ITRM970170A1 - Procedimento ed apparecchio di monitoraggio per pneumatici di autoveicoli - Google Patents

Description

L'invenzione concerne un procedimento secondo il preambolo della rivendicazione 1 e un apparecchio secondo il preambolo della rivendicazione 4 per il monitoraggio dei pneumatici dei veicoli al fine di poter riconoscere condizioni svantaggiose di sollecitazionE dei pneumatici quando il veicolo è in funzione.

Un tale procedimento e un tale apparecchio sono noti dalla domanda di brevetto tedesca pubblicata DE 39 09 466 Al. Ivi, la deformazione elastica dei pneumatici viene rilevata mediante confronto della distanza misurata tra la carreggiata e un punto prestabilito della sospensione con una distanza normale e, non appena la deformazione elastica rilevata dei pneumatici supera un valore limite superiore oppure scende al di sotto di un valore limite inferiore, viene emesso un segnale.

Nel brevetto statunitense US 5483 220 è descritto un apparecchio per il monitoraggio della perdita d'aria nei pneumatici di veicoli in cui viene rilevata direttamente soltanto la pressione del pneumatico di una ruota, altrimenti, con riferimento a questo, per il monitoraggio della perdita d'aria, si prende in considerazione la velocità angolare misurata di ciascuna ruota. Il rilevamento della perdita d'aria viene interrotto ad intervalli in cui l'accelerazione longitudinale oppure l'accelerazione trasversale del veicolo supera valori limite prestabiliti.

Nella domanda di brevetto europeo pubblicata EP 0657 310 Al è desritto un dispositivo di allarme per la segnalazione di perdite di pressione nei pneumatici, in cui sono fissati stadi di allarme in funzione della percentuale di· perdita di aria identificata e della velocità momentanea del veicolo .

Sono anche noti procedimenti e apparecchi per il monitoraggio dei pneumatici dei veicoli nella forma che, durante il funzionamento del veicolo, viene misurata continuamente la pressione dei pneumatici e, non appena la pressione degli stessi si discosta da un valore nominale, in particolare non appena detta pressione diventa troppo bassa, viene emesso un segnale. In questo caso / la pressione dei penumatici, da un lato, viene rilevata direttamente per mezzo di un sistema di sensori di pressione, cosa che durante il funzionamento del veicolo, è però comparativamente dispendiosa a causa della ruota rotante. Pertanto spesso nei noti sistemi, la pressione dei pneumatici viene rilevata indirettamente per il fatto che viene rilevato il numero di giri e da ciò si ricava un indice di velocità di marcia relativo che poi viene confrontato con quello di altre ruote o con una informazione relativa alla velocità di marcia ricavata in altro modo. La pressione dei pneumatici rilevata serve principalmente a valutare il carico dei pneumatici che, notoriamente, è determinato, in primo luogo, dal lavoro di gualcitura da rotolamento eseguito dal pneumatico e, quindi, dalla deformazione dello stesso durante il funzionamento.

Ad esempio, nella domanda di brevetto tedesca pubblicata DE 32 36 520 Al è descritto un apparecchio per la segnalazione dello stato dei pneumatici di un veicolo, in particolare della pressione dei pneumatici e della profondità del profilo in cui un valore di riferimento della velocità di marcia ottenuto dai numeri di giri delle ruote viene confrontato con la velocità al suolo reale del veicolo che viene rilevata da un sensore relativo. Una caduta improvvisa della pressione in un pneumatico si manifesta, ad una data velocità del veicolo, con una variazione corrispondentemente rapida del numero di giri delle ruote e quindi del valore di riferimento della velocità del veicolo, la cui differenza dalla velocità effettiva del veicolo può essere riconosciuta dall'apparecchio. Per poter monitorare anche variazioni a lungo termine in virtù dell'abrasione dei pneumatici è prevista una memoria in un dispositivo di comando elettronico centrale in cui si possono memorizzare i numeri di giri delle ruote misurati in modo continuo. Dal confronto dei numeri di giri delle ruote rilevati in modo continuo con i numeri di giri misurati<' >all'inizio dopo il montaggio di nuovi pneumatici è possibile monitorare, per lunghi periodi di tempo, il materiale asportato per sfregamento dei pneumatici e quindi l'altezza del profilo degli stessi.

