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Die
vorliegende Erfindung betrifft ein System zur automatischen Erkennung
eines Reifenverschleißes,
insbesondere zur Fernerkennung.
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Es
ist bekannt, dass Reifen, die an Landfahrzeugen (beispielsweise
Kraftfahrzeugen, aber auch Luftfahrzeugen, die mit einem Untergestell
versehen sind) aus elastomeren Zusammensetzungen (etwa auf Gummi
basierenden Materialen) bestehen, die die gewünschte Straßenlage garantiert, jedoch
unvermeidlich einer Abnutzung unterliegen. Um sowohl einen sicheren
Griff als auch die Integrität
des Reifen selbst sicher zu stellen, ist es notwendig, den Zustand
des Reifens und insbesondere den seines Profils sorgfältig zu
beobachten.
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In
den meisten Fällen
kann die Abnutzung des Reifenprofils (wenigstens mit Einprägungen versehenen
Reifen) durch einfache Beobachtung erkannt werden: Diese Art der
Erkennung erfordert jedoch eine gewisse Geschicklichkeit und technisches Wissen, über die
nicht j jedermann verfügt,
nicht zu erwähnen
die Tatsache, dass es besonders schwierig ist, eine solche Prüfung bei
Reifen durchzuführen, die
ohne Reifenprofil versehen sind (beispielsweise sogenannte "Slick" -Reifen für Rennfahrzeuge
oder bei Flugzeugreifen). Die Beobachtung des Zustands von der Kondition
des Profils kann weiter nur bei stehenden Reifen und mit geeigneter
Beleuchtung beobachtet werden.
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Ein
weiteres System zur besseren Erkennung der Reifenabnutzung besteht
aus der vorigen Anordnung einer Reihe von Markierungen an einer variierenden
Tiefe in den Höhen
oder Blöcken
des Profils, die zunehmend deutlicher werden an der Reifenfläche, wenn
die Abnutzung das Profil dünner macht.
Beispiele derartiger Markierungen sind farbige Einschlüsse in der
Profilszusammensetzung oder Gummistangen, die an den Boden der Stollen
des Profils eingesetzt werden, die auf der Fläche erscheinen, wenn das restliche
Profil beispielsweise 1,6 mm dünn
ist.
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Auch
dieses Abnutzungssystem erfordert, wie das zuvor erwähnte, in
jedem Fall einen auf einem Entschluss beruhenden und im wesentlichen manuellen
Eingriff.
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Andererseits
wurden im Hinblick auf das Erfordernis der Vorsehung einer großen Informationsmenge über den
Reifenzustand in einer automatischen Weise Fernerkennungseinrichtungen
geschaffen, die auf Sensoren beruhen, die auf den Reifen oder in
diesem angeordnet sind.
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Einige
Beispiele der Fernerkennung und Übertragung
des Reifenzustands werden in der
WO99/29523 ,
US5483827 ,
US 6386254 ,
WO01/81104 und der
US 6340930 offenbart. Insbesondere
die
WO03/064188 offenbart
ein Reifenerkennungssystem wie das, das in dem Obergriff des beiliegenden
Anspruchs eins beschrieben ist.
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Die
meisten Systeme sind jedoch auf den Ansatz gerichtet, lokal an dem
Reifen einer interessierenden Aussage (beispielsweise eine Druck
oder Impedanz) durch einen geeigneten Sensor zu gewinnen und sodann
das entsprechende Radiofrequenzsignal an eine Empfangstation zu
senden, die an dem Fahrzeug ortsfest ist: Zusätzlich zu der Komplexität und den
Kosten des Systems besteht das dringende Erfordernis, immer die
richtige Funktion aller Komponenten sicher zu stellen, um so eine
Fehlfunktion der Transmission und einer Fehlfunktion zu verhindern.
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Es
versteht sich, dass, da ein Reifen erheblichen Belastungen ausgesetzt
ist, nur schwer sicherzustellen ist, dass alle Sensoren über die
gesamte nützliche
Lebensdauer des Reifens aktiv bleiben.
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Daneben
erlaubt keines der vorerwähnten Systeme
die Anzeigen, die von einer Vielzahl von Positionen auf dem Reifen
kommen, voneinander zu unterscheiden, das Auslesen ist daher normalerweise ein
individuelles oder durchschnittliches Lesen, das keine Information über einen
anormalen oder unsymmetrischen Reifenzustand gibt.
