DE69831797T2

DE69831797T2 - Sicherheitseinsatz, der ein Vibrationssignal in Querrichtung erzeugt, und Vorrichtung zum Detektieren des Aufliegens eines Reifens auf einem Einsatz

Info

Publication number: DE69831797T2
Application number: DE69831797T
Authority: DE
Inventors: Arnaud Dufournier; François HOTTEBART
Original assignee: Compagnie Generale des Etablissements Michelin SCA
Current assignee: Compagnie Generale des Etablissements Michelin SCA
Priority date: 1997-04-18
Filing date: 1998-04-17
Publication date: 2006-07-13
Anticipated expiration: 2018-04-18
Also published as: EP0975477B1; JP3993899B2; DE69831797D1; AU8013698A; CA2283136A1; US7234496B2; JP2001524049A; EP0975477A1; WO1998047728A1; US20040159384A1; US20020088518A1; US6397670B1

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Sicherheitseinsatz, der dafür vorgesehen ist, in einer Einheit montiert zu werden, die einen Luftreifen und eine Felge eines Fahrzeuges umfasst. Sie schlägt einen Einsatz vor, der den Fahrer warnt, sobald der Luftreifen nach dem Platzen oder im Falle eines beträchtlichen Druckverlustes auf diesem Einsatz aufliegt, sowie eine Vorrichtung zum Detektieren dieses Aufliegens, die insbesondere mit dem vorgeschlagenen Einsatz kombiniert werden kann.
Die Funktion dieser Sicherheitseinsätze, die im allgemeinen auf der Felge im Inneren des Luftreifens montiert werden, besteht darin, das Gewicht im Fall des Defektes des Luftreifens zu tragen.
Das Aufliegen des Luftreifens auf dem Sicherheitseinsatz wird von einer mehr oder weniger ausgeprägten Verschlechterung seiner Leistungsfähigkeit begleitet, die vom Fahrer auf Grund des Fahrverhaltens und des Komforts des Fahrzeuges nicht wahrnehmbar sein kann. Außerdem ist die Lebensdauer dieser Einsätze im praktischen Einsatz begrenzt. Es ist daher für die Sicherheit des Fahrers wesentlich, dass er gewarnt wird, sobald ein Luftreifen auf dem Sicherheitseinsatz aufliegt, damit er sich nach den Anleitungen des Herstellers richten kann.
Es sind bereits mehrere Sicherheitseinsätze vorgeschlagen worden, die eine Einrichtung zum Warnen des Fahrers bezüglich des Aufliegens eines Reifens umfassen.
In dem Patent US-4 262 724 wird insbesondere ein Sicherheitseinsatz vorgeschlagen, der dafür vorgesehen ist, in einer Einheit, die einen Luftreifen und eine Felge umfasst, und radial außen, bezogen auf die Felge, montiert zu werden. Dieser Einsatz weist eine in radialer Richtung äußere Oberfläche auf, die eine radiale Auflage für den Scheitel des Luftreifens definiert, wenn der Reifen keine Luft mehr enthält, sowie eine Einrichtung, um beim Rollen auf der Auflage warnende Vibrationssignale zu erzeugen. Diese Einrichtung kann aus einer Variation des Rollradius unter der Auflage des Einsatzes zwischen einem minimalen Radius und einem maximalen Radius, durch die beim Rollen eine Vibration erzeugt wird, oder aus einer oder mehreren Erhebungen bestehen. Alle warnenden Vibrationssignale, die durch diese Einrichtung erzeugt werden, liegen in der Ebene der Einheit aus dem Luftreifen und der Felge, und sie sind genauer in einer im wesentlichen vertikalen Richtung orientiert.
Mit diesen Lösungen sind mehrere Probleme verbunden. Neben einem ausgeprägten Mangel an Komfort für die Insassen des Fahrzeugs können sie das Verhalten der betreffenden Einheit aus Luftreifen und Felge vor allem beim Beschleunigen und beim Bremsen deutlich verschlechtern. Auf diese Weise kann nur die sofortige Stilllegung des Fahrzeuges im Fall eines Reifendefektes verhindert werden. Wenn hingegen gewünscht wird, das Fahrzeug über große Strecken benutzen zu können, selbst bei einer begrenzten Geschwindigkeit, muss das vom Sicherheitseinsatz übermittelte Warnsignal mit der Fahrsicherheit kompatibel sein, es darf die Mechanik nicht beschädigen und es muss gleichzeitig für den Fahrer einwandfrei bemerkbar sein, entweder unmittelbar oder über eine angepasste Detektionsvorrichtung.
Weiterhin wird in der Patentanmeldung WO 94/03338 eine Detektionsvorrichtung für das Aufliegen eines Luftreifens auf einem Sicherheitseinsatz vorgeschlagen. Diese Vorrichtung umfasst einen Beschleunigungsmesser pro Rad, der an einem der Bestandteile der Radaufhängung angebracht ist und die Vertikalbeschleunigungen misst. Die Beschleunigungsmesser sind mit einer zentralen Verarbeitungseinheit verbunden. Die Analyse basiert auf der Detektion des Auftretens einer Resonanzschwingung beim Aufliegen des Reifens auf dem Einsatz, die für das Rollen im aufliegenden Zustand charakteristisch ist.
In dem Dokument EP 0 363 369 wird ein Sicherheitseinsatz offenbart, der dem Oberbegriff der Ansprüche 1 und 2 entspricht.
Gegenstand der Erfindung ist ein Sicherheitseinsatz, der den Fahrer unmittelbar oder mittelbar über einen sehr großen Geschwindigkeitsbereich des Fahrzeuges warnt, sobald der Luftreifen auf dem Einsatz aufliegt, wobei gleichzeitig für den Fahrer und die Mechanik in dem zugelassenen Geschwindigkeitsbereich ein erträgliches Maß eingehalten wird.