Dal brevetto DE 3029 563 C3 è noto un altro procedimento per il rilevamento indiretto della pressione dei pneumatici delle ruote di veicoli con cui poter riconoscere una pressione troppo bassa dei pneumatici in considerazione della temperatura ambiente, dello stato di carico del veicolo e della pressione atmosferica per mezzo di uno speciale sistema di sensori e di un circuito di valutazione.

Nel saggio del periodico ''Reifendruck im Blickfeld' (''Pressione dei pneumatici nel campo visivo ''), Automobil-Elektronik ''(''Elettronica dell 'automobile , Settembre 1990, pagina 30, sono pubblicati sistemi di monitoraggio per pneumatici di veicoli in cui un apparecchio di comando centrale combina i dati di un sistema di sensori di pressione dei pneumatici con altri segnali di sensori che danno informazioni sulla temperatura esterna, sulla temperatura dei freni, sulla velocità del veicolo e sullo stato di carico del veicolo e, in questo modo, riconosce se la pressione di un pneumatico è molto inferiore ad una pressione nominale prestabilita, dopo di che il conducente riceve un segnale relativo tramite una visualizzazione ottica.

L'invenzione si prefigge, come problema tecnico, di approntare un procedimento e un apparecchio del tipo citato avanti, con cui sia possibile monitorare affidabilmente, con un dispendio relativamente piccolo durante la marcia, lo stato di carico dei pneumatici.

L'invenzione risolve questo problema con un procedimento con i particolari della rivendicazione 1 e con un apparecchio con i particolari della rivendicazione 4. In questo procedimento e in questo apparecchio è previsto rilevare la deformazione elastica dei pneumatici, cioè la differenza tra il raggio libero dei pneumatici e l'altezza del centro dei pneumatici dal suolo, da una misurazione della distanza con cui si misura in modo continuo l'altezza di un asse relativo del veicolo oppure di una parte della carrozzeria dello stesso collegata rigidamente. La deformazione elastica dei pneumatici così determinata è una misura del carico attuale del pneumatico più diretta e quindi più affidabile della pressione dei pneumatici dato che, ad esempio, in presenza di pressione costante dei pneumatici, si ottengono deformazione del pneumatico diverse in funzione della variazione della velocità del pneumatico in corrispondenza dell'area di contatto dello stesso col terreno che provocano le relative variazioni della deformazione elastica del pneumatico. Il rilevamento della deformazione elastica consente, quindi, di valutare in modo molto affidabile la resistenza e la sicurezza in esercizio del pneumatico. Inoltre , la misurazione della distanza di una parte ferma della carrozzeria del veicolo è comparativamente semplice e lascia piena libertà per quanto riguarda la forma costruttiva della ruota mentre, ad esempio, in caso di misurazione diretta della pressione del pneumatico, questa va eseguita su un elemento strutturale rotante e, a questo scopo, spesso a questa va adattata appropriatamente la forma costruttiva della ruota.

In questo caso, la valutazione della resistenza e della sicurezza in. esercizio del pneumatico ha luogo, in particolare, per il fatto che si prestabilisce un intervallo nominale per la deformazione elastica del pneumatico in funzione almeno della velocità del veicolo e del carico del veicolo e che i valori della deformazione elastica rilevati dei pneumatici vengono memorizzati separatamente per ogni pneumatico in modo richiamabile nel loro andamento temporale almeno durante le fasi di esercizio in cui la deformazione elastica del pneumatico in questione si trova al di fuori dell'intervallo nominale prestabilito. Alla base di ciò c'è il riconoscimento che la sollecitazione complessiva dei pneumatici e quindi lo stato di volta in volta attuale del pneumatico sono determinati essenzialmente dalla misura in cui il pneumatico è stato utilizzato con un deformazione elastica al di fuori del valore nominale prestabilito, per cui il valore nominale viene prestabilito in modo adeguato.