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Dies
bedeutet einen erheblichen Nachteil. Tatsächlich kann das Profil, wie
bekannt ist, abhängig von
den Lastzuständen
des Fahrzeugs, der statischen Spur oder dem Sturzwinkel oder dem
Reifendruck, die Abnutzung des Profils entlang der Mittellinie (zentrale
Abnutzung), in der Nähe
der beiden Schultern (symmetrische Seitenabnutzung) oder nur an einer
der Seite der beiden Schultern (nicht symmetrische Seitenabnutzung)
erfolgen. Es wäre
daher wünschenswert,
dazu in der Lage zu sein, eine komprimiertere Information zu gewinnen,
um auch eine Aussage über
eine ungleichmäßige Abnutzung
zu gewinnen, was mit den bekannten Systemen nicht wirtschaftlich
erreichbar ist.
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Weiter
offenbart die
FR 2816887 ein
System zur Erkennung einer Reifenabnutzung, die eine Anzahl von
identischen Markierungselementen verwendet, die in das Reifenprofil
eingebaut sind und über ein
optisches, akustisches oder magnetisches System nur dann erkannt
werden, wenn sie bei Vorliegen einer Abnutzung heraus kommen.
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Die
JP10-307981 offenbart ein
Reifenabnutzungserkennungssystem, bei dem ein Transponder
10 in
dem Reifen vorgesehen ist, dessen Signal durch eine entsprechende
Antenne
20c an der Körperseite,
die zu den Erkennungsteilen
10 weisen, angeordnet ist.
Wenn der Reifen abgenutzt ist, wird das Erkennungsteil
10 offen
liegen und zerstört
werden. Die
US 2002/116992 ,
die den Oberbegriff des Anschlusses 1 entspricht, offenbart ein
System, das vollständig
demjenigen ähnlich
ist, das in der
JP10-307981 offenbart
ist, bei dem jedoch eine Vielzahl von Transpondern (
20,
22)
verwendet werden, die über
die Breite des Reifenprofils angeordnet sind.
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Es
ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Reifenprofilabnutzungserkennungssystem
zu schaffen, das sowohl automatischen als auch mit Abstand arbeitet,
und dabei besonders einfach und auch zuverlässig ist.
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Es
ist eine weitere Aufgabe der Erfindung ein solches System zu schaffen,
das es erlaubt, zwischen dem Abnutzungszustand an verschiedenen Abschnitten
des Profils, um in der Lage zu sein, auf Betriebsparameter sofort
einzuwirken (beispielsweise dem Druck, der statischen Spur, der
Balance, ...) und jeglicher Abnormalitäten zu beseitigen.
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Es
ist eine weitere Aufgabe, einen Reifen zu schaffen, der für die Verwendung
mit einem derartigen Detektionssystem dient.
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Diese
Aufgaben werden durch ein System und einen Reifen, wie er in den
wesentlichen Merkmalen des beiliegenden Hauptanspruchs beschrieben
ist, gelöst.
Weitere erfinderische Aspekte werden in den abhängigen Ansprüchen beschrieben.
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Weitere
Eigenschaften und Vorteile des Systems und des Reifens nach der
Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden eingehenden Beschreibung
eines bevorzugten Ausführungsbeispiels,
das lediglich beispielhaft ist und in den beiliegenden Zeichnungen
erläutert
wird. Dabei zeigt:
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1 eine
Längsschnittansicht
eines beispielhaften Profilabschnitts eines Reifens nach der vorliegenden
Erfindung;
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2 eine
schematische schräge
Frontansicht auf einen Reifenabschnitt nach einem ersten bevorzugten
Ausführungsbeispiel;
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3 eine
schematische Ansicht ähnlich derjenigen
in 2 eines anderen bevorzugten Ausführungsbeispiels
nach der Erfindung;
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4 eine
schematische Ansicht eines kompletten Systems nach der Erfindung;
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5 zwei
beispielhafte Tabellen von Auslesungen des Systems nach der Erfindung.
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In 1 ist
beispielhaft ein Querschnitt eines Reifenprofils dargestellt, wobei
die verschiedenen Stollen N1–Nn des Reifenabschnitts, die einer Abnutzung
unterliegen, einfach erkennbar sind.
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Nach
der Erfindung sind im Inneren der Profilblöcke ein oder mehrere Transponder
TAGS eingebettet, insbesondere passive RFID Komponente (Radio Frequency
Identification Device).
