DE69403723T2

DE69403723T2 - Fahrzeugreifenverwaltungssystem mit unabhängiger Vorrichtung zur Reifendruckregelung

Info

Publication number: DE69403723T2
Application number: DE69403723T
Authority: DE
Inventors: Ross D Olney
Original assignee: Hughes Aircraft Co
Current assignee: DirecTV Group Inc
Priority date: 1993-04-22
Filing date: 1994-04-20
Publication date: 1998-01-29
Anticipated expiration: 2014-04-21
Also published as: DE69403723D1; EP0621144A1; EP0621144B1; JP2558070B2; CA2121745A1; MX9402957A; JPH0769017A; US5452753A

Description

Die Erfindung betrifft ein Fahrzeugrad, an dem ein mit Luft aufpumpbarer Reifen montiert ist, mit einem Luftreservoir und einer Pumpeneinheit, um selektiv Luft von dem Reifen in das Reservoir strömen zu lassen, um den Reifen abzupumpen, und Luft von dem Reservoir in den Reifen strömen zu lassen, um den Reifen auf zupumpen.
Die Erfindung betrifft ferner ein Reifenmanagementsystem für ein Fahrzeug mit einem derartigen Rad.
Ein solches Fahrzeugrad und ein solches Reifenmanagementsystem sind aus der DE-U-87 15 177 bekannt.
Die vorliegende Erfindung betrifft generell Kraftfahrzeuge und betrifft insbesondere ein Reifendruck-Managementsystem zum Erfassen und Steuern des Luftdruckes in den Reifen eines Kraftfahrzeuges.
Der Druck, auf den die Reifen eines Kraftfahrzeuges optimalerweise aufgepumpt sein sollten, hängt von der Art des Terrains ab, auf dem das Fahrzeug zu bewegen ist. Der Druck sollte bei harten Oberflächen wie geteerten Straßen relativ hoch sein und sollte bei weichen Oberflächen wie nassem Schlamm oder losem Sand relativ niedrig sein.
Zum Einstellen des Druckes der einzelnen Reifen auf einen gewünschten Wert ist es möglich, das Fahrzeug anzuhalten und zu verlassen und die Reifen manuell mit einer Pumpe zur Erhöhung des Druckes auf zupumpen oder die Reifen manuell durch Öffnen der Ventile abzupumpen, indem man die Luft entweichen läßt, um den Druck zu vermindern.
Dieser Vorgang ist jedoch mühsam und zeitaufwendig und ist insbesondere bei schlechtem Wetter oder in anderer Art von feindlichen Umgebungsbedingungen unerwünscht. Der Vorgang leidet auch an dem wichtigen Nachteil, daß er nicht ausgeführt werden kann, während sich das Fahrzeug bewegt.
Das US-Patent Nr. 4,938,272 mit dem Titel "VALVE ACTUATOR FOR TIRE PRESSURE MANAGEMENT" vom 3. Juli 1990 von W. Sandy, Jr. et al. offenbart ein System mit einer Luftpumpe oder einem Kompressor, die an der Fahrzeugkarosserie montiert sind, und mit Leitungen, die von dem Kompressor zu Ventilen führen, die in den Fahrzeugrädern vorgesehen sind. Die Ventile werden durch die Bedienperson im Inneren des Fahrzeugs fernbetätigt, um zum Aufpumpen den Kompressor mit den Reifen zu verbinden oder um die Reifen zum Abpumpen bzw. Luftablassen mit der Atmosphäre zu verbinden.
Ein Nachteil bei dem System von Sandy besteht darin, daß zwischen den Leitungen, die von dem Kompressor zu den rotierenden Rädern führen, eine Hochdruck-Luftverbindung eingerichtet werden muß, einschließlich rotierender Radlager-Luftdichtungen. Solche Verbindungen sind schwierig zu konstruieren und in Betrieb zu halten, wobei ein Fehler der Verbindungen oder der Ventile zu einem Luftverlust der Reifen mit katastrophalen Begleitumständen führt.
Das US-Patent Nr. 4,742,857 mit dem Titel "TIRE PRESSURE SENSOR AND AIR SUPPLY TO MAINTAIN DESIRED TIRE PRESSURE" vom 10. Mai 1988 von S. Ghandi offenbart ein System mit einem Hochdruck-Reservoir und einem Steuerventil, die an jedem Rad vorgesehen sind. Die Ventile enthalten Drucksensoren, die mit einer Anzeige an einer Steuereinheit verbunden sind, die im Inneren des Fahrzeugs montiert ist. Die Ventile werden von der Bedienperson im Inneren des Fahrzeugs fernbetätigt, um zum Aufpumpen die Reservoire mit den Reifen zu verbinden oder um die Reifen zum Luftablassen mit der Atmosphäre zu verbinden.
