DE69726373T2 - Reifenmagnetisierungsmethode, nach dieser Methode magnetisierter Reifen sowie Vorrichtung zur Feststellung von Reifenumdrehungen - Google Patents

Reifenmagnetisierungsmethode, nach dieser Methode magnetisierter Reifen sowie Vorrichtung zur Feststellung von Reifenumdrehungen Download PDF

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Description

  • HINTERGRUND UND TECHNISCHES GEBIET DER ERFINDUNG
  • Die Erfindung betrifft ein Reifen-Magnetisierungsverfahren, einen durch Anwendung dieses Reifen-Magnetisierungsverfahrens magnetisierten Reifen, ein Verfahren zur Erfassung des Magnetfeldes eines Reifens, ein Verfahren zur Verarbeitung eines Reifenumdrehungs-Ermittlungssignals, sowie eine Reifenumdrehungs-Ermittlungseinrichtung und bezieht sich insbesondere auf ein Reifen-Magnetisierungsverfahren zur magnetfeldabhängigen Erfassung der Drehbewegung oder Drehzahl (Umdrehungen min–1) eines Rades oder Reifens zur Messung von Geschwindigkeit, Fahrstrecke oder dergleichen eines Fahrzeugs wie eines Kraftfahrzeugs oder dergleichen auf der Basis der Reifendrehzahl des Fahrzeugs, einen durch Anwendung dieses Reifen-Magnetisierungsverfahrens magnetisierten Reifen, ein Verfahren zur Erfassung des Magnetfeldes eines Reifens, ein Verfahren zur Verarbeitung eines Reifenumdrehungs-Ermittlungssignals sowie eine Reifenumdrehungs-Ermittlungseinrichtung.
  • IN BETRACHT GEZOGENER STAND DER TECHNIK
  • Seit etwa 1990 stehen Kraftfahrzeug-Navigationssysteme zur Bestimmung der laufenden Position eines Fahrzeugs beim/zum Navigieren eines Fahrzeugs usw. zur Verfügung und erfreuen sich zunehmender Beliebtheit.
  • Mit Hilfe eines solchen Fahrzeug-Navigationssystems lässt sich die absolute Position auf der Basis einer satellitengestützten Funkverbindung im Rahmen einer sog. GPS(Global Positioning System)-Navigation ermitteln. In jüngster Zeit finden jedoch überwiegend Hybridsysteme mit Eigennavigation Verwendung, bei der der Fahrzustand eines Fahrzeugs auf der Basis des von einem Gyrosensor ermittelten Winkelmaßes und der vom Fahrzeug selbst abgeleiteten Fahrzeuggeschwindigkeitsdaten angegeben wird. Mit Hilfe eines solchen Hybridsystems lässt sich die erreichbare Übereinstimmung mit einer Land- oder Straßenkarte verbessern.
  • Zur Erzielung einer solchen fahrzeuggebundenen Eigennavigationsfunktion müssen jedoch die Fahrzeuggeschwindigkeitsdaten vom Fahrzeug selbst unter Berücksichtigung des Fahrzeugaufbaus abgeleitet werden. Zu diesem Zweck muss somit beim Anschließen bzw. Installieren des Systems ein Fachmann hinzugezogen werden, der sich im Besitz der Konstruktionspläne des Fahrzeugs befindet. Diese Installation ist daher für einen Nichtfachmann mit erheblichen Schwierigkeiten verbunden, sodass einer größeren Verbreitung von Fahrzeug-Navigationssystemen derzeit noch hohe Kosten und eine einen Fachmann erfordernde Installation im Wege stehen.
  • Die vorstehend beschriebenen Probleme ließen sich lösen, wenn ein Sensor zur Verfügung stehen würde, der die Drehbewegung oder Drehzahl eines Reifens zur Messung der Fahrzeuggeschwindigkeit oder der Fahrstrecke ermittelt und auf einfache Weise installiert werden kann. Als ideales Verfahren ist in diesem Zusammenhang eine kontaktlose bzw. berührungslose Ermittlung der Drehbewegung oder Drehzahl eines Reifens zu bevorzugen.
  • Aus der DE 39 42 573 A1 ist bereits ein Verfahren zur Erfassung der Drehbewegung eines Reifens bekannt, bei dem magnetisierte Markierungsstreifen in einem Stahlgürtel des Reifens ausgebildet und diese magnetisierten Markierungsstreifen mit Hilfe von magnetischen Sensoren erfasst werden, die in einem Förderband angeordnet sind, auf dem der Reifen abrollt.
  • Im Rahmen der Erfindung findet ebenfalls der Umstand Berücksichtigung, dass Stahlgürtelreifen sehr beliebt geworden sind, und dass solche Reifen bekanntermaßen einen Stahlgürtel innerhalb des Außenumfangsbereichs der Karkasse enthalten. Erfindungsgemäß wird hierbei davon ausgegangen, dass der Stahlgürtel eine – wenn auch geringe – Restmagnetisierung aufweist und dass diese Restmagnetisierung außerhalb des Reifens ein Magnetfeld erzeugt. Tatsächlich konnte in der Praxis nachgewiesen werden, dass sich bei der Messung des Magnetfeldes während einer Umdrehung des Reifens eine Magnetfeldverteilung ergibt, wie sie in 10 veranschaulicht ist. Diese Messung des Magnetfeldes erfolgte entlang des Außenumfangsbereichs in einem Abstand von ungefähr 15 cm vom Reifen. Wie aus 10 ersichtlich ist, tritt bei einer Umdrehung des Reifens ein deutlicher Spitzenwert auf, was eine magnetfeldabhängige Erfassung der Drehbewegung des Reifens ermöglicht.
  • Der doppelte Scheitelwert (Spitze-Spitze-Wert) des vom Reifen erhaltenen Magnetfeldes beträgt jedoch nur ungefähr 0,38 G und ist damit kleiner als der Erdmagnetismus (ungefähr 0,5 G). Je nach der Art des verwendeten Reifens und den Anbringungspositionen des Sensors kann das Magnetfeld in einigen Fällen sogar kleiner als 0,1 G werden. Dieses sehr schwache Magnetfeld eines solchen Reifens muss daher mit hoher Empfindlichkeit erfasst bzw. gemessen werden können.
  • Zur Erzielung einer zufriedenstellenden magnetfeldabhängigen Ermittlung der Drehbewegung oder Drehzahl eines solchen Stahlgürtelreifens müssen daher folgende Bedingungen erfüllt werden:
  • (i) Sensoraufbau
  • Unter Berücksichtigung des erforderlichen Auflösungsmögens muss die Empfindlichkeit eines Magnetfeldsensors in der Größenordnung von einigen mG liegen. Andererseits treten bei einem solchen Sensor keine Änderungen wie im Falle eines Luftspalt- oder Fluxgate-Sensors auf.
  • (ii) Sensoranbringung
  • Der Sensor muss auf einfache Weise in einem Fahrzeug installierbar sein. Außerdem muss der Sensor in einer für die Magnetfeldmessung geeigneten Position angebracht werden.
  • (iii) Unterdrückung von Störfaktoren
  • Bei der Ermittlung der Drehbewegung eines Reifens unter üblichen Umgebungsbedingungen während der Fahrt eines Kraftfahrzeugs stellen die durch die Restmagnetisierung von Monier- oder Bewehrungseisen, Stahlstrukturen oder dergleichen von Brücken, Tunneln oder dergleichen erzeugten Magnetfelder Störfaktoren dar. Die Einwirkungen solcher Störmagnetfelder müssen daher unterdrückt werden.
  • Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zu Grunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Reifenumdrehungsermittlung, die die vorstehend genannten Bedingungen erfüllen und eine zufriedenstellende magnetfeldabhängige Erfassung der Drehbewegung eines Stahlgürtelreifens ermöglichen, sowie ein Verfahren zur Reifendrehzahlermittlung anzugeben, das eine zufriedenstellende magnetfeldabhängige Erfassung der Drehzahl eines Reifens ermöglicht.
  • Darüber hinaus liegt der Erfindung die Aufgabe zu Grunde, ein zur magnetfeldabhängigen Erfassung der Drehbewegung eines Reifens geeignetes Reifen-Magnetisierungsverfahren, einen durch Anwendung dieses Reifen-Magnetisierungsverfahrens magnetisierten Reifen sowie ein Verfahren zur Magnetfeldmessung anzugeben, durch das ein stabiles Ausgangssignal von dem mit Hilfe des Magnetisierungsverfahrens magnetisierten Reifen erhalten werden kann.
  • Weiterhin liegt der Erfindung die Aufgabe zu Grunde, ein Verfahren zur Verarbeitung eines Reifenumdrehungs-Messsignals anzugeben, mit dessen Hilfe sich nicht nur auf Störungen oder Störfeldern beruhende Pegelabweichungen der Ausgangssignale eines Magnetfeldsensors, sondern auch von dem Abstand zwischen Reifen und Sensor abhängige Veränderungen der Sensor-Ausgangssignale kompensieren lassen, und das in Bezug auf Schwankungen des Verlaufs der Sensor-Ausgangssignale möglichst unempfindlich ist.
  • Wenn ein Magnetfeldmuster eine Vielzahl von Spitzenwerten je Umdrehung eines Reifens aufweist, muss eine Korrektur eines Bruchteils einer ganzen Zahl bei der Berechnung der Drehzahl des Reifens durch Zählung der Anzahl von Spitzenwerten vorgenommen werden, wobei auf Grund der Tatsache, dass bei den einzelnen Reifen oder Reifentypen unterschiedliche Zahlen von Spitzenwerten auftreten, Korrekturwerte in Einheiten von Reifen vorgegeben werden müssen.
  • Wenn unter Berücksichtigung dieser Probleme die Magnetisierung des Reifens zur Bildung eines Signals gesteuert wird, das einer vorgegebenen Anzahl von Impulsen, wie z. B. einem Impuls, entspricht, wird hierdurch die magnetfeldabhängige Ermittlung der Drehbewegung des Reifens erheblich vereinfacht bzw. erleichtert.
  • Die Erfindung ist unter Berücksichtigung der vorstehend beschriebenen Gegebenheiten konzipiert worden, wobei ihre Aufgabe darin besteht, ein für die magnetfeldabhängige Ermittlung der Drehbewegung eines Reifens geeignetes Reifen-Magnetisierungsverfahren sowie einen durch Anwendung dieses Reifen-Magnetisierungsverfahrens magnetisierten Reifen anzugeben und hierbei insbesondere den Magnetisierungsbereichswinkel zu ermitteln, bei dem maximale Änderungen des Magnetfeldes bei der Drehbewegung des Reifens erhalten werden können. Darüber hinaus liegt der Erfindung die Aufgabe zu Grunde, ein Verfahren zur Erfassung des Magnetfeldes eines Reifens anzugeben, durch das sich ein stabiler Ausgangssignalverlauf von dem magnetisierten Reifen erhalten lässt.
  • Diese Aufgaben werden durch ein Reifen-Magnetisierungsverfahren gemäß Anspruch 1 und dem zugehörigen Unteranspruch, einen Reifen gemäß Anspruch 3 sowie eine Reifenumdrehungs-Ermittlungseinrichtung nach Anspruch 4 und den zugehörigen Unteransprüchen gelöst.
  • Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachstehenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen, die unter Bezugnahme auf die zugehörigen Zeichnungen erfolgt, wobei in den Figuren gleiche Bezugszahlen bzw. -zeichen gleiche oder ähnliche Bauteile und Bauelemente bezeichnen. Es zeigen:
  • 1A eine Draufsicht auf ein Fahrzeug, das die Anbringungsposition eines Magnetfeldsensors und die Anordnung von Magnetfeld-Sensorelementen (MI-Elementen) im Fahrzeug gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung veranschaulicht,
  • 1B eine perspektivische Ansicht des Innenraums eines Kofferraums des Fahrzeugs, die die Anbringungsposition des Magnetfeldsensors und die Anordnung der Magnetfeld-Sensorelemente (MI-Elemente) im Fahrzeug gemäß diesem Ausführungsbeispiel der Erfindung veranschaulicht,
  • 2 ein Schaltbild einer Magnetfeld-Detektorschaltung des Magnetfeldsensors des Ausführungsbeispiels gemäß den 1A und 1B,
  • 3 eine grafische Darstellung der Beziehung zwischen dem Intervall d zwischen den MI-Elementen und den magnetfeldabhängigen Messsignalen des Magnetfeldsensors,
  • 4 eine grafische Darstellung der Beziehung zwischen der Zuleitungslänge der MI-Elemente und dem Wirkungsgrad der Impedanzänderung des Magnetfeldsensors,
  • 5 eine perspektivische Ansicht des Innenbereichs des Kofferraums, die verschiedene Anbringungspositionen (Messpunkte) des Magnetfeldsensors bei Testmessungen der Magnetfeldänderung während der Drehbewegung eines Reifens veranschaulicht,
  • 6 Oszillogramme der Messergebnisse an den einzelnen Messpunkten während der Testmessungen,
  • 7 Signalverläufe der im Betrieb erhaltenen Ausgangssignale, die die Messergebnisse von Änderungen des Magnetfeldes während der Drehbewegung des Reifens beim Überfahren einer Brücke veranschaulichen,
  • 8 ein Blockschaltbild des Gesamtaufbaus eines Ausführungsbeispiels einer Reifenumdrehungs-Ermittlungseinrichtung,
  • 9 ein Ablaufdiagramm, das den Ablauf der vom Mikrocomputer 30 gemäß 8 vorgenommenen Signalverarbeitung veranschaulicht,
  • 10 einen Signalverlauf, der das Messergebnis von Änderungen des Magnetfeldes während der Drehbewegung eines Reifens veranschaulicht,
  • 11 eine perspektivische Ansicht zur Veranschaulichung eines ersten Magnetisierungsvorgangs bei einem Reifen-Magnetisierungsverfahren gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung,
  • 12 eine vergrößerte Ansicht eines wesentlichen Bereichs von 11,
  • 13 eine perspektivische Ansicht zur Veranschaulichung eines zweiten Magnetisierungsvorgangs des Reifen-Magnetisierungsverfahrens gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung,
  • 14 Verläufe von Magnetfeldmustern, die bei dem zweiten Magnetisierungsvorgang in einem Reifen bei unterschiedlichen Magnetisierungswinkeln Θ erzeugt werden,
  • 15 eine grafische Darstellung, die Bestimmungs- bzw. Festlegungsbereiche L und L' veranschaulicht, die zur Einstellung eines Umdrehungsermittlungs-Schwellenwertes des Magnetfeld-Messsignals in Abhängigkeit von dem Magnetisierungswinkel Θ dienen,
  • 16 eine perspektivische Ansicht des Magnetisierungszustands eines Reifens, der durch ein Reifen-Magnetisierungsverfahren gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung erhalten wird,
  • 17A den Verlauf von Magnetfeldmustern eines Reifens bei Abschluss des zweiten Magnetisierungsvorgangs bei dem zweiten Ausführungsbeispiel des Reifen-Magnetisierungsverfahrens,
  • 17B den Verlauf von Magnetfeldmustern eines Reifens bei Abschluss eines dritten Magnetisierungsvorgangs bei dem zweiten Ausführungsbeispiel des Reifen-Magnetisierungsverfahrens,
  • 18A eine Draufsicht, die die Positionen der Magnetfeld-Messpunkte für einen Reifen veranschaulicht,
  • 18B eine Seitenansicht von 18A,
  • 19 den Verlauf von Änderungen des Magnetfeldes an den einzelnen Messpunkten gemäß den 18A und 18B bei der Drehbewegung des Reifens,
  • 20 eine schematische Darstellung zur Veranschaulichung eines Verfahrens zur Erfassung des Magnetfeldes eines Reifens gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung, die Signalverläufe zeigt, die die Beziehung zwischen der Anordnung von Magnetfeld-Sensorelementen und dem Verlauf der erhaltenen Messsignale bei der differentiellen Messung eines Magnetfeldes durch zwei Magnetfeld-Sensorelemente veranschaulicht,
  • 21 eine perspektivische Ansicht, die die beim ersten Ausführungsbeispiel des Verfahrens zur Erfassung des Magnetfeldes eines Reifens festgelegte Anordnung der beiden Magnetfeld-Sensorelemente veranschaulicht,
  • 22 den Verlauf eines Magnetfeldmusters bei der Drehbewegung eines Reifens, der mit einem Magnetisierungswinkel von 90° durch Anwendung des ersten Ausführungsbeispiels des Reifen-Magnetisierungsverfahrens magnetisiert worden ist,
  • 23 eine grafische Darstellung der tatsächlich gemessenen Daten des Reifenumdrehungs-Messausgangssignals, wenn das Fahrzeug eine Brücke überfährt,
  • 24A und 24B Signalabweichungen mit Pseudo-Spitzenwerten der Reifenumdrehungs-Messausgangssignale,
  • 25 ein Schaltbild des Aufbaus einer Magnetfeld-Detektorschaltung eines Magnetfeldsensors gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel,
  • 26 ein Schaltbild einer Modifikation der Schaltungsanordnung gemäß 25,
  • 27 Signalverläufe in den einzelnen Schaltungen zur Veranschaulichung der Wirkungsweise der Schaltungsanordnung gemäß 25,
  • 28 ein Schaltbild des Aufbaus einer Magnetfeld-Detektorschaltung eines Magnetfeldsensors gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel,
  • 29 Signalverläufe in den einzelnen Schaltungen zur Veranschaulichung der Wirkungsweise der Schaltungsanordnung gemäß 28,
  • 30 ein Schaltbild eines weiteren Aufbaus der Magnetfeld-Detektorschaltung gemäß 28,
  • 31 eine perspektivische Ansicht eines Magnetfeldsensors, der bei einer Reifenumdrehungs-Ermittlungseinrichtung gemäß einem vierten Ausführungsbeispiel Verwendung findet,
  • 32 eine schematische Darstellung des Verfahrens zur Messung des Reifen-Magnetfeldes zur Überprüfung der Wirkung einer Koppelplatte des Magnetfeldsensors gemäß 31,
  • 33 den Verlauf der Magnetfelder an den einzelnen Messpunkten und die Veränderung ihrer Differenzen, die als Messergebnisse bei dem Verfahren gemäß 32 ohne Verwendung einer Koppelplatte erhalten wurden,
  • 34 den Verlauf der Magnetfelder an den einzelnen Messpunkten und die Veränderung ihrer Differenzen, die als Messergebnisse bei dem Verfahren gemäß 32 unter Verwendung einer Koppelplatte erhalten wurden,
  • 35 die Spitze-Spitze-Werte der Magnetfeld-Differenzen an den einzelnen Messpunkten, die als Messergebnisse bei dem Verfahren gemäß 32 unter Verwendung und ohne Verwendung einer Koppelplatte erhalten wurden,
  • 36 eine schematische Darstellung der Anordnung der Koppelplatte,
  • 37 Signalverläufe, die die Ergebnisse der Messung eines Reifen-Magnetfeldes unter Verwendung und ohne Verwendung einer Koppelplatte bei einem Fahrzeug in der Praxis veranschaulichen, und
  • 38 einen Ausgangssignalverlauf des Magnetfeldsensors, der den Messergebnissen gemäß 37 entspricht.