In un procedimento ulteriormente sviluppato secondo la rivendicazione 2, per il rilevamento della deformazione elastica dei pneumatici si impiega un processo con cui si accertano valori medi di più valori di distanza misurati stessi, ottenuti in successione, oppure di singoli valori di deformazione elastica dei pneulatici così ottenuti. In questo modo si eliminano o comunque si attenuano sufficientemente influssi di disturbo dinamici di breve durata che, ad esempio, possono essere prodotti da oscillazioni di carico sulle ruote durante il percorso su un tratto di carreggiata aplanare oppure da aplanarità di carreggiata puntiformi nell'ambito di rilevamento del sistema di sensori di misura di distanza.

Nel procedimento ulteriormente sviluppato secondo la rivendicazione 3, per il rilevamento della deformazione elastica de pneumatici non si tengono in considerazione i processi di misura durante fasi di esercizio in cui sul veicolo agiscono rilevanti forze di accelerazione poiché in queste fasi di esercizio si possono manifestare oscillazioni della deformazione elastica dei pneulatici dovute all'accelerazione che in seguito non fanno alcun riferimento ad uno stato sfavorevole dei pneumatici. Un dispositivo ulteriormente sviluppato secondo la rivendicazione 5 è adatto ad eseguire questo procedimento.

In un apparecchio ulteriormente sviluppato secondo la rivendicazione 6, ad ogni pneumatico controllato del veicolo è associato un sistema di sensori di misura di distanza che, a questo scopo, è disposto su un segmento dell'asse attiguo al pneumatico del veicolo in modo che ogni sistema di sensori di misura della distanza rilevi in primo luogo la deformazione elastica del pneumatico associato. L'ottenimento dei diversi valori di deformazione elastica dai valori misurati rilevati dei diversi sensori di misura della distanza avviene nell'unità di valutazione dove, a seconda della precisione desiderata e della struttura del veicolo, si può tenere conto anche dell'influsso della deformazione elastica di un pneumatico sugli altri sensori di misura di distanza non associati a questo pneumatico.

Una forma di esecuzione preferita dell'invenzione è rappresentata nei disegni e viene descritta in seguito. In essi:

La figura 1 mostra una rappresentazione schematica della zona di un pneumatico di autoveicolo sottoposto a monitoraggio con sistema di sensori di misura di distanza associato e

la figura 2 mostra un diagramma schematico a blocchi di un parte centrale di microprocessore per la valutazione dei valori misurati ottenuti dai sensori di misura di distanza della figura 1.

Nella figura 1 è rappresentata schematicamente, ad esempio, la zona di una della quattro ruote di un autoveicolo. La ruota è montata su un asse (2) del veicolo e contiene un pneumatico (1) che, quando è in funzione, rotola su una carreggiata (3). In questo caso, il pneumatico (3) si deforma, notoriamente, in corrispondenza della sua area di contatto per effetto delle forze che agiscono su di esso in modo che la distanza (rf) del centro del pneumatico dalla carreggiata (3) è minore del raggio libero (r) del pneumatico prima del montaggio di detto pneumatico (1). La differenza d = r - r£ tra il raggio libero (r) del pneumatico e la distanza (r£) del centro del pneumatico dal terreno viene indicata come deformazione elastica del pneumatico e quindi costituisce una misura per la deformazione elastica del pneumatico e quindi il carico del pneumatico.

Per il rilevamento della deformazione elastica (d) del pneumatico, al pneumatico (1) del veicolo sottoposto a monitoraggio è associato un sistema di sensori di misura di distanza (1), il quale è disposto sul lato inferiore del segmento attiguo dell'asse (2) relativo del veicolo e misura la sua distanza (a) dalla carreggiata (3). Fino alla differenza di altezza in direzione verticale del veicolo che resta costante tra il centro del pneumatico e il sistema di sensori di distanza (4), questa distanza misurata (a) corrisponde alla distanza (rf) del centro del pneumatico dalla carreggiata (3) e pertanto può essere impiegata come misura di questa e quindi della deformazione elastica del pneumatico. Per il rilevamento della deformazione elastica (d) del pneumatico dai valori misurati (a) della distanza serve un microprocessore (5), come rappresentato nella figura 2.

