Reifen mit dem Boden austauscht).
Die Anmelderin hat früher diese technische Lösung und die zugehörigen Bestimmungen in der Patentanmeldung 99EP-114962.6 beschrieben, die für weitere und detailliertere Informationen Bezug genommen werden sollte und die so zu verstehen ist, dass sie insgesamt in diese Beschreibung eingeschlossen ist.
Die Anmelderin hat früher ein spezielles Verfahren und eine spezielle Vorrichtungsart zur Ausführung der erwähnten Bestimmungen in der Patentanmeldung 99EP-125692.6 beschrieben. In dieser Patentanmeldung werden diese Verformungen mit Hilfe eines Sensors bestimmt, der die Entfernung zwischen dem Sensor und bestimmten vorgegebenen Punkten auf der Innenfläche der Reifenauskleidung ist. Die Größe der Verformungen des Karkassenaufbaus des Reifens kann aus diesen Entfernungen mit Hilfe einer Berechnung abgeleitet werden.
Die vorliegende Erfindung bezieht sich speziell auf ein weiteres Verfahren und einen weiteren Typ einer Vorrichtung zur Ausführung der erwähnten Bestimmungen.
Das Dokument DE 39 16 176 offenbart eine Vorrichtung, bei welcher die Entfernung der Felge von dem Laufstreifen des Reifens kontaktlos gemessen wird.
Insbesondere hat die Anmelderin ein Verfahren zum Bestimmen der Verformungen eines in Bewegung befindlichen Reifens gefunden, das darin besteht, diese charakteristischen Werte innerhalb des Reifens mit Hilfe eines einzigen Sensors zu messen, der die Innenfläche der Reifenauskleidung beleuchtet. An der Innenfläche der Auskleidung werden nebeneinander Bereiche hoher Lichtreflexion und Bereiche geringer Lichtreflexion ausgebildet. Aus den Diskontinuitätspunkten, die zwischen einem Bereich mit hoher Lichtreflexion und einem Bereich mit geringer Lichtreflexion gebildet werden, bestimmt dieser Sensor die Verformung des Reifens in der Seitenrichtung, in der Längsrichtung und in der Vertikalrichtung. Die Bestimmung erfolgt vorzugsweise, wenn die Bereiche der Innenfläche, die diese Änderung beleuchteter Flächen und dunkler Flächen haben, innerhalb der Aufstandsfläche des Reifens liegen.
Bei einem ersten Aspekt bezieht sich die vorliegende Erfindung auf ein System zum Überwachen der Verformungen eines sich bewegenden Reifens, der auf eine Felge aufgepasst ist, die mit einem Fahrzeug verbunden ist, wobei sich das System dadurch auszeichnet, dass es

– eine sich bewegende Station, die in einer vorgegebenen Position an der Felge angeordnet ist und in der Lage ist, einen optischen Strahl zu der Innenfläche des Reifens zu senden, das von der Oberfläche reflektierte Licht zu empfangen und ein Signal zu emittieren, das proportional zu den Verformungen des Reifens in Längsrichtung, in Querrichtung und in Vertikalrichtung ist, und
– ein reflektierendes Element aufweist, das an der Innenfläche des Reifens angeordnet ist und einen Bereich aufweist, der wenigstens eine Fläche mit hoher Lichtreflexion und eine Fläche mit geringer Lichtreflexion aufweist und der in der Lage ist, den optischen Strahl zu reflektieren.

Das System weist auch eine festgelegte Station auf, die sich an dem Fahrzeug befindet und die in der Lage ist, das Signal von der sich bewegenden Station zu empfangen.
Vorzugsweise wird die Fläche mit hoher Lichtreflexion dadurch gebildet, dass die Innenfläche des Reifens mit einer reflektiven Farbe gefärbt ist.
Insbesondere weist der Bereich eine Vielzahl von aneinandergrenzenden Dreiecken auf.
Vorzugsweise ist die festgelegte Station in der Lage, die von der sich bewegenden Station ausgeführte Messung zu aktivieren.
Insbesondere weist die sich bewegende Station wenigstens einen Sensor und eine elektronische Leiterplatte auf, der eine einen optischen Strahl emittierende Vorrichtung, eine erste Linse, eine einen optischen Strahl empfangende Vorrichtung und eine zweite Linse zugeordnet sind.
Insbesondere weist die festgelegte Station ein Halteelement auf, das an einem seiner Enden mit einer Nabe festgelegt ist, auf der die Felge aufgebracht ist, und eine elektronische Leiterplatte, die an dem Haftelement festgelegt ist.
Die elektronische Leiterplatte der festgelegten Station weist insbesondere einen Schwingkreis, der eine Treiberschaltung für eine erste Antenne versorgt, einen Hochfrequenzempfänger, der mit der ersten Antenne verbunden ist, und eine elektrische Demodulatorvorrichtung auf, die mit dem Frequenzempfänger verbunden ist. Vorzugsweise wird die festgelegte Station von der Batterie des Fahrzeugs gespeist, an dem der Reifen befestigt ist.
Insbesondere weist die elektronische Leiterplatte des Sensors eine zweite Antenne, die mit einer Stromversorgungseinheit verbunden ist, die eine Treiberschaltung für den Emitter des optischen Strahls und eine Treiberschaltung für den Empfänger des optischen Strahls versorgt, sowie eine Schaltung zum Lesen des elektrischen Signals auf, das von dem Empfänger des optischen Strahls emittiert wird.
Vorzugsweise weist der Emitter des optischen Strahls eine LED oder eine Laserdiode auf.
Vorzugsweise hat der Empfänger des optischen Strahls wenigstens ein CCD- oder eine CMOS-Element.
In einem zweiten Aspekt bezieht sich die vorliegende Erfindung auf ein Verfahren zum Überwachen der Verformungen eines sich bewegenden Reifens, der auf eine Felge aufgepasst ist, die einem Fahrzeug zugeordnet ist, wobei sich das Verfahren dadurch auszeichnet, dass es die folgenden Schritte aufweist:

– Emittieren eines Signals in dem Reifen von einer vorgegebenen Position an der Felge aus,
– Reflektieren dieses Signals von der Innenfläche des Reifens,
– Empfangen dieses reflektierten Signals und
– Verarbeiten des empfangenen Signals derart, dass ein Signal erzeugt wird, das proportional zu den Verformungen des Reifens in Längsrichtung, in Querrichtung und in Vertikalrichtung ist.

Insbesondere weist der Schritt des Emittierens eines Signals das Aktivieren einer sich bewegenden Station auf, die sich an der Felge befindet, um das Signal zu emittieren, wenn die sich bewegende Station durch die Aufstandsfläche des Reifens hindurchgeht.
Zusätzlich weist dieses Verfahren auch das Übertragen des von der sich bewegenden Station verarbeiteten Signals auf eine festgelegte Station auf, die sich an dem Fahrzeug befindet.
Vorzugsweise wird dieser Schritt der Aktivierung einer sich bewegenden Station durch die festgelegte Station ausgeführt.
Insbesondere weist der Schritt des Aktivierens einer sich bewegenden Station die Zuführung von Strom zu der sich bewegenden Station über ein Zeitintervall auf, währenddessen der Schritt des Übertragens des verarbeiteten Signals von der sich bewegenden Station zu der festgelegten Station ebenfalls ausgeführt wird.
