DE60308213T2

DE60308213T2 - Vorrichtung zur Positionsbestimmung eines Fahrzeugrades

Info

Publication number: DE60308213T2
Application number: DE60308213T
Authority: DE
Inventors: Michel Pierbon
Original assignee: Siemens VDO Automotive SAS
Current assignee: Continental Automotive France SAS
Priority date: 2002-11-22
Filing date: 2003-11-17
Publication date: 2007-01-11
Anticipated expiration: 2023-11-18
Also published as: EP1562762A1; EP1562762B1; US20060044125A1; WO2004048131A1; KR100861314B1; JP2006507182A; DE60308213D1; FR2847667B1; FR2847667A1; KR20050116361A

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Positionsbestimmung eines Fahrzeugrads. Eine solche Vorrichtung ist insbesondere für die Verwendung in einem System zum Überwachen des Drucks der Reifen eines Kraftfahrzeugs bestimmt, wie es zum Beispiel aus US-Patentschrift 6,204,758B1 bekannt ist.
Bestimmte Kraftfahrzeuge sind mittlerweile mit einer Vorrichtung ausgestattet, die es dem Fahrer ermöglicht, den Druck der Reifen zu überwachen, damit er insbesondere ein Platzen des Reifens erkennt. Jedes Rad eines solchen Fahrzeugs ist dabei mit einem Drucksensor ausgestattet, der im Inneren des Reifens angeordnet ist. Mit jedem Sensor ist ein Sender verbunden, der es erlaubt, die durchgeführten Druckmessungen an eine Steuer- und Führungsvorrichtung zu senden, die sich in dem Fahrzeug befindet. Wenn eine Information an die Zentraleinheit gesendet wird, ist es zweckmäßig, zu wissen, von welchem Sensor sie stammt, damit der Fahrer im Falle eines Problems von dem Rad informiert werden kann, in dessen Bereich das Problem auftritt.
Eine Art, die Räder zu lokalisieren, besteht darin, einerseits zu bestimmen, ob das Signal von einem rechten oder linken Rad empfangen wird, und andererseits zu bestimmen, ob das Signal von einem Vorder- oder Hinterrad stammt.
Die vorliegende Erfindung betrifft das Problem der Lokalisierung rechts/links eines Fahrzeugrads. EP 0 760 299 schlägt vor, das Problem zu lösen, indem ein Sensor verwendet wird, der aus einem Rollschalter besteht. Eine Kugel, die im Inneren dieses Rollschalters angeordnet ist, ermöglicht es, die Drehrichtung eines zugehörigen Rads zu bestimmen. Wenn nun bekannt ist, ob das Auto vorwärts oder rückwärts fährt, ist es möglich, zu bestimmen, ob sich das Rad auf der rechten oder linken Seite des Fahrzeugs befindet.
Diese zum Teil mechanische Vorrichtung kann sich festfressen. Außerdem wird die Kugel ab einer verhältnismäßig niedrigen Geschwindigkeit durch die Zentrifugalkraft gegen die Wand des rollenden Schalters gedrückt und bewegt sich nicht mehr, liefert also auch keine Informationen mehr. Die Messung der Drehrichtung muss somit in den ersten Sekunden des Fahrens des Fahrzeugs erfolgen.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist die Bereitstellung einer neuen Vorrichtung, die es ermöglicht, die Lokalisierung rechts/links eines Rads eigenständig durchzuführen, das heißt, ohne dass es notwendig ist, Informationen mit dem Fahrzeug auszutauschen, um die Position des Rads bestimmen zu können.
Zu diesem Zweck schlägt sie eine Vorrichtung zur Positionsbestimmung eines Fahrzeugrads vor, insbesondere eines Fahrzeugs, das mit einem System zum Überwachen des Drucks der Reifen ausgestattet ist.
Erfindungsgemäß umfasst diese Vorrichtung erste und zweite Mittel, die eine Beschleunigung in einer Richtung messen können, die eine Komponente in einer senkrechten Ebene aufweist, wobei die Komponenten in der senkrechten Ebene der Messrichtungen der ersten und zweiten Messmittel eine deutliche Winkelversetzung von 0° und 180° aufweisen.