Al microprocessore (5) sono inviati, sul lato di entrata, i valori di distanza misurati (alf a2, ....) ottenuti dai diversi sensori di misura di distanza (4), dai quali il microprocessore (5) rileva la deformazione elastica (dlf d2, ...) di ciascun pneumatico (1). Come ulteriori informazioni di entrata si invia al microprocessore (5) la velocità (v) del veicolo, il percorso (s) finora fatto con i pneumatici montati, il carico (B) del veicolo nonché segnali (F) di un sistema di sensori di accelerazione longitudinale e di accelerazione trasversale, dove questi ultimi sono rappresentati in modo semplificato da un unico canale di entrata. I sistemi di sensori per il rilevamento di queste grandezze di entrata (v, s, B, F) sono noti e quindi non hanno bisogno, in questo caso, di essere illustrati più dettagliatamente. Il percorso (s) può essere calcolato, in alternativa, anche dal microprocessore (5) mediante integrazione della informazione (v) sul tempo di esercizio inviata, relativa alla velocità del veicolo. Come sensore di accelerazione trasversale si può usare, ad esempio, un sensore di angolo di sterzata oppure un sensore di inclinazione. Sensori di accelerazione longitudinale sono in uso, ad esempio, per l'individuazione di elevate decelerazioni dei veicoli per attivare, successivamente, un sistema di airbag oppure un sistema di tendicintura. Nel modo più semplice si può individuare una fase di esercizio, in cui il veicolo viene decelerato attivamente, con riferimento allo stato di commutazione di un interruttore di luci di arresto che in questo caso serve da semplice elemento sensibile di accelerazione longitudinale.

In una parte . della memoria del microprocessore (5) è depositato un diagramma caratteristico (6) che definisce un settore nominale per la deformazione elastica (d) del pneumatico in funzione degli altri parametri di entrata, in particolare della velocità (v) del veicolo e del carico (B) del veicolo, cosa che nell’inserto della figura 2 è rappresentata in modo semplificato soltanto in proiezione bidimensionale. Questo settore nominale (6) viene prestabilito in modo da comprendere gli stati di funzionamento vantaggiosi dei pneumatici e da limitarli rispetto a quelli svantaggiosi che producono un eccessivo carico sui pneumatici e quindi riducono la sicurezza di esercizio del pneumatico e la durata di vita degli stessi. L'informazione (F) del segnale di entrata relativa all'accelerazione .attuale longitudinale e trasversale del veicolo viene utilizzata dal microprocessore per lasciare inosservati i valori di distanza misurati {aj a2.■ ..), ottenuti dai sensori di distanza (4) durante fasi di esercizio in cui l'accelerazione longitudinale e/o l'accelerazione trasversale superano un valore limite positivo di volta in volta prestabilito oppure scendono al di sotto di un valore limite negativo, durante il rilevamento della deformazione elastica del pneumatico oppure, in alternativa a questo, per disinserire i sensori di distanza (4) in queste fasi di esercizio poiché in tali fasi di esercizio, a causa dell'accelerazione positiva o nevativa, cioè della decelerazione, si hanno distribuzioni di carichi disuniformi in direzione longitudinale e rispettivamente in direzione trasversale del veicolo sulle diverse ruote del veicolo. Ne consegue che i valori di distanza misurati (a1# a2....), ottenuti dai singoli sistemi di sensori di misura di distanza (4) in queste fasi di esercizio di accelerazione differiscono dal loro valore nominale durante fasi di esercizio libere da accelerazioni. In alternativa ad un tale mascheramento di fasi di esercizio di accelerazione per il rilevamento delle deformazioni elastiche (d2, d2....) del pneumatico, il microprocessore (5) può essere attrezzato in modo da correggere appropriatamente i valori di distanza misurati (ai, a2...), ottenuti durante tali fasi di esercizio di accelerazione