  • DETAILLIERTE BESCHREIBUNG BEVORZUGTER AUSFÜHRUNGSBEISPIELE
  • Nachstehend werden bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung unter Bezugnahme auf die zugehörigen Zeichnungen näher beschrieben.
  • (Grundlegendes Ausführungsbeispiel)
  • Nachstehend werden ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Reifenumdrehungsermittlung sowie ein Verfahren zur Reifendrehzahlermittlung gemäß einem grundlegenden Ausführungsbeispiel der Erfindung näher beschrieben, wobei zunächst auf die Anordnung und Ausgestaltung eines zur Erfassung der Reifendrehbewegung eingesetzten Magnetfeldsensors näher eingegangen wird.
  • Gemäß diesem Ausführungsbeispiel findet bei einem in 1A dargestellten Fahrzeug 10 ein Reifen 12 in Form eines Stahlgürtelreifens Verwendung, der einen als Magnetfeld-Generatoreinrichtung dienenden Stahlgürtel innerhalb des Außenumfangsbereichs aufweist, wobei ein als Magnetfeld-Detektoreinrichtung dienender Magnetfeldsensor 14 in der Nähe der Rückseite des Hinterreifens 12 in einem Kofferraum oder Fahrgastraum des Fahrzeugs 10 angebracht ist. Der Magnetfeldsensor 14 kann hierbei an der Rückseite entweder des rechten oder des linken Hinterreifens 12 angeordnet sein. Der Sensor könnte auch an der Seite eines Vorderreifens angeordnet sein. Da in diesem Falle jedoch kein konstanter Abstand zwischen Reifen und Sensor erhalten werden kann, da sich bei einer Betätigung des Lenkrades der Einschlagwinkel des Reifens verändert, treten Abweichungen im Ausgangssignalverlauf des Sensors auf, sodass eine Anbringung in dieser Position unzweckmäßig ist.
  • Die vorstehende Beschreibung bezieht sich auf ein Fahrzeug mit Vorderradlenkung, wobei sich die Reifenrelation im Falle eines Fahrzeugs mit Hinterradlenkung umkehrt, d. h., der Sensor muss lediglich in der Nähe eines Reifens angeordnet werden, der keine Lenkbewegung ausführt. Da bei einer solchen Anordnung nur geringe Änderungen der Relativstellung zwischen dem Stahlgürtel (Magnetfeld-Generatoreinrichtung) und dem Magnetfeldsensor (Magnetfeld-Detektoreinrichtung) auftreten, wird eine stabile Magnetfeldmessung erhalten.
  • Der vorstehend beschriebene Stahlgürtel stellt lediglich ein Ausführungsbeispiel für eine solche Magnetfeld-Detektoreinrichtung dar. Alternativ kann ein anderes magnetisches Bauteil innerhalb eines Rades, an dem der Reifen angebracht ist, als Magnetfeld-Generatoreinrichtung verwendet werden, indem z. B. Teile einer Bremseinrichtung, wie eine Bremsscheibe, eine Bremstrommel oder dergleichen, magnetisiert werden oder indem ein Magnet angebracht wird.
  • Nachstehend wird näher auf die Anbringungsposition unter Bezugnahme auf 1B eingegangen, die eine vergrößerte perspektivische Ansicht in Richtung des Pfeils gemäß 1A darstellt. Wie in 1B veranschaulicht ist, wird der Sensor 14 an einer Seitenwand oder dem Boden des Kofferraums in einer Position angebracht, die in der Nähe der Rückseite des Reifens 12 liegt und ungefähr 15 cm vom Außenumfangsbereich des Reifens 12 beabstandet ist. In den 1A und 1B ist ein Personenwagen als Beispiel in Betracht gezogen worden, jedoch ist auch bei Kleinwagen, Lieferwagen, Sport- oder Freizeitwagen eine Anbringungsmöglichkeit im Fahrgastraum oder Kofferraum an der Rückseite des Hinterreifens vorhanden, wobei sich ein Abstand innerhalb von 30 cm vom Außenumfangsbereich des Reifens gewährleisten lässt. Es sei darauf hingewiesen, dass der Sensor auch in der Nähe eines Radkastens in einem hinteren Kofferraum angeordnet sein kann.
  • Der Sensor ist mit einem Fahrzeug-Navigationsgerät über eine Leitung 16 verbunden. Anders als bei einem an der Außenseite des Fahrzeugs angebrachten Sensor kann die Leitung 16 auf einfache Weise durch den Fahrgastraum zum Fahrzeug-Navigationsgerät geführt werden.
  • Nachstehend wird näher auf den Aufbau des Magnetfeldsensors 14 eingegangen. Der Magnetfeldsensor 14 umfasst zwei Magnetfeld-Sensorelemente 18A und 18B. Für die Magnetfeld-Sensorelemente 18A und 18B sind magnetfeldabhängige Impedanzelemente (nachstehend als MI-Elemente bezeichnet) geeignet, die aus der japanischen Patent-Offenlegungsschrift 7-181 239 bekannt sind und deren Wirkungsweise auf dem magnetischen Impedanzeffekt beruht. Der magnetische Impedanzeffekt ist eine Erscheinung, bei der bei Beaufschlagung eines amorphen Leiters oder einer magnetischen Dünnschicht mit hochfrequenten Strömen im MHz-Frequenzbereich die Impedanz zwischen den beiden Enden eines magnetischen Elementes bei Anlegen oder Vorhandensein eines externen Magnetfeldes Änderungen in der Größenordnung von einigen 10 Prozent zeigt, wobei ein solches MI-Element in der Praxis eine Empfindlichkeit von mehreren mG oder mehr aufweist.
  • Ein derartiges MI-Element besitzt folgende Vorteile: Es besitzt eine Empfindlichkeit, die gleich oder höher als die Empfindlichkeit eines Fluxgate-Sensors ist und ermöglicht eine einfache Verkleinerung der Abmessungen auf eine Länge von ungefähr einigen Millimetern, wobei ein MI-Element in Bezug auf eine Magnetisierung sehr widerstandsfähig ist und auch unter Bedingungen stabil arbeitet, bei denen erhebliche Änderungen eines externen Magnetfeldes auftreten. Ein MI-Element ist somit für den Magnetfeldsensor gemäß diesem Ausführungsbeispiel geeignet.
  • Zur Unterdrückung der Einflüsse externer Magnetfelder und zur Gewährleistung der alleinigen Erfassung nur des vom Reifen ausgehenden Magnetfeldes werden bei diesem Magnetfeldsensor die beiden MI-Elemente 18A und 18B im Rahmen einer Differenzwertbildung betrieben. Zur Erzielung einer effektiven Differenzwertbildung werden hierbei die beiden MI-Elemente 18A und 18B derart angeordnet, dass ihre Magnetfeld-Messrichtungen parallel zueinander oder in Reihe zueinander verlaufen. Zu diesem Zweck wird die Magnetfeld-Messrichtung derart eingestellt, dass sie senkrecht zur Bodenfläche des Kofferraums verläuft, wie dies in 1B durch einen Pfeil veranschaulicht ist. Auch bei Einstellung der Magnetfeld-Messrichtung auf andere Richtungen ergeben sich jedoch keine nennenswerten Unterschiede, sodass beliebige Richtungen ausgewählt werden können.
  • In 2 ist der Aufbau einer Magnetfeld-Detektorschaltung des Magnetfeldsensors 14 zur Ermittlung des Magnetfeldes eines Reifens unter Verwendung der MI-Elemente 18A und 18B veranschaulicht. Bei dieser Magnetfeld-Detektorschaltung führt eine Hochfrequenz-Oszillatorschaltung 20 den MI-Elementen 18A und 18B über Pufferverstärker 22A und 22B hochfrequente Ströme zu und steuert auf diese Weise die MI- Elemente 18A und 18B an. Die anderen Endanschlüsse der MI-Elemente 18A und 18B liegen an Masse. Bei einer Veränderung des externen Magnetfeldes ändert sich die Impedanz der MI-Elemente 18A und 18B, was zu einer Änderung der Spannung zwischen den beiden Anschlüssen des jeweiligen MI-Elements 18A und 18B führt. Die diese Spannungsänderungen angebenden Signale werden jeweils von zwei Sensorschaltungen 24A und 24B detektiert und als Magnetfeld-Messsignale der MI-Elemente 18A und 18B abgegeben. Diese Messsignale werden einer Differenzverstärkerschaltung 26 zugeführt und hierbei einer Differenzverstärkung unterzogen. In diesem Zusammenhang sei darauf hingewiesen, dass zur Gewährleistung der erforderlichen Empfindlichkeit über einen Permanentmagneten oder eine Spule eine Gleichstrom-Vormagnetisierung der MI-Elemente 18A und 18B bewirkt oder an sie ein Vormagnetisierungs-Gleichfeld Hb von ungefähr 1 bis 2 G angelegt wird.
  • Wenn der Abstand d zwischen den MI-Elementen 18A und 18B gemäß 1B zu gering ist, fallen ihre Ausgangssignale ab. Es muss somit ein geeigneter Abstand gewählt werden. Zu diesem Zweck wurden die Magnetfeld-Messsignale während einer Drehbewegung des Reifens unter Veränderung des Abstands d ermittelt. Das in 3 veranschaulichte Ergebnis zeigt, dass das Ausgangssignal als Spitze-Spitze-Wert scharf abfällt, wenn d < 2 cm ist, dass jedoch ein praxisnahes Ausgangssignal erhalten wird, wenn d ≥ 2 cm ist.
  • Wenn die Zuleitungen für die Verbindung der MI-Elemente mit der Magnetfeld-Detektorschaltung zur Zuführung hochfrequenter Ströme zu den MI-Elementen 18A und 18B zu lang werden, nehmen unerwünschte Impedanzkomponenten, wie eine potentialfreie bzw. ungeerdete Kapazität und dergleichen zu, sodass der Wirkungsgrad der Impedanzänderung mit zunehmender Zuleitungslänge in der in 4 veranschaulichten Weise abfällt. Wenn somit ein Abfall auf ungefähr 80% zulässig ist, beträgt die maximale Zuleitungslänge für jedes MI-Element 10 cm, wobei der Abstand d zwischen den MI-Elementen auf 20 cm oder weniger eingestellt sein sollte. Der Abstand d wird somit vorzugsweise derart gewählt, dass er in einem Bereich von 2 cm bis 20 cm liegt.
  • Nachstehend wird das mit der vorstehend beschriebenen Sensor-Anordnung und -Ausgestaltung erhaltene Messergebnis des Sensor-Differenzausgangssignals bei einer tatsächlichen Drehbewegung des Reifens näher beschrieben.
  • Für diese Messungen wurde ein Magnetfeldsensor hergestellt, bei dem als MI-Element 18A und 18B zwei Elemente verwendet wurden, die durch Ausbildung einer magnetischen Dünnschicht auf der Basis von Fe-Ta-C (Dicke = 2 μm) auf einem Glassubstrat und Anordnung der Elemente in einem Abstand d = 3 cm erhalten wurden. Als Magnetfeld-Detektorschaltung fand die vorstehend unter Bezugnahme auf 2 beschriebene Schaltungsanordnung Verwendung, die in den Sensor eingebaut wurde. Der Magnetfeldsensor 14 wurde an sechs Punkten (a) bis (f) in der Nähe der Rückseite des Hinterreifens 12 im Kofferraum in der in 5 veranschaulichten Weise angebracht, woraufhin die Differenz-Ausgangssignale unter folgenden Messbedingungen gemessen wurden: Den MI-Elementen 18A und 18B wurden hochfrequente Ströme mit einer Frequenz von 20 MHz zugeführt, während gleichzeitig ein Vormagnetisierungs-Gleichfeld von 1 G angelegt wurde und hierbei der Verstärkungsfaktor der Differenzverstärkerschaltung 26 auf den Wert 100 eingestellt war. Die erhaltenen Messergebnisse sind in 6 dargestellt.
  • Nachstehend wird zunächst auf den Signalverlauf am Punkt (a) näher eingeganqen. Der durch einen Pfeil gekennzeichnete Bereich entspricht einer Umdrehung, wobei in diesem Bereich vier positive und vier negative Spitzenwerte auftreten. Von diesen Spitzenwerten stellen zwei positive Spitzenwerte große Werte dar, wobei ein zufriedenstellender Störabstand (Signal/Rauschverhältnis) erhalten wird.
  • Am Punkt (b) wird ein ähnlicher Signalverlauf wie am Punkt (a) erhalten, obwohl sich die Magnetfeld-Messrichtung von derjenigen am Punkt (a) um 90° unterscheidet und die Polaritäten der Spitzenwerte in Relation zu der Polarität des Vormagnetisierungsfeldes vertikal invertiert sind.
  • An den Punkten (c), (d) und (f) weisen die Ausgangssignale den doppelten oder noch höheren Wert der am Punkt (a) erhaltenen Signale auf, da diese Punkte dichter am Außenumfangsbereich des Reifens liegen als der Punkt (a).
  • Dagegen weist das am Punkt (e) erhaltene Ausgangssignal nur ungefähr den halben Wert: des am Punkt (a) erhaltenen Ausgangssignals auf, da der Punkt (e) einen größeren Abstand aufweist als der Punkt (a).
  • Dieses schwache Ausgangssignal kann durch eine höhere Verstärkung des Verstärkers kompensiert werden. Das schwache Ausgangssignal ist jedoch im wesentlichen auf das schwache Magnetfeld des Reifens zurück zu führen, wobei sich eine große Differenz zwischen diesem Magnetfeld und einem externen Magnetfeld nicht gewährleisten lässt, was starke Veränderungen des Signalverlaufs zur Folge hat.
  • Als Anbringungsposition für den Sensor sollte somit zur Gewährleistung eines starken Ausgangssignals eine Position gewählt werden, die einen möglichst geringen Abstand zum Außenumfanasbereich des Reifens aufweist, in dem der Stahlgürtel eingelagert ist.
  • Unter Berücksichtigung der vorstehend beschriebenen Umstände können somit ein Sensoraufbau, mit dessen Hilfe das Magnetfeld eines Reifens mit hoher Empfindlichkeit erfasst werden kann, sowie eine geeignete Anbringungsposition des Sensors erhalten werden. Nachstehend wird ein Verfahren zur Ermittlung der Drehzahl eines Reifens näher beschrieben.
  • 6 zeigt die Messergebnisse des vom Reifen erhaltenen Magnetfeldes in einer stabilen Situation ohne Einwirkung eines Störmagnetfeldes. In einer solchen Situation können die Nulldurchgangspunkte oder die Punkte, bei denen ein Durchgang durch einen bestimmten Schwellenwert stattfindet, auf einfache Weise gezählt und die Drehzahl aus der Anzahl der bei jeder Umdrehung erhaltenen Impulse berechnet werden.
  • In der Praxis treten jedoch bei einer Fahrt des Kraftfahrzeugs Pegelabweichungen in Form von plötzlichen Signalanstiegen auf, die auf Einflüssen durch die Restmagnetisierung von Monier- oder Bewehrungseisen, Stahlstrukturen und dergleichen von Brücken, Tunneln und dergleichen, Positionsabweichungen zwischen Reifen und Sensor auf Grund von Vibrationen des Kraftfahrzeugs, Einflüssen durch die Restmagnetisierung von Fahrzeugen auf der Gegenfahrbahn oder dergleichen beruhen. Die Berechnung der Drehzahl aus einem derartige Abweichungen zeigenden Ausgangssignalverlauf des Sensors ist somit mit Schwierigkeiten verbunden.
  • 7 zeigt ein Beispiel für die kontinuierlichen Daten, die durch Messung der Änderungen des Magnetfeldes bei der Drehbewegung des Reifens erhalten werden, wenn sich das Fahrzeug über eine bestimmte Brücke mit einer Geschwindigkeit von ungefähr 50 km/h bewegt. Diese Daten entsprechen einem Signalverlauf, der bei jeder Umdrehung des Reifens einen einzigen großen Spitzenwert aufweist, der in der Figur durch den Punkt C gekennzeichnet ist. Wenn somit dieser Spitzenwert zuverlässig erfasst werden kann, kann die Drehzahl genau ermittelt werden, sodass sich die Geschwindigkeit und die Fahrstrecke berechnen lassen.
  • Wie jedoch dem gesamten Signalverlauf zu entnehmen ist, kommt es zu plötzlichen Signalanstiegen, deren Bewältigung ein Problem darstellt. Diese Signalanstiege beruhen auf der Beeinflussung durch die Monier- oder Bewehrungseisen und/oder die Stahlstruktur der Brücke, wobei ein durch die Restmagnetisierung dieser Elemente erzeugtes Störmagnetfeld diese Anstiegserscheinungen im Ausgangssignalverlauf bewirkt. Obwohl bei dem Sensor eine differenzielle Signalverarbeitung zur Unterdrückung der Auswirkungen dieser Störungen erfolgt, lässt sich die Störbeeinflussung nicht vollständig unterdrücken.