Wenn das Rad sich dreht, mit dem die Mittel, die eine Beschleunigung messen können, verbunden sind, messen diese Mittel, die im Bemühen um Vereinfachung im Folgenden Beschleunigungsmesser genannt werden, in der senkrechten Ebene eine Beschleunigung, die einerseits eine kontinuierliche Komponente aufweist, die der Zentripetalbeschleunigung entspricht, die durch die Drehung des Rads erzeugt wird, und andererseits eine variable Komponente, die der Erdanziehung entspricht. Da die Messrichtungen der Beschleunigungsmesser Richtungen aufweisen, die in der senkrechten Ebene winkelversetzt sind, erscheint im Bereich der variablen Komponente eine Phasenverschiebung (sinusförmig) der Messungen, die von den Beschleunigungsmessern durchgeführt werden. In Abhängigkeit von der gemessenen Phasenverschiebung, die im Absolutwert der Winkelversetzung zwischen den Messrichtungen entspricht, ist es möglich, die Drehrichtung des zugehörigen Rads zu bestimmen. Wenn dann die Fahrtrichtung des Fahrzeugs bekannt ist, ist es möglich, zu bestimmen, ob das mit den Beschleunigungsmessern verbundene Rad sich auf der rechten oder linken Seite des Fahrzeugs befindet.
Die Messrichtungen der ersten und zweiten Messmittel befinden sich vorzugsweise beide in einer senkrechten Ebene. Auf diese Weise werden die von den Beschleunigungsmessern gemessenen Signale nicht abgeschwächt und dienen vollständig der Bestimmung der Position des Rads.
Für eine bessere Nutzung der Signale, die von den Beschleunigungsmessern bereitgestellt werden, liegt die Winkelversetzung in der senkrechten Ebene der ersten und zweiten Messrichtung zwischen 30° und 150°. So werden Phasenverschiebungen vermieden, die zu nahe an 0° (oder 180°) liegen.
Die ersten und zweiten Mittel, die eine Beschleunigung messen können, sind zum Beispiel Aufprallsensoren. Ein solcher Sensor ist im Allgemeinen ein Wandler, in den ein Element integriert ist, das aus einer piezoelektrischen Keramik hergestellt und in einem steifen Gehäuse angeordnet ist. Die von dem Sensor erfasste Beschleunigung wirkt auf das piezoelektrische Element ein, um ein elektrisches Signal bereitzustellen. Elektroden, die an den Enden des piezoelektrischen Elements angebracht sind, ermöglichen es dann, die dort auftretende Potentialdifferenz zu messen.
In einer bevorzugten Ausführungsform sind die ersten und zweiten Mittel, die eine Beschleunigung messen können, auf einem gleichen Träger angeordnet.
Die vorliegende Erfindung betrifft auch einen Drucksensor eines Systems zum Überwachen des Reifendrucks, der eine Platte eines integrierten Schaltkreises umfasst, der verschiedene elektronische Komponenten zur Messung eines Drucks und zum Senden von Informationen mittels elektromagnetischer Wellen trägt. Erfindungsgemäß umfasst der Sensor außerdem einen Positionssensor, wie zuvor beschrieben.
Vorteilhafterweise sind die ersten und zweiten Mittel der Vorrichtung zur Bestimmung, die eine Beschleunigung messen können, auf der Platte der gedruckten Schaltung des Sensors montiert. Die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Bestimmung ist somit völlig in den Sensor und in das System zum Überwachen des Reifendrucks integriert. Die Informationen bezüglich der Lokalisierung des Rads können so unmittelbar an den Drucksensor übermittelt werden.
Die vorliegende Erfindung schlägt auch ein Verfahren zur Bestimmung der Position links/rechts eines Fahrzeugrads vor. Dieses verfahren umfasst die folgenden Schritte:

– Messen einer ersten und zweiten Beschleunigung, jede davon in einer Richtung, die eine Komponente auf einer senkrechten Ebene aufweist, wobei die Komponenten auf der senkrechten Ebene der Richtungen eine Winkelversetzung aufweisen,
– Berechnen der Phasenverschiebung zwischen den Signalen, die den beiden gemessenen Beschleunigungen entsprechen,
– Bestimmen der Drehrichtung des Rads in Abhängigkeit von der Phasenverschiebung, und
– Bestimmen der Lokalisierung des Rads im Verhältnis zum Fahrzeug, wobei die Fahrtrichtung des Fahrzeugs außerdem bekannt ist.

Wie schon zuvor in Zusammenhang mit der Vorrichtung zur Bestimmung angegeben, sind die Messrichtungen vorzugsweise in einer senkrechten Ebene angeordnet.
In einer vorteilhaften Ausführungsform, die eine Lokalisierung rechts/links ohne jegliche äußere Information ermöglicht, werden die Messungen nur dann ausgeführt, wenn das Fahrzeug mit einer minimalen vorbestimmten Geschwindigkeit fährt, wobei dann angenommen wird, dass das Fahrzeug vorwärts fährt. Da die Geschwindigkeit des Fahrzeugs proportional zu der Zentripetalbeschleunigung ist, die im Bereich der erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Bestimmung erfasst wird, kann die Vorrichtung die Geschwindigkeit des Fahrzeugs bestimmen, um so den Moment zu bestimmen, in dem sie die Lokalisierung des Rads durchführen kann.