Der Schritt des Aktivierens einer sich bewegenden Station weist insbesondere das Erzeugen eines Magnetfelds an der festgelegten Station in der Richtung der sich bewegenden Station und das Zuführen von Strom mittels des Magnetfelds einer Treiberschaltung für einen Emitter eines optischen Strahls auf.
Insbesondere weist der Schritt des Übertragens des verarbeiteten Signals von der sich bewegenden Station zu der festgelegten Station

–das Erzeugen eines Magnetfelds entsprechend dem verarbeiteten Signal an der sich bewegenden Station in der Richtung der festgelegten Station, das Umwandeln des Magnetfelds in ein elektrisches Signal und ein solches Entschlüsseln des elektrischen Signals, dass das entsprechende verarbeitete Signal erhalten wird.

Bei einem weiteren Aspekt bezieht sich die vorliegende Erfindung auf ein Rad für Fahrzeuge mit einem Reifen, der auf einer tragenden Felge aufgepasst ist, wobei sich das Rad dadurch auszeichnet, dass es

– eine sich bewegende Station, die an einer vorgegebenen Position an der Felge angeordnet und in der Lage ist, einen optischen Strahl zu der Innenfläche des Reifens zu senden, das von der Fläche reflektierte Licht zu empfangen sowie ein Signal, das proportional zu den Verformungen des Reifens in Längsrichtung, in Querrichtung und in Vertikalrichtung ist, zu dem Fahrzeug zu senden, an dem das Rad befestigt ist, und ein reflektierendes Element auf, das an der Innenfläche des Reifens angeordnet ist und einen Bereich aufweist, der wenigstens eine Fläche mit hoher Lichtreflexion und eine Fläche mit geringer Lichtreflexion hat und in der Lage ist, den optischen Strahl zu reflektieren.

Weitere Eigenschaften und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden mehr im Einzelnen in der folgenden Beschreibung unter Bezug auf die beiliegenden Zeichnungen erklärt, die lediglich zu erläuternden Zwecken ohne irgendeine Beschränkungsabsicht vorgesehen sind und in denen
1 einen Querschnitt durch einen auf seine tragende Felge aufgepassten Reifen unter einer statischen Last zeigt,
2 eine Einzelheit eines Reifens ist, die das System zum Bestimmen der Verformung des Reifens nach der vorliegenden Erfindung mit einer sich bewegenden Station und einer festgelegten Station zeigt,
3 ein Blockschaltbild der in der in 2 gezeigten festgelegten Station vorhandenen elektronischen Schaltung ist,
4 die sich bewegende Station im Einzelnen mit seinen elektrischen und optischen Bauelementen zeigt,
5 ein Blockschaltbild der in der in 4 gezeigten sich bewegenden Station vorhandenen elektronischen Schaltung ist,
6 im Einzelnen das Rad nach der vorliegenden Erfindung und insbesondere den Koppelungsbereich zwischen der sich in der festgelegten Station befindlichen Antenne und der sich in der sich bewegenden Station befindlichen Antenne zeigt,
7a die Innenfläche der Auskleidung eines Reifens gesehen in der Aufstandsfläche des Reifens und ein reflektierendes Element zeigt,
7b eine schematische Darstellung eines optischen Strahl ist, der von einem optischen Strahlemitter zu der Innenfläche der Auskleidung eines Reifens emittiert und von Letzterer zu einem Empfänger für den optischen Strahl reflektiert wird,
7c eine schematische Darstellung eines optischen Strahls ist, der von der Innenfläche der Auskleidung des Reifens zu einem Empfänger für den optischen Strahl reflektiert wird, bezogen auf ein System von kartesischen Achsen,
7d einen Teil der Innenfläche der Auskleidung des Reifens gesehen von der Aufstandsfläche des Reifens und die Bewegung eines reflektierenden Elements zeigt,
8 eine schematische Darstellung eines Luftreifens ist,
9 ein Querschnitt durch einen auf seine tragende Felge aufgepassten Reifen ist und ein System nach der Erfindung zum Überwachen der Verformung in der Vertikalrichtung zeigt (mit anderen Worten in der Richtung des Plattwerdens),
10 ein Querschnitt durch einen auf seine tragende Felge aufgepassten Reifen in Zuständen eines seitlichen Driftens ist und ein System nach der Erfindung zum Überwachen der Verformung der Seitenrichtung zeigt (mit anderen Worten in der Richtung der seitlichen Verschiebung) und
11 ein Querschnitt durch einen auf seine tragende Felge aufgepassten Reifen unter Bremsbedingungen ist und ein System nach der Erfindung zum Überwachen der Verformungen in der Längsrichtung zeigt (mit anderen Worten in der Richtung der Längsverschiebung).
1 zeigt als Beispiel ein Rad mit einem Reifen 1 in der herkömmlichen so genannten "schlauchlosen" Bauweise, mit anderen Worten ohne einen inneren Schlauch, sowie eine tragende Felge 2. Der Reifen 1 ist mit Hilfe eines Aufpumpventils 3 aufgepumpt, das sich beispielsweise in bekannter Weise an dem Kanal der Felge befindet.
Der Reifen 1 besteht aus einem innen hohlen torusförmigen Aufbau, der von einer Vielzahl von Bauelementen und hauptsächlich einer textilen oder metallischen Karkasse gebildet wird, die zwei Wulste 5 und 5' hat, von denen jeder längs eines inneren Umfangsrandes der Karkasse zum Befestigen des Reifens an der entsprechenden tragenden Felge 2 ausgebildet ist. Die Karkasse hat wenigstens ein Paar von ringförmigen Verstärkungskernen, die Wulstdrähte 6 und 6' genannt werden und die am Umfang nicht dehnbar und in die Wulste eingelegt sind (gewöhnlich wenigstens ein Wulstdraht pro Wulst).
Die Karkasse hat einen tragenden Aufbau, der von einer verstärkenden Lage 4 gebildet wird, die textile oder metallische Korde aufweist, die sich axial von einem Wulst zum anderen entsprechend einem torusförmigen Profil erstrecken, und der an jedem ihrer Enden ein entsprechender Wulstdraht zugeordnet ist.
In Reifen in der Bauweise, die als "Gürtel" bekannt sind, liegen die erwähnten Korde im Wesentlichen in Ebenen, die die Drehachse des Reifens enthalten.
An der Krone dieser Karkasse sind ein ringförmiger, als Gurtaufbau bekannter Aufbau 8, der normalerweise aus einem oder mehreren Streifen aus gummiertem Gewebe besteht, das aufeinander zu dem gewickelt wird, was "Gürtelpaket" genannt wird, und eine Lauffläche 9 aus elastomerem Material, die um das Gürtelpaket herum gewickelt ist und in die ein Reliefmuster für den Abrollkontakt des Reifens mit der Strasse eingeprägt ist. An der Karkasse sind in seitlichen axial gegenüberliegenden Positionen auch zwei Seitenwände 10 und 10' aus elastomerem Material angeordnet, von denen sich jede nach außen in der Radialrichtung von dem äußeren Rand des entsprechenden Wulstes erstreckt.
Bei Reifen des als "schlauchlos" bekannten Typs ist normalerweise die Innenfläche der Karkasse mit dem, was als "Auskleidung" 111 bezeichnet wird, ausgekleidet, mit anderen Worten mit einer oder mehreren Schichten aus einem luftdichten elastomeren Material. Schließlich kann die Karkasse entsprechend der speziellen Auslegung des Reifens andere bekannte Elemente aufweisen, wie Ränder, Streifen und Füller.
