DE69618397T2

DE69618397T2 - Vorrichtung zur Ueberwachung von Reifen eines Fahrzeuges

Info

Publication number: DE69618397T2
Application number: DE69618397T
Authority: DE
Inventors: Andre Meunier; Xavier Tromeur
Original assignee: Compagnie Generale des Etablissements Michelin SCA
Current assignee: Compagnie Generale des Etablissements Michelin SCA
Priority date: 1995-08-08
Filing date: 1996-07-29
Publication date: 2002-08-22
Anticipated expiration: 2016-07-30
Also published as: EP0757942B1; DE69618397D1; US5969239A; EP0757942A1

Description

Die vorliegende Erfindung hat eine Vorrichtung zur Überwachung der Reifen eines Fahrzeugs zum Gegenstand, und genauer eine Vorrichtung, die für jedes Rad ein elektromechanisches Modul aufweist, das mit einer rotierenden Antenne verbunden ist, sowie eine feste, an diese angekoppelte Antenne, die mit einer Zentraleinheit des Fahrzeugs verbunden ist.
Bekanntlich ist die Überwachung des Drucks und der Temperatur der Reifen unverzichtbar für eine gute Sicherheit; außerdem fügt man, wenn diese Überwachung während der Benutzung des Fahrzeugs ständig durchgeführt wird, zu einer gesteigerten Sicherheit eine Verlängerung der Lebensdauer der Reifen, eine Verringerung des Brennstoffverbrauchs, eine Verbesserung der Haltbarkeit der Straße und des Komforts usw. hinzu.
Die Anmelderin hat seit etwa 10 Jahren solches System der ständigen Überwachung entwickelt, das unter dem Namen "MTM" ("Michelin Tyre Monitor") bekannt ist und seine Proben in sehr harten Automobilwettbewerben abgelegt hat. Dieses System ist schematisch aus einer Zentraleinheit zusammengesetzt, die durch die Batterie des Fahrzeugs gespeist wird, und diese Einheit ist für jedes Rad mit einer festen Antenne verbunden; an jedem der Räder ist eine rotierende Antenne angebracht, die mit einem Modul verbunden ist, das einen Druckfühler sowie einen Temperaturfühler aufweist; eine elektromagnetische Koppelung ist paarweise zwischen den Antennen hergestellt; diese Koppelung gestattet es einerseits, Energie der Zentraleinheit zu jedem Radmodul hin zu übertragen, und andererseits, die Signale zur Zentraleinheit zu übertragen, die von jedem Meßfühler aufgenommen werden, und diese Austauschvorgänge erfolgen kontinuierlich gemäß präziser Zeitfolgen.
Dieses Basissystem hat bereits Anlaß zu Vervollkommnungen und zu Anpassungen gegeben. Zum Beispiel beschreibt das Patent FR 2 706 811 den Fall eines Schwerlastfahrzeugs, das mit einfachen Rädern und Zwillingsrädern ausgestattet ist, auf dem man einen der Befestigungsbolzen des Rades verwendet, um den Druckmeßfühler des Reifens und das Radmodul an die rotierende Antenne anzuschließen.
Man kann auch noch das Patent US 5 235 850 (Texas Instruments) benennen, das für jedes zu überwachende Rad ein rotierendes Organ (Rotor) einsetzt, das mit den Meßfühlern verbunden ist, und ein festes Organ (Stator), das an eine Zentraleinheit angeschlossen ist, wobei diese Organe mittels zweier Antennen, nämlich einer rotierenden und einer festen, gekoppelt sind, von denen eine ringförmig ist.
Das Patent DE 24 43 046 betrifft eine Überwachungsvorrichtung, die dem Oberbegriff des Anspruchs 1 entspricht und in der die Koppelungsstücke besonders eine ringförmige Wicklung aufweisen.
Diese bekannten Systeme bieten aber alle einen Nachteil: sie benötigen eine rotierende Antenne, die eine ringförmige Wicklung aufweist, die nach Maß für jede Art von Rad hergestellt ist, was das Einsetzen dieser Überwachungsvorrichtungen kompliziert macht und was die Kosten sehr erhöht. Die Anmelderin hat demnach die unerwartete Idee gehabt, die ringförmige Wicklung dieser rotierenden Antenne zu erübrigen.
Gemäß der Erfindung ist die Überwachungsvorrichtung der Reifen eines Fahrzeugs so, daß sie eine Zentraleinheit und für jedes Rad folgendes aufweist:
- einen Meßfühler, der mechanisch am Rad befestigt ist;
- eine rotierende Antenne, die galvanisch mit dem Meßfühler verbunden ist, fest mit dem Rad verbunden ist und zusammen mit dem Meßfühler in ein einziges Gehäuse mit geringer Abmessung integriert ist;
- eine feste Antenne, die fest mit dem Nabenträger des genannten Rades verbunden ist und elektrisch an die Zentraleinheit angeschlossen ist; und
- Koppelungsstücke aus Metall, die in der Umgebung des Rades, der Nabe und des Nabenträgers angeordnet sind und die feste und die rotierende Antenne elektromagnetisch koppeln;
und ist dadurch gekennzeichnet, daß die Koppelungsstücke aus Metall ein kreisförmiges, geschlossenes Metallstück aufweisen, das koaxial zum Rad ist und der festen und der rotierenden Antenne gegenüberliegend derart angeordnet ist, daß jede Änderung des Magnetflusses, die durch eine der genannten Antennen erzeugt wird, das Auftreten eines elektrischen Stroms im genannten kreisförmigen, geschlossenen Metallstück veranlaßt, und umgekehrt, und daß die Zentraleinheit die Meßfühler mit Energie speist und die Meßsignale der genannten Meßfühler analysiert.
Ein solches Koppelungs-Metallstück kann vorteilhafterweise ein Band bzw. Stahlband sein.