Obwohl das System von Ghandi die sich drehenden Hochdruck- Luftverbindungen des Systems von Sandy eliminiert, müssen die Hochdruck-Reservoire periodisch von außerhalb des Fahrzeugs neu aufgefüllt werden. Dies schränkt den Betriebsbereich des Fahrzeugs und die Anzahl der möglichen Übergänge zwischen Betriebszuständen ein, die unterschiedliche Luftdrücke erfordern. Zusätzlich sind die Ventile der Atmosphäre ausgesetzt und können durch Schmutz, Sand oder anderes Umgebungsmaterial verunreinigt werden. Das oben erwähnte, aus der DE-U-87 15 177 bekannte Reifenmanagementsystem hat einen ziemlich komplizierten Aufbau.
Es ist daher die Aufgabe der Erfindung, die bekannten Räder und Reifenmanagementsysteme zu verbessern.
Die obige Aufgabe wird durch das eingangs erwähnte Fahrzeugrad erreicht, wobei die Pumpeneinheit eine bidirektionale Pumpe aufweist, um selektiv zum Abpumpen des Reifens Luft von dem Reifen in das Reservoir zu pumpen, und zum Aufpumpen des Reifens Luft von dem Reservoir in den Reifen zu pumpen.
Die obige Aufgabe wird ferner durch ein Reifenmanagementsystem für ein Fahrzeug mit einem derartigen Rad gelöst.
Ein eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung bildendes Reifendruck-Managementsystem für ein Kraftfahrzeug umfaßt ein Hochdruck-Luftreservoir, eine Pumpeneinheit und einen Luftdrucksensor, die an jedem Rad des Kraftfahrzeuges vorgesehen sind.
Die Pumpeneinheit ist steuerbar, um selektiv zum Luftablassen aus dem Reifen Luft von dem Reifen in das Reservoir zu pumpen, oder zum Aufpumpen des Reifens Luft von dem Reservoir in den Reifen zu pumpen.
Eine Steuereinheit, die den erfaßten Luftdruck anzeigt und die Pumpe zum Aufpumpen oder Abpumpen des Reifens steuert, ist zur Betätigung durch den Fahrer im Inneren des Fahrzeugs montiert und ist mit dem Sensor und der Pumpeneinheit elektrisch durch Bürstenkontakte verbunden, die zwischen dem Rad und der Achse vorgesehen sind, oder durch induktive Spulen, die zwischen dem Rad und einem benachbarten Strukturelement vorgesehen sind.
Das vorliegende Reifendruck-Managementsystem erfordert keine sich drehenden Hochdruck-Luftverbindungen oder externe Mittel zum Nachfüllen von Luft in die Reservoire. Das System ist in sich abgeschlossen und gegenüber Verschmutzung durch die Umgebung immun.
Da die Luft zwischen den Reifen und den Reservoiren zum Verändern des Reifendrucks bewegt wird, wird keine Luft an die Atmosphäre abgegeben und der Reifendruck kann eine unbegrenzte Anzahl von Malen verändert werden, ohne daß es erforderlich ist, Luft von außen nachzufüllen. Der Reifendruck kann schnell geändert werden, da die Reservoire in enger Nachbarschaft zu den Reifen angeordnet sind.
Das vorliegende Reifendruck-Managementsystem erfordert keine sich drehenden Hochdruck-Luftverbindungen oder externe Mittel zum Nachfüllen der Luft in das Reservoir.
Zusätzlich umfaßt das vorliegende System ein eingebautes Sicherheitsmerkmal dahingehend, daß für den Fall, daß ein Ventil in der Pumpeneinheit in der geöffneten Position ausfallen würde, der Reifendruck wieder auf einen normalen Betriebswert hergestellt würde, anstelle daß der Reifen unter katastrophalen Begleitumständen Luft verlieren würde.
Fig. 1 ist eine vereinfachte vertikale Schnittansicht einer Ausführungsform eines Fahrzeugreifendruck-Managementsystems gemäß der vorliegenden Erfindung;
Fig. 2 ist eine der Fig. 1 ähnliche Ansicht, zeigt jedoch ein zweites System, das nicht zur Erfindung gehört;