Gegenstand der Erfindung ist außerdem eine Vorrichtung zum Detektieren des Aufliegens eines Luftreifens auf seinen Sicherheitseinsatz, die insbesondere mit dem erfindungsgemäßen Sicherheitseinsatz zusammenwirken kann.
Im Folgenden wird unter "Fahrzeug" eine selbständige rollfähige Einheit, ein Personenkraftwagen, eine Zugmaschine oder ein Anhänger eines Lastwagens, ein Wohnanhänger, ein Motorrad ... verstanden.
Als "Rippe" wird ein Element mit länglicher Form und einer Orientierung im wesentlichen in Umfangsrichtung bezeichnet, das sich in radialer Richtung auf der äußeren Oberfläche eines Sicherheitseinsatzes befindet, dessen radiale Höhe kleiner als oder ebenso groß wie die axiale Breite ist; die Rippen werden als "rechtwinkelig" bezeichnet, wenn ihr Achsschnitt rechtwinklig ist, und sie sind "geneigt", wenn ihr Achsschnitt die Form eines Parallelogramms hat.
Als "Lamelle" wird ein ähnliches Element bezeichnet, dessen radiale Höhe größer ist als die axiale Breite.
Erfindungsgemäße Sicherheitseinsätze sind durch die Merkmale der Ansprüche 1 und 2 definiert, und eine Vorrichtung zum Detektieren des Aufliegens eines Luftreifens eines Fahrzeuges auf einem dieser Einsätze wird durch den Anspruch 9 definiert.
Diese Einsätze weisen zwei große Vorteile auf: Die Vibrationssignale, die in der Querrichtung erzeugt werden, werden sehr viel leichter auf den Rahmen und den Fahrer übertragen als ähnliche Signale, die vertikal orientiert sind. Dies beruht auf der hervorragenden Filterung in vertikaler Richtung, die durch die Aufhängung des Fahrzeuges erzielt wird, die dazu dient, den Komfort der Fahrzeuginsassen zu erhalten, während jegliche Kraftübertragung in Querrichtung praktisch unmittelbar ist mit wenigen der Filterung dienenden Bauteilen. Zum zweiten wird das Verhalten der betreffenden Einheit aus Luftreifen und Felge beim Geradeauslauf durch diese Vibrationssignale in Querrichtung deutlich weniger verschlechtert als durch vertikal orientierte Vibrationssignale.
Gemäß einer ersten Ausführungsform weist die Auflagefläche des Einsatzes eine Variation ihrer Position in Querrichtung auf, die vom Azimut abhängt.
Gemäß einer zweiten Ausführungsform weist die Auflagefläche des Einsatzes rechtwinklig ausgebildete Rippen auf, deren Orientierung in Umfangsrichtung in Abhängigkeit von ihrem Azimut variiert.
Und gemäß einer dritten Ausführungsform weist die Auflagefläche des Einsatzes Elemente auf, die eine Kraft in Querrichtung erzeugen, wenn sie in radialer Richtung komprimiert werden.
Diese Ausführungsform ist besonders flexibel. So kann man Rippen oder Lamellen benutzen, die bezogen auf eine Längsebene in variabler Weise in Abhängigkeit von ihrem Azimut geneigt sind.
Gemäß einer bevorzugten Variante hat der erfindungsgemäße Sicherheitseinsatz eine Auflagefläche mit mindestens zwei in axialer Richtung benachbarten Zonen, wobei die Zone, die dafür vorgesehen ist, in Richtung der Außenseite des Fahrzeuges angeordnet zu werden, keine Einrichtung zur Erzeugung von Signalen aufweist, die parallel zur Drehachse der Einheit aus Luftreifen und Felge orientiert sind.
Diese letzte Lösung bringt den Vorteil mit sich, dass sie ein hervorragendes Verhalten der Einheit aus Luftreifen und Felge in Kurven beim Rollen auf dem Sicherheitseinsatz bewahrt. In einer Kurve müssen die Luftreifen, die in Richtung der Außenseite der Kurve angeordnet sind, die größten Kräfte aushalten und nehmen üblicherweise einen ausgeprägten Radsturzwinkel ein. Unter diesen Bedingungen ist es die "inaktive" Zone der Auflage (d.h. die keine Einrichtung zum Erzeugen von Signalen aufweist, die parallel zur Drehachse der Einheit aus Luftreifen und Felge orientiert sind), die den größten Teil der über den Reifen einwirkenden Kräfte trägt, ohne spezielle Vibrationssignale in Querrichtung zu erzeugen. Umgekehrt haben die Luftreifen beim Geradeauslauf einen sehr viel kleineren Radsturzwinkel, und dann ist es die Zone der Auflage, die die Einrichtung zur Erzeugung von Vibrationssignalen in Querrichtung aufweist, die belastet wird.
Die Form des von dem Sicherheitseinsatz erzeugten Signals ist ebenfalls von großer Bedeutung. Der erfindungsgemäße Sicherheitseinsatz weist vorzugsweise eine Auflageoberfläche mit einer aktiven Zone zur Erzeugung von Signalen auf, wie den Signalen, die zunächst ein Maximum haben, auf das ein Minimum in entgegengesetzter Richtung folgt.
Die aktive Zone ist vorteilhaft in einem Viertel bis der Hälfte des Umfangs des Einsatzes enthalten, und der Absolutwert der Minima des erzeugten Signals liegt im Bereich von 1/4 bis 3/4 des Absolutwertes des Maximums.
Derartige erzeugte Signale haben den Vorteil, dass sie beim Rollen im aufliegenden Zustand ein Spektrum von Schwingungen, die auf den Fahrzeugrahmen übertragen werden, in einem eng begrenzten Frequenzband ergeben, was vorteilhaft für eine genaue und zuverlässige Detektion ist.
Die oben erwähnte Vorrichtung weist, verglichen mit den bekannten Vorrichtungen, die Besonderheit auf, dass sie eine Analyse der Vibrationen des Fahrzeugrahmens durchführt, anstelle der Bestandteile der Aufhängung.