  • Da diese Signalanstiegserscheinungen jedoch durch Frequenzkomponenten erzeugt werden, die niedriger als die den Ausgangssignalverlauf bei der Drehbewegung des Reifens bildenden Frequenzkomponenten sind, ist ein Verfahren zur Unterdrückung der Anstiegserscheinungen mit Hilfe eines Hochpassfilters und Zählung der Nulldurchgangspunkte oder der Durchgangspunkte bei bestimmten Schwellenwerten einer näheren Betrachtung unterzogen worden. Da jedoch die Fahrzeuggeschwindigkeit in einem Bereich liegt, der sich von der Schrittgeschwindigkeit eines Fußgängers oder weniger bis zu einer hohen Geschwindigkeit von ungefähr 200 km/h erstreckt, muss ein Frequenzbereich von annähernd 0 bis ungefähr 200 Hz in Betracht gezogen werden, sodass mehrere Filter erforderlich sind. Außerdem verringert sich der Störabstand auf Grund eines Abfalls des über das oder die Filter bei einer konstanten Geschwindigkeit erhaltenen Ausgangssignals.
  • Angesichts dieser Probleme findet erfindungsgemäß folgendes Verfahren Anwendung: Der Ausgangssignalverlauf wird aufeinanderfolgend in numerische Daten umgesetzt, wobei ein Spitzenwert des Ausgangssignalverlaufs ermittelt wird, indem unter Verwendung eines Mikrocomputers erfasst wird, ob Änderungen (Inkremente oder Dekremente) der Daten invertiert worden sind. Durch Ermittlung, ob die Potentialdifferenz zwischen diesem Spitzenwert und dem unmittelbar vorhergehenden Spitzenwert einen vorgegebenen Schwellenwert überschreitet oder nicht, wird festgestellt, ob dieser Spitzenwert einen effektiven Spitzenwert darstellt, der sich zur Erfassung der Drehbewegung des Reifens eignet. Durch Zählung dieser effektiven Spitzenwerte wird sodann die Drehzahl des Reifens berechnet, wobei anschließend die Fahrstrecke oder Geschwindigkeit auf der Basis des Reifendurchmessers und des Verhältnisses des Kreisumfangs zum Durchmesser berechnet wird.
  • Bei diesem Ausführungsbeispiel können die in Form von relativ niedrigen Frequenzkomponenten im Ausgangssignalverlauf auftretenden Störeinflüsse nahezu vollständig unterdrückt werden, sodass sich die Reifendrehzahl unabhängig von der Geschwindigkeit ermitteln lässt.
  • Eine Reifenumdrehungs-Ermittlungseinrichtung zur Erfassung der Drehbewegung bzw. Drehzahl eines Reifens mit Hilfe des vorstehend beschriebenen Reifenumdrehungs-Ermittlunasverfahrens wird nachstehend unter Bezugnahme auf 8 näher beschrieben.
  • Bei der Schaltungsanordnung gemäß 8 kann die Anordnung der MI-Elemente 18A und 18B bis zur Differenzverstärkerschaltung 26, d. h., die Magnetfeld-Detektorschaltung gemäß 2, durch den Magnetfeldsensor 14 ersetzt werden, oder die Anordnung der gesamten Vorrichtung gemäß 8 kann durch den Magnetfeldsensor 14 ersetzt werden.
  • Bei der Schaltungsanordnung gemäß 8 werden, wie vorstehend beschrieben, von der HF-Oszillatorschaltung 20 abgegebene, hochfrequente Ströme den MI-Elementen 18A und 18B zugeführt und Signale, die an den beiden Anschlüssen des jeweiligen MI-Elements 18A bzw. 18B auftretende Spannungsänderungen repräsentieren, Detektorschaltungen 24A und 24B zur Unterdrückung der hochfrequenten Komponenten und Abgabe von Magnetfeld-Messsignalen zugeführt. Diese Messsignale werden in die Differenzverstärkerschaltung 26 eingegeben und einer Differenzverstärkung unterzogen. Sodann wird das Differenz-Ausgangssignal durch einen Analog/Digital-Umsetzer 28 von einem Analogsignal in ein Digitalsignal umgesetzt (was nachstehend auch als A/D-Umsetzung bezeichnet wird). Das Digitalsignal wird sodann einem Mikrocomputer 30 zugeführt, der die vorstehend beschriebene Spitzenwert-Detektion und Bestimmung eines effektiven Spitzenwerts auf der Basis des Digitalsignals durchführt.
  • Nachstehend wird die nach der Analog/Digital-Umsetzung erfolgende Signalverarbeitung unter Bezugnahme auf das Ablaufdiagramm gemäß 9 und den in 7 dargestellten Signalverlauf des Differenz-Ausgangssignals näher beschrieben.
  • Bei der im Ablaufdiagramm gemäß 9 veranschaulichten Signalverarbeitung wird die vom Sensor erhaltene Differenz-Ausgangsspannung in einem Schritt S1 vom Analog/Digital-Umsetzer 28 einer Analog/Digital-Umsetzung unterzogen und das hierbei gebildete Digitalsignal dem Mikrocomputer 30 zugeführt.
  • In einem Schritt S2 wird überprüft, ob die im Schritt S1 erfolgte Dateneingabe einem Spitzenwert entspricht. Dieser Überprüfungsschritt wird durch die Ermittlung erhalten, ob sich die Änderungsrichtung der letzten Daten in Bezug auf die zweitletzten Daten vom Positiven (Inkrement) zum Negativen (Dekrement) oder umgekehrt in Bezug auf die Änderungsrichtung der zweitletzten Daten zu den drittletzten Daten umgekehrt hat oder nicht. Wenn im Schritt S2 das Ergebnis NEIN erhalten wird, kehrt der Ablauf zum Schritt S1 zurück, während er andernfalls auf einen Schritt S3 übergeht.
  • Wenn z. B. ermittelt wird, dass der Punkt B in dem Differenz-Ausgangssignalverlauf gemäß 7 keinen Spitzenwert darstellt, da die Änderungsrichtung negativ bleibt (Dekrement), kehrt der Ablauf zum Schritt S1 zur Analog/Digital-Umsetzung der nächsten Daten zurück. Wenn sodann die am Punkt C erhaltenen Daten in numerische Daten umgesetzt werden, wird eine Umkehr der Änderungsrichtung vom Negativen zum Positiven festgestellt und ermittelt, dass die am Punkt C erhaltenen Daten einen Spitzenwert darstellen. Der Ablauf geht daraufhin auf einen Schritt S3 über.
  • Im Schritt S3 werden z. B. die am Punkt C erhaltenen und als Spitzenwert festgelegten Daten in Form eines Spitzenwerts Sp in z. B. einem internen Direktzugriffsspeicher oder dergleichen des Mikrocomputers 30 abgespeichert.
  • In einem Schritt S4 wird ermittelt, ob der Absolutwert der Differenz zwischen dem derzeitigen Spitzenwert Sp und dem vorherigen Spitzenwert Sp – 1 einen vorgegebenen Schwellenwert L überschreitet, um auf diese Weise zu bestimmen, ob die Daten des Spitzenwertes Sp sich auf einen Spitzenwert beziehen, der für die Reifen-Drehzahlmessung herangezogen werden kann. Die Beziehung zwischen den Spitzenwerten Sp und Sp – 1 ist gemäß 7 z. B. dadurch gegeben, dass bei Vorliegen von Sp am Punkt C der Spitzenwert Sp – 1 dem Punkt A entspricht und bei Vorliegen von Sp am Punkt D der Spitzenwert Sp – 1 dem Punkt C entspricht.
  • Die Vorgabe des Schwellenwertes L erfolgt zur Unterdrückung sehr kleiner Spitzenwerte, da sie einen geringen Störabstand aufweisen und somit störanfällig sind, sodass auf diese Weise nur relativ große Spitzenwerte erfasst werden und damit eine hohe Zuverlässigkeit gewährleistet ist. Es liegt auf der Hand, dass bei Einstellung eines kleinen Schwellenwertes L auch kleine Spitzenwerte erfasst werden können, während bei Einstellung eines großen Schwellenwertes L nur große Spitzenwerte aufgenommen werden. Der Schwellenwert L kann daher entsprechend dem Ausgangssignalverlauf eingestellt werden, der sich in Abhängigkeit von dem Magnetisierungszustand des Stahlgürtels des Reifens und der Anbringungsposition des Sensors ändert. Der Schwellenwert L wird vorzugsweise derart eingestellt, dass er im Bereich von 10% bis 90% der maximalen Potentialdifferenz zwischen Spitzenwerten (zwei aufeinanderfolgenden Spitzenwerten) liegt, da Schwankungen im Signalverlauf selbst ungefähr 10% der vorher gemessenen maximalen Potentialdifferenz zwischen Spitzenwerten betragen.
  • Bei dem Beispiel gemäß 7 beträgt im gesamten Signalverlauf die maximale Potentialdifferenz zwischen Spitzenwerten ungefähr 0,5 V. Wenn in diesem Fall der Schwellenwert L auf 0,3 V (60% von 0,5 V) zur Bestimmung eines effektiven Spitzenwertes eingestellt wird, beträgt die Differenz zwischen dem Spitzenwert C und dem unmittelbar vorhergehenden Spitzenwert A ungefähr 0,55 V und überschreitet damit den Wert 0,3 V des Spitzenwerts L, sodass die Feststellung getroffen wird, dass es sich bei dem Spitzenwert C um einen effektiven Spitzenwert handelt. Im Falle des Spitzenwerts E beträgt jedoch die Differenz zum unmittelbar vorhergehenden Spitzenwert D nur ungefähr 0,02 V und überschreitet somit nicht den Schwellenwert L, sodass der Spitzenwert E nicht beachtet wird. Innerhalb des einer Umdrehung des Reifens entsprechenden und in 7 durch den Pfeil gekennzeichneten Bereiches werden somit die beiden Spitzenwerte C und D als effektive Spitzenwerte bewertet.
  • Wenn bei der Ausführung des Ablaufs gemäß 9 im Schritt S4 ein effektiver Spitzenwert bestimmt wird, wird am Ausgang des Mikrocomputers 30 in einem Schritt S5 ein Impulssignal mit einer geringen Impulsdauer abgegeben. Durch die Abgabe dieses Impulses wird dem Fahrzeug-Navigationsgerät eine Information hinsichtlich der Erfassung eines effektiven Spitzenwertes übermittelt. Eine andere Art der Bildung des Impulssignals kann darin bestehen, dass bei jeder Bestimmung eines effektiven Spitzenwertes eine Inversion des Impulssignals erfolgt.
  • Der Ablauf geht dann vom Schritt S5 auf einen Schritt S6 über. Wenn allerdings im Schritt S4 die Bestimmung erfolgt, dass es sich bei den betreffenden Daten nicht um einen effektiven Spitzenwert handelt, geht der Ablauf ebenfalls auf den Schritt S6 über. Im Schritt S6 wird der derzeitige Spitzenwert Sp im Direktzugriffsspeicher als vorheriger Spitzenwert Sp – 1 gespeichert, um auf diese Weise den Spitzenwert Sp – 1 zu erneuern. Sodann kehrt der Ablauf zu der im Schritt S1 erfolgenden Analog/Digital-Umsetzung zurück, sodass sich die vorstehend beschriebene Signalverarbeitung wiederholt.
  • Da bei der vorstehend beschriebenen Signalverarbeitung keine zeitlichen Parameter in die Spitzenwerterfassung und die Bestimmung des effektiven Spitzenwertes eingehen, kann die Erfassung der Drehbewegung des Reifens unabhängig von der Drehzahl des Reifens erfolgen. Eine vorgegebene Messgenauigkeit lässt sich somit auch dann gewährleisten, wenn eine Änderung der Fahrzeuggeschwindigkeit von einer sehr geringen Geschwindigkeit zu einer hohen Geschwindigkeit auftritt.
  • Bei der vorstehend beschriebenen Signalverarbeitung kann die Anzahl der im Schritt S5 abgegebenen Impulse, d. h., die Anzahl der erfassten effektiven Spitzenwerte, gezählt und die Drehzahl des Reifens auf der Basis dieses Zählwertes berechnet werden. Weiterhin kann die Fahrstrecke des Fahrzeugs durch Multiplikation der berechneten Drehzahl mit dem Durchmesser des Reifens und dem Verhältnis des Umfangs eines Kreises zu seinem Durchmesser berechnet werden. Da ein Impuls jedoch nicht immer einer vollständigen Umdrehung des Reifens entspricht, muss in diesem Fall die einer Umdrehung entsprechende Anzahl von Impulsen vorher überprüft werden. Da außerdem die einer Umdrehung entsprechende Anzahl von Impulsen einem ganzzahligen Vielfachen entspricht, erweist sich auch ein Verfahren als sehr effektiv, bei dem eine Korrektur eines Bruchteils einer ganzen Zahl durch einen Vergleich mit Entfernungsmessdaten vorgenommen wird, die von einer GPS-Einheit des Fahrzeug-Navigationsgerätes erhalten werden.
  • Mit Hilfe des vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiels lässt sich somit die der Erfindung zu Grunde liegende Aufgabe lösen, d. h., der Magnetfeldsensor 14 weist auf Grund der Verwendung von MI-Elementen eine sehr hohe Empfindlichkeit auf und zeigt anders als ein Fluxgate-Sensor auch keine magnetisierungsabhängigen Zustandsänderungen. Da der Magnetfeldsensor 14 in der Nähe eines Hinterreifens im Fahrgastraum oder Kofferraum des Kraftfahrzeugs angeordnet ist, kann er auf einfache Weise angebracht werden und eine zufriedenstellende Erfassung des vom Reifen ausgehenden Magnetfeldes gewährleisten. Durch die vorstehend beschriebene Differenzwertbildung und die mit Hilfe des Mikrocomputers 30 erfolgende Spitzenwerterfassung und Bestimmung eines effektiven Spitzenwertes lassen sich Einflüsse durch Störmagnetfelder unterdrücken und die Drehbewegung oder Drehzahl des Reifens genau ermitteln.
  • Bei diesem Ausführungsbeispiel finden MI-Elemente als Magnetfeld-Sensorelemente Verwendung. Es können jedoch auch beliebige andere Magnetfeld-Sensorelemente verwendet werden, solange sie eine hohe Empfindlichkeit aufweisen.
  • Nachstehend wird auf einige Messergebnisse bezüglich der Fahrstrecke näher eingegangen, die bei einem mit diesem Ausführungsbeispiel der Reifenumdrehungs-Ermittlungseinrichtung ausgestatteten Mittelklasse-Personenwagen (2000 cm3) im Rahmen einer Fahrstrecke von 10 km im Stadtbereich erhalten wurden.
  • Da diese Fahrt im Stadtbereich stattfand, wechselten sich Stillstand und Fahrt häufig ab, wobei erheblich unterschiedliche Geschwindigkeiten auftraten. Der Durchmesser eines jeden Reifens des Testfahrzeugs betrug 60 cm, sodass das Fahrzeug bei einer Reifenumdrehung 1,88 m zurücklegte. Das erhaltene Messergebnis in Form der Anzahl der von der vorstehend beschriebenen Schaltungsanordnung gemäß 8 abgegebenen Impulse betrug 21 982, sodass auf Grund der Tatsache, dass je Umdrehung zwei Impulse abgegeben wurden, eine Fahrstrecke von 9,782 km gemessen wurde. Der Messfehler betrug somit nur ungefähr 2,2%. Die für ein Fahrzeug-Navigationsgerät mit Eigennavigation erforderliche Genauigkeit kann somit sogar in einem Stadtbereich gewährleistet werden, wo erhebliche Änderungen der Fahrzeuggeschwindigkeit auftreten und das Fahrzeug vielen Störmagnetfeldern ausgesetzt ist.
  • (Reifen-Magnetisierungsverfahren und Verfahren zur Erfassung des Magnetfeldes eines Reifens)
  • Bei dem vorstehend beschriebenen grundlegenden Ausführungsbeispiel wurde vorausgesetzt, dass der Stahlgürtel des Reifens, dessen Drehbewegung oder Drehzahl zu erfassen ist, eine natürliche Magnetisierung aufweist, d. h., dass keine künstliche Steuerung der Magnetisierung vorliegt.
  • Wie vorstehend unter Bezugnahme auf 10 beschrieben worden ist, treten in diesem Falle im Magnetfeld-Änderungsmuster während der Drehbewegung des Reifens eine Vielzahl von Spitzenwerten pro Umdrehung des Reifens auf.
  • Wenn jedoch das Magnetfeldmuster pro Umdrehung des Reifens eine Vielzahl von Spitzenwerten aufweist, muss bei der Berechnung der Drehzahl des Reifens durch Zählung der Anzahl von Spitzenwerten eine Korrektur eines Bruchteils einer ganzen Zahl wie bei der Berechnung der Reifendrehzahl bei dem vorstehend beschriebenen grundlegenden Ausführungsbeispiel vorgenommen werden, wobei auf Grund der Tatsache, dass bei den einzelnen Reifen unterschiedliche Anzahlen von Spitzenwerten auftreten, Korrekturwerte für Einheiten von Reifen vorgegeben bzw. eingestellt werden müssen.
  • Wenn somit durch Steuerung des Magnetisierungszustands des Reifens ein Signal erhalten werden kann, das einem Impuls je Umdrehung des Reifens entspricht, wird die magnetfeldabhängige Erfassung der Reifen-Drehbewegung erheblich vereinfacht. Nachstehend werden unter Bezugnahme auf die 11 bis 21 Ausführungsbeispiele eines Reifen-Magnetisierungsverfahrens, das sich unter Berücksichtigung dieser Probleme für eine magnetfeldabhängige Erfassung der Drehbewegung eines Reifens eignet, sowie Ausführungsbeispiele eines Magnetfeld-Messverfahrens, mit dessen Hilfe ein stabiler Ausgangssignalverlauf von einem mittels dieses Magnetisierungsverfahrens magnetisierten Reifen erhalten werden kann, näher beschrieben.