Fig. 3 ähnelt ebenfalls der Fig. 1, stellt jedoch ein drittes System dar, das nicht zur Erfindung gehört;
Fig. 4 ist eine vereinfachte vertikale Schnittansicht einer alternativen elektrischen Verbindungsanordnung des vorliegenden Systems; und
Fig. 5 ähnelt der Fig. 4, stellt jedoch eine weitere elektrische Verbindungsanordnung dar.
Ein Reifendruck-Managementsystem 10 für ein Kraftfahrzeug ist in Fig. 1 dargestellt. Das System 10 umfaßt eine Steuereinheit 12, die an einem Armaturenbrett oder an einem anderen Ort in der Fahrgastzelle 14 oder an einem anderen geeigneten Ort vorgesehen ist, auf den zugegriffen werden kann, ohne das Fahrzeug zu verlassen.
Das Fahrzeug umfaßt eine Vielzahl von Achsen bzw. Achsabschnitten, generell vier, an denen identische Räder mit luftaufpumpbaren Reifen montiert sind. Eine Achse 16 ist in Fig. 1 dargestellt. Ein Rad 18 ist mittels Lagern 19 drehbar an der Achse 16 montiert und umfaßt eine Felge 20, an der ein Reifen 22 montiert ist. Ein Reifenfüllraum 24 ist zwischen der Felge 20 und dem Inneren des Reifens 22 definiert.
Ein Hochdruck-Luftreservoir 26 ist in dem Rad 18 gebildet, vorzugsweise in der Felge 20, wie es dargestellt ist. Ein Kompressor oder eine Pumpe 28 ist in dem Rad 18 gebildet oder montiert, vorzugsweise so nahe an der Achse 16 wie möglich, um das Trägheitsmoment zu minimieren. Ein Gegengewicht 30 ist an dem Rad 18 in einer Position diametral gegenüberliegend der Pumpe 28 vorgesehen, um die durch die Pumpe 28 erzeugte Unwucht des Reifens zu eliminieren.
Die Pumpe 28 weist einen Port, der mit dem Reservoir 26 über einen Kanal 32 verbunden ist, und einen weiteren Port auf, der mit dem Füllraum 24 im Inneren des Reifens 22 über einen Kanal 34 verbunden ist. Die Pumpe 28 ist eine bidirektionale Einheit, die Luft selektiv in jede Richtung pumpen kann und die elektrisch durch eine Batterie 36 des Fahrzeugs über die Steuereinheit 12 angetrieben wird.
Ein Luftdrucksensor 38 ist an der Felge 20 im Inneren des Füllraums 24 montiert und liefert ein dem erfaßten Reifenluftdruck entsprechendes elektrisches Signal an die Steuereinheit 12.
Die Steuereinheit 12 umfaßt eine Anzeige 40 zum Anzeigen des Reifendruckes, wie er von dem Sensor 38 erfaßt ist, einen Schalter oder einen Knopf 42 zum Erhöhen des Reifendruckes und einen Schalter oder einen Knopf 44 zum Vermindern des Reifendruckes. Obwohl in der Zeichnung nur ein Display 40, ein Knopf 42 und ein Knopf 44 dargestellt sind, umfaßt die Anzeigeeinheit 12 vorzugsweise für jedes Rad des Fahrzeugs eine einzelne Anzeige 40 und einzelne Knöpfe 42 und 44.
Der Knopf 42 wird niedergedrückt, um den Reifendruck gegenüber dem auf der Anzeige 40 angezeigten Wert zu erhöhen. Dies läßt die Pumpe 28 Luft von dem Reservoir 26 über die Kanäle 32 und 34 in den Raum 24 pumpen, um den Reifen 22 aufzupumpen. Der Knopf 44 wird niedergedrückt, um den Reifendruck von dem auf dem Display 40 angezeigten Wert zu vermindern. Dies läßt die Pumpe 28 Luft von dem Raum 24 über die Kanäle 34 und 32 in das Reservoir 26 pumpen, um Luft aus dem Reifen 22 abzulassen bzw. diesen abzupumpen.
Die Steuereinheit 12 ist mit dem Sensor 38 und der Pumpe 28 über eine Verbindungseinheit 46 verbunden, die elektrische Kontakte in der Form von Ringen 48, 50 und 52 aufweist, die am Außenumfang der Achse 16 vorgesehen sind. Entsprechend komplementäre elektrische Kontakte in der Form von Bürsten 54, 56 und 58 sind an dem Innenumfang des Rades 18 vorgesehen und liefern einen direkten elektrischen Kontakt mit den Ringen 48, 50 bzw. 52.