Wie in dem zuvor beschriebenen Einsatz kann diese Vorrichtung zusätzlich zu den vertikalen Richtungen vorzugsweise die unmittelbaren Übertragungswege der Vibrationen zwischen den Rädern und dem Fahrzeugrahmen verwenden. Demzufolge kann diese Vorrichtung wesentlich selektiver und empfindlicher sein als die bekannten Vorrichtungen und braucht nur einen einzigen Sensor zu haben, der steif mit einem der Teile des Rahmens verbunden ist.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung ist besonders gut an die Detektion des Aufliegens eines Luftreifens auf einen erfindungsgemäßen Sicherheitseinsatz angepasst, sie kann aber auch mit jedem sonstigen Einsatz verwendet werden, der eine Einrichtung zum Warnen vor dem Aufliegen des Luftreifens durch Erzeugung von Vibrationen aufweist oder nicht aufweist. In diesem Fall kann es erforderlich sein, anstelle von nur einem Sensor zwei oder mehr als zwei Sensoren zur Messung von Beschleunigungen zu verwenden. Jeder Sensor ist dann vorzugsweise mit einer der Fahrzeugachsen verbunden.
Die Einrichtung zur Verarbeitung der Vibrationen des Rahmens berechnet eine erste charakteristische Größe in mindestens einem gegebenen Frequenzband, berechnet einen Kennwert C, der einer vorgegebenen Kombination der obigen ersten charakteristischen Größe(n) entspricht, vergleicht diesen Kennwert C mit einem vorgegebenen Schwellenwert und löst einen Alarm aus, wenn das Ergebnis des Vergleichs eine vorgegebene Beziehung erfüllt.
Die Einrichtung zur Verarbeitung der Vibrationen berechnet vorzugsweise für jede Fahrzeugachse eine erste charakteristische Größe in mindestens einem ersten für die Fahrzeugachse spezifischen Frequenzband und berechnet einen Kennwert C, der einem gewichteten Wert dieser ersten charakteristischen Größen entspricht.
Die Einrichtungen zur Verarbeitung der Vibrationen des Rahmens kann außerdem zusätzlich eine zweite charakteristische Größe in einem zweiten gegebenen Frequenzband berechnen, wobei in diesem zweiten Band die Vibrationen im wesentlichen unabhängig vom Aufliegen des Luftreifens auf seinem Sicherheitseinsatz sind, und daraus einen Kennwert C ableiten, der einem durch diese zweite charakteristische Größe normierten Wert der ersten charakteristischen Größen entspricht, die gegebenenfalls gewichtet sind.
Nach einer bevorzugten Ausführungsform bestimmt die Verarbeitungseinrichtung zusätzlich die Umdrehungsfrequenz des Luftreifens, und das oder die ersten Frequenzbänder sind enge Frequenzbänder, von denen jedes um eine Frequenz zentriert ist, die einem Mehrfachen der Umdrehungsfrequenz des Luftreifens entspricht. Diese ersten Frequenzbänder liegen vorzugsweise im Bereich von 10 bis 200 Hz.
Die zentrierte Verarbeitung der Frequenzen, die einem Mehrfachen der Umdrehungsfrequenz des Luftreifens entsprechen, führt zu einer sehr deutlichen Verbesserung der Empfindlichkeit, mit der das Aufliegen des Luftreifens detektiert wird.
Die berechnete charakteristische Größe kann der RMS-Wert der Signale sein.
Im Folgenden werden mehrere erfindungsgemäße Ausführungsformen mit Hilfe der beigefügten Zeichnung beschrieben, in der
1 eine Einheit aus einem Luftreifen und einer Felge, die mit einem Sicherheitseinsatz ausgerüstet ist, im Meridianschnitt zeigt;
2 eine erste Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Sicherheitseinsatzes im Meridianschnitt zeigt;
3 eine zweite Ausführungsform im Meridianschnitt zeigt;
4 eine dritte Ausführungsform im Meridianschnitt zeigt;
5 einen Sicherheitseinsatz mit zwei axial benachbarten Zonen im Querschnitt zeigt;
6 schematisch eine bevorzugte Form der durch den Einsatz im Rollbetrieb erzeugten Signale zeigt;
7 eine Schemazeichnung einer erfindungsgemäßen Detektionsvorrichtung zeigt;
8 zwei Spektren der Messung von im wesentlichen horizontalen Beschleunigungen in Abhängigkeit von der Frequenz mit und ohne Aufliegen des Reifens zeigt, die auf einer üblichen Straße aufgezeichnet wurden;
9 ein Beispiel für die zeitabhängige Entwicklung der resultierenden Größe beim Rollen mit oder ohne Aufliegen des Reifens zeigt, die vom Mikrosteuergerät der Vorrichtung berechnet wird.
In 1 sieht man eine Radfelge, die mit einem Sicherheitseinsatz 2 in Form eines Notlaufrings ausgerüstet ist, der auf der Auflagefläche 6 der Felge 1 aufliegt. Die besondere Geometrie dieser Radfelge 1 wird insbesondere in der französischen Patentanmeldung FR-2 713 558 beschrieben. Sie weist zwei Wulstsitze mit verschiedenen Durchmessern auf und ist besonders an die einfache Montage dieses Sicherheitseinsatzes 2 angepasst. Diese Einheit gewährleistet die Rollfähigkeit trotz eines beträchtlichen Druckabfalls in dem Luftreifen 3. Im Fall eines derartigen Rollens reibt das Innere des verformten Reifens auf der äußeren Oberfläche des Einsatzes, was ein Erhitzen verursacht, wodurch der verfügbare Aktionsradius begrenzt wird: es ist daher wichtig, dass der Fahrer informiert wird, sobald ein Luftreifen auf dem Einsatz 2 aufliegt.
Als Einsatz wird hierfür vorteilhaft ein erfindungsgemäßer Sicherheitseinsatz verwendet, der eine Einrichtung zur Erzeugung warnender Vibrationssignale in Querrichtung aufweist.
