WO2001017804A1 - Einrichtung zum überwachen und drahtlosen signalisieren des drucks in luftreifen an fahrzeugen - Google Patents

Einrichtung zum überwachen und drahtlosen signalisieren des drucks in luftreifen an fahrzeugen Download PDF

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WO2001017804A1
WO2001017804A1 PCT/EP2000/007340 EP0007340W WO0117804A1 WO 2001017804 A1 WO2001017804 A1 WO 2001017804A1 EP 0007340 W EP0007340 W EP 0007340W WO 0117804 A1 WO0117804 A1 WO 0117804A1
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WO
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pressure
wheel electronics
signals
wheel
receiver
Prior art date
Application number
PCT/EP2000/007340
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English (en)
French (fr)
Inventor
Norbert Normann
Andreas Kühnle
Gunter Lothar Schulze
Ralf Kessler
Original Assignee
Beru Aktiengesellschaft
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Publication date
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Priority to JP2001521573A priority patent/JP2003508298A/ja
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    • G—PHYSICS
    • G08—SIGNALLING
    • G08C—TRANSMISSION SYSTEMS FOR MEASURED VALUES, CONTROL OR SIMILAR SIGNALS
    • G08C17/00—Arrangements for transmitting signals characterised by the use of a wireless electrical link
    • G08C17/02—Arrangements for transmitting signals characterised by the use of a wireless electrical link using a radio link
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60C—VEHICLE TYRES; TYRE INFLATION; TYRE CHANGING; CONNECTING VALVES TO INFLATABLE ELASTIC BODIES IN GENERAL; DEVICES OR ARRANGEMENTS RELATED TO TYRES
    • B60C23/00—Devices for measuring, signalling, controlling, or distributing tyre pressure or temperature, specially adapted for mounting on vehicles; Arrangement of tyre inflating devices on vehicles, e.g. of pumps or of tanks; Tyre cooling arrangements
    • B60C23/02—Signalling devices actuated by tyre pressure
    • B60C23/04—Signalling devices actuated by tyre pressure mounted on the wheel or tyre
    • B60C23/0408—Signalling devices actuated by tyre pressure mounted on the wheel or tyre transmitting the signals by non-mechanical means from the wheel or tyre to a vehicle body mounted receiver