Einzelheiten und Vorteile der Erfindung gehen deutlicher aus der folgenden Beschreibung hervor, die Bezug auf die im Anhang befindliche vereinfachte Zeichnung nimmt, in der:
1 vereinfacht eine Vorrichtung zur Bestimmung der Position rechts/links zeigt, die auf einem Rad angeordnet ist, und
2 stark vereinfacht perspektivisch einen Drucksensor zeigt, der mit einer erfindungsgemäßen Vorrichtung ausgestattet ist.
1 stark vereinfacht ein rechtes Rad 2 eines Fahrzeugs zeigt, das mit einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Bestimmung 4 ausgestattet ist. Der Maßstab zwischen dem Rad 2 und der Vorrichtung zur Bestimmung 4 ist nicht eingehalten. Es wird angenommen, dass das Rad 2 in der gleichen Richtung dreht, die durch den Pfeil 6 angezeigt ist, und dass das entsprechende Fahrzeug vorwärts fährt.
Das Rad 2 ist ein herkömmliches rechtes Rad eines Fahrzeugs. Dieses ist mit einem System zum Überwachen des Reifendrucks ausgestattet. Das Rad 2 umfasst somit auch einen Drucksensor, der mit der Vorrichtung zur Bestimmung 4 verbunden ist.
Die Vorrichtung zur Bestimmung 4 umfasst zwei Beschleunigungsmesser 8, die im Verhältnis zueinander parallel auf einem Träger 10 montiert sind. Dieser ist zum Beispiel die Platte einer gedruckten Schaltung (oder auf englisch PCB für Printed Circuit Board) des Drucksensors, der in dem Reifen angeordnet ist, der zu dem Rad 2 gehört. Die gedruckte Schaltung trägt den Drucksensor und die zu diesem gehörige Elektronik. Ein solcher Drucksensor ist dem Fachmann bekannt und muss für die vorliegende Erfindung nicht ausführlicher beschrieben werden.
Jeder Beschleuniger 8 ist zum Beispiel ein Aufprallsensor, der zwei Elektroden umfasst und im Bereich seiner Elektroden eine Potentialdifferenz bereitstellt, die proportional zu der Beschleunigung ist, die der Sensor erfasst. Hier kann ein Aufprallsensor verwendet werden, wie er bereits in der Automobilindustrie für das Auslösen von Airbags verwendet wird, die unter der Marke AIRBAG bekannt sind. Hier kann zum Beispiel ein Aufprallsensor genannt werden, der durch die Firma muRata unter der Marke PIEZOTITE vertrieben wird und die Artikelbezeichnung PKGS-00RA trägt. Ein solcher Sensor wird für das Auslösen von Airbags verwendet und muss somit, aus auf der Hand liegenden Sicherheitsgründen, sehr strengen Normen entsprechen. Es ist möglich, hier Sensoren vom gleichen Typ, aber mit einem niedrigeren Selbstkostenpreis zu verwenden, da die Anforderungen in Bezug auf Sicherheit in der vorliegenden Anwendung deutlich geringer sind als bei einem Airbag.
Ein solcher Beschleunigungsmesser kann zum Beispiel die Form eines Parallelepipeds aufweisen. Der Aufprallsensor, dessen Artikelbezeichnung zuvor erwähnt wurde, weist eine Dicke von ungefähr 1,5 mm, eine Breite von ungefähr 2,8 mm bei einer Länge von ungefähr 6,4 mm auf. Diese Beschleunigungsmesser 8 sind flach auf ihrem Träger 10 angeordnet und parallel zueinander ausgerichtet. Die Beschleunigungsmesser werden jedoch so ausgewählt, dass jeder von ihnen die Beschleunigung misst, die der Träger 10 in unterschiedlichen Richtungen erfährt, die untereinander einen Differenzwinkel von 0 und 180° bilden. Diese Richtungen werden vorzugsweise so gewählt, dass sie sich in einer senkrechten Ebene der Position des Rads 2 befinden. Die Messrichtungen der Beschleunigung sind in 1 durch Pfeile 12 dargestellt. Jeder dieser Pfeile zeigt die Messrichtung eines Beschleunigungsmessers 8 an. Diese beiden Richtungen bilden untereinander einen Winkel α. In dem in der Zeichnung dargestellten Fall beträgt dieser Winkel α ungefähr 60°. Dieser Winkel kann Werte in einem verhältnismäßig großen Abstand annehmen. Es werden vorzugsweise Winkel ausgewählt, die weder zu dicht bei 0° noch zu dicht bei 180° liegen. Vorzugsweise nimmt α einen Wert an, der zwischen 30 und 150° liegt.