Eine erste Ausführungsform eines derartigen Einsatzes wird in 2 gezeigt. Dieser Einsatz 9 weist eine Auflagefläche 10 auf, die in axialer Richtung in Abhängigkeit von ihrem Azimut abfällt. Demzufolge führt die Einheit aus Luftreifen, Felge und Einsatz bei einem Rollen, bei dem die Oberfläche des Scheitels des Luftreifens auf der Fläche 10 aufliegt, bei jeder Umdrehung des Rades eine Schwingung mit Kraftwirkung in Querrichtung durch, die der Fahrer oder eine Detektionsvorrichtung leicht wahrnimmt.
3 zeigt eine weitere Ausführungsform. Die Auflagefläche 13 dieses Einsatzes 12 weist Lamellen 14 auf, die, bezogen auf eine Querebene des Einsatzes, geneigt sind und deren Neigung in Abhängigkeit von ihrem Azimut variiert. In dem dargestellten Beispiel ist die Neigung dieser Lamellen diametral entgegengesetzt, und die Entwicklung der Neigung ist im wesentlichen sinusförmig. Diese Lamellen erzeugen demnach bei ihrer Stauchung in Querrichtung wirkende Kräfte mit gleicher Frequenz wie die Radumdrehung, die ebenfalls vom Fahrer des Fahrzeuges unmittelbar oder mittelbar wahrgenommen werden können.
Außerdem können Rippen, vorzugsweise relativ breite Rippen, verwendet werden, die benachbart zu Lamellen von ähnlicher oder größerer radialer Höhe angeordnet sind. In diesem Fall ist es vorteilhaft, die Steifigkeit und die Geometrie dieser Rippen und dieser Lamellen so zu entwerfen, dass der Rollradius des Einsatzes bei einem Rollen im aufliegenden Zustand konstant bleibt.
4 zeigt einen Sicherheitseinsatz 15, der zwei axial benachbarte Zonen A und B aufweist. Die Zone B, die auf der Seite angeordnet ist, die dafür vorgesehen ist, in Richtung der Außenseite des Fahrzeuges platziert zu werden, weist keine Einrichtung zur Erzeugung von Signalen auf, die parallel zur Drehachse der Einheit aus Luftreifen und Felge orientiert sind. Diese Zone ist demnach inaktiv, während die Zone A, die in Richtung der Innenseite des Fahrzeuges angeordnet ist, geneigte Lamellen zur Erzeugung von Vibrationssignalen in Querrichtung aufweist. Dieser Einsatz 15 ermöglicht es, ein hervorragendes Fahrverhalten auch in Kurven beizubehalten, denn dann ist es wegen des großen Reifensturzwinkels, den der Reifen einnimmt, die im Wesentlichen zylindrische Zone B, die den größten Teil der durch das Aufliegen des Scheitels des Luftreifens auf dem Einsatz einwirkenden Kräfte trägt. Bei der Geradeausfahrt ähnelt die Funktionsweise des Einsatzes 15 der Funktionsweise der Einsätze aus den 2 und 3.
Ein derartiger Einsatz kann außerdem vorteilhaft eine leicht konische Zone B mit ihrem kleinsten Durchmesser auf der Außenseite des Einsatzes aufweisen, um sich gut an den Reifensturzwinkel anzupassen, den der Luftreifen und das Rad in einer Kurve einnehmen. Man kann außerdem einen Einsatz haben, der zwei zylindrische oder konische Zonen aufweist, die sich in der Nachbarschaft und auf der Außenseite zu einer aktiven zentralen Zone befinden.
5 zeit einen Einsatz 16, der zusätzlich zu den Lamellen mit variabler Neigung in Abhängigkeit vom Azimut zwei radiale Erhebungen 17 und 18 aufweist, die erzeugt wurden, indem den Lamellen eine variable Höhe in Abhängigkeit vom Azimut gegeben wurde, die zu eine vertikale Vibrationsanregung führen. Der Kreis L entspricht der Außenseite der Auflagefläche des Einsatzes, und die Ellipse M entspricht der Umhüllenden des Bodens der Lamellen. Die Lamellen in dem dargestellten Beispiel haben demnach auf den Scheiteln der Erhebungen 17 und 18 eine Dicke Null. Tatsächlich wurde festgestellt, dass ein derartiger Einsatz 16, der die Erzeugung von Vibrationen in Querrichtung und von Vibrationen in Vertikalrichtung verbindet, die Gesamtenergie, die auf das Fahrzeug übertragen wird, deutlich erhöht.
6a zeigt eine bevorzugte Form des durch einen erfindungsgemäßen Sicherheitseinsatz erzeugten Signals. Dieses Signal ist nur in einer begrenzten Zone von etwa 1/3 des Umfangs des Einsatzes von Null verschieden. Es umfasst ein erstes Minimum F_Ymin, auf das ein Maximum F_Ymax in entgegengesetzter Richtung und schließlich ein zweites Minimum folgt. Die beiden Minima können die gleiche Amplitude haben, die im Bereich von 1/5 bis 1/2 von F_Ymax liegt.
Die weiter oben beschriebenen Sicherheitseinsätze können sehr leicht Signale erzeugen, die den Signalen gemäß 6 ähneln. Es ist ausreichend, dass die Einrichtungen, die für die Erzeugung der Signale F_Y verwendet werden, in ähnlicher Weise variieren. Im Fall des Einsatzes 9 kann die seitliche Position der Auflagefläche 10 einer Entwicklung folgen, die der Entwicklung gemäß 6a oder 6b entspricht. Auf Grund der Gewichtung, die mit der begrenzten Länge der Kontaktfläche zwischen dem Luftreifen und der Auflagefläche des Einsatzes zusammenhängt, ergibt eine ähnliche Variation wie in 6b eine Entwicklung des erzeugten Signals, die der Form der Kurve 6a ähnelt. Im Fall des Einsatzes 12 gemäß 3 ist es die Orientierung der Rippen oder Lamellen, die einer Entwicklung folgen muss, die der Kurve 6a oder 6b entspricht.