Die Kombination dieser Elemente bestimmt die mechanischen Eigenschaften der Elastizität, der Steifigkeit und des Verformungswiderstands des Reifens, die die Verbindung zwischen dem System von Kräften, die auf den Reifen einwirken, und dem Ausmaß der entsprechenden Verformungen, denen er unterliegt, bilden.
2 zeigt bei einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ein System zum Überwachen des Profils des Reifens von 1, der auf die tragende Felge 2 aufgepasst und mit einem Fahrzeug verbunden ist. Das System hat eine sich bewegende Station 30, die in die Wand der tragenden Felge 2 eingepasst ist und einen Sensor/Emitter 11 (nachstehend zur Abkürzung als "Sensor" bezeichnet) aufweist, der sich in dem Hohlraum befindet, der zwischen dem Reifen und der Felge gebildet wird, vorzugsweise längs der Mittellinieebene der Felge.
Diese sich bewegende Station 30 hat einen Sender, der die ermittelten Werte zu einer festgelegten Station 20 sendet, die am Fahrzeug angeordnet und mit einem geeigneten Empfänger versehen ist.
Die festgelegte Station ist vorzugsweise der entsprechenden Nabe des Fahrzeugs mittels geeigneter Träger zugeordnet, die nachstehend beschrieben sind.
Die sich bewegende Station und die festgelegte Station stehen miteinander in einer zweckmäßigen Weise in Verbindung, beispielsweise durch eine Magnetkupplung zwischen den beiden Stationen oder mit Hilfe von Radiowellen, vorzugsweise bei Hochfrequenz.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform ist die festgelegte Station 20 ein Gitterelement 21, das an einem seiner Enden an der Nabe eines Rades befestigt ist, und eine elektronische Leiterplatte 22, die vorzugsweise am gegenüberliegenden Ende des Halteelements angeordnet ist, wobei ein Blockschaltbild dieser Leiterplatte gezeigt ist.
Die elektronische Leiterplatte hat insbesondere eine Oszillatorschaltung 23, die eine Treiberschaltung 24 für eine erste Antenne 25 speist, auf die nachstehend als festgelegte Antenne Bezug genommen wird. Die Leiterplatte hat auch einen Hochfrequenzempfänger 26, der mit der Antenne verbunden ist, sowie eine elektrische Demodulatorvorrichtung 27. Die elektrische Leistung, die der Station zugeführt werden muss, kann direkt durch die Fahrzeugbatterie über eine geeignete Treiberschaltung (nicht gezeigt) bereitgestellt werden.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform besteht die in 4 gezeigte, sich bewegende Station 30 im Wesentlichen aus dem Sensor 11, der einen hohlen Halter 12 aufweist, der vorzugsweise aus Kunststoff hergestellt ist und in den ein mit einem Außengewinde versehenes Rohr 13 vorzugsweise durch Schrauben eingesetzt ist. Das Außengewinde 14 des Rohrs 13 wird sowohl zum Einführen des Rohrs in den Halter als auch zum Befestigen der gesamten Station in der Wand der tragenden Felge 2 des Rades verwendet. Alternativ kann die Wand des Halters sowohl außen zum Befestigen der Station in der Wand der Felge als auch innen mit Gewinde versehen sein, um die Befestigung des Rohrs 13 zu ermöglichen. Die Hauptfunktion des Halters 12 besteht darin, einen luftdichten Stopfen zur Abdichtung des Lochs zu bilden, das in dem Körper der Felge 2 ausgebildet ist.
In das Rohr 13 ist eine elektronische Leiterplatte 15 eingesetzt, der eine einen optischen Strahl emittierende Vorrichtung 16, eine erste Linse 17, eine einen optischen Strahl empfangende Vorrichtung 18 und eine zweite Linse 19 zugeordnet sind.
Die elektronische Leiterplatte 15, deren Blockschaltbild in 5 gezeigt ist, hat auch eine zweite Antenne 31, die nachstehend als die "sich bewegende Antenne" bezeichnet ist und mit einer Leistungszuführungseinheit 32 verbunden ist, die den elektrischen Strom der Vorrich tung 16 zum Emittieren des optischen Strahls und der Vorrichtung 18 zum Empfangen des optischen Strahl zuführt. Zu diesem Zweck hat die sich bewegende Station eine Treiberschaltung 33 für den Emitter 16 und eine Treiberschaltung 35 für den Empfänger 18. Die elektronische Leiterplatte weist auch eine Schaltung 37 zum Lesen des Signals auf, das von dem Empfänger 18 empfangen wird, wobei der Ausgang dieser Schaltung mit der sich bewegenden Antenne 31 verbunden ist. Vorzugsweise ist die Vorrichtung 16 zum Emittieren eines optischen Strahls eine LED 34, die einen optischen Strahl aus infrarotem Licht emittiert.
Vorzugsweise wird die Vorrichtung 18 zum Empfangen eines optischen Strahls von einem linearen CCD-Element (Ladungsspeicherbaustein) gebildet, das eine Vielzahl von Fotodioden aufweist, die zueinander benachbart sind. Alternativ kann dieser Empfänger ein CMOS-Element (komplementärer Metall-Oxid-Halbleiter) oder ein anderer linearer Halbleitersensor sein.
Bei dem bevorzugten Beispiel einer vorstehend beschriebenen Ausgestaltung erfolgt die Verbindung zwischen der sich bewegenden Station und der festgelegten Station mit Hilfe einer magnetischen Koppelung. Mit anderen Worten, vorzugsweise weisen die festgelegte Antenne 25 und die sich bewegende Antenne 31 jeweils eine induktive Schaltung auf und das zwischen den beiden Antennen ausgetauschte Signal ist ein magnetisches Signal. Insbesondere hat unter Bezug auf 6 die festgelegte Antenne 25 eine festgelegte Spule 251, die mit einem hochfrequenten Wechselstrom gespeist wird, der von der Treiberschaltung 24 erzeugt wird, während die sich bewegende Antenne 31 eine sich bewegende Spule 311 aufweist, die ein Stück mit der Felge 2 des Rades bildet.
Bei jeder Umdrehung des Luftreifens wird die sich bewegende Spule 311 in eine Position gebracht, in der sie der festgelegten Spule 251 zugewandt ist, wodurch das von der vorher erwähnten Spule erzeugte Magnetfeld unterbrochen wird. In der sich bewegenden Spule 311 wird eine entsprechende elektrische Spannung induziert und liefert die Energiezufuhr, die für den Betrieb der sich bewegenden Station insgesamt erforderlich ist.
Nach der Erfindung führt die sich bewegende Station auf eine ursprüngliche Weise wenigstens eine der spezifizierten Bestimmungen in dem Reifen innerhalb des Zeitraums aus, währenddessen die sich bewegende Spule und die festgelegte Spule einander zugewandt sind, und sendet mit Hilfe der sich bewegenden Spule ein Signal, das der Messung entspricht, die vor genommen werden ist. In der festgelegten Spule wird, wie nachstehend mehr im Einzelnen erläutert wird, eine Spannung erzeugt, die der ausgeführten Messung entspricht.