Wenn die Felge aus Metall besteht, dann kann das Koppelungsstück aus Metall an der radial inneren Fläche der Felge angeordnet sein;
und, da die rotierende Antenne eine Spule aufweist, kann das Koppelungsstück aus Metall radial innerhalb oder außerhalb angeordnet sein, auf diese Spule bezogen.
Gemäß der Erfindung kann, wenn die Felge von einem isolierenden Material gebildet ist, das Koppelungsstück aus Metall an ihrer radial äußeren Fläche angeordnet sein; das Koppelungsstück aus Metall kann auch im Inneren der Dicke der Felge selbst angeordnet sein.
Ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen, können die Metallstücke zur elektromagnetischen Koppelung durch die Wulstkerne der Reifen gebildet sein.
Die Erfindung wird mit Hilfe der nachfolgenden Beschreibung verschiedener Beispiele, die nichteinschränkend vorgelegt werden, unter Bezug auf die beigefügte Zeichnung noch besser verständlich, in der:
- Fig. 1 eine schematische Ansicht der Ausstattung eines Tourenfahrzeugs mit der Überwachungsvorrichtung ist, die Gegenstand der Erfindung ist, wobei ein Teil der Figur in größerem Maßstab gezeichnet ist, um die Beschreibung zu erleichtern;
- Fig. 2 eine schematische Ansicht eines Rades ist, das mit einem ringförmigen Band bzw. Stahlband gemäß der Erfindung ausgestattet ist; und
- Fig. 3 und 4 detailliertere Schnitte des Meßgehäuses, der Antennen und des Bandes sind.
Die Ausstattung eines Tourenfahrzeugs mit der Überwachungsvorrichtung, die Gegenstand der Erfindung ist (Fig. 1), weist zunächst eine Zentraleinheit 1 auf, die von der Batterie 2 mit Elektrizität gespeist wird; diese Zentraleinheit ist elektrisch mit vier festen Antennen wie der Antenne 3 verbunden, die auf den (festen) Nabenträgern eines jeden der Räder 4 angebracht sind. Jedes Rad, das mit einem Reifen S ausgestattet ist, trägt einen Meßfühler 6, der auf der Felge 7 des Rades 4 angebracht und fest mit einer rotierenden Antenne 8 verbunden ist. Die rotierende Antenne 8 und der Meßfühler 6 sind in ein einziges bzw. einheitliches Gehäuse 10 mit geringer Abmessung integriert. Die feste 3 und die rotierende 8 Antenne sind paarweise elektromagnetisch mittels eines kreisförmigen Metallbandes 9 gekoppelt, das auf dem Rad befestigt ist, und dort auf der radial inneren Wand der Felge 7. Das Band ist derart befestigt, daß es gegenüber dem Metallrad elektrisch isoliert ist. Das Band 9 hat den Vorteil, sehr flach zu sein, und kann somit leicht auf dem Rad angebracht werden. Es könnte aber auch durch ein Metallstück unterschiedlicher Geometrie unter der Bedingung ersetzt werden, daß dieses Stück kreisförmig und geschlossen ist.
Die Rolle des Bandringes nach der Erfindung wird nachfolgend unter Bezug auf Fig. 2 erläutert: dort sieht man die Felge 7, die Nabe 21, den Bremsbügel 22 und ein Paar gekoppelter Antennen, nämlich die rotierende Antenne 8, die eine erste Wicklung aufweist und auf der Felge 7 angebracht ist, und die feste Antenne 3, die eine zweite Wicklung aufweist und elektrisch an die Zentraleinheit 1 angeschlossen ist. Die Wicklungen jeder der Antennen, nämlich der festen und der beweglichen, sind der Sitz konkomitierender Potentialänderungen: die der festen Antenne im Augenblick der Energieübertragung, und die der rotierenden Antenne im Augenblick der Signalübertragung; diese Potentialänderungen erzeugen elektromagnetische Felder H, die vorteilhafterweise durch Ferritkerne kanalisiert werden, wie man es noch besser unten beschreiben wird; die Flußänderungen dieser magnetischen Felder im Inneren des geschlossenen Metallringes 9 induzieren elektrische Ströme I; die Änderungen dieser letztgenannten erzeugen ihrerseits Änderungen des Magnetfeldes H', die umgekehrt Potentialänderungen in der Wicklung der anderen Antenne hervorrufen.
Es wird auf die Fig. 3 und 4 Bezug genommen; es wird das Meßgehäuse bzw. die Meßbox 10, die Antennen und das Band noch näher beschrieben: man sieht die Felge 7 des Rades, die durchbohrt ist, um dicht ein Gehäuse 10 mit kleiner Abmessung aufzunehmen, das einen Meßfühler 6 enthält, der mit dem Inneren des Reifens kommuniziert; dieses Gehäuse integriert auch die rotierende Antenne 8, die von einer Wicklung 34 und einem Magnetkern 35 gebildet ist, der aus mehreren Ferriten geformt ist; schließlich findet das ringförmige Metallband 9 Platz in einem Sitz, der radial im Inneren gelegen ist (Fig. 3), oder an der Außenseite (Fig. 4), bezogen auf die Wicklung 34.
Eine sehr interessante Variante der Erfindung besteht darin, die Antennen derart anzuordnen, daß ihre elektromagnetische "Umgebung" mindestens einen der Metall-Wulstkerne der Reifen aufweist, die auf den Rädern montiert sind. So spielen die Wulstkerne dieselbe Rolle wie die oben beschriebenen Bandringe, ohne aber die Hinzufügung ergänzender Elemente zum Rad zu benötigen.
Die für die Übertragungen zwischen den Antennen benutzte Frequenz beträgt 30 bis 100 Kilohertz.
Es wird ausdrücklich darauf hingewiesen, daß auch andere technologische Verianten möglich sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen, und die Beispiele, die oben beschrieben wurden, haben es gestattet, einige von diesen darzustellen.