Um die Erwärmung des Einsatzes und des Luftreifens beim Rollen im aufliegenden Zustand zu begrenzen, wird in üblicher Weise ein Schmiermittel in den inneren Hohlraum des Luftreifens und vor allem auf die Auflagefläche des Einsatzes gegeben. Zur Verbesserung der Haftung zwischen der Auflagefläche des Einsatzes und dem Scheitel des Luftreifens ist es vorteilhaft, auf der Auflagefläche Lamellen vorzusehen, die im wesentlichen in Umfangsrichtung orientiert sind, die die gleiche Funktion haben wie die Lamellen in den Profilen von Luftreifen, durch die das Wasser in der Kontaktfläche zwischen dem Luftreifen und dem Boden abfließt.
Die erfindungsgemäßen Sicherheitseinsätze können Signale mit einer so großen Intensität erzeugen, dass sie vom Fahrer eines Fahrzeuges wahrgenommen werden. Man kann diese Einsätze aber auch mit ei ner Einrichtung zum Detektieren des Aufliegens des Scheitels auf dem Einsatz verwenden, um den Komfort der Fahrzeuginsassen zu bewahren, die im Folgenden beschrieben wird.
7 zeigt schematisch eine erfindungsgemäße Detektionsvorrichtung, die dafür vorgesehen ist, in einem zweiachsigen Personenkraftwagen, wie z.B. einem Renault Twingo, verwendet zu werden. Diese Vorrichtung 20 umfasst einen Sensor 21; eine Reihe von Bandpassfiltern 22, 23, 24; drei analoge Signalabtaster 25, 26, 27 des RMS-Wertes der Signale; ein Mikrosteuergerät 28 und ein Anzeigegerät 29. Die Einheit wird in einem einzigen Gehäuse angeordnet, das dafür vorgesehen ist, starr mit einem der Teile des Fahrzeugrahmens verbunden zu werden. Der Sensor 21 ist vorzugsweise ein einfach gerichteter Beschleunigungsmesser, der so in dem Fahrzeug angeordnet ist, dass er die Beschleunigungen in einer Ebene misst, die die Längsachse und die Querachse des Fahrzeuges einschließt. Die Signale werden anschließend durch eine Reihe von parallel angeordneten Bandpassfiltern gefiltert. Der Filter 22 beseitigt die Signale außerhalb eines Bandes A, das an die Hinterachse des Fahrzeuges angepasst ist, von etwa 20 bis 50 Hz. Der Filter 23 beseitigt die Signale außerhalb eines Bandes B, das an die Vorderachse des Fahrzeuges angepasst ist, von etwa 50 bis 80 Hz, und der Filter 24 lässt die Signale durch, die innerhalb eines Bandes E liegen, in dem die Signale im wesentlichen unabhängig vom Aufliegen eines Luftreifens auf seinem Sicherheitseinsatz sind, von etwa 100 bis 200 Hz oder vorzugsweise 100 bis 160 Hz. Diese drei Frequenzbänder können insbesondere in Abhängigkeit vom Typ des verwendeten Sicherheitseinsatzes sowie in Abhängigkeit vom gewählten Fahrzeug variieren.
Die Signalabtaster 25, 26 und 27 tasten die RMS-Werte der von den Bandpassfiltern 22, 23 bzw. 24 durchgelassenen Signale ab. Das Mikrosteuergerät 28 digitalisiert die Signale in einem Analog-Digital- Wandler (AD-Wandler) 30. Das Bauteil 31 des Mikrosteuergerätes 28 berechnet einen Kennwert C, es kann insbesondere eine gewichtete Summe der RMS-Werte der Signale der Bänder A und B bilden und diese Summe mit dem RMS-Wert der Signale des Bandes E normieren.
Die Vibrationsenergie, die in dem Band E enthalten ist, hängt vom Typ des Untergrunds ab, auf dem das Fahrzeug rollt. Durch die erhaltene Normierung wird die Empfindlichkeit der Detektionsvorrichtung deutlich verbessert, indem die Anzahl der Fehlalarme verringert wird. Dieses Band E kann auch innerhalb eines sehr niedrigen Frequenzbandes liegen, beispielsweise im Bereich von etwa 3 bis 7 Hz.
Anschließend wird der Kennwert C in einem Komparator 32 mit einem programmierbaren vorgegebenen Schwellenwert 33 verglichen, und wenn C größer als dieser Schwellenwert ist, wird mit Hilfe des Anzeigegeräts 29 ein Alarm ausgelöst.
9 zeigt die Entwicklung des Kennwertes C, wenn die vier Luftreifen des Renault Twingo korrekt aufgepumpt sind (Zone A), und wenn einer dieser Luftreifen keine Luft mehr enthält, was dazu führt, dass dieser Reifen auf seinem Sicherheitseinsatz aufliegt (Zone B). Die Kurve 1 zeigt die ungefähre Entwicklung von C, und die Kurve 2 das Ergebnis nach dem Vergleich mit dem Schwellenwert. Dieses Ergebnis ist Null, wenn C kleiner als der Schwellenwert ist, und es ist 1, wenn C größer als der Schwellenwert ist.
Das Anzeigegerät übermittelt einen Alarm an den Fahrer, wenn das Ergebnis des Vergleichs 1 ist. Dieses Anzeigegerät kann außerdem durch einen Buzzer komplettiert werden.
Im Fall eines Lastwagens können so viele aufzuzeichnende Frequenzbänder bestimmt werden wie es in dem Fahrzeug, in der Zugmaschine oder im Anhänger, Achsen gibt. Es gibt selbstverständlich genauso viele Sensoren wie Fahrzeuge.