Genauer gesagt erzeugt das Paar von Antennen zwischen der festgelegten Station und der sich bewegenden Station die Überführung der elektrischen Leistung, die für die Versorgung der sich bewegenden Station erforderlich ist, sowie auch für die Überführung der Daten über die in dem Reifen ausgeführten Messungen zwischen der festgelegten Station und der sich bewegenden Station. Insbesondere werden die Informationen in Form eines Signals übertragen, indem die Wechselstromspeiseschaltung der festgelegten Spule moduliert wird.
Die Innenfläche der Auskleidung 111 hat ein reflektierendes Element, das insbesondere in 7a gezeigt ist, mit einem Bereich 112, vorzugsweise in Rechtecksform und einer Länge in der Längsrichtung der Reifenvorwärtsbewegung, die im Wesentlichen gleich der Länge der Aufstandsfläche des Reifens ist.
Der Bereich 112 hat Flächen mit hohem Reflexionsvermögen 113, die sich mit Flächen mit geringem Reflexionsvermögen 114 abwechseln. Für die Zwecke der vorliegenden Erfindung reflektiert eine Fläche mit hohem Reflexionsvermögen vorzugsweise wenigstens 100% mehr von dem von der LED ausgesandten Licht als die Fläche mit niedrigem Reflexionsvermögen. Diese Flächen sind bei der beschriebenen Ausführungsform dreieckig. Alternativ können diese Flächen trapezförmig sein. Insgesamt können diese Flächen irgendeine Form haben, vorausgesetzt, dass sie auf der Ebene der Auskleidungsoberfläche abwechselnd Flächen mit hohem Reflexionsvermögen und Flächen mit niedrigem Reflexionsvermögen, beide in der Längsrichtung der Vorwärtsbewegung des Reifens und in der Richtung senkrecht dazu, bilden.
Der erwähnte Bereich befindet sich in der Oberfläche der Auskleidung vorzugsweise in einer zentralen Position, und ist insbesondere bezüglich einer Achse D zentriert, die den Schnitt der Äquatorialebene des Reifens mit der Oberfläche der Aufstandsfläche darstellt.
Das Abwechseln der Bereiche mit hohem Reflexionsvermögen mit Bereichen mit niedrigem Reflexionsvermögen kann dadurch erhalten werden, dass die Bereiche mit hohem Reflexionsvermögen beispielsweise mit Reflexionsfarben eingefärbt und die Bereiche mit niedrigem Reflexionsvermögen unverändert bleiben, so dass die letzteren die ursprüngliche dunkle Farbe der Mischung beibehalten, aus der die Auskleidungsschicht hergestellt ist.
Ein Verfahren zum Ausformen von Symbolen an Kautschukwaren, insbesondere Reifen, bei dem die Symbole in einer Farbe aufgebracht werden, die für den Zweck geeignet ist, diesen Bereichen ein hohes Reflexionsvermögen zu geben, ist in der Patentanmeldung 97 WO-EP 05196 im Namen der vorliegenden Anmelderin beschrieben.
Für die Übertragung der Informationen können natürlich auch viele andere äquivalente Systeme Verwendung finden.
Bei der vorstehend beschriebenen Ausführungsform weist, wie erwähnt, der Sensor sowohl das das Signal emittierende Element als auch das Element auf, welches das reflektierte Signal empfängt. Natürlich können entsprechend der verwendeten spezifischen Technologie die beiden Funktionen von zwei unabhängigen Elementen, die getrennt voneinander sind, oder durch ein einziges Element ausgeführt werden, welches diese beiden kombiniert.
Das vorstehend beispielsweise beschriebene Ausführungssystem arbeitet in der folgenden Weise.
Innerhalb der festgelegten Station 20 wird die Spule 251 kontinuierlich mit einem elektrischen Strom versorgt, der von dem Oszillator 23 erzeugt und durch die Treiberschaltung 24 sinusförmig so gestaltet wird, dass ein Magnetfeld erzeugt wird.
Die sich bewegende Spule 311, die sich in der bewegenden Station 30 befindet, unterbricht dieses Magnetfeld immer dann, wenn die Spule bei der Drehung des Rads die Position der festgelegten Spule passiert. Die Unterbrechung des Magnetfelds induziert einen Strom in der sich bewegenden Spule. Dieser Strom hat die gleiche Sinusform wie der Leistungseinspeisungsstrom der festgelegten Spule und wird der Leistungseinspeisungsvorrichtung 32 zugeführt. Diese Vorrichtung hat vorzugsweise in bekannter Weise eine Brücke aus Dioden oder äquivalenten Vorrichtungen, die in der Lage sind, einen sinusförmigen Strom in einen kontinuierlichen Strom umzuwandeln. Der auf diese Weise erzeugte Strom versorgt die den optischen Strahl emittierende Vorrichtung und die den optischen Strahl empfangende Vorrich tung. Insbesondere versorgt dieser Strom die Treibervorrichtung 33 der LED und die Treibervorrichtung 35 des CCD-Elements.
Nach den Diagrammen von 7a, 7b und 7c emittiert die den optischen Strahl emittierende Vorrichtung (LED) einen optischen Strahl, der durch die erste Linse 17 gebündelt und zu einem vorgegebenen Punkt der Oberfläche der Auskleidung gerichtet wird, vorzugsweise innerhalb der Aufstandsfläche des Reifens. Die von dem Bereich 112 der Reifenauskleidung reflektierten Strahlen erreichen den Empfänger 18 für den optischen Strahl, indem sie durch die zweite bündelnde Linse 19 hindurchgehen, wodurch die CCD in der Lage ist, die von dem Bereich 112 reflektierten Strahlen zu empfangen. 7a zeigt ein Rechteck 115, das dem Bereich entspricht, den die CCD über die Linse 19 überwacht.
Die Vorrichtung 37 zum Lesen des elektrischen Signals, das von dem CCD-Element erzeugt wird, sendet ein entsprechendes elektrisches Signal über die Antenne 31 zu der festgelegten Station. Diese Signalübertragung erfolgt, weil das Signal, das der vorstehenden Differenz entspricht, in der Praxis die Amplitude des sinusförmigen Stroms moduliert, der in der sich bewegenden Spule induziert wird. Diese Amplitudenmodulation erzeugt eine Änderung im magnetischen Feld, die von der festgelegten Spule mit Hilfe eines Hochfrequenzempfängers 26 erfasst wird. Ein Signal, das der vorstehenden Amplitudenmodulation entspricht, wird aus dieser Spule durch den Demodulator 27 herausgezogen und dem Fahrzeug für spezielle Verwendungen übermittelt.
Da nun das System der Überwachung bei einer bevorzugten Ausgestaltung eines allgemeineren Aspekts bekannt ist, wird nun das Verfahren nach der Erfindung zum Erkennen des Verhaltens des Reifens in Betrieb deutlicher ersichtlich.
8 ist eine schematische Darstellung des Aufbaus eines Luftreifens mit zwei Federn ml und m2, die in Reihe zwischen die Nabe M des Fahrzeugs und die Oberfläche G des Bodens angeordnet sind.
Die Feder ml stellt den Karkassenaufbau des Reifens dar, während die Feder m2 den Aufbau der Lauffläche darstellt, die eine spezielle Elastizität hat, die von den visko-elastischen Eigenschaften der Mischung und von den geometrischen Eigenschaften des Laufflächenmusters abhängt.
Die an die Aufstandsfläche des Reifens angelegte Kraft F wird durch eine gleiche und entgegengesetzte Kraft F ausgeglichen, die an die Nabe des Rades angelegt wird. Wenn das Verhalten von ml (m2) bekannt ist, ist es nicht möglich, den Wert der Verformung zu kennen, der durch die Kraft verursacht wird, die auf ml (m2) wirkt, und umgekehrt.