  • (Erstes Ausführungsbeispiel des Magnetisierungsverfahrens)
  • Nachstehend wird auf ein erstes Ausführungsbeispiel eines Reifen-Magnetisierungsverfahrens näher eingegangen.
  • Bei diesem ersten Ausführungsbeispiel des Reifen-Magnetisierungsverfahrens wird in der in 11 dargestellten Weise in einem ersten Magnetisierungsvorgang der gesamte Umfang eines Reifens 12, in dessen Außenumfangsbereich ein Stahlgürtel eingelagert ist, kontinuierlich in einer mit seiner Umfangsrichtung übereinstimmenden Richtung magnetisiert.
  • Zu diesem Zweck wird ein Magnetisierungsmagnet 11 in Kontakt mit der Außenumfangsfläche des Reifens 12 gebracht oder in deren Nähe angeordnet und in der in 11 veranschaulichten Weise in Relation zum Reifen zur Ausführung einer Drehbewegung von mehr als 360° entlang der Umfangsrichtung des Reifens bewegt, d. h., entweder wird der Magnet 11 zur Ausführung einer Drehbewegung oder mehr entlang der Außenumfangsfläche des Reifens 12 bewegt oder der Magnet 11 wird in seiner Lage festgehalten, während der Reifen 12 eine Umdrehung oder mehr ausführt. Wie in der vergrößerten Ansicht gemäß 12 veranschaulicht ist, wird der Magnet 11 hierbei derart angeordnet, dass sein Nordpol und sein Südpol in der Umfangsrichtung des Reifens 12, d. h., der Richtung der Relativbewegung, einander gegenüber liegen, sodass der im Außenumfangsabschnitt des Reifens in der Umfangsrichtung des Reifens 12 angeordnete Stahlgürtel mit dem vom Magneten 11 erzeugten Magnetfeld Hw beaufschlagt wird.
  • Hierbei wird die Außenumfangsfläche des Reifens 12 vorzugsweise über ihre gesamte Breite hinweg magnetisiert. Wenn somit die Breite des in der in den 11 und 12 veranschaulichten Weise angeordneten Magneten 11 kleiner als die Breite der Außenumfangsfläche des Reifens 12 ist, wird der Magnet 11 relativ zum Reifen entlang der Breitenrichtung der Außenumfangsfläche des Reifens 12 (der Axialrichtung des Reifens) und außerdem relativ zum Reifen um zwei Umdrehungen oder mehr entlang der Umfangsrichtung des Reifens 12 bewegt, sodass die Außenumfangsfläche des Reifens 12 über ihre gesamte Breite hinweg magnetisiert wird. Es ist jedoch nicht immer erforderlich, dass die Außenumfangsfläche des Reifens 12 über ihre gesamte Breite hinweg magnetisiert wird. In einem solchen Fall kann auch ein Bereich magnetisiert werden, der ungefähr 2/3 der Breite beträgt und in der Nähe eines (nachstehend noch näher beschriebenen) Magnetfeldsensors an der Außenumfangsfläche des Reifens liegt.
  • Bezüglich der Relativbewegungsrichtung des Magneten 11 und des Reifens 12 kann eine Richtung gewählt werden, die mit der Umfangsrichtung des Reifens 12 übereinstimmt, oder es können zwei, mit der Umfangsrichtung übereinstimmende Richtungen zur wechselseitigen Bewegung des Magneten 11 und des Reifens 12 in den beiden Richtungen gewählt werden.
  • Wenn die Magnetisierung des Reifens bei einem bereits auf ein an einem Fahrzeug befindlichen Rad aufgezogenen Reifen erfolgen soll, wird das Rad mit dem zu magnetisierenden Reifen mit Hilfe eines Wagenhebers angehoben und der Magnetisierungsmagnet in Kontakt mit der Außenumfangsfläche des Reifens gebracht, während der Reifen manuell gedreht wird. Alternativ kann auch ohne Verwendung eines Wagenhebers der keine Bodenberührung aufweisende Bereich der Außenumfangsfläche des Reifens mit dem Magneten zur Magnetisierung dieses Bereichs berührt werden, woraufhin nach einer geringfügigen Bewegung des Fahrzeugs der restliche Bereich zur Magnetisierung kontaktiert wird und auf diese einfache Weise eine Magnetisierung des Reifens erfolgt.
  • In dieser Form wird im ersten Magnetisierungsvorgang der gesamte Umfang des Außenumfangsbereichs des Reifens kontinuierlich in einer mit seiner Umfangsrichtung übereinstimmenden Richtung magnetisiert, wodurch eine neue Magnetisierung und Beseitigung der noch vorhandenen Restmagnetisierung des Reifens erfolgt.
  • Es steht auch ein Verfahren zur vollkommenen Entmagnetisierung eines noch vorhandenen Restmagnetismus durch Beaufschlagung des Reifens mit einem Entmagnetisierungs-Wechselfeld zur Verfügung. Dieses Verfahren erweist sich jedoch als ungeeignet, da ein vollständig entmagnetisierter Stahlgürtelbereich leicht wieder magnetisiert werden kann und hierdurch Störungen auf Grund einer willkürlichen Magnetisierung durch externe Störmagnetfelder problematisch werden können.
  • Nachdem die Polarität des Magnetisierungsmagneten 11 in Bezug auf die Umfangsrichtung des Reifens 12 invertiert worden ist, wird der Magnetisierungsmagnet 11 bei einem in 13 veranschaulichten zweiten Magnetisierungsvorgang in Berührung mit oder in die Nähe der Außenumfangsfläche des Reifens 12 gebracht und relativ zum Reifen derart in der Umfangsrichtung des Reifens 12 bewegt, dass am Außenumfangsbereich des Reifens 12 in einer entgegengesetzten Richtung zur Magnetisierungsrichtung des ersten Magnetisierungsvorgangs ein Bereich mit einem unter 360° liegenden, vorgegebenen Winkel Θ kontinuierlich neu magnetisiert wird. Auf diese Weise wird der magnetisierte Bereich ausgebildet, der zur magnetfeldabhängigen Erfassung der Drehbewegung des Reifens 12 dient und die Bildung eines Magnetfeldes ermöglicht, das auf einfache Weise von einem Magnetfeldsensor erfasst werden kann.
  • Hierbei ist zu beachten, dass der Winkel Θ beim zweiten Magnetisierungsvorgang den Verlauf oder die Feldstärke des erzeugten Magnetfeldes beeinflusst und insofern einen optimalen Winkelwert aufweist, der in der nachstehend beschriebenen Weise näher untersucht worden ist. Bei dieser Untersuchung wurden der Winkel Θ des zweiten Magnetisierungsvorgangs in Inkrementen von 22,5° verändert, die Magnetfelder in Umfangsrichtung in einem Abstand von 20 cm von der Außenumfangsfläche des Reifens durch Drehung von an den jeweiligen Winkeln magnetisierten Reifen gemessen und sodann die Muster der gemessenen Magnetfelder überprüft. Der verwendete Magnetisierungsmagnet wies einen Abstand von 2 mm zwischen seinem Nordpol und Südpol auf und erzeugte ein Magnetisierungsfeld Aw von ungefähr 200 G in einem Abstand von 10 mm von der Magnetisierungsoberfläche des Magneten. 14 zeigt die erhaltenen Untersuchungsergebnisse, wobei die Abszisse die Zeitachse der Daten darstellt. Die Daten unterliegen Veränderungen, da die Reifenumdrehung bei den Messungen nicht konstant ist, jedoch lässt sich eine Umdrehung auf der Basis des periodischen Musters erkennen.
  • Wie aus dem Verlauf der Magnetfelder ersichtlich ist, zeigen die Magnetfeldmuster abwärts gerichtete scharfe Spitzen, wenn der Winkel Θ gleich oder kleiner als 90° ist, wobei die Änderungen des Magnetfeldes bei Θ = 90° maximal sind. Bei einer Inversion der Magnetisierungspolarität treten natürlich aufwärts gerichtete scharfe Spitzen auf. Wenn der Winkel Θ den Winkelwert 90° überschreitet, bilden sich an scharfen Spitzen Einschnitte aus, die sich mit größer werdendem Winkel vertiefen.
  • Für die Erfassung der Drehbewegung des Reifens durch Erfassung des vom Reifen erzeugten Magnetfeldes ist ein bestimmter Schwellenwert vorgegeben. Unter Berücksichtigung der Feldstärkeschwankungen des Magnetfeldverlaufs des Reifens auf Grund der Einwirkung externer Magnetfelder muss ein breiter Einstellbereich des Schwellenwertes gewährleistet sein. Die Bestimmungs- oder Festlegungsbreite, die den zur Einstellung dieses Schwellenwertes geeigneten Bereich definiert, ist durch den Wert L zwischen der abwärts gerichteten scharfen Spitze und dem unteren Wert eines oberen Einschnitts gegeben (siehe das dem Winkel 67,5° entsprechende Diagramm) wenn der Magnetisierungswinkel Θ gleich oder kleiner als ungefähr 90° ist, oder durch den Wert L' zwischen oberen und unteren Einschnitten gegeben (siehe das Diagramm für den Winkel 157,5°), wenn der Magnetisierungswinkel 90° überschreitet und sich Einschnitte an abwärts gerichteten scharfen Spitzen ausbilden.
  • 15 zeigt eine grafische Darstellung dieser Bestimmungsbreiten L und L', der zu entnehmen ist, dass der optimale Magnetisierungswinkel 90° beträgt. Bei der Untersuchung eines für die Praxis geeigneten Bereichs ergab sich, dass in einem Bereich mit einem kleinen Magnetisierungswinkel Θ das vom Reifen erzeugte Magnetfeld schwach und die Einflüsse externer Störmagnetfelder relativ stärker sind. Wenn somit ein für die Praxis geeigneter Bereich mit 50% der maximalen Bestimmungsbreite festgelegt wird, findet zweckmäßigerweise ein Magnetisierungswinkel Θ im Bereich von 30° bis 180° Verwendung. Wenn ferner ein Optimalbereich von 80% der maximalen Bestimmungsbreite festgelegt wird, fällt der Winkel Θ in den Bereich von 55° bis 105°, wobei ein stabileres Magnetfeld erhalten werden kann.
  • Im Rahmen der vorstehenden Beschreibung ist ein Winkelbereich von bis zu 180° in Betracht gezogen worden. Wenn der Winkel Θ beim zweiten Magnetisierungsvorgang 180° überschreitet, werden ebenfalls symmetrische Muster wenn auch mit invertierten Polaritäten- gebildet, sodass das gleiche auch für einen Winkel von 360° (Restmagnetisierung im ersten Magnetisierungsvorgang) – Θ gilt. Der vorstehend genannte optimale Magnetisierungswinkelbereich kann somit auch für einen kleineren Winkel der Restmagnetisierungsbereiche in entgegengesetzten Richtungen im Außenumfangsbereich des beim ersten und zweiten Magnetisierungsvorgang magnetisierten Reifens festgelegt werden.
  • (Zweites Ausführungsbeispiel des Reifen-Magnetisierungsverfahrens)
  • Das vorstehend beschriebene erste Ausführungsbeispiel des Reifen-Magnetisierungsverfahrens ist darauf gerichtet, dem Gerät eines Fahrzeug-Navigationssystems pro Umdrehung des Reifens ein Impulssignal zuzuführen. Wenn zwei Impulse bei jeder Umdrehung des Reifens abgegeben werden, lassen sich auf Grund der Tatsache, dass die Einheit eines Impulses nur einer halben Umdrehung des Reifens entspricht, Störungen durch Ausgangsimpulsverzerrungen reduzieren, die von externen Störmagnetfeldern oder Vibrationen, Stößen oder dergleichen des Reifens verursacht werden. Bei einem Reifen mit einem Durchmesser von 60 cm lässt sich hierdurch z. B. die Messgenauigkeit der Fahrstrecke je Impuls von 1,88 m auf 0,94 m verbessern. Wenn das Fahrzeug-Navigationssystem die Fahrstrecke auf der Basis von Geschwindigkeitsberechnungen ermittelt und hierbei z. B. die Geschwindigkeitsberechnungen auf der Basis der Anzahl der Impulse pro Sekunde erfolgen, können bei einer geringen Anzahl von Impulsen je Umdrehung erhebliche Fehler auftreten, und zwar insbesondere dann, wenn sich das Fahrzeug mit einer geringen Geschwindigkeit bewegt. Bei diesem Ausführungsbeispiel wird daher angestrebt, die Messgenauigkeit unter Berücksichtigung solcher Fehler zu verbessern.
  • Als zweites Ausführungsbeispiel des Reifen-Magnetisierungsverfahrens wird daher nachstehend ein Reifen-Magnetisierungsverfahren näher beschrieben, mit dessen Hilfe eine stabile Erzeugung von zwei Impulssignalen je Umdrehung des Reifens gewährleistet ist.
  • Bei diesem zweiten Ausführungsbeispiel des Reifen-Magnetisierungsverfahrens werden der in Verbindung mit dem ersten Ausführungsbeispiel des Reifen-Magnetisierungsverfahrens vorstehend beschriebene erste und zweite Magnetisierungsvorgang aufeinanderfolgend durchgeführt. Hierbei ist der Winkelbereich der Neumagnetisierung im zweiten Magnetisierungsvorgang auf 90° eingestellt. Anders als bei der vorstehend beschriebenen Magnetisierung kann ein unmagnetisierter Bereich beim ersten Magnetisierungsvorgang verbleiben, ohne dass der gesamte Bereich der Außenumfangsfläche des Reifens magnetisiert wird, wobei dieser unmagnetisierte Bereich im zweiten Magnetisierungsvorgang magnetisiert werden kann. In diesem Falle ist der im ersten Magnetisierungsvorgang zu magnetisierende Winkelbereich größer als 270° und kleiner als 360°, wobei im zweiten Magnetisierungsvorgang der den unmagnetisierten Bereich umfassende 90°-Bereich magnetisiert wird.
  • Dieser erste und zweite Magnetisierungsvorgang werden in Verbindung mit einem dritten Ausführungsbeispiel des Reifen-Magnetisierungsverfahrens nachstehend noch näher beschrieben.
  • Abschließend erfolgt ein dritter Magnetisierungsvorgang. Bei diesem dritten Magnetisierungsvorgang wird ein 90°-Bereich auf der gegenüberliegenden Seite des Außenumfangsbereichs des Reifens in Bezug auf die Reifenmitte, der somit in Bezug auf den beim zweiten Magnetisierungsvorgang magnetisierten 90°-Bereich um 180° gedreht ist, d. h., ein zu dem im zweiten Magnetisierungsvorgang magnetisierten 90°-Bereich punktsymmetrischer 90°-Bereich, kontinuierlich in der gleichen Richtung wie beim zweiten Magnetisierungsvorgang entlang der Umfangsrichtung d. h., in der entgegengesetzten Richtung zu der Magnetisierungsrichtung des ersten Magnetisierungsvorgangs, durch das gleiche Verfahren wie im zweiten Magnetisierungsvorgang kontinuierlich neu magnetisiert. Die Magnetisierung ist mit diesem dritten Magnetisierungsvorgang abgeschlossen.
  • Die Vorgehensweise, im ersten Magnetisierungsvorgang einen unmagnetisierten Bereich auszubilden, hat hierbei den Vorteil, dass die durch den Übergang vom zweiten Magnetisierungsvorgang auf den dritten Magnetisierungsvorgang erfolgende Magnetisierung bei einer Umdrehung des Reifens abgeschlossen werden kann. Dies ergibt sich aus folgendem Umstand. Nach der Ausbildung des unmagnetisierten Bereichs wird nämlich der zu dem unmagnetisierten Bereich punktsymmetrische Bereich erneut in der in Bezug auf den ersten Magnetisierungsvorgang entgegengesetzten Richtung magnetisiert. Sodann wird der unmagnetisierte Bereich durch Drehung des Reifens magnetisiert.
  • 16 veranschaulicht den Magnetisierungszustand eines durch dieses Magnetisierungsverfahren magnetisierten Reifens. Wie 16 zu entnehmen ist, die die in dem ersten, zweiten und dritten Magnetisierungsvorgang ausgebildeten Restmagnetisierungsbereiche und Richtungen veranschaulicht, wird bei diesem zweiten Ausführungsbeispiel des Reifen-Magnetisierungsverfahrens ein Magnetisierungszustand erzeugt, bei dem der gesamte Außenumfangsbereich eines Reifens 12 in vier 90°-Bereiche unterteilt ist, die derart magnetisiert sind, dass sie in der Umfangsrichtung des Reifens abwechselnd entgegengesetzte Magnetisierungsrichtungen aufweisen.
  • Die 17A und 17B zeigen die Messergebnisse eines Magnetfeldes entlang der Umfangsrichtung an der Außenumfangsfläche eines mit Hilfe des zweiten Ausführungsbeispiels des Reifen-Magnetisierungsverfahrens magnetisierten Reifens, wobei jeweils das Magnetfeldmuster des Reifens bei Beendigung des zweiten Magnetisierungsvorgangs und das Magnetfeldmuster des Reifens bei Beendigung des dritten Magnetisierungsvorgangs dargestellt sind.
  • Das Magnetfeldmuster bei Beendigung des dritten Magnetisierungsvorgangs ist durch einen Verlauf definiert, bei dem zwei Spitzen je Umdrehung des Reifens auftreten, die allerdings geringfügig unterschiedliche Werte aufweisen. Wie den 17A und 17B zu entnehmen ist, entspricht der Betrag der Änderungen des Magnetfeldes im wesentlichen demjenigen bei Beendigung des zweiten Magnetisierungsvorgangs, sodass sich ein guter Magnetisierungszustand erhalten lässt.
  • Wie vorstehend beschrieben, können bei der magnetfeldabhängigen Ermittlung der Drehbewegung eines mit Hilfe des zweiten Ausführungsbeispiels des Reifen-Magnetisierungsverfahrens magnetisierten Reifens zwei stabile Impulssignale je Umdrehung des Reifens erzeugt werden. Auf diese Weise lassen sich Fehler bei der Fahrstreckenmessung eines Fahrzeugs durch Ermittlung der Drehbewegung des Reifens verringern und eine höhere Genauigkeit der Eigennavigation eines Fahrzeug-Navigationssystems gewährleisten.