Wenn die Geschwindigkeit des Fahrzeuges abnimmt und sich dem Wert Null nähert, nimmt die Vibrationsenergie der verschiedenen Signale ab und wird zunehmend empfindlich für lokale Störungen. Demzufolge kann man das Auslösen von Alarmen beenden, wenn die Geschwindigkeit des Fahrzeuges unter einem vorgegebenen Schwellenwert liegt, beispielsweise unter 7 km/h.
8 zeigt ein Beispiel für Vibrationsspektren, die mit dem Sensor 21 bei einem Rollversuch mit dem Renault Twingo gemessen wurden. Eine erste Kurve entspricht dem Fall, in dem die vier Luftreifen korrekt aufgepumpt sind. Man stellt üblicherweise einen Peak fest, der bei niedrigen Frequenzen nahe 9 Hz liegt; dieser Peak entspricht der ersten Harmonischen der Radumdrehung.
Eine zweite Kurve entspricht dem Fall, in dem ein Luftreifen der Vorderachse einen Platten hat und auf seinem Sicherheitseinsatz aufliegt. Diese Kurve zeigt eine starke Spektralantwort im Bereich von 50 bis 75 Hz mit Peaks, die mit den verschiedenen Harmonischen der Radumdrehung verbunden sind. In diesem Fall wurde als charakteristisches Frequenzband dieser Vorderachse das Band B von 50 bis 80 Hz gewählt.
Die dritte Kurve veranschaulicht den Fall, in dem einer der Luftreifen der Hinterachse des Renault Twingo auf seinem Sicherheitseinsatz aufliegt. Man beobachtet zwei kräftige Peaks bei 20 und 40 Hz. Man wählt daher das Band A von 20 bis 50 Hz als charakteristisches Band der Hinterachse.
In 8 wird außerdem festgestellt, dass es bei Frequenzen unter 7 Hz oder im Bereich von 100 bis 200 Hz praktisch keine merkliche Veränderung der Kurven bei einem Rollen im aufliegenden Zustand oder bei einem normalen Rollbetrieb gibt. Demzufolge werden die Messungen in den obigen charakteristischen Frequenzbändern durch die Messung der RMS-Werte in einem Band E, wie 100 bis 160 Hz oder 3 bis 7 Hz, normiert, um die Vibrationsenergie zu berücksichtigen, die auf den Bodentyp zurückzuführen ist, auf dem das Fahrzeug rollt. Dies ermöglicht es, die Qualität der Detektion des Aufliegens des Luftreifen deutlich zuverlässiger zu machen. Wenn die Geschwindigkeit des Fahrzeuges so abnimmt, dass die erste Harmonische der Radumdrehung bei etwa 7 Hz liegt, wird die Übertragung von Alarmen unterbunden, um Störungen zu vermeiden.
Um einen einzigen Kennwert für die Detektion des Aufliegens des Reifens zu haben und unter Berücksichtigung der deutlichen Energieunterschiede zwischen den Messungen beim Aufliegen eines Vorderreifens oder eines Hinterreifens auf seinem Einsatz, können die Messungen gewichtet werden, um eine charakteristische Größe von im wesentlichen gleichem Wert zu erhalten unabhängig davon, zu welcher Achse der Luftreifen gehört, der auf seinem Einsatz aufliegt. Dies wird für die in 9 dargestellte Kurve durchgeführt.
Die Kurven 8 und 9 werden mit einem Sicherheitseinsatz erhalten, der ein Quersignal auf einem Drittel des Umfangs des Einsatzes erzeugt, das zwischen Null und F_Ymax variiert. Dieses erzeugte Signal hat ein breiteres Spektrum als das Signal in 6. Die verwendete Detektionsvorrichtung hat einen einzigen einfach gerichteten Sensor, der steif mit dem Fahrzeugrahmen verbunden ist und in einer Querorientierung angeordnet ist.
Die in 6 dargestellte Signalform hat den Vorteil, die auf den Fahrzeugrahmen übertragenen Signale hinsichtlich der Frequenz gut zu begrenzen und diese Signale in hauptsächlich einem einzigen Frequenzband zu konzentrieren. Dieses Band ist so definiert, dass es die charakteristischen Frequenzbänder jeder Fahrzeugachse umfasst unabhängig davon, wie hoch die Geschwindigkeit des Fahrzeugs oberhalb von einigen Kilometern/Stunde ist. Dies ermöglicht es ebenfalls, die Qualität der Detektion zuverlässiger zu machen und Fehlalarme einzuschränken. Dies ermöglicht es auch, die übertragene Energie am besten zu nutzen, ohne den Fahrzeugkomfort zu verschlechtern. Man kann so den Wert F_Ymax dieser Signale verringern.
Gemäß einer weiteren Art der Verarbeitung führt die Verarbeitungseinrichtung die folgenden Schritte durch:

– sie bestimmt die Umdrehungsfrequenz der Luftreifen des Fahrzeuges;
– sie berechnet die Frequenzen der n ersten Harmonischen der Umdrehungsfrequenz der Luftreifen (der Radumdrehung);
– sie berechnet die Vibrationsenergien der n schmalen Frequenzbänder, die um die n ersten Harmonischen zentriert sind;
– sie führt erforderlichenfalls die Summierung der drei Maximalenergien durch, um einen Kennwert C zu erhalten;
– sie vergleicht diesen Kennwert C mit einem Schwellenwert in Abhängigkeit von der Geschwindigkeit und von Unregelmäßigkeiten des Untergrunds; und
– sie löst einen Alarm aus, wenn C größer als dieser Schwellenwert ist.

Die Geschwindigkeitsinformation kann mit Hilfe des Tachometers des Fahrzeuges erhalten werden, sie kann auch aus den aufgezeichneten Signalen abgeleitet werden, indem die Frequenzposition des ersten Peaks bestimmt wird (siehe 8).
Unter "schmalem Frequenzband" wird ein Band mit einer Breite unter 5 Hz verstanden.