Come ulteriore accorgimento contro operazioni medie di calcolo errate della deformazione elastica (d) del pneumatico per effetto di influssi dinamici temporanei di disturbo, il microprocessore (5) prende, separatamente per ogni pneumatico (1) del veicolo, una formazione di valori medi flessibili dei valori di distanza misurati (a1# a2, ...) relativi, rilevati in successione, per utilizzare poi il valore medio flessibile per la determinazione della deformazione elastica (da, d2, ...) relativa. In questo modo si eliminano brevi influssi di disturbo quali possono manifestarsi, ad esempio, come oscillazioni dinamiche di carico sulla ruota durante l'attraversamento di una carreggiata aplanare oppure di aplanarità puntiformi di carreggiata nell'ambito di rilevamento di ciascun sistema di sensori di misura di distanza.

Il microprocessore (5) confronta poi il valore di deformazione elastica (d1# d2, ...) di ogni pneumatico (1) del veicolo ottenuto , in questo modo, mediante un processo di accertamento di valori medi con la zona nominale (6) depositata tenendo conto di volta in volta degl altri parametri di entrata, quali la velocità (v) del veicolo e il carico (B) del veicolo. Non appena la deformazione elastica (dlf d2, ...) rilevata per un pneumatico (1) lascia la zona nominale prestabilita (6), il microprocessore (5) dà, tramite un primo canale di uscita (Ap), un corrispondente segnale con cui esso indica che la deformazione elastica del pneumaico in questione sta al di fuori della zona utile, cioè essa è molto elevata, e quindi si è in presenza di una sollecitazione eccessiva del pneumatico. Questo segnale può servire, allo stesso tempo, da segnale per modificare adeguatamente la pressione dell'aria nel pneumatico relativo (1). Attraverso un secondo canale di uscita (Av) si può inviare, inoltre, un avvertimento relativo ad una elevata velocità del veicolo. Un tale segnale viene emesso dal microprocessore (5) quando esso, con riferimento alle grandezze di entrata addotte, riconosce che uno o più pneumatici (1) del veicolo, a causa di una velocità troppo alta del veicolo, si trova(no) in uno stato di esercizio sfavorevole con sollecitazione eccessivamente alta del(i) pneumatico(i) per cui si dovrebbe ridurre la velocità del veicolo.

Attraverso un terzo canale di uscita (AD) del microprocessore (5) è possibile, inoltre, leggere la sollecitazione complessiva che ha subito finora ciascun pneumatico (1) del veicolo durante il suo impiego, cosa che può servire da base molto affidabile per la valutazione della ulteriore sicurezza di esercizio del pneumatico e del carico ammissibile dello stesso. A questo scopo, il microprocessore (5) memorizza i valori di deformazione elastica (d1# d2, ...) rilevati per ogni pneumatico (1) separatamente in modo da poter essere richiamati nel suo svolgimento temporale, e precisamente almeno durante le fasi di esercizio in cui, per il pneumaico (1) in questione, la deformazione elastica (dlf d2, ·■·) si trova al di fuori della zona nominale prestabilità (6) e in cui, quindi, il pmenumatico è sottoposto ad una sollecitazione eccessivamente alta.

Chiaramente, il procedimento di monitoraggio dei pneumatici del veicolo eseguito dall'apparecchio descritto rappresenta un metodo molto affidabile per poter individuare in modo affidabile le condizioni di esercizio del pneumatico con carico eccessivo dello stesso, al cui scopo la deformazione elastica (d) di detto pneumaico, che rappresenta una misura primaria per la deformazione dello stesso e quindi il carico di esso durante il servizio, viene rilevata direttamente per mezzo di una misurazione della distanza mediante la quale si misura la distanza di una parte fissa della carrozzeria del veicolo dalla carreggiata. L'informazione della deformazione elastica così ottenuta forma una scala di valutazione del carico del pneumatico più affidabile di una semplice informazione relativa alla pressione del