  • Bei der Erfassung eines Magnetfeldes zur Ermittlung der Drehbewegung eines mit Hilfe des zweiten Ausführungsbeispiels des Reifen-Magnetisierungsverfahrens magnetisierten Reifens wird zweckmäßigerweise die Anordnung der beiden Magnetfeld-Sensorelemente gemäß dem vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiel des Verfahrens zur Erfassung eines Reifen-Magnetfeldes verwendet, wobei dieses Ausführungsbeispiel des Messverfahrens direkt angewendet werden kann.
  • Bei dem vorstehend beschriebenen ersten und zweiten Ausführungsbeispiel des Reifen-Magnetisierungsverfahrens wird der Reifen unter Verwendung eines Magnetfeldes entlang der Umfangsrichtung des Reifens magnetisiert. Wenn jedoch in der Praxis ein Magnetfeldsensor angebracht wird, stimmt seine Magnetfeld-Messrichtung nicht immer mit der Umfangsrichtung überein, sodass gewisse Befürchtungen bestehen, ob optimale Bedingungen für die Magnetisierung unter Verwendung eines Magnetfeldes in der Umfangsrichtung gegeben sind, da sich z. B. die Magnetfeldrichtung in Abhängigkeit von den Messpositionen auf Grund gebogener Magnetisierungsmuster verändern kann. Als Ergebnis von Untersuchungen in der Praxis zeigte sich jedoch, dass selbst unter den tatsächlich gegebenen Bedingungen optimale Bedingungen für die Magnetisierung auch bei Verwendung eines Magnetfeldes in der Umfangsrichtung erhalten werden können. Nachstehend wird auf das Ergebnis dieser Untersuchungen näher eingegangen.
  • Bei der Erfassung des Magnetfeldes des Reifens durch den Magnetfeldsensor ist der Sensor hierbei zweckmäßigerweise im Kofferraum an der Rückseite des Reifens angeordnet. Wenn hierbei seine Position durch Koordinaten ausgedrückt wird, befindet sich der Sensor in einer X-Y-Ebene, wie dies in den 18A und 18B veranschaulicht ist.
  • Bei den vorgenommenen Untersuchungen fand ein Reifen mit einem Durchmesser von 60 cm Verwendung, wobei die Höhe H von der X-Y-Ebene zur Oberseite des Reifens auf 10 cm und der Ahstand S zwischen einer X-Z-Ebene und der Seitenfläche des Reifens auf 15 cm eingestellt waren. Der Reifen war mit Hilfe des vorstehend beschriebenen Verfahrens magnetisiert worden, wobei ein kleiner Magnetisierungswinkelbereich Θ der Restmagnetisierungsbereiche in zwei Richtungen in dem Außenumfangsbereich des Reifens durch den ersten und den zweiten Magnetisierungsvorgang auf 90° eingestellt war. Die Magnetfeld-Messrichtung stimmte mit der Richtung der Z-Achse überein, wobei die Änderungen des Magnetfeldes bei der Drehbewegung des Reifens an Punkten A, B, C, D und E in 10-cm-Intervallen an der X-Achse gemäß den 18A und 18B gemessen wurden.
  • Die Messergebnisse sind in 19 dargestellt. Im Vergleich zu den vorstehend in Verbindung mit 14 beschriebenen Daten bei dem Winkel Θ = 90° wurde am Punkt A ein Signalverlauf mit einer um 90° gedrehten Phase erhalten, der den Eindruck erweckt, als wäre er differenziert worden. Wenn sich der Messpunkt dem äußeren Punkt D in der Nähe des Außenumfangsbereichs des Reifens nähert, ähnelt der Verlauf immer mehr dem Magnetfeld in der Umfangsrichtung. Wie sich aus der vorstehenden Beschreibung ergibt, ändert sich die Phase in Abhängigkeit von dem Winkel, den die Magnetisierungsrichtung in dem dem Messpunkt nächstgelegenen Außenumfangsbereich des Reifens mit der die Magnetfeld-Messrichtung darstellenden Richtung der Z-Achse bildet.
  • Bei den Messpunkten A bis E hat sich in den Signalverläufen zwar die Phase verändert, jedoch tritt einmal je Umdrehung eine stabile untere Signalspitze auf, wobei die Bestimmungsbreite L zwischen dieser Spitze und einer über ihr liegenden Spitze stabil erhalten werden kann. Hierdurch lässt sich zeigen, dass optimale Bedingungen für die Magnetisierung auch bei Verwendung eines Magnetfeldes in der Umfangsrichtung eingehalten werden.
  • Ein Verfahren zur Magnetisierung eines Reifens unter Verwendung eines Magnetfeldes entlang der Umfangsrichtung des Reifens ist somit für jede Anbringungsposition und Magnetfeld-Messrichtung eines in der Praxis verwendeten Magnetfeldsensors sehr effektiv.
  • Wie vorstehend beschrieben, wird somit ein Reifen-Magnetisierungsverfahren zur Erzeugung eines optimalen Magnetfeldes für die Umdrehungsermittlung bei einem in seinem Außenumfangsbereich mit einem Stahlgürtel versehenen Reifen erhalten, wobei ein optimaler Magnetisierungswinkelbereich eingestellt bzw. vorgegeben werden kann.
  • (Drittes Ausführungsbeispiel des Reifen-Magnetisierungsverfahrens)
  • Bei dem vorstehend beschriebenen ersten und zweiten Ausführungsbeispiel des Reifen-Magnetisierungsverfahrens wird beim ersten Magnetisierungsvorgang der gesamte Außenumfangsbereich des Reifens kontinuierlich in einer Richtung entlang der Umfangsrichtung magnetisiert, während beim zweiten Magnetisierungsvorgang ein unter 360° liegender vorgegebener Winkelbereich im Außenumfangsbereich des Reifens in einer zu dieser einen Richtung entgegengesetzten Richtung kontinuierlich neu magnetisiert wird. Bei dem dritten Ausführungsbeispiel des Reifen-Magnetisierungsverfahrens entsprechen zwar die Anordnung des Magnetisierungsmagneten, die Richtung des erzeugten Magnetfeldes, die Relativbewegung und die Art der Inversion der Polaritäten des Magneten und dergleichen diesen beiden Ausführungsbeispielen, jedoch wird im ersten Magnetisierungsvorgang ein unter 360° liegender vorgegebener Winkelbereich in dem Außenumfanasbereich des Reifens in einer Richtung entlang der Umfangsrichtung kontinuierlich magnetisiert, während ein unmagnetisierter Bereich im Außenumfangsbereich des Reifens, der nach dem ersten Magnetisierungsvorgang unmagnetisiert geblieben ist, in einer entgegengesetzten Richtung zu dieser einen Richtung kontinuierlich magnetisiert werden kann. Da jedoch die alleinige genaue Magnetisierung nur des unmagnetisierten Bereichs mit Schwierigkeiten verbunden ist, können Bereiche, die an den unmagnetisierten Bereich angrenzen, zusammen mit diesem magnetisiert werden. Im zweiten Magnetisierungsvorgang kann wiederum der Winkelbereich von 30° bis 180° und insbesondere ein optimaler Winkelbereich von 55° bis 105° eines kleineren Restmagnetisierungsbereichs in zwei Richtungen Verwendung finden.
  • Das dritte Ausführungsbeispiel des Reifen-Magnetisierungsverfahrens weist den Vorteil auf, dass die Magnetisierung ohne Anhebung des Reifens (d. h., des Fahrzeugs bzw. Fahrzeugrades) erfolgen kann.
  • (Erstes Ausführungsbeispiel eines Verfahrens zur Erfassung des Magnetfeldes eines Reifens)
  • Nachstehend wird ein Verfahren zur Erfassung des Magnetfeldes eines mit Hilfe des Reifen-Magnetisierungsverfahrens gemäß einem beliebigen der vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiele magnetisierten Reifens näher beschrieben. Hierbei wird insbesondere auf eine optimale Anordnung der Magnetfeld-Sensorelemente bei der Erfassung des Magnetfeldes des Reifens unter Verwendung eines Magnetfeldsensors eingegangen.
  • Als Sensorelement zur Erfassung des Magnetfeldes eines Reifens kann in beliebiger Weise auf einen Fluxgate-Sensor, ein MI-Element, ein Hall-Element oder dergleichen zurückgegriffen werden, solange es in der Praxis eine Empfindlichkeit von etwa einigen mG aufweist. Da eine solche Detektoreinrichtung auch den Einflüssen externer Magnetfelder, wie z. B. den Magnetfeldern von Fahrzeugen auf benachbarten Fahrbahnen und den von Monier- oder Bewehrungseisen, Stahlstrukturen und dergleichen in der Nähe einer Strasse ausgehenden Magnetfeldern, ausgesetzt ist, wird durch differentielle Verarbeitung der Ausgangssignale von zwei Magnetfeld-Sensorelementen gewährleistet, dass nur das vom Reifen ausgehende Magnetfeld detektiert wird. Wenn jedoch bei dieser differentiellen Messsignalbildung die beiden Magnetfeld-Sensorelemente nicht korrekt oder ungenau angeordnet sind, treten bei der Erfassung des vom Reifen ausgehenden Magnetfeldes beträchtliche Phasenänderungen auf, was die Einstellung des Schwellenwertes und damit die Installation und Inbetriebnahme der gesamten Vorrichtung erschwert.
  • Unter Berücksichtigung dieses Problems wird bei diesem Ausführungsbeispiel die Positionsbeziehung zwischen den beiden Magnetfeld-Sensorelementen definiert, über die die differentielle Erfassung des vom Reifen ausgehenden Magnetfeldes erfolgt.
  • In Bezug auf die Anordnung und Ausgestaltung der Sensorelemente müssen folgende Bedingungen erfüllt sein:
    • (1) ein einziger, positiver oder negativer, großer, scharfer Spitzenwert wird je Umdrehung des Reifens als Messsignal erhalten,
    • (2) ein großer Bestimmungsbereich L zur Einstellung des Schwellenwertes für das Messsignal ist gewährleistet, und
    • (3) die Bedingungen (1) und (2) unterliegen keinen wesentlichen Veränderungen in Abhängigkeit von der Anbringungsposition des von den beiden Magnetfeld-Sensorelementen gebildeten Magnetfeldsensors.
  • Die Bedingungen (1) und (2) zielen auf die Einhaltung optimaler Bedingungen des Magnetisierungszustands des Reifens ab, während die Bedingung (3) auf eine Vereinfachung der Anbringung bzw. Installation gerichtet ist, sodass in Bezug auf die Anbringungsposition des Magnetfeldsensors keine übermäßige Genauigkeit erforderlich ist.
  • Die optimale Anordnung der beiden Magnetfeld-Sensorelemente wurde durch folgende Untersuchungen erhalten:
  • Bei den Untersuchungen bezüglich der Anordnung der die differentielle Messsignalbildung herbeiführenden beiden Magnetfeld-Sensorelemente wurde ein Magnetfeldsensor an Messpunkten A, B, C und D in der in Verbindung mit den 18A und 18B beschriebenen Koordinaten-Positionsbeziehung angeordnet, wobei der Abstand zwischen den bei diesem Magnetfeldsensor verwendeten beiden Magnetfeld-Sensorelementen auf 3 cm eingestellt war und die Anordnung der in Richtung der X-Achse einander gegenüberliegenden Sensorelemente mit der Anordnung der in Richtung der Y-Achse einander gegenüberliegenden Sensorelemente verglichen wurde. Die bei diesen Untersuchungen verwendeten Magnetfeld-Sensorelemente waren MI-Elemente mit einer in Z-Richtung, d. h., der Parallelrichtung zur Seitenfläche des Reifens 12, verlaufenden Magnetfeld-Messempfindlichkeit.
  • Die Untersuchungsergebnisse sind in 20 veranschaulicht. Wenn die Sensorelemente in Richtung der X-Achse einander gegenüberliegend angeordnet sind, treten beträchtliche Phasenänderungen der Messsignale an den Punkten A bis D auf, was zu erheblichen Änderungen des Signalverlaufs führt. Dies hat zur Folge, dass keine konstante Bestimmungsbreite L für die Einstellung des Schwellenwertes erhalten werden kann und dass somit eine Einstellung in Abhängigkeit von der Anbringungsposition des Magnetfeldsensors erforderlich ist. Eine solche Anordnung ist daher unpraktisch.
  • Wenn dagegen die Sensorelemente in Richtung der Y-Achse, d. h., in der Parallelrichtung zu der senkrecht zur Seitenfläche des Reifens verlaufenden Richtung, einander gegenüberliegend angeordnet sind, treten stabile untere Spitzen der Messsignale an den jeweiligen Messpunkten auf, wobei sich die Einflüsse von Phasenänderungen nur in Bezug auf Änderungen des Betrages benachbarter Spitzenwerte auswirken. Die Bestimmungsbreite L zur Einstellung eines Schwellenwertes ist somit stabil. Dieser Umstand unterstreicht, dass die optimalen Bedingungen für eine Magnetisierung durch das Magnetfeld in Umfangsrichtung eingehalten werden, keine Feineinstellung des Schwellenwertes in Abhängigkeit von der Anbringungsposition des Magnetfeldsensors erforderlich ist und eine Vorrichtung erhalten wird, die auf sehr einfache Weise gehandhabt bzw. installiert werden kann.
  • Wenn somit ein mit Hilfe des Magnetisierungsverfahrens gemäß einem der vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiele magnetisierter Reifen 12 verwendet und das vom Reifen 12 ausgehende Magnetfeld durch zwei Magnetfeld-Sensorelemente 18 eines Magnetfeldsensors 14 differentiell ermittelt werden, wird die Magnetfeld-Messrichtung der beiden Magnetfeld-Sensorelemente 18 in der aus der perspektivischen Ansicht gemäß 21 ersichtlichen Weise parallel zur Seitenfläche des Reifens 12 eingestellt, wobei die beiden Magnetfeld-Sensorelemente 18 in der zur Seitenfläche des Reifens 12 senkrecht verlaufenden Richtung einander gegenüberliegend angeordnet sind, sodass der Magnetfeldsensor 14 auf einfache Weise angebracht und eine große, stabile Bestimmungsbreite für die Einstellung des Schwellenwertes des Messsignals erhalten werden können.
  • (Reifenumdrehungs-Ermittlungseinrichtung gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel und Verfahren zur Verarbeitung eines Reifenumdrehungs-Ermittlungssignals)
  • Wenn bei dem Reifen-Magnetisierungsverfahren gemäß einem jeden der vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiele der Magnetisierungswinkel Θ gemäß 13 z. B. auf 90° als eine der optimalen Bedingungen eingestellt wird, wird ein Magnetfeldmuster erhalten, bei dem starke Änderungen des Magnetfeldes und ein einziger großer Spitzenwert je Umdrehung bei Betrachtung des Magnetfeldes entlang der Umfangsrichtung des Reifens auftreten, wie dies in 22 veranschaulicht ist. Wenn jedoch dieses Magnetfeld von dem vorstehend beschriebenen, im Kofferraum oder Fahrgastraum eines Fahrzeugs angeordneten Magnetfeldsensor zur Bildung des Umdrehungs-Messsignals des Reifens erfasst wird, müssen folgende Probleme gelöst werden, um eine äußerst zuverlässige Erfassung zu gewährleisten:
    • (1) Pegelschwankungen auf Grund von Störungen müssen unterdrückt werden. Da das Magnetfeld des Reifens in der Messposition den geringen Wert von 1 G oder weniger aufweist, wirken externe Magnetfelder bei der Fahrt eines Fahrzeugs, die z. B. durch Einflüsse der Restmagnetisierung von Monier- oder Bewehrungseisen, Eisenplatten, Stahlstrukturen und dergleichen auftreten, als Störfelder, die Pegelschwankungen oder -abweichungen im Sensor-Ausgangssignal verursachen. 23 zeigt das Sensor-Ausgangssignal bei der Reifenumdrehung, wenn das Fahrzeug eine Brücke mit 65 km/h überfährt. Wie 23 zu entnehmen ist, treten hierbei Pegelschwankungen durch die Einflüsse von an einigen Stellen vorhandenen Monier- oder Bewehrungseisen auf. Dieser Signalverlauf zeigt, dass sich Störungen nicht ausreichend unterdrücken lassen, obwohl die Magnetfeld-Sensorelemente aus MI-Elementen bestehen und differentiell in einem Abstand von 3 cm betrieben werden.
    • (2) Schwankungen oder Abweichungen des Sensor-Ausgangssignals müssen unterdrückt werden. Der Betrag oder die Stärke des Sensor-Ausgangssignals verändert sich um einen mehrfachen Faktor unter den Einflüssen von unterschiedlichen Abständen zwischen Reifen und Magnetfeldsensor bei verschiedenen Fahrzeugtypen, unterschiedlichen Magnetisierungswerten auf Grund verschiedener Typen und Größen von Reifen und dergleichen. Wenn somit der Schwellenwert für die Umdrehungsermittlung auf einen festen Wert eingestellt wird, ist die Handhabung der Vorrichtung für eine Bedienungsperson mit Schwierigkeiten verbunden.
    • (3) Die Signalverarbeitung muss weitgehend unempfindlich in Bezug auf Schwankungen oder Abweichungen des Sensor-Ausgangssignals sein. Da sich die Positionsbeziehung zwischen Sensor und Reifen in Abhängigkeit vom Fahrzeugtyp verändert, verändert sich bei der differentiellen Erfassung des vom Reifen ausgehenden Magnetfeldes mit hoher Wahrscheinlichkeit auch die Phase des Magnetfeldmusters bei dem Reifen gemäß 21, sodass in einigen Phasen Abweichungen des Signalverlaufs wie die in den 24A und 24B veranschaulichten Pseudo-Spitzenwerte entstehen.