Wie die Kurven in 8 zeigen, sind die Frequenzen, die den Harmonischen des ersten Peaks (Radumdrehung) entsprechen, auch Peaks des Spektrums. Demzufolge ermöglicht die Durchführung der Analyse der Harmonischen der Radumdrehung eine sehr deutliche Verbesserung der Detektion des Aufliegens eines Luftreifens auf seinem Sicherheitseinsatz.
Für die Vereinfachung der Berechnungen kann man sich auf einige Harmonische beschränken, beispielsweise auf 5 bis 11 Harmonische, von der Harmonischen 2 bis zur Harmonischen 6 oder 12, je nach den Fahrzeugen. Für einen großen Geschwindigkeitsbereich des Fahrzeugs befinden sich die entsprechenden Frequenzen in dem Frequenzband, in dem die Vibrationen des Einsatzes durch die verschiedenen Aufhängungselemente auf den Fahrzeugrahmen übertragen werden können. Dieses Band ist üblicherweise im Bereich von 10 bis 200 Hz enthalten.
Da es immer möglich ist, dass ein oder mehrere Peaks durch andere Quellen gestört werden, beispielsweise durch die Vibrationen des Motors, ist es nützlich, diese Harmonischen zu analysieren, die Vibrationsenergien der schmalen Bänder, die bei den Harmonischen zentriert sind, zu berechnen und beispielsweise die drei Bänder mit maximaler Energie aufzusummieren, um den Kennwert C zu berechnen.
Wie weiter oben ist es nützlich, die Vibrationsenergie in mindestens einem Frequenzband zu bestimmen, wo das gemessene Spektrum im wesentlichen unabhängig vom Aufliegen des Reifens ist, um den Teil abschätzen zu können, der durch die Unregelmäßigkeiten der befah renen Straße verursacht wird. In diesem Prüfmodus darf dieses zweite Band die Harmonischen der Radumdrehung nicht umfassen.
Der Kennwert C hängt von der Fahrzeuggeschwindigkeit ab, man kann ihn mit einem Schwellenwert vergleichen, der von der Geschwindigkeit und dem Ausmaß der Vibrationsenergie abhängt, die durch den Untergrund verursacht wird, und wie weiter oben einen Alarm auslösen, wenn dieser Schwellenwert überschritten wird.
Zur Vermeidung von Fehlalarmen sind zwei Tests für das Nichtauslösen des Alarms vorgesehen. Der erste Test ist mit der Fahrzeuggeschwindigkeit verbunden, er sieht eine Aufhebung des Alarms vor, wenn die Geschwindigkeit unter einem gegebenen Schwellenwert liegt, beispielsweise unter 25 km/h. Die Bestimmung der Energie, die auf Unregelmäßigkeiten der Straße zurückzuführen ist, ermöglicht es, den zweiten Test für das Nichtauslösen des Alarms einzuführen, wenn diese Energie, die mit der Straße zusammenhängt, größer als ein vorgegebener Wert ist. In diesem Fall entspricht dies einem Rollen auf einer sehr schlechten Straße, und die Energie, die auf die Unregelmäßigkeiten der Straße zurückzuführen ist, ist so groß, dass sie eine Detektion des Aufliegens des Luftreifens zu zufällig macht.
Die erfindungsgemäßen Sicherheitseinsätze können im wesentlichen aus elastomeren Materialien von beliebiger Steifigkeit hergestellt werden. Sie können außerdem aus jedem sonstigen Material hergestellt werden, beispielsweise aus einem Kunststoff, der gegebenenfalls einen Füllstoff enthält.

Claims

Sicherheitseinsatz (9, 15), der dafür vorgesehen ist, in einer Einheit, die einen Luftreifen (3) und eine Felge (1) eines Fahrzeuges umfasst, und in radialer Richtung auf der Außenseite, bezogen auf die Felge (1), montiert zu werden, wobei der Einsatz eine Auflagefläche (10) in radialer Richtung auf der Außenseite, die eine radiale Auflage für den Scheitel des Luftreifens bildet, wenn der Luftreifen luftleer ist, und eine Einrichtung für die Erzeugung warnender Vibrationssignale beim Rollen mit aufliegendem Reifen aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass die Einrichtung aus einer Variation mindestens eines Merkmals der Auflagefläche (10) in Abhängigkeit vom Azimut besteht, das aus der Gruppe ausgewählt wird, die die transversale Position der Auflagefläche und die Orientierung rechtwinkeliger Rippen in Umfangsrichtung, die auf der Auflagefläche angeordnet sind, umfasst.
Sicherheitseinsatz (12, 15, 16), der dafür vorgesehen ist, in einer Einheit, die einen Luftreifen (3) und eine Felge (1) eines Fahrzeuges umfasst, und in radialer Richtung auf der Außenseite, bezogen auf die Felge (1), montiert zu werden, wobei der Einsatz eine Auflagefläche (13) in radialer Richtung auf der Außenseite, die eine radiale Auflage für den Scheitel des Luftreifens bildet, wenn der Luftreifen luftleer ist, und eine Einrichtung für die Erzeugung warnender Vibrationssignale beim Rollen mit aufliegendem Reifen aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass die Einrichtung aus Elementen (14) besteht, die auf der Auflagefläche (13) angeordnet sind, die eine Kraft in Querrichtung erzeugen, wenn sie in radialer Richtung einer Kompression ausgesetzt werden, und dass diese Elemente Rippen oder Lamellen (14) umfassen, deren Neigung, bezogen auf eine Längsebene, in Abhängigkeit von ihrem Azimut variiert.
Sicherheitseinsatz (12, 15, 16) nach Anspruch 2, wobei die Auflagefläche (13) beim Aufliegen des Reifens einen im wesentlichen konstanten Rollradius aufweist.
Sicherheitseinsatz (15) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die Auflagefläche mindestens zwei Zonen (A, B) aufweist, die in axialer Richtung benachbart sind, wobei die Zone (B), die dafür vorgesehen ist, in Richtung der Außenseite des Fahrzeugs angeordnet zu werden, keine Einrichtung für die Erzeugung von Signalen aufweist, die parallel zur Rotationsachse der Einheit aus Luftreifen und Felge orientiert sind.