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Derartige
RFID Komponente sind an sich bekannt (beispielsweise diejenigen,
die in der ISO 14443 und der ISO 15693 standards angegeben sind)
und bestehen im wesentlichen aus einem üblichen Mikrochip, der mittels
Radiofrequenzquellen (tiefen Frequenzen von 100–150 kHz, mittleren Frequenzen
von 13,5 MHz oder hohen Frequenzen von 2,5–5 GHz) ausgerüstet mit
einer spiralförmigen
Antenne, die alle von unterschiedlichen Arten von Trägern getragen
werden.
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Der
Vorteil dieser der auf dem Gebiet der Identifikation und der Diebstahlssicherheit
(smart label) bekannten Technologie besteht in der Tatsache, dass
es möglich
ist, im Inneren eines kleinen Chips (sowohl bezüglich der Breite als auch der
Dicke) vorteilhaft vom passiven Typ (das heißt nicht mit Leistung betrieben),
eine bestimmte Menge von Daten zu speichern, insbesondere eine einzigartige
Identifikationsnummer (ID, beispielsweise eine Zahl mit 128-bit) und weiteren
Daten in einem geeigneten Speicherbereich (beispielsweise einen
256-bit Speicherbereich)- der später
lahm gelegt werden kann (innerhalb eines Feldes von 25–120 cm),
das die oben genannte spiralförmige
Antenne durch das elektromagnetische Feld mit Energie versorgt,
das durch geeignete Leseantennen erzeugt wird.
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Im
allgemeinen ist die einzigartige Identifikationsziffer, auch als
Seriennummer der RFID bekannt, von dem Hersteller eingestellt, während der Endverbraucher
den Inhalt des zusätzlichen
Speichers bestimmen und anpassen kann (während der Montage oder vor
der Verwendung durch Schreibtechniken, auch wiederholbaren).
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Diese
RFID haben ihren Nutzen, dass sie gegenüber Umwelteinflüssen und
gegenüber
Radiofrequenzrauschen relativ unempfindlich, als auch besonders
kostengünstig
(in der Größenordnung
von wenigen Zehnteln eines Euros) sind.
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Obwohl
der RFID sowohl vom nur Lesetyp (Typ A) oder Lese- und Schreib-Typ
(Typ B) sein kann, ist es für
den Zweck der vorliegenden Erfindung von höchster Bedeutung, dass die
Daten, die in dem Mikrochip beinhaltet sind, aus der Ferne abgelesen
werden können.
Ein beispielhafter RFID kann eine ebene Größe von 1 mm2 und
eine Dicke von wenigen mm haben, er ist daher leicht in einen Profilblock
einzubetten, ohne dessen Funktion und strukturelle Widerstandsfähigkeit
erheblich zu beeinflussen.
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Nach
der Erfindung sind beispielsweise wenigstens drei Mittenfrequenz-RFID
(13,5 MHz) vorgesehen, die an verschiedenen Tiefen in dem Profil
angeordnet sind.
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In 1 sind
vier RFID beispielhaft gezeigt, die in die Profilblöcke in zunehmenden
Tiefen von 1 mm, 2 mm, 3 mm und 4 mm eingebracht sind, es versteht
sich jedoch, dass die Anzahl und die Tiefenanordnung für die RFID
entsprechend den besonderen Anforderungen variiert werden kann (beispielsweise könnte ein
Lastwagenreifen eine geringere Anzahl von RFID haben, als der Reifen
eines Rennwagens).
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Um
das Auftreten auf den Stollen zu minimieren, wird wieder eine Reihe
von RFID an verschiedenen Tiefen in aufeinanderfolgenden Stollen
eingesetzt, die über
den Umfang versetzt sind, wie 2 mit den
RFID T1, T2, T3, T4 gezeigt, die
in Tiefen von 1 mm, 2 mm, 3 mm und 4 mm gezeigt sind.
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Die
RFID können
in den Profilstollen auf verschiedene Weisen eingebracht sein, beispielsweise durch
deren Anordnung in der Herstellungsform während der Einspritz- oder Vulkanistationsphase
der Gummizusammensetzung oder durch deren Eindringen in einen fertigen
Reifen über
geeignete Spritzen oder Einsetzwerkzeuge.