  • Bei dem vorstehend beschriebenen grundlegenden Ausführungsbeispiel findet das Problem (1) Berücksichtigung, nicht jedoch die Probleme (2) und (3). Ein zweites Ausführungsbeispiel einer Reifenumdrehungs-Ermittlungseinrichtung und eines Verfahrens zur Verarbeitung eines Reifenumdrehungs-Ermittlungssignals, bei denen diese Probleme berücksichtigt werden, wird daher nachstehend unter Bezugnahme auf die 25 bis 27 näher beschrieben.
  • 25 zeigt eine Schaltungsanordnung zur Bildung eines Reifenumdrehungs-Messausgangssignals des Magnetfeldsensors bei der Reifenumdrehungs-Ermittlungseinrichtung gemäß diesem zweiten Ausführungsbeispiel. Wie 25 zu entnehmen ist, entspricht der aus den MI-Elementen 18A und 18B, der HF-Oszillatorschaltung 20, den Pufferverstärkern 22A und 22B, den Sensorschaltungen 24A und 24B sowie der Differenzverstärkerschaltung 26 bestehende Schaltungsabschnitt der Schaltungsanordnung des vorstehend beschriebenen grundlegenden Ausführungsbeispiels gemäß 2 und damit einer Schaltungsanordnung, die den Aufbau des vorstehend beschriebenen Magnetfeldsensors 14 darstellt. Wie vorstehend bereits beschrieben, führt bei dieser Schaltungsanordnung die HF-Oszillatorschaltung 20 den MI-Elementen 18A und 18B über die Pufferverstärker 22A und 22B hochfrequente Ströme zu. Die Impedanzen der MI-Elemente 18A und 18B ändern sich in Abhängigkeit von Änderungen des vom Reifen ausgehenden Magnetfeldes, wobei sich die Spannung an den beiden Endanschlüssen eines jeden Elements ändert. Diese Spannungssignale werden jeweils von der zugehörigen Sensorschaltung 24A bzw. 24B detektiert und als Magnetfeld-Messsignale der MI-Elemente 18A und 18B abgegeben. Diese Magnetfeld-Messsignale werden der Differenzverstärkerschaltung 26 zugeführt und einer Differenzverstärkung unterzogen, wodurch das Sensor-Ausgangssignal gebildet wird. Als Sensor-Ausgangssignal wird hierbei ein Signal erhalten, das den z. B. in 23 oder in 24A und 24B dargestellten Verlauf aufweist.
  • Als Modifikation der Schaltungsanordnung des Magnetfeldsensors können in der in 26 veranschaulichten Weise die MI-Elemente 18A und 18B in Reihe geschaltet sein, wobei die HF-Oszillatorschaltung 20 dieser Reihenschaltung der Elemente über einen Pufferverstärker 22 einen hochfrequenten Strom zuführen kann. Hierbei kann das Signal am Verbindungspunkt zwischen den MI-Elementen 18A und 18B von einer Sensorschaltung 24 erfasst und abgeleitet werden, wobei das abgeleitete Signal sodann von einem Inverterverstärker 27 zur Bildung des Sensor-Ausgangssignals verstärkt werden kann. Die Magnetfeld-Sensorelemente sind nicht auf die MI-Elemente beschränkt, sondern es können auch andere Elemente, wie z. B. Fluxgate-Sensoren, Hall-Elemente, MR-Elemente und dergleichen Verwendung finden. In einem solchen Fall fällt der Aufbau der Ansteuerschaltung zur Ansteuerung der Magnetfeld-Sensorelemente auf der Eingangsseite der Differenzverstärkerschaltung 26 gemäß 25 oder des Inverterverstärkers 27 gemäß 26 in Abhängigkeit von der Art der verwendeten Magnetfeld-Sensorelemente unterschiedlich aus.
  • Unter Bezugnahme auf 25 wird nachstehend die Schaltungsanordnung auf der Ausgangsseite der Differenzverstärkerschaltung 26 näher beschrieben, die in anderer Weise als die Schaltungsanordnung des grundlegenden Ausführungsbeispiels gemäß 8 ausgestaltet ist.
  • Das differentiell verstärkte Ausgangssignal der Differenzverstärkerschaltung 26, d. h., das Sensor-Ausgangssignal, wird einer Maximalwert-Zwischenspeicherschaltung 32 sowie einer Minimalwert-Zwischenspeicherschaltung 34 zugeführt. Diese Schaltungen 32 und 34 stellen Spitzenwert-Zwischenspeicherschaltungen dar, die jeweils von zwei Operationsverstärkern, Dioden, Widerständen sowie einem Kondensator C1 bzw. C2 gebildet werden und jeweils die Spannungspegel eines positiven Spitzenwertes (Maximalwert) und eines negativen Spitzenwertes (Minimalwert) des Sensor-Ausgangssignals zwischenspeichern. Diese Maximalwert- und Minimalwert-Zwischenspeicherschaltungen dienen als Einrichtung zur automatischen veränderlichen Einstellung des Schwellenwertes entsprechend dem Ausgangssignalpegel des Magnetfeldsensors, auch wenn sich der Ausgangssignalpegel verändert, worauf nachstehend noch näher eingegangen wird. Hierbei wird die Speicherdauer der zwischengespeicherten Spannung von der Kapazität des Kondensators C1 bzw. C2 bestimmt, der zur Speicherung der Spannung vorgesehen ist. Angesichts der Pegelschwankungen des Sensor-Ausgangssignals sollte jedoch anstelle einer übermäßigen Verbesserung der Zwischenspeichercharakteristik eine gewisse Dämpfung zulässig sein.
  • Die Ausgangssignale der Maximalwert-Zwischenspeicherschaltung 32 und der Minimalwert-Zwischenspeicherschaltung 34 werden einem aus einer Reihenschaltung von zwei Widerständen bestehenden jeweiligen Spannungsteiler 38A bzw. 38B zugeführt, wodurch als Schwellenwerte Spannungen D1 (positive Seite) und D2 (negative Seite) eingestellt werden, die jeweils durch Teilung der Spannung zwischen der Speicherspannung und Nullpotential mit einem vorgegebenen Verhältnis erhalten werden. Diese Schwellenwerte werden als Vergleichsspannungen einem von einem Operationsverstärker und Widerständen gebildeten jeweiligen Vergleicher 36A bzw. 36B zugeführt. Die Schwellenwerte für die positive und die negative Seite sind zur Ableitung von positiven und negativen Spitzenwerten eingestellt. Wenn die durch die Widerstände in den Spannungsteilern 38A und 38B festgelegten Spannungsteilungsverhältnisse in geeigneter Weise eingestellt sind, lassen sich Pegelschwankungen des Signalverlaufs unterdrücken, worauf nachstehend noch näher eingegangen wird.
  • Die Vergleicher 36A und 36B erhalten außerdem die Sensor-Ausgangssignale der Differenzverstärkerschaltung 26 und setzen diese Sensor-Ausgangssignale durch einen Vergleich mit den Schwellenwerten D1 und D2 in Impulssignale um. Diese Impulssignale werden jeweils dem Setzeingang bzw. Rückstelleingang einer RS-Flipflopschaltung 40 zugeführt, wodurch ein endgültiges Reifenumdrehungs-Messausgangssignal in Form eines Impulses je Umdrehung des Reifens erhalten wird. Die RS-Flipflopschaltung 40 dient zur Erzeugung eines Impulses je Umdrehung durch abwechselnde Erkennung positiver und negativer Spitzenwerte durch Ermittlung der Spitzenwerte, die die beiden Schwellenwerte D1 und D2 überschreiten. Auf diese Weise lässt sich eine Signalverarbeitung des Reifenumdrehungs-Messsignals realisieren, die weitgehend unempfindlich in Bezug auf Pegelschwankungen und Verzerrungen des Ausgangssignalsverlaufs ist.
  • (Verfahren zur Verarbeitung des Reifenumdrehungs-Ermittlungssignals)
  • Nachstehend wird unter Bezugnahme auf 27 näher auf die Wirkungsweise des vorstehend beschriebenen zweiten Ausführungsbeispiels der Reifenumdrehungs-Ermittlungseinrichtung eingegangen. 27 zeigt den Verlauf des tatsächlichen Sensor-Ausgangssignals (des Ausgangssignals der Differenzverstärkerschaltung 26) sowie die Signale in den einzelnen Schaltungseinheiten, die durch Verarbeitung dieses Signalverlaufs in der vorstehend beschriebenen Schaltungsanordnung erhalten werden.
  • Der obere Teil von 27 zeigt den periodischen Verlauf des Sensor-Ausgangssignals. Dieser Signalverlauf weist in seinem mittleren Abschnitt Pegelschwankungen auf, die unter dem Einfluss von Störmagnetfeldern entstehen. Wenn dieser Signalverlauf den vorstehend beschriebenen Maximalwert- und Minimalwert-Zwischenspeicherschaltungen zugeführt wird, wird eine die positiven Spitzenwerte verbindende Hüllkurve H1 sowie eine die negativen Spitzenwerte verbindende Hüllkurve H2 erhalten, wie dies in 27 durch gestrichelte Linien dargestellt ist. Die Hüllkurven H1 und H2 unterliegen nach den jeweiligen Spitzenwerten des Sensor-Ausgangssignalverlaufs einer gewissen Dämpfung, um auf diese Weise die Pegelschwankungen des Sensor-Ausgangssignalverlaufs bewältigen zu können.
  • Die Vergleicher 36A und 36B setzen die Messergebnisse der positiven und negativen Spitzenwerte des Sensor-Ausgangssignals unter Verwendung der Hüllkurven H1 und H2 in Impulse um. Zur Erzielung einer zuverlässigen Erfassung von Spitzenwerten werden die Potentiale der Schwellenwerte D1 und D2 durch die Spannungsteiler 38A und 38B zwischen dem Nullpotential und den gespeicherten Spannungen der Hüllkurven H1 und H2 eingestellt, woraufhin die Vergleicher 36A und 36B das Sensor-Ausgangssignal mit diesen Potentialen zur Erzeugung von Impulsen vergleicht.
  • In 27 bezeichnen die punktierten Linien den Verlauf der Schwellenwerte D1 und D2, der erhalten wird, wenn die zwischen dem Nullpotential und den gespeicherten Spannungen liegenden Spannungswerte mit einem von den Widerständen R2/(R1 + R2) und R4/(R3 + R4) der Widerstände der Spannungsteiler 38A und 38B gemäß 25 bestimmten Teilungsverhältnis von 50% spannungsgeteilt werden. Das Spannungsteilungsverhältnis wird vorzugsweise auf ungefähr 50% eingestellt, wobei sich die positiven und negativen Spitzenwerte zuverlässig erfassen lassen. Wenn das Spannungsteilungsverhältnis zu klein ist (z. B. 10% beträgt), wird mit einer gewissen Wahrscheinlichkeit ein in der Nähe des Nullpotentials liegender Pseudo-Spitzenwert erfasst, wie dies durch das Bezugszeichen P1 gekennzeichnet ist, während bei einem zu großen Spannungsteilungsverhältnis (von z. B. 90%) die Ermittlung eines tatsächlichen Spitzenwerts in Frage gestellt ist, wie dies durch das Bezugszeichen P2 gekennzeichnet ist. Aus diesem Grund wird das Spannungsteilungsverhältnis vorzugsweise innerhalb des Bereiches von 10% bis 90% gewählt.
  • Gemäß vorstehender Beschreibung werden die Schwellenwerte D1 und D2 eingestellt, indem eine Spannungsteilung der Speicherspannungen unter Bezugnahme auf das Nullpotential erfolgt. Wenn das Sensor-Ausgangssignal durch eine Wechselstrom- oder Wechselspannungskopplung gebildet wird, ergibt sich das Nullpotential, wenn sich der Reifen im Stillstand befindet. Um in der Nähe des Nullpotentials eine neutrale (tote) Zone zu erhalten und auf diese Weise die Erfassung von Störsignalanteilen bzw. Rauschen zu vermeiden, erfolgt aus diesem Grunde die Spannungsteilung zwischen der Speicherspannung und einer Spannung, die in Bezug auf das Nullpotential in Richtung der Speicherspannungsseite geringfügig versetzt ist.
  • Die Vergleicher 36A und 36B bilden durch Vergleich des Sensor-Ausgangssignals mit den Schwellenwerten D1 und D2 Ausgangssignale, wie die in der zweiten und dritten Zeile gemäß 27 dargestellten Impulse A und B. Die Impulse A entsprechen den positiven Spitzenwerten des Sensor-Ausgangssignals, während die Impulse B den negativen Spitzenwerten des Sensor-Ausgangssignals entsprechen. Hierbei sind die Polaritäten der Impulse A und B derart eingestellt, dass sie bei der Ermittlung von Spitzenwerten auf einen niedrigen Pegel übergehen, da die RS-Flipflopschaltung 40 auf der Basis von Eingangssignalen mit niedrigen Pegeln betrieben wird.
  • Die Impulse A und B werden der RS-Flipflopschaltung 40 zugeführt, die wiederum Ausgangsimpulse abgibt, die in Abhängigkeit von den abfallenden Flanken der Impulse A abfallen und in Abhängigkeit von den abfallenden Flanken der Impulse B ansteigen (diese Beziehung zwischen Anstieg und Abfall kann umgekehrt werden). Die RS-Flipflopschaltung 40 gibt somit Impulse ab, die bei der Ermittlung von positiven Spitzenwerten des Sensor-Ausgangssignalverlaufs abfallen und bei der Ermittlung von negativen Spitzenwerten ansteigen. Auf diese Weise wird schließlich ein Umdrehungs-Messausgangssignal in Form eines Impulses je Umdrehung des Reifens erhalten.
  • Bei den Impulsen B gemäß 27 wird ein fehlerhaft ermittelter Impuls erzeugt, der einem Pseudo-Spitzenwert P3 des im oberen Abschnitt von 27 dargestellten Sensor-Ausgangssignals entspricht. Da jedoch der Impuls A in der Zeit zwischen diesem fehlerhaft ermittelten Impuls und dem unmittelbar vorhergehenden Impuls nicht abfällt, wird dieser fehlerhaft ermittelte Impuls in den Impulsen B seitens der RS-Flipflopschaltung 40 nicht berücksichtigt.
  • Auf Grund der Verwendung der RS-Flipflopschaltung 40 wird somit kein Reifenumdrehungs-Messausgangsimpuls auf der Basis eines Pseudo-Spitzenwertes erzeugt, solange nicht Pseudo-Spitzenwerte auf Grund von Verzerrungen des Verlaufs des Sensor-Ausgangssignals aufeinanderfolgend den positiven Schwellenwert D1 und den negativen Schwellenwert D2 überschreiten, sodass der Einfluss von Pseudo-Spitzenwerten auf Grund von Verzerrungen des Verlaufs des Sensor-Ausgangssignals unterdrückt werden kann. Im übrigen tritt dieser Fall bei der Anbringung des Magnetfeldsensors in einem üblichen Fahrzeug ziemlich selten auf, d. h., durch dieses Ausführungsbeispiel des Signalverarbeitungsverfahrens ist eine ziemlich starke Unempfindlichkeit in Bezug auf Verzerrungen des Verlaufs des Sensor-Ausgangssignals gewährleistet. Da außerdem bei diesem Ausführungsbeispiel die zur Ermittlung der Spitzenwerte des Sensor-Ausgangssignalverlaufs dienenden Schwellenwerte D1 und D2 automatisch entsprechend den Pegelschwankungen und Veränderungen des Sensor-Ausgangssignals durch die Maximalwert- und Minimalwert-Zwischenspeichervorgänge des Sensor-Ausgangssignals und Spannungsteilung der Speicherspannungen in der vorstehend beschriebenen Weise veränderlich eingestellt werden können, lassen sich Pegelschwankungen und Veränderungen bzw. Abweichungen des Sensor-Ausgangssignals unterdrücken. Wie vorstehend beschrieben, wird somit durch dieses Ausführungsbeispiel ein sehr effektives Verfahren zur Verarbeitung des Reifenumdrehungs-Ermittlungssignals erhalten, durch das sich eine sehr zuverlässige Reifenumdrehungs-Ermittlungseinrichtung realisieren lässt.
  • (Drittes Ausführungsbeispiel der Reifenumdrehungs-Ermittlungseinrichtung und zweites Ausführungsbeispiel des Verfahrens zur Verarbeitung des Reifenumdrehungs-Ermittlungssignals)
  • Mit Hilfe eines dritten Ausführungsbeispiels der Reifenumdrehungs-Ermittlungseinrichtung lässt sich die Zuverlässigkeit der Einrichtung weiter verbessern.
  • Da bei dem ersten und dem zweiten Ausführungsbeispiel der Reifenumdrehungs-Ermittlungseinrichtung die Einstellung der Schwellenwerte zwischen dem Nullpotential und den Speicherspannungen erfolgt, kann bei starken Schwankungen des Sensor-Ausgangssignals z. B. auf Grund von Störfeldern der Fall eintreten, dass das Sensor-Ausgangssignal keinen Nulldurchgangspunkt aufweist, sodass sich keine Überschneidungen der Schwellenwerte mit dem Sensor-Ausgangssignal ergeben und auf diese Weise mit einer gewissen Wahrscheinlichkeit Impulsfehler erzeugt werden.
  • Zur Vermeidung dieses Problems müssen somit die Schwellenwerte derart vorgegeben werden, dass sie über das Nullpotential hinaus wirken.
  • Als Maßnahme zur Lösung dieses Problems werden die Ausgänge der Maximalwert- und Minimalwert-Zwischenspeicherschaltungen zur Einstellung von zwei Spannungsteilungspunkten direkt über mehrere Widerstände geführt, wobei der positive und der negative Spannungsteilungspunkt jeweils als positiver bzw. negativer Schwellenwert eingestellt wird.
  • 28 zeigt ein Schaltbild dieses dritten Ausführungsbeispiels der Reifenumdrehungs- Ermittlungseinrichtung. Da gleiche Bezugszahlen die gleichen Bauelemente wie im Falle des ersten und zweiten Ausführungsbeispiels bezeichnen, erübrigt sich eine erneute detaillierte Beschreibung dieser Bauelemente und Bauteile, sodass nachstehend nur auf die unterschiedlichen Merkmale näher eingegangen wird.