Die Ringe 48, 50 und 52 sind mit der Steuereinheit 12 über Leitungen 60, 62 und 64 verbunden. Die Bürsten 54 und 56 sind mit der Pumpe 58 über Leitungen 66 und 68 verbunden, wohingegen die Bürste 58 mit dem Sensor 38 über eine Leitung 70 verbunden ist. Obwohl es nicht im Detail dargestellt ist, sind die Ringe 48, 50 und 52, die Bürsten 54, 56 und 58 und die Leitungen 60, 62, 64, 66, 68 und 70 elektrisch gegenüber der Achse 16 und dem Rad 18 isoliert.
Die Achse 16, das Rad 18 und der negative Anschluß der Batterie 36 sind mit dem Fahrgestell des Fahrzeugs verbunden, das mit Masse bezeichnet ist. Ein Ende des Sensors 38 ist mit der Felge 20 und daher mit Masse verbunden. Dies stellt einen vollständigen Schaltungspfad zwischen dem Sensor 38 und der Steuereinheit 12 über die Leitung 70, die Bürste 58, den Ring 52, die Leitung 64 und die Masserückkehrleitung bereit.
Die Pumpe 28 enthält einen Elektromotor mit einer (nicht gezeigten) Wicklung, die ein Ende aufweist, das mit der Steuereinheit 12 über die Leitung 66, die Bürste 54, den Ring 48 und die Leitung 60 verbunden ist, und ein entgegengesetztes Ende aufweist, das mit der Steuereinheit 12 über die Leitung 68, die Bürste 56, den Ring 50 und die Leitung 62 verbunden ist.
Die Steuereinheit 12 versorgt die Pumpe 28 mit Energie, um Luft von dem Reservoir 26 in den Füllraum 24 zu pumpen, indem der positive Anschluß der Batterie 36 mit der Leitung 60 verbunden wird und der negative Anschluß (Masse) der Batterie 36 mit der Leitung 62 verbunden wird. Die Pumprichtung wird umgekehrt, um Luft von dem Füllraum 24 in das Reservoir 26 zu pumpen, indem der positive Anschluß der Batterie 36 mit der Leitung 62 verbunden wird und der negative Anschluß der Batterie 36 mit der Leitung 60 verbunden wird.
Die Steuereinheit 12 kann für jedes Rad des Fahrzeugs eine separate Anzeige 40 und Knöpfe 42 und 44 aufweisen oder kann einen (nicht gezeigten) Schalter aufweisen, um die einzelne Anzeige 40 und einzelne Knöpfe 42 und 44 zwischen den Reifen umzuschalten. Wenn die Drücke in den Reifen auf etwa dem gleichen Wert gehalten werden, kann der Druck in lediglich einem Reifen erfaßt werden und es können nur eine Anzeige 40 und jeweils nur ein Knopf 42 und 44 vorgesehen sein. In diesem Fall sind die Knöpfe 42 und 44 angeschlossen, um das Aufpumpen oder das Luftablassen aller Reifen gemeinsam zu veranlassen.
Es liegt weiterhin im Schutzbereich der Erfindung, den Druck in allen Reifen zu erfassen, den Mittelwert hiervon zu berechnen und anzuzeigen und alle Reifen gemeinsam auf zupumpen oder Luft aus diesen abzulassen, und zwar auf der Grundlage des angezeigten mittleren Druckes.
Gemäß einer weiteren Alternative kann die Steuereinheit 12 statt manuell automatisch ausgelegt sein, wobei die Drücke in den Reifen auf einen Wert geregelt werden, der an der Anzeige 40 eingestellt ist. In diesem Fall werden die Knöpfe 42 und 44 dazu verwendet, die Anzeige 40 nach oben oder unten auf den gewünschten Druckwert einzustellen.
Fig. 2 stellt ein weiteres Reifendruck-Managementsystem 80 dar, das nicht zur Erfindung gehört, wobei die bidirektionale Pumpe 28 durch eine Pumpeneinheit 81 mit einer unidirektionalen Pumpe 82 und einem Ventil 84 ersetzt ist. Das Ventil 84 weist einen Port auf, der mit dem Reservoir 26 über einen Kanal 86 verbunden ist, und einen weiteren Port 88, der mit dem Füllraum 24 des Reifens 22 über einen Kanal 88 verbunden ist. Es ist anzumerken, daß die Kanäle 32, 34 und 86, 88 parallel zueinander zwischen dem Füllraum 24 und dem Reservoir 26 verbunden sind.