Sicherheitseinsatz (16) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, der zusätzlich eine Einrichtung (18, 19) zur Erzeugung von vertikalen Signalen umfasst.
Sicherheitseinsatz (9, 12, 15, 16) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei die Auflagefläche des Einsatzes eine aktive Zone zur Erzeugung von Signalen aufweist, wie den Signalen, die zunächst ein Maximum aufweisen, auf das ein Minimum in entgegengesetzter Richtung folgt.
Sicherheitseinsatz (9, 12, 15, 16) nach Anspruch 6, wobei die aktive Zone im Bereich von 1/4 bis 1/2 des Umfangs dieses Einsatzes enthalten ist.
Sicherheitseinsatz (9, 12, 15, 16) nach einem der Ansprüche 6 oder 7, wobei der Absolutwert der Minima des erzeugten Signals im Bereich von 1/4 bis 3/4 des Absolutwertes des Maximums liegt.
Vorrichtung (20) zum Detektieren des Aufliegens eines Luftreifens eines Fahrzeuges, das mit einer Mehrzahl von Einheiten aus Luftreifen (3), Felge (1) und Sicherheitseinsatz (9, 12, 15, 16) nach einem der Ansprüche 1 bis 8 ausgestattet ist, die zwischen der Felge und der in radialer Richtung inneren Seite des Laufstreifens des Luftreifens auf dem entsprechenden Sicherheitseinsatz montiert ist, wobei jede Einheit dafür geeignet ist, als Antwort auf das Aufliegen eines Luftreifens auf dem entsprechenden Sicherheitseinsatz in Folge eines Druckverlustes in dem Luftreifen eine charakteristische Vibration auf den Fahrzeugrahmen zu übertragen, die umfasst: – eine Einrichtung (21) zum Detektieren und eine Einrichtung (22–28, 30–33) zum Verarbeiten einer derartigen mechanischen Vibration des Fahrzeugrahmens mit festgelegter Charakteristik; und – eine Einrichtung (29) zum übertragen eines Alarms.
Vorrichtung nach Anspruch 9, wobei die Einrichtung (21) zum Detektieren einer festgelegten charakteristischen Vibration des Fahrzeugrahmens bei einem Fahrzeug, das mindestens zwei Achsen aufweist, pro Achse des Fahrzeuges höchstens einen Sensor (21) umfasst.
Vorrichtung nach Anspruch 10, wobei die Einrichtung zum Detektieren einer festgelegten Vibration des Fahrzeugrahmens einen einzigen Sensor (21) umfasst, der mit dem Fahrzeug verbunden ist.
Vorrichtung nach Anspruch 11, wobei die Einrichtungen zum Detektieren einer festgelegten charakteristischen Vibration des Fahrzeugrahmens einen einzigen Sensor (21) umfasst, der steif mit dem Fahrzeugrahmen verbunden ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 12, wobei die Verarbeitungseinrichtung eine erste charakteristische Größe in mindestens einem vorgegebenen Frequenzband berechnet, einen Kennwert C berechnet, der einer vorgegebenen Kombination der obigen charakteristischen ersten Größe(n) entspricht, diesen Kennwert C mit einem vorgegebenen Schwellenwert vergleicht und einen Alarm auslöst, wenn das Ergebnis des Vergleichs eine vorgegebene Beziehung erfüllt.
Vorrichtung nach Anspruch 13, wobei die Verarbeitungseinrichtung für jede Achse des Fahrzeugs eine erste charakteristische Größe in mindestens einem für diese Fahrzeugachse spezifischen ersten Frequenzband berechnet.
Vorrichtung nach Anspruch 14, wobei die Verarbeitungseinrichtung einen Kennwert C berechnet, der einem gewichteten Wert dieser ersten charakteristischen Größen der spezifischen ersten Frequenzbänder der Fahrzeugachsen entspricht.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 13 bis 15, wobei das oder die Frequenzbänder im Frequenzbereich von 20 bis 100 Hz enthalten sind.
Vorrichtung nach Anspruch 13, wobei die Verarbeitungseinrichtung zusätzlich die Umdrehungsfrequenz des Luftreifens bestimmt und wobei das oder die ersten Frequenzbänder schmale Frequenzbänder sind, von denen jedes um eine Frequenz zent riert ist, die einem Mehrfachen der Umdrehungsfrequenz des Luftreifens entspricht.
Vorrichtung nach Anspruch 17, wobei das oder die Frequenzbänder im Frequenzbereich von 10 bis 200 Hz enthalten sind.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 13 bis 18, wobei die Einrichtung zur Verarbeitung der Vibrationen des Rahmens zusätzlich eine zweite charakteristische Größe in mindestens einem zweiten vorgegebenen Frequenzband berechnet, wobei die Vibrationen in diesem zweiten Band die Vibrationen im wesentlichen unabhängig vom Aufliegen des Luftreifens auf seinem Sicherheitseinsatz sind und der Schwellenwert zum Auslösen des Alarms von der zweiten charakteristischen Größe abhängt.
Vorrichtung nach Anspruch 19, wobei das zweite Frequenzband im Frequenzbereich von 3 bis 7 Hz liegt.
Vorrichtung nach Anspruch 19, wobei das zweite Frequenzband im Frequenzbereich von 100 bis 200 Hz liegt.
Vorrichtung nach Anspruch 19, wobei die zweiten Bänder außerhalb von Frequenzen liegen, die einem Vielfachen der Umdrehungsfrequenz des Luftreifens entsprechen.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 13 bis 22, wobei die gemessene charakteristische Größe die Vibrationsenergie der Signale ist, ausgedrückt durch den RMS-Wert.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 13 bis 23, wobei die Verarbeitungseinrichtung keinen Alarm überträgt, wenn die Geschwindigkeit des Fahrzeugs unter einem vorgegebenen Schwellenwert liegt.