Claims (6)

1. RIVENDICAZIONI 1. Procedimento per il monitoraggio di pneumatici di atoveicoli in cui, durante l'esercizio del veicolo, si misura in modo continuo la distanza (a) di un asse (2) relativo del veicolo oppure di una parte di carrozzeria collegata rigidamente con questo dalla carreggiata (3) e da questa si rileva la deformazione elastica (d) del pneumatico, caratterizzato dal fatto che - si presetabilisce un campo nominale (6) per la deformazione elastica (d) in funzione almeno della velocità (v) del veicolo e del carico (B) dello stesso, - viene emesso un segnale quando la deformazione elastica rilevata del pneumatico lascia il campo nominale così prestabilito e per la valutazione della sollecitazione complessiva del pneumatico si memorizzano i valori di deformazione elastica rilevati di ciascun pneumatico separatamente in modo richiamabile nel loro decorso temporale almeno durante quelle fasi di esercizio in cui la deformazione elastica del pneumatico in questione sta al di fuori del campo nominale prestabilito.
2. 2. Procedimento secondo la rivendicazione 1 caratterizzato dal fatto che la deformazione elastica (d) è determinata da un processo di accertamento di valori medi mediante più processi di misura di distanza (a) ottenuti in successione.
3. 3. Procedimento secondo la rivendicazione 1 oppure 2, caratterizzato dal fatto che per il rilevamento della deformazione elastica (d) del pneumatico non si tiene conto dei processi di misurazione della distanza durante fasi di esercizio in cui l'accelerazione longitudinale e/o l'accelerazione trasversale del veicolo superano un valore limite positivo prestabilito oppure scendono al di sotto di un valore limite negativo prestabilito .
4. 4. Apparecchio per il monitoraggio di pneumatici di un veicolo con - un sistema di sensori di misura di distanza (4) per la misurazione della distanza (a) di un asse (2) relativo del veicolo oppure di una parte della carrozzeria del veicolo collegata con questo dalla carreggiata (3) e - una unità di valutazione (5) che rileva la deformazione elastica (d) del veicolo dal valore misurato(a) della distanza ottenuto dal sistema di sensori di misura della distanza, caratterizzato dal fatto che da unità di valutazione funge un microprocessore (5) in cui è memorizzato un campo nominale (6) per la deformazione elastica (d) in funzione almeno della velocità (v) del veicolo e del carico (B) dello stesso, il quale microprocessore emette un segnale quando la deformazione elastica rilevata del pneumatico lascia il campo nominale (6) così prestabilito e, per la valutazione della sollecitazione complessiva del pneumatico, memorizza, in modo da poter essere richiamati nel loro decorso temporale, i valori di deformazione elastica rilevati per ciascun veicolo separatamente almeno durante quelle fasi di esercizio in cui, per il pneumatico in questione, la deformazione elstica dello stesso si trova al di fuori del campo nominale prestabilito.
5. 5. Apparecchio secondo la rivendicazione 4, caratterizzato dal fatto che è previsto un sistema di sensori di accelerazione longitudinale e/o di accelerazione trasversale, i cui segnali di uscita (F) vengono inviati al microprocessore (5) il quale ignora i valori misurati (a) del sistema di sensori (4) di misurazione della distanza per la determinazione della deformazione elastica (d) del pneumatico, inviati ad esso durante fasi di esercizio in cui i valori di accelerazione longitudinale e/o i valori di accelerazione trasversale inviati superano un valore limite positivo prestabilito oppure scendono al di sotto di un valore limite negativo prestabilito.
6. 6. Apparecchio secondo la rivendicazione 4 oppure 5, caratterizzato dal fatto che ad ogni pneumatico (1) del veicolo sottoposto a monitoraggio è associato un proprio sistema di sensori di misurazione (4) della distanza disposto su un segmento dell'asse attiguo al pneumatico del veicolo