Claims

1. Überwachungsvorrichtung der Reifen (5) eines Fahrzeugs mit einer Zentraleinheit (1) und für jedes Rad (4) mit folgendem:

- einem Meßfühler (6), der mechanisch am Rad (4) befestigt ist;

- einer rotierenden Antenne (8), die galvanisch mit dem Meßfühler (6) verbunden ist, fest mit dem Rad (4) verbunden ist und zusammen mit dem Meßfühler (6) in ein einziges Gehäuse (10) mit geringer Abmessung integriert ist;

- einer festen Antenne (3), die fest mit dem Nabenträger des genannten Rades (4) verbunden ist und elektrisch an die Zentraleinheit (1) angeschlossen ist; und

- Koppelungsstücken (9) aus Metall, die in der Umgebung des Rades (4), der Nabe und des Nabenträgers angeordnet sind und die feste (3) und die rotierende (8) Antenne elektromagnetisch koppeln;

dadurch gekennzeichnet, daß die Koppelungsstücke aus Metall ein kreisförmiges, geschlossenes Metallstück wie ein Band bzw. Stahlband (9) aufweisen, das koaxial zum Rad (4) ist und der festen (3) und der rotierenden (8) Antenne gegenüberliegend derart angeordnet ist, daß jede Änderung des Magnetflusses, die durch eine der genannten Antennen erzeugt wurde, das Auftreten eines elektrischen Stroms im genannten Stück (9) veranlaßt, und umgekehrt, und daß die Zentraleinheit (1) die Meßfühler (6) mit Energie speist und die Meßsignale der genannten Meßfühler analysiert.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, worin das Koppelungsstück aus Metall (9) längs der radial inneren Oberfläche der Felge (7) angeordnet ist, die auch aus Metall besteht.

3. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 oder 2, wobei, da die rotierende Antenne (8) eine Wicklung (34) aufweist, das Koppelungsstück aus Metall (9) radial innenliegend angeordnet ist, bezogen auf diese Wicklung der rotierenden Antenne (8).

4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 oder 2, wobei, da die rotierende Antenne (8) eine Wicklung (34) aufweist, das Koppelungsstück aus Metall (9) radial außenliegend angeordnet ist, bezogen auf diese Wicklung der rotierenden Antenne (8).

5. Vorrichtung nach Anspruch 1, worin das Koppelungsstück aus Metall (9) an der radial außenliegenden Oberfläche der Felge (7) angeordnet ist, und diese aus einem isolierenden Material besteht.

6. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Felge (7) aus einem isolierenden Material gebildet ist, und daß das Koppelungsstück aus Metall (9) im Inneren der Wandstärke der Felge (7) selbst eingesetzt ist.

7. Vorrichtung nach Anspruch 1, worin die Metallstücke für die elektromagnetische Koppelung in wesentlichen mindestens einen der Wulstkerne des betreffenden Reifens umfassen.

8. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, worin die Frequenz der Übertragungsvorgänge zwischen den Antennen (3, 8) 30 bis 100 Kilohertz beträgt.