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Das
System nach der Erfindung schafft weiter eine Detektionsantenne
A, die mit dem Fahrzeug fest verbunden ist und in der Nähe des Reifens
angeordnet ist (beispielsweise fest an dem Kotflügel eines Kraftfahrzeugs) um
die Kennung der RFID zu erkennen, die während der Drehung des Rades
rollen. Das Signal, das von der Antenne empfangen wird, wird sodann
an eine Steuereinheit gesendet, die an Bord des Fahrzeugs angeordnet
ist, wobei diese Einheit dazu in der Lage ist, das empfangene Signal
zu verarbeiten, dieses zu interpretieren, zu verrechnen und möglicherweise
mit einer Datenbasis zu vergleichen und dies dann dem Verwender
sichtbar zu machen, beispielsweise in der Form von Warnmitteilungen
auf einem Display. Das Display kann ein bestimmtes LCD (nicht gezeigt)
sein oder, vorteilhaft, dasselbe Display eines Bordcomputers, mit
dem viele Fahrzeuge heute als Standard ausgerüstet sind.
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In
einer originellen Weise sorgt das System nach der Erfindung in einfacher
Weise für
die
Erkennung des Vorhandenseins oder des Fehlens von einzelnen RFID,
durch die es in der Lage ist, die Position auf der Basis von Daten,
die in dem zugehörigen
Chip vorhanden sind, sicherzustellen,
und die Bestimmung zur
Reifenabnutzung aus einem Unterschied zwischen der Anzahl und der
Kennung der erkannten RFIDs und der Anzahl und der Kennung derselben,
die für
neue und nicht abgenutzte Reifen bekannt ist.
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Diese
sehr einfache und zuverlässige
Basierung basiert auf dem Prinzip, dass dann, wenn das Reifenprofil
sich abnutzt und zunehmend dünn
wird, die RFID zunehmend zerstört
oder inoperativ werden, beginnend mit dem außen zu den am tiefsten eingebettet
angeordneten.
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Das
System, bei dem die RFID, die noch funktionieren und positioniert
sind, identifiziert, ist daher dazu in der Lage, automatisch ein
Signal zu verarbeiten, das der Reifenabnutzung proportional ist. Wenn
das System sodann trainiert wird (durch Einsetzen geeigneter Parameter
und Schwellenwerte in die Steuereinheit) bezüglich der minimalen Dicke,
die toleriert wird, damit das Profil innerhalb der Sicherheitsgrenzen
bleibt, ist es dazu in der Lage, den Verwender zu informieren oder
zu warnen, wenn der vorgegebene Schwellenwert näher kommt.
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Die
Lösungen,
die es dem Erkennungssystem erlaubten, die Kennung eines RFID richtig
mit dessen Position und Tiefe innerhalb des Profilstollens zuzuordnen
(das sogenannte Mappen des RFID) können unterschiedlich sein.
Beispielsweise kann die Steuereinheit mit einer Datenbasis vorgesehen
sein, die durch den Hersteller geliefert werden kann, die jede einzigartige
Kennung der RFID, eine Kennung des Reifentyps und des Models, auf
das es montiert ist und mit dem Ort desselben auf dem Profil beinhaltet.
Alternativ kann der Hersteller in üblicher Weise den RFID-Kennungscode
aufteilen, um seinen Ort und seine Tiefe abzugeben: Beispielsweise
können
alle Seriennummern, die mit einer "4" enden,
4 mm von dem minimal tolerierbaren Maß der Profildicke angeordnet
sein, diejenigen, die mit einer "3" enden, sind 3 mm
von dieser Ebene entfernt usw..
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Alternativ
weist bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel
der Erfindung wenigstens einer der RFID, die auf dem Reifen montiert
sind – typischerweise
diejenige, von dem die längstdauernde
Funktion erwartet wird oder eines speziellen RFID, der auf den Schultern
angeordnet ist – zusätzlich zu
seiner einzigartigen Kennung weiter Information über den Reifentyp und die Anordnung
der anderen RFIDs, die auf dem Reifen vorne sind, auf. Die Datenbasis,
die das RFID-Mappen beinhaltet, ist auf dem Reifen angeordnet, nicht
also in der Steuereinheit. Entsprechend ist die Steuereinheit dazu
in der Lage, diese Information abzulesen und daraus die Information über die
Reifenabnutzung zu gewinnen.
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Diese
Anordnung ist besonders vorteilhaft, da sie es dem Reifenhersteller
erlaubt, dieses so durchzuführen,
wie er es für
am besten hält,
unter der Voraussetzung, dass er sicherstellt, dass die Daten für die Steuereinheit
die Signale, die von der Bezugs-RFID gelesen werden, zutreffend
interpretiert werden.