Den von den Reifen auf den Boden in einer vorgegebenen statischen oder dynamischen Situation übertragenen Kräften sind Verformungen des Reifens zugeordnet, mit anderen Worten Abweichungen des Profils der Karkasse in Betrieb von dem einfachen Aufpumpprofil der Karkasse.
Das Profil der Karkasse in Betrieb wird auch hier durch den Ausdruck "verformter Zustand der Karkasse" definiert, während das einfache Aufpumpprofil der Karkasse, mit anderen Worten das der Karkasse in dem Reifen, der auf die Felge aufgepasst ist, auf der er verwendet wird, und der auf seinen normalen Betriebsdruck aufgepumpt ist, bei Fehlen einer Belastung hier, obwohl dies nicht ganz genau ist, als das Gleichgewichtsprofil definiert wird.
Für die Zwecke der vorliegenden Erfindung wird das Karkassenprofil als Profil entsprechend der neutralen Achse der Karkassenlagen im Querschnitt des Reifens definiert. Insbesondere beschreibt das Karkassenprofil den verformten Zustand des Reifens unter der Wirkung des System von auf ihn wirkenden Kräften.
Es ist nicht möglich, den verformten Zustand der Karkasse eindeutig aus den Bestimmungen abzuleiten, die an der Aufstandsfläche ausgeführt werden. Gleichermaßen ist es nicht möglich, die Verformung der Aufstandsfläche eindeutig aus dem verformten Zustand der Karkasse herauszufinden, da die Verformung von Parametern abhängt, die häufig unbekannt sind, insbesondere von dem Wert des Reibungskoeffizienten zwischen dem Reifen und dem Boden.
Die Anmelderin hat erkannt, dass das verformte Karkassenprofil bei einem vorgegebenen Aufpumpdruck seinerseits eine Beschreibung des tatsächlichen Verhaltens des in Bewegung befindlichen Reifens gibt. Andere signifikante Parameter für die Interpretierung der Messungen der Verformungen des Reifens sind der Wert des Aufpumpdrucks des Reifens, die Temperatur des Fluids in dem Reifen und seine Geschwindigkeit oder Beschleunigung.
Die Verformungen des Karkassenprofils, die für die Zwecke der vorliegenden Erfindung in Betracht gezogen werden, werden wie folgt definiert:

– Abflachung (X₁): die Verformung, die längs der vertikalen Achse oder auf jeden Fall längs einer Achse senkrecht zur Straßenoberfläche gerichtet ist,
– seitliche Verschiebung oder Rutschen oder Drift (X₂): die Verformung, die längs der Drehachse des Reifens gerichtet ist,
– Längsdehnschlupf oder Torsion (X₃): die Verformung, die längs der Umfangsrichtung gerichtet ist, mit anderen Worten, der Rollrichtung des Reifens.

Eine detailliertere Beschreibung der Beziehungen, wie sie zwischen diesen Werten und dem Verhalten eines Reifens vorhanden sind, ergibt sich aus der vorstehend erwähnten Patentanmeldung 99EP-114962.6 im Namen der vorliegenden Anmelderin.
Die Messung dieser Verformungen wird als eine Änderung von X₁, X₂, X₃ bezogen auf die entsprechenden Werte ausgedrückt, die an dem Gleichgewichtsprofil des Reifens bei einem spezifischen Aufpumpdruck festgestellt werden.
Die innere Oberfläche des Reifens, insbesondere das "Auskleidung" genannte Bauelement, wirkt mit dem Sensor 11 bei der Bestimmung von X₁, X₂ und X₃ zusammen, wie es in 9, 10 und 11 gezeigt ist.
In 9 entspricht die Entfernung X₁ der Entfernung zwischen der Oberfläche der Auskleidung 111 und dem Sensor 11 in der Richtung des Rollradius des Reifens.
In 10 entspricht die Entfernung X₂ der Verschiebung des Projektionspunkts des Sensors 11 auf der Oberfläche der Auskleidung 111 in Querrichtung bezogen auf den Schnittpunkt der Oberfläche der Auskleidung mit der Äquatorialebene E.
In 11 entspricht die Entfernung X₃ der Verschiebung in Umfangsrichtung des Projektionspunkts des Sensors 11 auf die Oberfläche der Auskleidung 111 längs der Äquatorialebene, bezogen auf den Oberflächenpunkt der Auskleidung in der Mitte der Aufstandsfläche.
Vorteilhafterweise können die reflektierten Signale in dem Sensor selbst kodiert werden. Beispielsweise kann der Sensor zwei optische Strahlen emittieren, von denen jeder zu einem vorgegebenen Punkt auf der Oberfläche der Auskleidung gerichtet ist.
MESSBEISPIEL
Lediglich beispielsweise und unter Bezug auf 7a, 7b, 7c und 7d wird nun ein Verfahren zur Bestimmung der vorstehend erwähnten Werte in einem Reifen beschrieben, der von der vorliegenden Anmelderin hergestellt wird und bei dem es sich um 195/65R15 in Geschwindigkeitsklasse V, in anderen Worten bis zu 240 km/h handelt und der auf einen Druck von 2,2 bar aufgepumpt ist.
Die Leistungsversorgung für die festgelegte Station erfolgt durch die Fahrzeugbatterie, insbesondere bei einer Spannung von 12 V, während die Frequenz des Leistungszuführungssignals zu der festgelegten Spule so gewählt wird, dass sie etwa 1 MHz ist.
Die maximale Drehzahl des Reifens kann 2500 Upm betragen und die Messung erfolgt bei dieser Drehzahl. Es werden eine festgelegte Spule mit elliptischer Form und einer Hauptachse von etwa 10 cm, eine sich bewegende Spule mit elliptischer Form und einer Hauptachse von etwa 2 cm ausgewählt. Der Bogen, längs dessen die beiden Spulen einander voll zugewandt sind, beträgt etwa 10 cm, während der Luftspalt zwischen den beiden Spulen etwa 3 cm beträgt. Bei der Drehzahl von 2500 Upm beträgt der nutzbare Messbereich, in anderen Worten der, bei welchem auf die sich bewegende Spule voll durch das von der festgelegten Spule erzeugte Magnetfeld eingewirkt wird, etwa 720 ms.
Die Leistungszuführungsschaltung 32 der sich bewegenden Station 30 ist so ausgelegt, dass sie eine Ladezeit von nicht mehr als 100 ms hat. In den folgenden 300 ms wird die LED richtig versorgt und emittiert den optischen Strahl, während gleichzeitig der von der LED emittierte optische Strahl empfangen wird und die Lesestrahlung 37 die Messung liest. Die Länge des Lichts, das von dem Reifen reflektiert wird, beträgt etwa 10% der Menge des Lichts, die von der LED emittiert wird. Zusätzlich beträgt die Menge des Lichts, das von dem CCD-Element insgesamt empfangen wird, etwa 10% der Menge des Lichts, das von dem Reifen reflektiert wird. Die Emissionsleistung der LED beträgt etwa 1,5 mW, so dass deshalb die gesamte von dem CCD-Element empfangene optische Leistung etwa 1,5 mW ist. Jede der Fotodioden des CCD-Elements empfängt deshalb 1,5/n in mW, wenn n die Gesamtzahl der Fotodioden ist.