Die Steuereinheit 12 ist mit dem Sensor 38 über die Leitungen 60 und 66 verbunden. Die Pumpe 82 wird über ein elektrisches Signal mit Energie versorgt, das über die Leitungen 62 und 68 angelegt wird, um Luft von dem Füllraum 24 in das Reservoir 26 zu pumpen, um Luft aus dem Reifen 22 abzulassen und den Druck in dem Raum 24 zu vermindern. Das Ventil 84, das normalerweise geschlossen ist, wird über ein elektrisches Signal geöffnet, das über die Leitungen 64 und 70 angelegt wird, um Luft von dem Reservoir 26 in den Raum 24 strömen zu lassen, um den Reifen 22 auf zupumpen und den Druck in dem Raum 24 zu erhöhen.
Die vorliegenden Reifendruck-Managementsysteme 10 und 80 erfordern keine rotierenden Hochdruck-Luftverbindungen oder externen Mittel zum Zuführen der Luft in das Reservoir 26. Die Systeme 10 und 80 sind in sich abgeschlossen und immun gegenüber Verschmutzung durch die Umgebung.
Da die Luft zwischen dem Reifen 22 und dem Reservoir 26 bewegt wird, um den Reifendruck zu ändern, wird keine Luft an die Atmosphäre abgegeben und der Reifendruck kann eine unendliche Anzahl von Malen verändert werden, ohne daß es erforderlich ist, von außen Luft nachzufüllen. Der Reifendruck kann schnell geändert werden, da das Reservoir 26 in enger Nachbarschaft zu dem Reifen 22 angeordnet ist.
Das kombinierte Luftvolumen in dem Raum 24 und dem Reservoir 26 wird derart ausgewählt, daß für den Fall, daß das Ventil 84 in dem System 80 lang genug geöffnet ist, damit sich die Drücke in dem Raum 24 und dem Reservoir 26 ausgleichen können, der Druck etwa gleich einem normalen Betriebsdruck des Reifens ist, vorzugsweise etwas größer. Wenn daher das Ventil in der geöffneten Position ausfällt, führt dies nicht dazu, daß der Reifen 22 Luft verliert, was katastrophale Folgen haben kann.
Fig. 3 stellt ein weiteres Reifendruck-Managementsystem 90 dar, das nicht zur Erfindung gehört und das dem System 80 ähnlich ist, mit der Ausnahme der Tatsache, daß die Leitungen 86 und 88 mit den Leitungen 32 und 34 verbunden sind anstelle mit dem Reservoir 26 bzw. dem Raum 24. In diesem Fall sind die Pumpe 82 und das Ventil 84 parallel an die Leitungen 32 und 34 angeschlossen.
In den in den Fig. 1 bis 3 gezeigten Systemen ist die Steuereinheit 12 mit dem Drucksensor 38 und der Pumpe 28 oder der Pumpeneinheit 81 durch direkte elektrische Kontakte verbunden. Es liegt weiterhin im Schutzbereich der Erfindung, diese Elemente durch eine indirekte induktive Kopplung miteinander zu verbinden, wie es in den Fig. 4 und 5 dargestellt ist.
Wie es in Fig. 4 dargestellt ist, ist eine ringförmige elektrische Spule 100 um einen Kern 102 gewickelt, der koaxial an dem Rad 18 festgelegt ist. Eine weitere elektrische Spule 104 ist um einen C-förmigen Kern 106 gewickelt, der an einem feststehenden Strukturelement 108 des Fahrzeugs montiert ist.
Die Spule 100 ist mit dem Sensor 38 und der Pumpe 28 oder der Pumpeneinheit 81 verbunden, wohingegen die Spule 104 mit der Steuereinheit 12 verbunden ist. Die Spulen 100 und 104 sind kontinuierlich induktiv miteinander gekoppelt, so daß Wechselstrom- oder gepulste Gleichstromsignale zwischen diesen übertragen werden können, um den Reifendruck zu erfassen und zu ändem. Die Signal können frequenz- oder zeit-gemultiplext oder auf jegliche andere bekannte Art und Weise getrennt voneinander sein.
Fig. 5 zeigt eine weitere Anordnung zur induktiven Signalkopplung. In diesem Fall ist die Spule 100 durch eine Spule 110 ersetzt, die um einen C-förmigen Kern 112 gewickelt ist. Während die Spulen 100 und 104 der Fig. 4 kontinuierlich induktiv miteinander gekoppelt sind, ist die Spule 110 nur einmal pro Umdrehung des Rades 18 relativ zu dem Element 108 mit der Spule 104 ausgerichtet. Die Anordnung von Fig. 5 ist vorteilhaft dahingehend, daß die Kopplungseffizienz in der ausgerichteten Position viel größer ist als sie mit der Anordnung von Fig. 4 erreichbar ist.