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Nach
einem weiteren bevorzugten Ausführungsbeispiel
der Erfindung hat jede der Reifen nicht nur eine Reihe von RFID
in unterschiedlichen Tiefen, sondern weist eine Vielzahl von Reihen
von RFID auf, die an verschiedenen Reifenpositionen angeordnet sind.
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Beispielsweise
sind, wie in 3 gezeigt ist, linksseitig eine
Reihe, auf der Mittellinie eine Reihe und rechts eine Reihe von
RFID vorgesehen.
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Auf
diese Weise ist es möglich,
nicht nur die Abnutzung zu erkennen, sondern auch die Lesungen,
die von unterschiedlichen Bereichen des Reifens kommen, um festzustellen,
ob eine ungleiche Abnutzung vorliegt.
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In 4 ist
ein allgemeines Schema des Systems nach der Erfindung bei einem
Kraftfahrzeug angewendet. Jeder Reifen P1–P4 ist mit drei Reihen von RFID vorgesehen,
sowie eine Empfangsantenne A1–A4 , die in jeder der
vier Radkästen
vorgesehen ist. Die vier Antennen A1–A4 werden sodann mittels einer Verdrahtung
mit der Steuereinheit verbunden, denn in der die Datenverwaltungslogik
und, ggf., die Identifikationsquotedatenbasis implementiert sind.
Die Steuereinheit ist weiter mit einem System verbunden, das den
Fahrer mit Information versorgt, etwa eine LCD Display oder einer
einfachen warntonabgebenden Einrichtung.
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Die
Tabelle 1 von 5 zeigt schematisch eine Lesematrix,
die der Steuereinheit mit allen vier neuen Reifen, wobei das Vorhandensein
jedes RFID durch Td,p,w markiert ist (wobei
d: tiefer Ort, p: betreffender Reifen, w: Position entlang der Breite
des Reifen bedeutet). Tabelle 2 zeigt statt dessen mögliche Lesungen,
bei der eine tolerable normale Abnutzung der hinteren Reifen und
eine ungleiche Abnutzung der beiden vorderen Reifen (beide mit unzureichendem
Druck) hervorgehoben sind.
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Es
ist zu erkennen, dass das System nach der Erfindung in ausgezeichneter
Weise die Aufgaben, die eingangs genannt worden sind, erreicht.
Tatsächlich
erlaubt es das System unter Verwendung der RFID und der Interpretation
durch Subtraktion (d.h. einen der den Reifenabnutzungsindex aus
dem Fehlen einiger Signale verglichen mit dem Zustand des "neuen Reifens" gewinnt) das System
nach der Erfindung die Gewinnung der gewünschten Information in einer
komprimierten, wirtschaftlichen und insbesondere zuverlässigen Weise.
Die Kostengünstigkeit
des Systems erlaubt es weiter, die Anzahl von passiven Identifizierern
zu verfielfachen und damit einen größeren Betrag an Information
verfügbar
zu haben, die differenziert ist über
unterschiedliche Reifenbereiche. Die dünnen RFID vom passiven Typ
können
auf die Reifen nicht nur während
des Herstellungsvorgangs, der zu diesem Zweck besonders ausgebildet
ist, eingebracht werden, sondern auch später in üblicher Weise hergestellte
Reifen, mit erheblichen Einsparungen bezüglich der Logistik und der
Systemtechnik.
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Es
versteht sich jedoch, dass die Erfindung nicht auf die oben gezeigten
besonderen Ausführungsbeispiele
beschränkt
ist, die lediglich nicht beschränkende
Beispiele des Grundgedankens der Erfindung wiedergeben, sondern
das vielmehr eine Anzahl von Abänderungen
und Variationen möglich sind,
die dem Fachmann zugänglich
sind, ohne sich von dem Grundgedanken der Erfindung zu lösen. Beispielsweise
kann der einzelne Transponder TAG auch in einer unterschiedlichen
Weise oder aber nur teilweise in einem Profilstollen eingebettet
sein, wobei der verbleibende Teil beispielsweise über und
außerhalb
der Seite des Stollens aufgeklebt ist, vorausgesetzt, dass der Moment
der Abnutzung das vorgegebene Ausmaß erreicht, der wiederholte
Kontakt mit der Straße
den jeweiligen RFID inoperativ macht (es kann ausreichend sein,
eine Spule der inneren Antenne zu unterbrechen, obwohl ein RFID
beschrieben worden ist, der vollständig in dem Profil eingebaut
ist mit einer Höhe,
die im wesentlichen parallel zu der Ebene der Reifenabnutzung ist).