Die von jedem Beschleunigungsmesser 8 gemessene Beschleunigung weist zwei Komponenten auf. Eine erste, kontinuierliche Komponente ist auf die Zentripetalkraft zurückzuführen, während die zweite, variable Komponente auf die Erdanziehungskraft zurückzuführen ist. Die erste, kontinuierliche Komponente ist proportional zu der Drehgeschwindigkeit des Rads 2 und somit zu der Geschwindigkeit des Fahrzeugs. Die zweite Komponente verändert sich sinusförmig. Je nach Position des Beschleunigungsmessers 8 im Verhältnis zum Rad erfährt dieser nämlich eine Beschleunigung, die zwischen –1 g (= 9,81 m/s²) und 1 g liegt. Nur die variable Komponente wird verwendet, um die Drehrichtung des Rads 2 zu bestimmen.
Die Lokalisierung des Rads erfolgt beim Vorwärtsfahren. Die Bestimmung kann somit zum Beispiel nur dann durchgeführt werden, wenn das Fahrzeug eine vorbestimmte Geschwindigkeit erreicht hat, zum Beispiel 40 oder 50 km/h. Es wird dann angenommen, was auch vernünftig erscheint, dass das Fahrzeug sich rückwärts nicht mit einer solchen Geschwindigkeit bewegt. Es ist auch möglich, auf andere Weise zu bestimmen, ob das Fahrzeug vorwärts oder rückwärts fährt. Im Falle eines Fahrzeugs, das mit einem Automatikgetriebe ausgestattet ist, ermöglicht die Position des Gangwählhebels die Bereitstellung der Information. Bei einem anderen Fahrzeugtyp ist im Allgemeinen ein Kontaktgeber vorgesehen, um das Einlegen des Rückwärtsgangs zu erfassen und das Aufleuchten der Rückfahrscheinwerfer zu steuern. Dieser Kontaktgeber kann somit auch verwendet werden, um zu bestimmen, ob das Fahrzeug vorwärts oder rückwärts fährt.
Die Signale, die von den beiden Beschleunigungsmessern 8 abgegeben werden, sind im Absolutwert um den Winkel α phasenverschoben. Die Bestimmung der Drehrichtung des Rads erfolgt, indem die Phasenverschiebung zwischen den Signalen untersucht wird, die von jedem der Beschleunigungsmesser abgegeben werden. Wenn die variable Komponente des Signals, das der Richtung R1 entspricht (vergleiche 1) verspätet gegenüber der variablen Komponente des Signals ist, das von dem Beschleunigungsmesser abgegeben wird, der der Richtung R2 entspricht, dreht sich das Rad in der Richtung des Pfeils 6. Da das Fahrzeug vorwärts fährt, bedeutet dies, dass das Rad 2 ein rechtes Rad ist. Im gegenteiligen Fall (die R1 entsprechende Komponente eilt R2 voraus) ist das Rad ein linkes, da das Fahrzeug immer noch vorwärts fährt.
Zusammenfassend erfolgt in einer erfindungsgemäßen Ausführungsform die Bestimmung der Position rechts/links eines Rads 2 an dem Fahrzeug ab einer minimalen Geschwindigkeit, bei der angenommen wird, dass das Fahrzeug vorwärts fährt. Die auf der linken Seite des Fahrzeugs montierten Räder drehen in entgegen gesetzter Richtung wie diejenigen, die auf der rechten Seite montiert sind. Die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Bestimmung 4 ermöglicht es, die Drehrichtung von jedem Rad zu bestimmen. Da die Information bezüglich der Positionierung (rechts/links) des Rads im Bereich von jedem Rad verfügbar ist, kann diese Information an das Fahrzeug übertragen werden, genauer gesagt an das Führungsgehäuse des Systems zum Überwachen des Reifendrucks, zur gleichen Zeit, zu der die Informationen bezüglich der durchgeführten Druckmessungen gesendet werden.
Ein Reifendrucksensor, der eine erfindungsgemäße Vorrichtung zur Bestimmung integriert, ist im Inneren eines Reifens eines Rads montiert und zeigt selbst auf eigenständige Weise an, ob er sich in einem links oder rechts am Fahrzeug montierten Rad befindet. Diese Information kann durch Hochfrequenzwellen übertragen werden. Dieser Kommunikationsweg ist bereits für die Übertragung des Drucks verwendet worden, der im Inneren des Reifens herrscht. Somit ist die Lokalisierung des Rads ohne ein außerhalb von diesem befindliches Element möglich.