  • Dieses Ausführungsbeispiel unterscheidet sich von dem ersten und dem zweiten Ausführungsbeispiel dahingehend, dass die Ausgänge der Maximalwert-Zwischenspeicherschaltung 32 und der Minimalwert-Zwischenspeicherschaltung 34 direkt mit Widerständen R11, R12 und R13 derart verbunden sind, dass Spannungsteilungspunkte D11 und D12 zwischen benachbarten Widerständen als Schwellenwerte für die Vergleicher 36A und 36B dienen.
  • Auf diese Weise können die Schwellenwerte über das Nullpotential hinweg unabhängig von der relativen Lage des Nullpotentials eingestellt werden.
  • 29 veranschaulicht ein Ausführungsbeispiel, bei dem die Spannungsteilerwiderstände R11, R12 und R13 im Verhältnis 1 : 2 : 1 angeordnet sind. Wie 29 zu entnehmen ist, wird bei der Position eines Spitzenwertes P11, bei der das differentielle Ausgangssignal des Sensors das Nullpotential überschreitet, beim ersten Ausführungsbeispiel ein durch die gestrichelte Linie D2 gekennzeichneter Schwellenwert eingestellt, bei dem keine Überschneidung mit dem Sensor-Ausgangssignal stattfindet. Ein von der Schaltungsanordnung gemäß 28 eingestellter Schwellenwert D12 führt jedoch zu einem Überschneidungspunkt, sodass sich Impulsfehler vermeiden lassen.
  • Das von den Widerständen bestimmte Spannungsteilungsverhältnis kann in der gleichen Weise wie im Falle des ersten Ausführungsbeispiels zum Zweck der Unterdrückung von Pseudo-Spitzenwerten vorgegeben werden, wobei die Differenz zwischen der positiven Spitzenwert-Zwischenspeicherspannung und der positiven Schwellenwertspannung sowie die Differenz zwischen der negativen Spitzenwert-Zwischenspeicherspannung und der negativen Schwellenwertspannung nur innerhalb eines Bereichs von 10% bis 90% der Differenz zwischen der positiven und der negativen Spitzenwert-Zwischenspeicherspannung liegen muss.
  • Im Stillstand des Reifens findet bei der Schaltungsanordnung gemäß 28 eine Annäherung der Schwellenwerte D11 und D12 statt, was zu einer Umsetzung von Störsignalkomponenten in Impulse führen kann. Aus diesem Grund muss auch hier eine neutrale (tote) Zone vorgesehen sein, wobei für die Praxis eine Schaltungsanordnung gemäß 30 zweckmäßig ist.
  • Bei diesem Verfahren bzw. dieser Schaltungsanordnung ist der Spannungsteilungspunkt (Schwellenwert) D11 über Widerstände mit einer eine höhere Spannung als der Wert D11 aufweisenden Spannungsquelle, z. B. einer + Spannungsquelle verbunden, während der Spannungsteilungspunkt (Schwellenpunkt) D12 über Widerstände mit einer eine niedrigere Spannung als der Wert D12 aufweisenden Spannungsquelle, z. B. einer – Spannungsquelle, verbunden ist, sodass Schwellenwerte D21 und D22 durch Spannungsteilung eingestellt werden. Wenn sich der Reifen im Stillstand befindet, kann durch diese Schaltungsanordnung eine über einem Störpegel liegende Potentialdifferenz zwischen den Schwellenwerten D21 und D22 gewährleistet werden, wodurch verhindert wird, dass Stör- oder Rauschsignalkomponenten in Impulse umgesetzt werden.
  • (Viertes Ausführungsbeispiel der Reifenumdrehungs-Ermittlungseinrichtung)
  • Bei diesem Ausführungsbeispiel der Reifenumdrehungs-Ermittlungseinrichtung steht das nachstehend erläuterte Problem im Vordergrund.
  • Der Magnetfeldsensor der Reifenumdrehungs-Ermittlungseinrichtung muss sich unabhängig vom Typ des Fahrzeugs möglichst einfach anbringen lassen. Bei einem gewissen Abstand zwischen dem Reifen und der Anbringungsposition des Magnetfeldsensors wird jedoch das Magnetfeld des Reifens ziemlich schwach, was zu einer geringen Ansprechempfindlichkeit des Sensors führt, sodass die Ermittlung einer geeigneten Anbringungsposition oft mit Schwierigkeiten verbunden ist oder der Sensor im schlimmsten Fall nicht angebracht werden kann.
  • Bei einem Freizeit-Fahrzeug oder einem Fahrzeug mit Vierradantrieb (Allradantrieb) besteht oft zwischen dem Reifen und der Anbringungsposition des Sensors ein größerer Abstand als bei normalen Fahrzeugen. Wenn ferner bei anderen Fahrzeugtypen ein Sitz an der Rückseite eines Radkastens wie im Falle eines Fahrzeugs ohne Kofferraum angeordnet ist, kann häufig eine Anbringungsposition des Magnetfeldsensors in der Nähe des Reifens nicht gewährleistet werden.
  • Mit größer werdendem Abstand nimmt die Feldstärke des vom Reifen ausgehenden Magnetfeldes ab, sodass auch die Differenz zwischen den Magnetfeldern kleiner wird, die von den die Differenzmessung durchführenden beiden Magnetfeld- Sensorelementen erfasst werden. Dies hat zur Folge, dass kein stabiles Ausgangssignal des Differenzverstärkers erhalten wird.
  • Bei dem vorliegenden vierten Ausführungsbeispiel wird der Aufbau des vorstehend beschriebenen ersten Ausführungsbeispiels zur Lösung dieses Problems verbessert. Nachstehend wird der Aufbau dieses vierten Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf die 31 bis 38 näher beschrieben.
  • 31 zeigt den Aufbau eines Magnetfeldsensors 100, der bei diesem vierten Ausführungsbeispiel der Reifenumdrehungs-Ermittlungseinrichtung Verwendung findet.
  • Wie in 31 dargestellt ist, sind zwei Magnetfeld-Sensorelemente 112A und 112B in einem vorgegebenen Abstand einander gegenüberliegend auf einer Sensor-Leiterplatte 116 angeordnet, die sich in einem Gehäuse 118 des Magnetfeldsensors 100 befindet. Die Magnetfeld-Messrichtungen der beiden Magnetfeld-Sensorelemente 112A und 112B stimmen überein, d. h., verlaufen parallel zueinander senkrecht zur Sensor-Leiterplatte 116, wie dies in 31 durch einen Doppelpfeil gekennzeichnet ist.
  • Die Magnetfeld-Sensorelemente 112A und 112B bestehen vorzugsweise aus den vorstehend beschriebenen MI-Elementen. In diesem Falle wird die Schaltungsanordnung gemäß 2, 8, 25, 26 oder 28 auf der Sensor-Leiterplatte angebracht, sodass die Differenzmessung des Reifen-Magnetfeldes und die Umdrehungsermittlung im Rahmen der vorstehend beschriebenen Vorgänge erfolgen. Gemäß dem vorstehend beschriebenen Verfahren zur Erfassung des Reifen-Magnetfeldes ist hierbei der Magnetfeldsensor 100 derart angebracht, dass die Magnetfeld-Messrichtungen der Magnetfeld-Sensorelemente 112A und 112B parallel zur Seitenfläche des Reifens verlaufen und die Magnetfeld-Sensorelemente 112A und 112B in der zur Seitenfläche des Reifens senkrechten Richtung einander gegenüberliegend angeordnet sind.
  • Weiterhin ist als wesentliches Bauelement des vierten Ausführungsbeispiels eine Koppelplatte 114 am Boden des Gehäuses 118 unmittelbar unterhalb der Magnetfeld-Sensorelemente 112A und 112B angeordnet. Diese Koppelplatte 114 führt bzw. bündelt die magnetischen Induktionsflüsse vom Reifen 12 und wird von einem magnetischen Bauteil mit einer hohen magnetischen Permeabilität (insbesondere in dem Bereich von einem magnetischen Gleichfeld zu einem magnetischen Wechselfeld mit einer Frequenz von mehreren 100 Hz) gebildet, das z. B. aus Permalloy, einem amorphen magnetischen Element, aus Ferrit oder dergleichen besteht. Bei diesem Ausführungsbeispiel besitzt die Koppelplatte 114 eine rechteckige planare Form und ist derart angebracht, dass sie parallel zu einer die beiden Magnetfeld-Sensorelemente 112A und 112B verbindenden Linie und senkrecht zu den Magnetfeld-Messrichtungen der Magnetfeld-Sensorelemente 112A und 112B, d. h., parallel zu der Sensor-Leiterplatte 116, verläuft.
  • Hierbei ist die Koppelplatte 114 parallel zu der die Magnetfeld-Sensorelemente 112A und 112B verbindenden Linie angeordnet, um die Einflüsse von Störmagnetfeldern auszugleichen und eine effiziente Unterdrückung solcher Störmagnetfelder durch eine Differenzmessung zu ermöglichen. Ferner ist die Koppelplatte 114 senkrecht zur Magnetfeld-Messrichtung angeordnet, um die für die Differenzmessung erforderliche große Magnetfelddifferenz zu gewährleisten, worauf nachstehend noch näher eingegangen wird.
  • Die Wirkung dieser Koppelplatte 114 wird nachstehend näher beschrieben.
  • Hierbei wird zunächst auf Untersuchungsergebnisse bezüglich des Einflusses der Koppelplatte 114 auf das vom Reifen ausgehende Magnetfeld näher eingegangen. Bei diesen Untersuchungen wurden in der in 32 veranschaulichten Weise fünf Paare von Messpunkten A bis E in Abständen von 80 mm an einer Linie (1), die einen Abstand von 150 mm von der Seitenfläche des Reifens 12 aufwies und parallel zu der Seitenfläche verlief, und an einer Linie (2), die einen Abstand von 30 mm von der Seitenfläche des Reifens 12 in einer hierzu senkrechten Richtung aufwies, vorgegeben, die Magnetfeld-Sensorelemente 112A und 112B jeweils an den Seiten (1) und (2) eines jeden Paares von Messpunkten angeordnet, das Magnetfeld bei der Drehbewegung des Reifens gleichzeitig an den jeweiligen Paaren von Messpunkten gemessen und sodann die bei Verwendung und ohne Verwendung der Koppelplatte erhaltenen Daten miteinander verglichen.
  • Als Magnetfeld-Sensorelemente 112A und 112B wurden hierbei MI-Elemente mit hoher Empfindlichkeit verwendet, deren Magnetfeld-Messrichtungen mit den durch den Doppelpfeil gekennzeichneten Aufwärts- und Abwärtsrichtungen gemäß 32 übereinstimmten, die parallel zu der Seitenfläche des Reifens 12 verliefen.
  • Die hierbei verwendete Koppelplatte 114 bestand aus Permalloy mit einem Gehalt von 78% Nickel und wies eine planare Form auf (25 mm (Breite) × 47 mm (Länge) × 0,2 mm (Dicke)). Diese Koppelplatte 114 wurde 8,5 mm unterhalb der beiden Magnetfeld-Sensorelemente 112A und 112B parallel zu einer die beiden Magnetfeld-Sensorelemente verbindenden Linie und senkrecht zu den Magnetfeld-Messrichtungen angeordnet.
  • Der verwendete Reifen 12 besaß einen Außendurchmesser ϕ = 50 cm und enthielt in seinem Außenumfangsbereich einen Stahlgürtel. Nachdem der gesamte Umfang des Reifens 12 in einer Richtung magnetisiert worden war, wurde sein 90°-Bereich in der entgegengesetzten Richtung magnetisiert.
  • Die 33 und 34 zeigen die Ergebnisse der Magnetfeldmessungen sowie die Magnetfeld-Differenzen an den Messpunkten auf den Linien (1) und (2) gemäß 32. Wenn keine Koppelplatte Verwendung findet, sind gemäß 33 die an den Messpunkten auf der dichter am Reifen gelegenen Linie (1) gemessenen Magnetfelder größer als die an den Messpunkten auf der vom Reifen weiter entfernten Linie (2) gemessenen Magnetfelder, wobei die Magnetfelder gleichphasig sind und im wesentlichen den gleichen Verlauf aufweisen. Bei Verwendung der Koppelplatte sind jedoch gemäß 34 die an den Messpunkten auf der weiter vom Reifen entfernen Linie (2) gemessenen Magnetfelder größer als die an den Messpunkten auf der Linie (1) gemessenen Magnetfelder, wobei die Verläufe der an den Punkten auf der Linie (1) und der Linie (2) jeweils gemessenen Magnetfelder deutliche Phasenverschiebungen zueinander aufweisen. Insbesondere an den dichter am Außenumfangsbereich des Reifens gelegenen Messpunkten A und E treten Phasenverschiebungen von fast 90° auf.
  • Wie 35 zu entnehmen ist, die die Spitze-Spitze-Werte an den Messpunkten A bis E veranschaulicht, wird somit die bei Verwendung der Koppelplatte durch Differenzmessung erhaltene Magnetfelddifferenz zwischen (1) und (2) um das Mehrfache größer als die ohne Verwendung einer Koppelplatte erhaltene Magnetfelddifferenz. Insbesondere an den dichter am Außenumfangsbereich des Reifens gelegenen Messpunkten (Messpunkte A und E) werden große Magnetfelddifferenzen erhalten.
  • Bei den beiden Magnetfeld-Sensorelementen, die sich auf verlängerten Linien (1) und (2) der Messpunkte befinden, ändern sich Feldstärke und Phase der Magnetfelder in Abhängigkeit vom Vorhandensein oder Nichtvorhandensein der Koppelplatte, da sich das Magnetfeld verstärkt, weil der magnetische Induktionsfluss vom Reifen von der Koppelplatte angezogen und gebündelt wird, wobei die gemessenen Magnetfelder eine Phasendifferenz aufweisen, da die Wirkung der Koppelplatte auf Grund unterschiedlicher Abstände zwischen dem Ende der Koppelplatte auf der Seite des Reifens und den beiden Magnetfeld-Sensorelementen unterschiedlich ausfällt.
  • Die Wirkung der Koppelplatte lässt sich somit folgendermaßen zusammenfassen:
    • (i) das gemessene Magnetfeld selbst wird verstärkt, da der magnetische Induktionsfluss vom Reifen von der Koppelplatte angezogen bzw. gebündelt wird, und
    • (ii) eine für die Differenzverstärkung erforderliche große Magnetfelddifferenz wird gewährleistet, da zwischen den von den beiden Magnetfeld-Sensorelementen gemessenen Magnetfeldern eine Phasendifferenz gebildet wird.
  • Nachstehend wird näher auf die Art der Anbringung der Koppelplatte eingegangen. Die Koppelplatte besitzt eine optimale Position in Bezug auf die Magnetfeld-Sensorelemente und wird vorzugsweise in einer senkrecht zu den Magnetfeld-Messrichtungen der Magnetfeld-Sensorelemente verlaufenden Richtung angeordnet.
  • Zur Ermittlung und Bestätigung dieser optimalen Position wurde die Koppelplatte 114 zeitweilig aus der Anordnung des Magnetfeldsensors 100 gemäß 31 entfernt und in der in 36 veranschaulichten Weise sodann außen an der Unterseite, seitlich, der Oberseite und sowohl an der Oberseite als auch der Unterseite des Gehäuses 118 angebracht. In diesen Positionen wurde der magnetisierte Reifen in der Nähe des Magnetfeldsensors gedreht und die Sensor-Ausgangssignale miteinander verglichen. Die nachstehend wiedergegebene Tabelle 1 zeigt die Messergebnisse.
  • Tabelle 1
    Figure 00650001
  • Wie aus diesen Messergebnissen ersichtlich ist, ist die Anbringung der Koppelplatte in einer senkrecht zu den Magnetfeld-Messrichtungen der Magnetfeld-Sensorelemente verlaufenden Richtung von wesentlicher Bedeutung. Der für die Unterseite erhaltene Signalverlauf unterscheidet sich von dem für die Oberseite erhaltenen Signalverlauf, da die Koppelplatte bei Anbringung an der Unterseite einen geringeren Abstand zu den Magnetfeld-Sensorelementen als bei Anbringung an der Oberseite aufweist, wodurch ihre Wirkung verstärkt wird. Bei Einstellung des gleichen Abstandes ergibt sich zwischen einer Anbringung an der Oberseite und einer Anbringung an der Unterseite kein Unterschied.
  • Wenn Koppelplatten sowohl an der Oberseite als auch der Unterseite angebracht werden, wirken sie als magnetische Abschirmung und verringern damit das Magnetfeld, mit dem die Magnetfeld-Sensorelemente beaufschlagt werden. Die Koppelplatte wird somit vorzugsweise entweder oberhalb oder unterhalb der Magnetfeld-Sensorelemente angeordnet.
  • Nachstehend wird schließlich noch auf Daten näher eingegangen, die bei einem Fahrzeug in der Praxis erhalten wurden.
  • 37 veranschaulicht die in Abhängigkeit vom Vorhandensein/Nichtvorhandensein einer Koppelplatte auftretende Ausgangssignaldifferenz bei einem im Fahrgastraum an der Rückseite eines Hinterreifens eines bestimmten Freizeit-Fahrzeugs angebrachten Magnetfeldsensor. Wenn keine Koppelplatte verwendet wird, wird von einem dichter am Reifen gelegenen Magnetfeld-Sensorelement H1 ein Spitze-Spitze-Wert von 0,14 G des Magnetfeldes gemessen, während bei Verwendung einer Koppelplatte dieser Wert 0,25 G beträgt. Wie aus 37 ersichtlich ist, findet bei Verwendung einer Koppelplatte eine Verstärkung des gemessenen Magnetfeldes statt, wobei auf Grund der Phasendifferenz eine um eine Größenordnung höhere Magnetfelddifferenz als die ohne Verwendung einer Koppelplatte erhaltene Magnetfelddifferenz gewährleistet werden kann.