Die Empfindlichkeit der verwendeten Fotodioden beträgt etwa 0,5 A/W, so dass der von ihnen erzeugte Strom etwa 0,75/n in mA beträgt, wenn n die Zahl der in der CCD enthaltenen Fotodioden ist.
In den letzten 300 ms, die für die Messung verwendet werden können, wird das von der Leseschaltung emittierte Signal auf die festgelegte Station mit Hilfe der Antenne zurückübertragen und von dem Träger mit Hilfe des Demodulators 27 getrennt.
7c zeigt eine Ebene L der Oberfläche der Auskleidung, eine horizontale Ebene C, die durch die Mitte der Linse 19 hindurchgeht, und eine horizontale Ebene R, die durch die empfangende Oberfläche der CCD hindurchgeht.
Der Ursprung der kartesischen Achsen x, y, z ist der Punkt P₀(0, 0, 0). Die x-Achse stellt die Querrichtung dar, die y-Achse die Längsrichtung und die z-Achse die Vertikalrichtung. Der Reflexionspunkt P₁ im Bereich 112 hat die Koordinaten (x, y, z₀), wenn z₀ die Entfernung der Auskleidungsoberfläche von der Linse 19 in der Vertikalrichtung ist. Der Lesepunkt P_r auf der Ebene der CCD, welcher dem Reflexionspunkt P₁ entspricht, hat die Koordinaten
Es soll angenommen werden, dass auf der linearen Fläche, die auch als die "Bildebene" bezeichnet wird, der Bereich 112 sich in einer unbekannten Entfernung x₁ befindet und einer seitlichen Verschiebung von x₂ und einer Längsschlupfdehnung von x₃ unterlegen ist. Die Werte von x₁, x₂ und x₃ müssen durch Ablesen aus dem CCD-Element gefunden werden.
Das CCD-Element ist in der Längsrichtung y positioniert, deshalb wird das Lesen der reflektierten optischen Strahlen auf ein Lesen von wenigstens drei Punkten reduziert, die längs der y-Achse angeordnet sind. 7a identifiziert einen im Wesentlichen rechteckigen Lesebereich 115 des CCD-Elements. Wegen der kleinen Abmessungen der CCD bezogen auf das auf der linearen Oberfläche gebildete Muster kann diese Rechtecksform einem Segment angenähert werden.
Unter Bezug auf 7d werden die Seiten des in 7a gezeigten Dreiecks 114 durch die Buchstaben B, C, D identifiziert und durch die Gleichungen der drei geraden Linien beschrieben, die in der Ebene der Auskleidungsfläche bei = z₀ liegen.
Die Gleichungen dieser geraden Linien lauten jeweils B: y = x + a; C: Y = –x; D: y = x – a.
Der Parameter a ist bekannt, da die Form der Dreiecke, mit anderen Worten die Neigung und die Positionen der geraden Linien, die die Dreiecke bezüglich des Ursprungs des Systems von kartesischen Achsen bilden, von Haus aus eingestellt worden ist. Insbesondere hat das System von kartesischen Achsen seinen Ursprungspunkt P₀(0, 0, 0) in der Mitte der Linse 19 zum Bündeln der Strahlen, die von dem Bereich reflektiert werden, der die Dreiecke aufweist, zu der CCD hin. Beispielsweise wurden gerade Linien mit Winkelkoeffizienten von Eins gewählt, um die Berechnung zu vereinfachen. Innerhalb des Rahmens der vorliegenden Erfindung ist es möglich, Dreiecke mit unterschiedlichen Formen oder solche vorzusehen, die von geraden Linien gebildet werden, die andere Winkelkoeffizienten als Eins haben.
In 7d ist das Bild, welches das CCD-Element erfasst, längs der y-Achse positioniert. Insbesondere sind die Koordinaten der drei Punkte P₁, P₂ und P₃ jeweils
P₁(0, a, z₀);
P₂(0, 0, z₀);
P₃(0, –a, z₀);
Es soll angenommen werden, dass der Reifen einer seitlichen Verschiebung X₂ und einem Längsdehnschlupf X₃ sowie einer Belastung oder Abflachung X₁ ausgesetzt ist, die vorher auch durch z₀ bezeichnet wurden. Die Dreiecke werden um diese Beträge verschoben und deshalb lauten die Gleichungen der drei geraden Linien, die sich auf Seiten der Dreiecke beziehen und in der Figur als B', C' und D' identifiziert sind: B': (y + x3) = (x + x2) + a; C': (y + x3) = –(x + x2); D': (y + x3) = (x + x2) – a
Durch Schneiden dieser geraden Linien mit der y-Achse (Gleichung x = 0) ist es möglich, die Koordinaten der Punke P₁', P₂' und P₃' zu finden, die die Verschiebung der Punkte P₁, P₂ und P₃ darstellen, die sich aus dem Dehnschlupf und der Verschiebung des Reifens ergeben. Insbesondere gilt:
P₁'(0, –x₃ + x₂ + a, x₁);
P₂'(0, –x₃ – x₂, x₁);
P₃'(0, –x₃ + x₂ – a, x₁).
Aus Gleichung (1) können diese Punkte auf der Ebene der CCD gefunden werden. Insbesondere haben diese Punkte die Koordinaten:
(0, (x₃ – x₂ – a)z₁/x₁, z₁);
(0, (x₃ + x₂)z₁/x₁, z₁);
(0, (x₃ – x₂ + a)z₁/x₁, z₁).
Aus dem Ablesen auf der CCD werden drei Werte C₁, C₂ und C₃ gefunden. Diese stellen die Diskontinuitäten der Reflexion dar, die an den Punkten P₁', P₂' und P₃' auf der Bildebene auftreten.
Diese drei Werte entsprechen den Punkten, die vorher auf der Ebene der CCD längs der y-Achse berechnet wurden. Durch Beziehen der Ablesungen C₁, C₂ und C₃ auf die Koordinaten der Punkte P₁', P₂' und P₃' auf der Ebene der CCD längs der y-Achse erhält man: C1 = (x3 – x2 – a)z1/x1 (2) C2 = (x3 + x2)z1/x1 (3) C3 = (x3 – x2 + a)z1/x1 (4)
Die drei vorstehenden Beziehungen bilden ein System von drei Gleichungen und drei Unbekannten (x₁, x₂ und x₃), aus denen die Werte für die Abflachung x₁, die seitliche Verschiebung x₂ und die Längsschlupfdehnung x₃ gefunden werden können.
Durch Ausführen einer Ableitung von C₂ bezogen auf x₂ wird zusätzlich eine Empfindlichkeit für die Verschiebungen in der seitlichen Richtung aus Gleichung (3) bestimmt und ist gleich z₁/x₁.
Durch Ausführen einer Ableitung von C₂ bezogen auf x₃ wird zusätzlich eine Empfindlichkeit der Verschiebungen in der Längsrichtung aus Gleichung (3) bestimmt und ist gleich z₁/x₁.
Durch Ableiten von C₂ bezüglich x₁ wird eine Empfindlichkeit für den vertikalen Dehnungsschlupf aus (2) und (4) bestimmt und ist gleich a·z₁/x₁.
Die Form und Größe der Dreiecke an der Oberfläche der Auskleidung wird durch die Auswahl der Parameter a und des Winkelkoeffizienten der drei geraden Linien B, C und D bestimmt, für die vorher angenommen wurde, dass sie gleich Eins sind. Nimmt man an, dass a = 1, ergibt sich eine Empfindlichkeit von z₁/x₁ in der Quer- und Längsrichtung.