Die vorliegende Erfindung beschränkt sich weder auf die bevorzugte Ausführungsform, die zuvor beispielhaft und nicht einschränkend beschrieben wurde, noch auf die vorgeschlagenen Abwandlungen. Sie betrifft auch alle Abwandlungen, die für den Fachmann im Rahmen der folgenden Patentansprüche erfassbar sind.
So kann die Lokalisierung der Räder des Fahrzeugs jederzeit erfolgen und nicht nur dann, wenn das Fahrzeug eine minimale Geschwindigkeit erreicht hat. Wie bereits angegeben, können die Beschleunigungsmesser andere sein als die der genannten Artikelbezeichnung, es genügt, über einen Sensor zu verfügen, der es erlaubt, eine Beschleunigung in einer gegebenen Richtung zu messen.
Um die Nutzung des Signals zu erleichtern, das von den Beschleunigungsmessern bereitgestellt wird, befinden sich die Beschleunigungsmessrichtungen dieser vorzugsweise in einer senkrechten Ebene. Es genügt jedoch, dass die Messung der Beschleunigung bei jedem Beschleunigungsmesser in einer Richtung erfolgt, die eine senkrechte Komponente aufweist.

Claims

Vorrichtung zur Positionsbestimmung eines Fahrzeugrads (2), insbesondere eines Fahrzeugs, das mit einem System zum Überwachen des Reifendrucks ausgestattet ist, dadurch gekennzeichnet, dass sie erste und zweite Mittel (8) umfasst, die eine Beschleunigung in einer Richtung (R1, R2) messen können, wobei sie eine Komponente in einer senkrechten Ebene aufweisen, und dadurch, dass die Komponenten in der senkrechten Ebene der Messrichtungen der ersten und zweiten Messmittel eine deutliche Winkelversetzung (α) von 0° und 180° aufweisen.
Vorrichtung zur Bestimmung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Messrichtungen (R1, R2) der ersten und zweiten Messmittel sich beide in einer senkrechten Ebene befinden.
Vorrichtung zur Bestimmung nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Winkelversetzung (α) in der vertikalen Ebene der ersten und zweiten Messrichtungen (R1, R2) zwischen 30° und 150° liegt.
Vorrichtung zur Bestimmung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die ersten und zweiten Mittel, die eine Beschleunigung messen können, Aufprallsensoren (8) sind.
Vorrichtung zur Bestimmung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die ersten und zweiten Mittel, die eine Beschleunigung messen können, auf einem gleichen Träger (10) angeordnet sind.
Drucksensor eines Systems zum Überwachen des Reifendrucks, umfassend eine Platte eines integrierten Schaltkreises (10), der verschiedene elektronische Komponenten für das Messen eines Drucks und das Senden von Informationen mittels elektromagnetischer Wellen trägt, dadurch gekennzeichnet, dass er außerdem einen Positionssensor (4) nach einem der Ansprüche 1 bis 5 umfasst.
Drucksensor nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die ersten und zweiten Mittel (8) der Vorrichtung zur Bestimmung, die eine Beschleunigung messen können, auf der Platte der gedruckten Schaltung (10) des Sensors montiert sind.
Verfahren zur Bestimmung der Position rechts/links eines Fahrzeugrads, dadurch gekennzeichnet, dass es die folgenden Schritte umfasst: – Messen einer ersten und zweiten Beschleunigung, jede davon in einer Richtung, die eine Komponente auf einer senkrechten Ebene aufweist, wobei die Komponenten auf der senkrechten Ebene der Richtungen eine Winkelversetzung aufweisen, – Berechnen der Phasenverschiebung zwischen den Signalen, die den beiden gemessenen Beschleunigungen entsprechen, – Bestimmen der Drehrichtung des Rads in Abhängigkeit von der Phasenverschiebung, und – Bestimmen der Lokalisierung des Rads im Verhältnis zum Fahrzeug, wobei die Fahrtrichtung des Fahrzeugs außerdem bekannt ist.
Verfahren zur Bestimmung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Messrichtungen in einer senkrechten Ebene angeordnet sind.
Verfahren zur Bestimmung nach einem der Ansprüche 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Messungen nur dann ausgeführt werden, wenn das Fahrzeug mit einer minimalen vorbestimmten Geschwindigkeit fährt, wobei dann angenommen wird, dass das Fahrzeug vorwärts fährt.