  • Auf diese Weise lässt sich die Empfindlichkeit des Sensor-Ausgangssignals fast um das Zehnfache steigern, während sich die Verstärkung der Differenzverstärkerschaltung um das 35-fache verbessern lässt. Wie in 38 veranschaulicht ist, beträgt das ohne Verwendung einer Koppelplatte erhaltene Ausgangssignal 0,15 Vpp, während das bei Verwendung einer Koppelplatte erhaltene Ausgangssignal 1,4 Vpp beträgt.
  • Bei dem vorstehend beschriebenen vierten Ausführungsbeispiel besitzt die Koppelplatte 114 eine rechteckige, planare Form, kann jedoch auch eine andere Formgebung wie z. B. eine elliptische Form aufweisen. Außerdem muss die Koppelplatte nicht flach sein, sondern kann auch gekrümmt oder gebogen sein. Darüber hinaus kann anstelle der planaren Form auch eine andere Formgebung, wie z. B. eine Blockform oder dergleichen, Verwendung finden.
  • Es sei darauf hingewiesen, dass die Erfindung auch Änderungen oder Modifikationen der vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiele umfasst, ohne vom Schutzumfang der Erfindung abzuweichen.
  • Wie aus der vorstehenden Beschreibung eines erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiels ersichtlich ist, werden bei einer Reifenumdrehungs-Ermittlungseinrichtung, die die Drehbewegung eines Reifens durch Erfassung eines von der Restmagnetisierung eines Stahlgürtels des Reifens erzeugten Magnetfeldes unter Verwendung eines Magnetfeldsensors und eines zugehörigen Signalverarbeitungsverfahrens ermittelt, die maximalen und minimalen Spitzenwerte des Ausgangssignals des Magnetfeldsensors zwischengespeichert, die zwischen den gespeicherten Spannungen und einem vorgegebenen Potential in der Nähe des Nullpotentials liegenden Spannungen mit einem vorgegebenen Spannungsteilungsverhältnis zur Einstellung von positiven und negativen Schwellenwerten spannungsgeteilt, das Ausgangssignal des Magnetfeldsensors mit den positiven und negativen Spannungsschwellenwerten zur Bildung eines dem positiven Spitzenwert des Ausgangssignals des Magnetfeldsensors entsprechenden ersten Impulssignals und eines dem negativen Spitzenwert des Ausgangssignals des Magnetfeldsensors entsprechenden zweiten Impulssignals verglichen und ein Impulssignal, das in Abhängigkeit von dem ersten oder dem zweiten Impulssignal ansteigt und in Abhängigkeit von dem jeweils anderen Impulssignal abfällt, als Reifenumdrehungs-Messsignal erzeugt. Auf diese Weise lassen sich nicht nur Pegelabweichungen des Sensor-Ausgangssignals auf Grund von Störungen oder Störfeldern, sondern auch Schwankungen des Sensor-Ausgangssignals unterdrücken und eine Signalverarbeitung erhalten, die unempfindlich gegenüber Verzerrungen des Verlaufs des Sensor-Ausgangssignals ist, sodass aus dem Sensor-Ausgangssignal ein sehr zuverlässiger Reifenumdrehungs-Messausgangsimpuls gebildet werden kann.
  • Auf diese Weise kann anstelle der üblichen, kosten- und arbeitsintensiven Verbindungen zwischen einem Fahrzeug und einem Fahrzeug-Navigationssystem zur Gewinnung von Fahrzeug-Geschwindigkeitsdaten eine Reifenumdrehungs-Ermittlungseinrichtung zur Verfügung gestellt werden, die sich auf einfache Weise anbringen lässt und mit deren Hilfe ein höchst zuverlässiges Reifenumdrehungs-Messausgangssignal erhalten werden kann, sodass eine größere Verbreitung von Fahrzeug-Navigationssystemen erwartet werden kann.
  • Außerdem bezieht sich das vorstehend beschriebene Ausführungsbeispiel auf ein zur Ermittlung der Drehbewegung eines Reifens durch Erfassung eines von der Restmagnetisierung eines in einem Außenumfangsbereich des Reifens angeordneten Stahlgürtels erzeugten Magnetfeldes dienendes Reifen-Magnetisierungsverfahren, bei dem der Reifen magnetisiert wird, indem ein Magnetisierungsmagnet in Kontakt mit oder in die Nähe der Außenumfangsfläche des Reifens gebracht und eine Relativbewegung des Magneten entlang der Umfangsrichtung des Reifens herbeigeführt wird, sodass das von dem Magneten erzeugte Magnetfeld in der Umfangsrichtung des Reifens verläuft, wobei in einem ersten Magnetisierungsvorgang der gesamte äußere Umfangsbereich des Reifens kontinuierlich in einer mit der Umfangsrichtung übereinstimmenden Richtung magnetisiert wird und sodann in einem zweiten Magnetisierungsvorgang ein unter 360° liegender vorgegebener Winkelbereich im Außenumfangsbereich des Reifens in der entgegengesetzten Richtung zu dieser einen Richtung kontinuierlich neu magnetisiert wird, sowie auf ein Magnetisierungsverfahren, bei dem im ersten Magnetisierungsvorgang ein unter 360° liegender vorgegebener Winkelbereich im Außenumfangsbereich des Reifens in einer mit der Umfangsrichtung übereinstimmenden Richtung kontinuierlich magnetisiert wird, und im zweiten Magnetisierungsvorgang zumindest ein unmagnetisierter Bereich, der bei dem ersten Magnetisierungsvorgang unmagnetisiert geblieben ist, kontinuierlich in einer entgegengesetzten Richtung zu dieser einen Richtung magnetisiert wird. Durch dieses Verfahren kann ein periodisches Magnetfeld des Reifens bei jeder Umdrehung des Reifens stabil erzeugt werden, wobei bei einer magnetfeldabhängigen Ermittlung der Drehbewegung eines durch dieses Verfahren magnetisierten Reifens pro Umdrehung des Reifens ein Impulssignal stabil gebildet werden kann. Auf diese Weise wird ein Magnetisierungsverfahren erhalten, das sich für die magnetfeldabhängige Ermittlung der Drehbewegung eines Reifens eignet.
  • Bei diesem Ausführungsbeispiel des vorstehend beschriebenen Magnetisierungsverfahrens wird insbesondere der Winkel eines kleineren Bereichs der Winkelbereiche der Restmagnetisierungsabschnitte in gegenüberliegenden Richtungen in dem Außenumfangsbereich des Reifens, die im ersten und im zweiten Magnetisierungsvorgang magnetisiert worden sind, derart eingestellt, dass er in einem Bereich von 30° bis 180° und vorzugsweise in einem Bereich von 55° bis 105° liegt. Durch diese Einstellung kann ein breiter Spielraum bzw. Grenzbereich bei der Einstellung der Schwellenwerte für das Ausgangssignal des Magnetfeldsensors bei der Ermittlung der Drehbewegung des Reifens erhalten werden, sodass der Messvorgang unempfindlich gegenüber Pegelabweichungen der Ausgangssignale des Magnetfeldsensors auf Grund von Störmagnetfeldern wird.
  • Außerdem kann durch das vorstehend beschriebene Ausführungsbeispiel ein Reifen-Magnetisierungsverfahren erhalten werden, bei dem der gesamte Außenumfangsbereich des Reifens gleichmäßig in vier 90°-Bereiche unterteilt ist, wobei diese Bereiche derart magnetisiert werden, dass sie alternierend entgegengesetzte Richtungen in der Umfangsrichtung des Reifens aufweisen. Durch dieses Verfahren kann ein Magnetfeldmuster erzeugt werden, das zwei Spitzenwerte je Umdrehung des Reifens bei der Änderung des Magnetfeldes während der Drehbewegung des Reifens aufweist. Bei der magnetfeldabhängigen Ermittlung der Drehbewegung eines durch dieses Verfahren magnetisierten Reifens lassen sich je Umdrehung des Reifens zwei stabile Impulssignale erzeugen, sodass sich Messfehler bei der auf der Umdrehungsermittlung des Reifens beruhenden Ermittlung der Fahrstrecke eines Fahrzeugs verringern und dadurch die Genauigkeit der Eigennavigation eines Fahrzeug-Navigationssystems verbessern lassen.
  • Weiterhin lässt sich mit Hilfe des vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiels ein Verfahren zur Erfassung des Magnetfeldes eines Reifens erhalten, bei dem eine differentielle Messung des vom Restmagnetismus des Stahlgürtels eines durch eines der vorstehend beschriebenen Magnetisierungsverfahren magnetisierten Reifens erzeugten Magnetfeldes unter Verwendung von Magnetfeld-Sensorelementen erfolgt, wobei die Magnetfeld-Messrichtungen der beiden Magnetfeld-Sensorelemente bei dieser Differenzmessung parallel zu der Seitenfläche des Reifens verlaufen und die beiden Magnetfeld-Sensorelemente in einer senkrecht zur Seitenfläche des Reifens verlaufenden Richtung einander gegenüberliegend angeordnet sind. Auch bei geringen Veränderungen der Messposition treten bei diesem Verfahren keine größeren Änderungen des Signalverlaufs und der Phase des Messausgangssignals auf, sodass ein stabiler Spielraum bzw. Grenzbereich für die Einstellung von Schwellenwerten gewährleistet werden kann. Ein von diesen beiden Magnetfeld-Sensorelementen gebildeter Magnetfeldsensor kann somit auf einfache Weise angeordnet bzw. eingebaut werden.
  • Wenn gemäß diesem Ausführungsbeispiel bei der Signalverarbeitung des Reifenumdrehungs-Messsignals die Ausgänge der Maximalwert- und Minimalwert-Zwischenspeicherschaltungen direkt mit mehreren Widerständen zur Einstellung von zwei Spannungsteilungspunkten verbunden sind und die positiven und negativen Spannungsteilungspunkte jeweils mit Vergleichern als positive und negative Schwellenwerte verbunden sind, können auch bei einem differentiellen Sensor-Ausgangssignal mit sehr starken Störungen stabile Ausgangsimpulse erhalten werden.
  • Gemäß dem vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiel ist bei einer Reifenumdrehungs-Ermittlungseinrichtung, die eine externe differentielle Ermittlung des vom Restmagnetismus des Stahlgürtels eines Reifens erzeugten Magnetfeldes unter Verwendung von zwei, in einem vorgegebenen Abstand einander gegenüberliegend angeordneten Magnetfeld-Sensorelementen durchführt und die Drehbewegung des Reifens auf der Basis der Messergebnisse ermittelt, ein magnetisches Bauteil, das den magnetischen Induktionsfluss vom Reifen führt bzw. bündelt, in der Nähe der beiden Magnetfeld-Sensorelemente angeordnet. Durch diese Einrichtung kann das Magnetfeld des Reifens mit sehr hoher Empfindlichkeit differentiell gemessen und der Störabstand des differentiellen Ausgangssignals erheblich verbessert werden. Auf diese Weise lässt sich eine Reifenumdrehungs-Ermittlungseinrichtung erhalten, die eine zufriedenstellende Ermittlung der Drehbewegung des Reifens auch bei einem etwas größeren Abstand zwischen dem Reifen und der Anbringungsposition der Reifenumdrehungs-Ermittlungseinrichtung ermöglicht und unabhängig vom Fahrzeugtyp auf einfache Weise angebracht bzw. installiert werden kann.
  • Die Erfindung ist natürlich nicht auf die vorstehend beschriebenen, spezifischen Ausführungsbeispiele beschränkt, sondern im Rahmen des Schutzumfangs der Patentansprüche sind weitere Ausgestaltungen der Erfindung in Form von anderen, unterschiedlichen Ausführungsbeispielen möglich.
  • Wie vorstehend beschrieben, wird somit ein Magnetisierungsmagnet (11) in Kontakt mit oder in die Nähe der Außenumfangsfläche eines in seinem Außenumfangsbereich einen Stahlgürtel aufweisenden Reifens (12) gebracht und eine Relativbewegung des Magnetisierungsmagneten entlang der Umfangsrichtung des Reifens (12) herbeigeführt, sodass das von dem Magnetisierungsmagneten (11) erzeugte Magnetfeld in der Umfangsrichtung des Reifens (12) verläuft, wodurch der Reifen (12) magnetisiert wird. Der gesamte Außenumfangsbereich des Reifens (12) wird kontinuierlich entlang der Umfangsrichtung in einer Richtung magnetisiert. Nachdem die Polaritäten des Magnetisierungsmagneten (11) in Bezug auf die Umfangsrichtung des Reifens (12) invertiert worden sind, wird ein unter 360° liegender Winkelbereich im Außenumfangsbereich des Reifens in einer entgegengesetzten Richtung zu dieser einen Richtung kontinuierlich neu magnetisiert. Bei dem vorstehend beschriebenen Magnetfeld-Messverfahren wird ein Magnetfeld differentiell durch zwei Magnetfeld-Sensorelemente gemessen, die derart angeordnet sind, dass ihre Magnetfeld-Messrichtungen parallel zur Seitenfläche des Reifens verlaufen, wobei die beiden Magnetfeld-Messelemente in einer zur Seitenfläche des Reifens senkrecht verlaufenden Richtung einander gegenüberliegend angeordnet sind.

Claims (7)

  1. Reifen-Magnetisierungsverfahren, das zur Ermittlung der Drehbewegung eines Reifens durch Erfassung eines Magnetfeldes verwendet wird, das von der Restmagnetisierung eines Stahlgürtels des Reifens erzeugt wird, bei dem der Stahlgürtel in einem Außenumfangsbereich angeordnet ist, gekennzeichnet durch (a) einen ersten Magnetisierungsschritt, bei dem der gesamte Umkreis oder zumindest ein Teil des Außenumfangsbereichs des Reifens in einer Richtung entlang einer Umfangsrichtung des Reifens magnetisiert wird, indem ein Magnetisierungsmagnet (11) in Berührung mit oder in die Nähe der Außenumfangsfläche des Reifens gebracht und eine Relativbewegung des Magneten entlang der Umfangsrichtung des Reifens herbeigeführt wird, so dass ein von dem Magneten erzeugtes Magnetfeld in der Umfangsrichtung des Reifens verläuft, und (b) einen nach dem ersten Magnetisierungsschritt erfolgenden zweiten Magnetisierungsschritt, bei dem ein vorgegebener Winkelbereich von weniger als 360° in dem im ersten Magnetisierungsschritt magnetisierten gesamten Umkreis oder einem nicht magnetisierten Bereich in der Außenumfangsrichtung des Reifens magnetisiert wird, indem die Polaritäten des Magneten umgekehrt, der Magnet in Berührung mit oder in die Nähe der Außenumfangsfläche des Reifens gebracht und eine Relativbewegung des Magneten in der Umfangsrichtung des Reifens herbeigeführt wird.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch einen weiteren Schritt, bei dem der gesamte Umkreis des Außenumfangsbereichs des Reifens in vier Bereiche von jeweils 90° unterteilt wird und die unterteilten Bereiche in abwechselnd einander entgegengesetzten Richtungen in einer Umfangsrichtung des Reifens magnetisiert werden.
  3. Reifen, der mittels des Reifen-Magnetisierungsverfahrens nach Patentanspruch 1 oder 2 magnetisiert ist.
  4. Reifenumdrehungs-Ermittlungseinrichtung zur Ermittlung der Drehbewegung eines Reifens (12) durch Erfassung eines Magnetfeldes, das von der Restmagnetisierung eines Stahlgürtels des Reifens erzeugt wird, der mittels des Reifen-Magnetisierungsverfahrens nach Patentanspruch 1 oder 2 magnetisiert worden ist, gekennzeichnet durch (a) eine Zwischenspeichereinrichtung (32, 34) zur Zwischenspeicherung von maximalen und minimalen Spitzenwerten des Ausgangssignals eines Magnetfeldsensors (14), (b) eine Schwellenwert-Einstelleinrichtung (38A, 38B) zur Einstellung von positiven und negativen Schwellenwerten auf der Basis der von der Zwischenspeichereinrichtung erhaltenen zwischengespeicherten Spannungen, (c) eine Vergleichereinrichtung (36A, 36B), die das Ausgangssignal des Magnetfeldsensors mit den positiven und negativen Schwellenwertspannungen zur Bildung eines dem positiven Spitzenwert des Ausgangssignals des Magnetfeldsensors entsprechenden ersten Impulssignals und eines dem negativen Spitzenwert des Ausgangssignals des Magnetfeldsensors entsprechenden zweiten Impulssignals vergleicht, und (d) eine Impulsgeneratoreinrichtung (40), die als Reifenumdrehungs-Messausgangssignal ein Impulssignal erzeugt, das in Abhängigkeit von dem ersten oder dem zweiten Impulssignal ansteigt und in Abhängigkeit von dem jeweils anderen Impulssignal abfällt.
  5. Einrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Schwellenwert-Einstelleinrichtung die positiven und negativen Schwellenwerte durch Teilung von zwischen den von der Zwischenspeichereinrichtung erhaltenen, zwischengespeicherten Spannungswerten liegenden Spannungen mit einem vorgegebenen Spannungsteilungsverhältnis einstellt.
  6. Einrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Schwellenwert-Einstelleinrichtung die positiven und negativen Schwellenwerte durch Teilung von zwischen den von der Zwischenspeichereinrichtung erhaltenen, zwischengespeicherten Spannungswerten und einem vorgegebenen Potential in der Nähe des Nullpotentials liegenden Spannungen mit einem vorgegebenen Spannungsteilungsverhältnis einstellt.
  7. Einrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Schwellenwert-Einstelleinrichtung die positiven und negativen Schwellenwerte durch Teilung von zwischen den von der Zwischenspeichereinrichtung erhaltenen, zwischengespeicherten Spannungswerten liegenden Spannungen mit einem vorgegebenen Spannungsverhältnis zur Bestimmung von positiven und negativen Spannungsteilungspunkten, Teilung von zwischen der positiven Spannung des bestimmten Spannungsteilungspunktes und einer höheren Spannung als die positive Spannung liegenden Spannungen und Teilung von zwischen der negativen Spannung des bestimmten Spannungsteilungspunktes und einer niedrigeren Spannung als die negative Spannung liegenden Spannungen einstellt.
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