Ein Reifen der vorher beispielsweise beschriebenen Art hat wenn er auf einen Druck von 2,2 bar aufgepumpt ist und an einem Fahrzeug montiert ist, eine vertikale Messentfernung, mit anderen Worten die Entfernung, wenn das Fahrzeug stationär ist, von etwa 60 mm. Der beispielsweise beschriebene Sensor hat eine Entfernung von annähernd 6 mm zwischen der zweiten Linse 19 und der CCD 18. Ausgehend von diesen Voraussetzungen hat die Anmelderin festgestellt, dass für Verschiebungen in der Größenordnung von 1 mm auf der Oberfläche des Reifens in der Seiten- und Längsrichtung die Verschiebung der Lichtpunkte, die auf der Oberfläche der CCD auftreten, etwa 0,1 mm beträgt. Eine CCD, die für das beschriebene Beispiel geeignet ist, muss deshalb eine Empfindlichkeit in der Größenordnung von einem Zehntel eines Millimeters haben. Um CCDs mit geringeren Empfindlichkeiten zu verwenden, ist es möglich, die Größe der Dreiecke zu steigern, die auf der Oberfläche der Auskleidung 111 gebildet werden.
Weiterhin basiert das beschriebene Messbeispiel auf der Messung von drei Punkten einer Diskontinuität, mit anderen Worten eines Durchgangs von einer Oberfläche mit hohem Reflexionsvermögen zu einer mit niedrigem Reflexionsvermögen oder von einer Fläche mit niedrigem Reflexionsvermögen aus zu einer Fläche mit hohem Reflexionsvermögen, die die minimale Anzahl von zu erfassenden Punkten darstellen, um die Messung von X₁, X₂ und X₃ zu erhalten. Zur Verbesserung der Messgüte ist es möglich, eine größere Anzahl von Diskontinuitätspunkten zu erfassen, um eine Anzahl von Ablesungen von X₁, X₂ und X₃ zu erhalten, die größer als Eins ist. Demzufolge ist es, und vorteilhafterweise in dem Sensor oder alternativ in einem Prozessor außerhalb des Rads, möglich, eine darauffolgende Verarbeitung dieser Gruppen von drei Ablesungen auszuführen und ihren Mittelwert zu finden sowie die mittlere quadratische Abweichung zu berechnen, um alle ungenauen Ablesungen auszusondern, beispielsweise diejenigen, die durch eine Fehlausrichtung zwischen der CCD und den Dreiecken bewirkt wird, die auf der Oberfläche der Auskleidung gebildet werden.
Zusätzlich werden die ausgeführten Messungen vorzugsweise als Änderungen des Längsdehnungsschlupfes, als Änderungen der seitlichen Verschiebung und als Änderungen der Last bezogen auf eine Messung ausgedrückt, die auf der Basisform, insbesondere des Bereichs einschließlich der vorstehenden Dreiecke bei statischen Bedingungen ausgeführt sind. Die Ablesungen, die dynamisch für X₁, X₂ und X₃ ausgeführt werden, werden mit dieser Basisablesung so verglichen, dass die Änderung der Kräfte bestimmt wird, die auf den Reifen wirken.
Natürlich können der Sensor und das vorstehend beschriebene Reflexionselement innerhalb des Rahmens der Erfindung einen äquivalenten Effekt durch andere Sensorarten und Reflexionselemente ausgetauscht werden, die in der Lage sind, die vorstehenden Parameter mit Hilfe der Reflexion eines Signals in dem Reifen zu bestimmen.
Alternativ ist es möglich, eine Vielzahl von Sensoren an der Felge anzubringen, wobei sich diese Sensoren vorzugsweise in Positionen im gleichen Abstand voneinander befinden, so dass eine gleichförmige Verteilung der Massen in dem Rad aufrecht erhalten wird. Darüber hinaus kann die Anzahl der Sensoren derart beschaffen sein, dass die Bestimmung eines jeden charakteristischen Werts mehr als einmal während einer vollständigen Umdrehung des Rades möglich ist.
Zusätzlich misst der Sensor X₁, X₂ und X₃ gleichzeitig und sendet beispielsweise ein Signal bestehend aus einer ersten Amplitudenmodulation für X₁ in einem ersten Zeitintervall, eine zweite Amplitudenmodulation für X₂ in einem zweiten Zeitintervall und eine dritte Amplitudenmodulation für X₃ in einem dritten Zeitintervall. Der Satz von drei Zeitintervallen liegt innerhalb des für die Messung verwendeten Zeitintervalls.
Das Überwachungssystem für das verformte Profil des Reifens weist vorzugsweise auch eine Druckmessvorrichtung und/oder eine Geschwindigkeits- und/oder eine Beschleunigungsmessvorrichtung auf.
Alternativ kann die sich bewegende Station eigenversorgt sein, in ihr angeordnete Batterien verwenden und eine geeignete Zeitsteuerung haben, die die Messung der charakteristischen Entfernungen vorzugsweise zum Zeitpunkt des Durchgangs des Sensors unter der Aufstandsfläche des Reifens aufweist.
Bei einer anderen Ausführungsform erfolgt die Verbindung zwischen der sich bewegenden Station und der festgelegten Station mit Hilfe von Radiowellen durch Anbringen eines geeigneten Senders in der sich bewegenden Station und eines geeigneten Empfängers in der festgelegten Station.
Die sich bewegende Station ist vorteilhafterweise der Felge des Reifens zugeordnet, die ein wesentliches Bauteil für die Bestimmung der Verformungen des Reifens bildet.
Schließlich wird die Aufmerksamkeit des Fachmanns auf die Tatsache gerichtet, dass die sich bewegende Station in der beschriebenen Ausführungsform die Form eines Zylinders mit einer Höhe von mehreren Zentimetern annimmt. Da dieser Zylinder radial aus der Oberfläche der Felge zum Inneren des Radhohlraums hin vorsteht, bildet er ein Element, das eine Störung für die Wulste des Reifens während des Schritts des Aufpassens des Reifens auf die Felge bildet. Mit anderen Worten ermöglichen die sich bewegenden Stationen nicht, dass die Wulste axial längs der Oberfläche der Felge gleiten, bis sie die entsprechenden Wulstsitze erreichen und an den Flanschen der Wulste anliegen.
Die sich bewegenden Stationen müssen deshalb während des Vorgangs des Aufpassens des Reifens auf die Felge entfernt werden. In der Praxis wird der Schritt des Aufpassens eines Reifens auf eine Felge, die ausgelegt ist, wenigstens eine sich bewegende Station auf der vorliegenden Erfindung aufzunehmen, mit den folgenden Schritten ausgeführt:

– es wird ein luftdichtes Dichtungselement in jedem Loch angebracht, das an der Felge vorhanden ist, um die sich bewegenden Stationen aufzunehmen, wobei dieses Element insgesamt ein Schraubstopfen ist, der mit der Station austauschbar ist;
– der Reifen wird auf die Felge dadurch aufgepasst, dass die Wulste des Reifens nacheinander über den gleichen Flansch der Felge gehen und die Wulste zum Beginn der konischen Flächen bringen, die die inneren Ränder der Wulstsitze axial begrenzen;
– dem Reifen wird Luft so zugeführt, dass jeder Wulst auf den entsprechenden Wulstsitz gebracht wird und an den Flanschen anliegt, die sich an den axial gegenüberliegenden Rändern der Felge befinden;
– die Luft wird aus dem Reifen herausgelassen und die Dichtungselemente werden bei den sich bewegenden Stationen ausgetauscht und
– der Reifen wird auf den gewünschten Druck aufgepumpt.