Claims

1. Fahrzeugrad, an dem ein mit Luft aufpumpbarer Reifen (22) montiert ist, mit:

einem Luftreservoir (26); und

einer Pumpeneinheit (26), um selektiv Luft von dem Reifen (22) in das Reservoir (26) strömen zu lassen, um den Reifen (22) abzupumpen, und Luft von dem Reservoir (26) in den Reifen (22) strömen zu lassen, um den Reifen (22) auf zupumpen,

dadurch gekennzeichnet, daß die Pumpeneinheit (28) eine bidirektionale Pumpe (28) ist, um selektiv Luft von dem Reifen (22) in das Reservoir (26) zum Abpumpen des Reifens (22) zu pumpen, und Luft von dem Reservoir (26) in den Reifen (22) zu pumpen, um den Reifen (22) aufzupumpen.

2. Rad nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch einen Sensor (38) zum Erfassen des Luftdruckes in dem Reifen (22).

3. Reifenmanagementsystem für ein Fahrzeug, mit einem Rad (18) nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche.

4. System nach Anspruch 3, gekennzeichnet durch:

eine Steuereinheit (12), die an dem Fahrzeug vorgesehen ist, um den durch den Sensor (38) erfaßten Luftdruck anzuzeigen und die Pumpeneinheit (28) zu steuern; und

eine elektrische Verbindungseinheit (46), um die Steuereinheit (12) mit dem Sensor (38) und der Pumpeneinheit (28) elektrisch zu verbinden.

5. System nach Anspruch 4, wobei das Fahrzeug eine Achse (16) aufweist, an der das Rad (18) drehbar gelagert ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbindungseinheit (46) aufweist:

erste elektrische Kontakte (54, 56, 58), die an einem Innenumfang des Rades (18) vorgesehen sind; und

zweite elektrische Kontakte (48, 50, 52), die an einem Außenumfang der Achse (16) vorgesehen sind und mit jeweiligen ersten elektrischen Kontakten elektrisch zusammenwirken.

6. System nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die ersten elektrischen Kontakte (54, 56, 58) Bürsten (54, 56, 58) aufweisen.

7. System nach Anspruch 4, wobei das Fahrzeug ein Bauteil (108) aufweist, bezüglich dessen das Rad (18) drehbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbindungseinheit (46) aufweist:

eine erste elektrische Spule (104), die an dem Bauteil (108) vorgesehen ist; und

eine zweite elektrische Spule (100; 110), die an dem Rad (18) vorgesehen ist und mit der ersten elektrischen Spule (104) induktiv gekoppelt ist.