Die Dichtungselemente sind nur erforderlich, um die Luftdichtigkeit zu gewährleisten und um es den Wulsten zu ermöglichen, in die entsprechenden Sitze zwangsweise geführt zu werden. Deshalb brauchen sie nicht radial in den Hohlraum des Reifens vorzustehen. Dadurch ermöglichen sie es, dass die Wulste des Reifens leicht über die Oberfläche der Felge rutschen können, bis sie die spezifizierte Aufpassposition erreichen.

Claims

System zum Überwachen der Verformungen eines sich bewegenden Reifens (1), der auf eine Felge (2) aufgepasst ist, die mit einem Fahrzeug verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, dass das System – eine sich bewegende Station (20), die in einer vorgegebenen Position an der Felge (2) angeordnet und in der Lage ist, einen optischen Strahl zu der Innenfläche des Reifens (111) zu senden, das von der Oberfläche reflektierte Licht zu empfangen und ein Signal zu emittieren, das proportional zu den Verformungen des Reifens in Längsrichtung, in Querrichtung und in Vertikalrichtung ist, und – ein reflektierendes Element aufweist, das an der Innenfläche des Reifens angeordnet ist und einen Bereich (112) aufweist, der wenigstens eine Fläche mit hoher Lichtreflexion und eine Fläche mit geringer Lichtreflexion aufweist und der in der Lage ist, den optischen Strahl zu reflektieren.
System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass es eine festgelegte Station (30) aufweist, die sich an dem Fahrzeug befindet und die in der Lage ist, das Signal von der sich bewegenden Station zu empfangen.
System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Fläche mit hoher Lichtreflexion dadurch gebildet wird, dass die Innenfläche des Reifens mit einer reflektiven Farbe gefärbt wird.
System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Bereich (112) eine Vielzahl von aneinandergrenzende Dreiecke aufweist.
System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die festgelegte Station (30) in der Lage ist, die von der sich bewegenden Station (20) ausgeführte Messung zu aktivieren.
System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die sich bewegende Station (20) wenigstens einen Sensor (11) und eine elektronische Leiterplatte (15) aufweist, der eine einen optischen Strahl emittierende Vorrichtung (16), eine erste Linse (17), eine einen optischen Strahl empfangende Vorrichtung (18) und eine zweite Linse (19) zugeordnet sind.
System nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die festgelegte Station (20) ein Halteelement (21), das an einem seiner Enden mit einer Nabe festgelegt ist, auf der die Felge angebracht ist, und eine elektronische Leiterplatte (22) aufweist, die an dem Halteelement festgelegt ist.
System nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die elektronische Leiterplatte (22) der festgelegten Station (20) einen Schwingkreis (23), der eine Treiberschaltung (24) für eine erste Antenne (25) versorgt, einen Hochfrequenzempfänger (26), der mit der ersten Antenne verbunden ist, und eine elektrische Demodulatorvorrichtung (27) aufweist, die mit dem Hochfrequenzempfänger verbunden ist.
System nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die festgelegte Station von der Batterie des Fahrzeugs gespeist wird, an dem der Reifen befestigt ist.
System nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die elektronische Leiterplatte (15) des Sensors (11) eine zweite Antenne (31), die mit einer Stromversorgungseinheit (32) verbunden ist, die eine Treiberschaltung (33) für den Emitter (16) des optischen Strahls und eine Treiberschaltung für den Empfänger (35) des optischen Strahls versorgt, sowie eine Schaltung (37) zum Lesen des elektrischen Signals aufweist, das von dem Empfänger des optischen Strahls emittiert wird.
System nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Emitter (16) des optischen Strahls eine LED oder eine Laserdiode aufweist.
System nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Empfänger (35) des optischen Strahls wenigstens ein CCD- oder ein CMOS-Element aufweist.
Verfahren zum Überwachen der Verformungen eines sich bewegenden Reifens, der auf eine Felge aufgepasst ist, die mit einem Fahrzeug verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren die folgenden Schritte aufweist: – Emittieren eines Signals in dem Reifen von einer vorgegebenen Position an der Felge aus, – Reflektieren dieses Signals von der Innenfläche des Reifens, – Empfangen dieses reflektierten Signals und – Verarbeiten des empfangenen Signals derart, dass ein Signal erzeugt wird, das proportional zu den Verformungen des Reifens in Längsrichtung, in Querrichtung und in Vertikalrichtung ist.
Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass der Schritt des Emittierens eines Signals das Aktivieren einer sich bewegenden Station (30) aufweist, die sich an der Felge befindet, um das Signal zu emittieren, wenn die sich bewegende Station durch die Aufstandsfläche des Reifens hindurchgeht.
Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass es zusätzlich den Schritt aufweist, das von der sich bewegenden Station verarbeitete Signal zu einer festgelegten Station (20) zu übertragen, die sich an dem Fahrzeug befindet.
Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass der Schritt des Aktivierens einer sich bewegenden Station durch die festgelegte Station (20) ausgeführt wird.
Verfahren nach den Ansprüchen 13 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass der Schritt des Aktivierens einer sich bewegenden Station die Zuführung von Strom zu der sich bewegenden Station über ein Zeitintervall aufweist, währenddessen der Schritt des Übertragens des verarbeiteten Signals von der sich bewegenden Station zu der festgelegten Station ebenfalls ausgeführt wird.
Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass der Schritt des Aktivierens einer sich bewegenden Station das Erzeugen eines Magnetfelds an der festgelegten Station (20) in der Richtung der sich bewegenden Station und das Zuführen von Strom mittels des Magnetfelds zu einer Treiberschaltung (33) für einen Emitter (16) eines optischen Strahls aufweist.
Verfahren nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass der Schritt des Übertragens des verarbeiteten Signals von der sich bewegenden Station zu der festgelegten Station – das Erzeugen eines Magnetfelds entsprechend dem verarbeiteten Signal an der sich bewegenden Station (30) in der Richtung der festgelegten Station (20), – das Umwandeln des Magnetfelds in ein elektrisches Signal und – ein solches Entschlüsseln des elektrischen Signals aufweist, dass das entsprechende verarbeitete Signal erhalten wird.
Rad für Fahrzeuge mit einem Reifen (1), der auf eine tragende Felge (2) aufgepasst ist, dadurch gekennzeichnet, dass das Rad – eine sich bewegende Station (20), die an einer vorgegebenen Position an der Felge (2) angeordnet und in der Lage ist, einen optischen Strahl zu der Innenfläche des Reifens (111) zu senden, das von der Fläche reflektierte Licht zu empfangen und ein Signal, das proportional zu den Verformungen des Reifens in Längsrichtung, in Querrichtung und in Vertikalrichtung ist, zu dem Fahrzeug zu senden, an dem das Rad befestigt ist, und – ein reflektierendes Element aufweist, das an der Innenfläche des Reifens angeordnet ist und einen Bereich (112) aufweist, der wenigstens eine Fläche mit hoher Lichtreflexion und eine Fläche mit geringer Lichtreflexion hat und in der Lage ist, den optischen Strahl zu reflektieren.