Definitions

  • the invention relates to a device with the features arranged in the preamble of claim 1.
  • a device is known from WO 93/08035.
  • This device has a wheel electronics arranged on the valve base, which is located inside the pneumatic tire and is exposed to the pressure in the pneumatic tire.
  • the wheel electronics have a battery as a power source, a pressure sensor which measures the pressure prevailing in the pneumatic tire, an electronic evaluation circuit which evaluates the pressure measurement signals supplied by the pressure sensor, and a transmitter which is controlled by the evaluation circuit and signals which are obtained from the measurement Information about the pressure in the tire contained, transmitted to a receiving device.
  • the pressure sensor is an absolute pressure sensor based on semiconductors and delivers an electrical output signal corresponding to the current tire pressure.
  • the receiving device is a loose remote control device, which contains an interrogation transmitter, with which the wheel electronics can be returned to their normal operating state from an energy-saving state, in which a receiving device and an activation device present in the wheel electronics are kept in standby mode.
  • the wheel electronics then measure the pressure and send a signal, which contains information about the absolute pressure, to the remote control device, which has a liquid crystal display on which the measured value can be read.
  • a sequence control ensures a short-term transmission of the pressure signal.
  • the wheel electronics are then restored to their energy-saving state, in which they consume a few microamps of electricity.
  • a dangerous situation for the driver is the occurrence of a sudden loss of pressure, which can only be recognized if the tire pressure is measured at intervals of only a few seconds.
  • the tire pressure is not sent every time it is measured, but only when a pressure deviation that affects driving safety becomes apparent, or when the wheel electronics function properly internally from time to time the wheel electronics are checked and reported to the receiving device.
  • DE 195 22486 C2 company lettering AMI DODUCO "Electronic tire pressure control system. More driving safety - more comfort").
  • Wheel electronics contains an evaluation circuit which controls the transmitter of the tire pressure electronics and only causes it to transmit when it is necessary, namely when there is a relevant pressure deviation or when the functionality of the wheel electronics is to be reported.
  • AMI DODUCO GmbH has succeeded in consistently optimizing the operation of battery-operated wheel electronics, reducing its power consumption to such an extent that the battery life with a charging capacity of 300 mAh is now at least seven years, although the wheel electronics measure every 3 s and all 54 s sends. Nevertheless, the limited service life of the battery has remained a fundamental handicap of this tire pressure monitoring system.
  • a transponder or responder is a radio device that does not have its own power supply, transmits response signals to received query signals and the energy required for this from the query signals themselves refers.
  • an interrogator in the vehicle which transmits the interrogation signals
  • a response receiver which receives the response signals emitted by the transponder.
  • the interrogator and the response receiver are combined in a transceiver, which is connected to a vehicle with four wheels with four antennas which are arranged in the wheel arches of the body close to the wheels.
  • the interrogator sends an interrogation signal to an answer transmitter (transponder) present in the wheel electronics, which activates the wheel electronics, which has neither a battery nor an accumulator, and at the same time transmits to it the electrical energy required to carry out a measurement process carry out and send the measurement result back to the responder.
  • an answer transmitter transmitter
  • the wheel electronics with the transponder is well shielded inside the wheel.
  • the present invention has for its object to show a way how the life of the battery in a battery-operated wheel electronics of a tire pressure control system can be increased further without having to lower the measurement rate for the tire pressure.
  • the receiver assigned to the wheel electronics which is sensitive to the signals emitted by the interrogator and is preferably designed as a separate chip module, does not represent a complete transponder, but essentially only uses its receiving part; Instead of the radio transmitter provided with a transponder and operated with the interrogation signals, the receiver only uses a trigger circuit which triggers and thereby activates the battery-operated wheel electronics.
  • the receiver receives the energy necessary for its operation from the high-frequency interrogation signal, but, in contrast to the known transponder solution, does not supply the rest of the radio electronics with electricity, but only generates trigger signals which activate the wheel electronics so that it carries out one or more measurements and evaluations and, if it should be indicated after the result of the measurement, sends a signal to the receiving device, the energy for the measurement, evaluation and spark being drawn from the battery.
  • the wheel electronics switches off again, unless it carries out further measurements depending on the result of the evaluation of the pressure measurement in order to verify an observed pressure drop and / or to observe its further development; Such further measurements can be carried out according to criteria and in such a manner as is disclosed in DE 19522486 C2 and in the AMI DODUCO company publication.
  • the receiver In contrast to a complete transponder solution, the receiver is only used to generate a trigger signal for the activation of the battery-operated wheel electronics.
  • the energy associated with the interrogation signal transmitted can therefore be very much less than the energy that must be supplied to the transponder in the state of the art known from SSI in order to operate the entire wheel electronics and also to transmit the response signal with the pressure information contained therein to the receiving device.
  • This unusual, limited use of elements of a battery-free transponder in combination with battery-operated wheel electronics results in significant advantages for this special application in a tire pressure control system:
  • the power consumption of the wheel electronics in the energy-saving state could be reduced to less than 1 ⁇ A.
  • a separate antenna in the wheel arch is no longer required for each wheel to transmit the query signals. This saves considerable costs for antennas and their installation. Since you no longer need your own antenna in each wheel arch, you no longer have to run a high-frequency line in each wheel arch. Instead, one or two antennas can be used, which can be arranged in the center of the vehicle.
  • the interrogator can be designed for a much lower output than with a complete transponder solution (SSI) and is therefore considerably cheaper.
  • the receiver which is assigned to the respective wheel electronics, is only intended to receive the query signal and convert it into a trigger signal, but does not have to provide any power for the operation of the wheel electronics and their transmitters, it can be designed with less power than with Use in a full
  • Transponder which is why it can be inexpensive. Inexpensive transponders can be found today in large numbers in identification systems (access control), in which identity cards are used, in which a transponder in the form of a chip module with an attached antenna is sealed and checked contactlessly by a card reader in which the The interrogator and the response recipient are accommodated. Since the transponders are manufactured in large numbers, they are inexpensive. They have ranges (transponder - reader distance) of one meter and more. However, since the transponder's response channel is not used according to the invention, it can be used in only one
  • Radio direction namely from the interrogator to the receiving part of the transponder, the range can be set even larger. Therefore inexpensive transponder modules of the type used for contactless identification systems are also suitable for use in the present invention, where, however, only their receiving part is required, which is why the chip module on which the receiver is located is also used in the Compared to a full transponder chip module can be cheaper.
  • the receiver which is assigned to the wheel electronics, does not draw any current from the battery of the wheel electronics. This is because, as is customary with transponders, the receiver does not require any electrical current in order to be kept on standby for the reception of an interrogation signal.
  • the wheel electronics are connected upstream of a receiving circuit that does not consume any electricity, the wheel electronics, unlike in the case of WO / 9308035, does not have to receive a radio signal in one
  • the wheel electronics only have to be kept in a standby state to the extent that they can be activated by a trigger signal transmitted by the receiver. If the wheel electronics contain a volatile memory, a voltage must be maintained on it to avoid data loss. However, this does not result in significant electricity consumption.
  • the interrogator can be switched off, and when the vehicle is unlocked or the ignition is switched on, it can be switched on. If that
  • the wheel electronics are not queried, which saves a considerable amount of electricity once again, because most vehicles are idle for more than 90% of their lifespan. In this way, the active operation of the wheel electronics is limited to the operating times of the vehicle.
  • Non-operating pressure drops in a tire that are relevant for driving safety are nevertheless recorded and signaled.
  • the interrogation transmitter is switched on when the ignition is switched on or already when the vehicle is unlocked, whereupon he immediately interrogates the wheel electronics and has the opportunity to take a critical look
  • the device according to the invention can be operated in such a way that after each query in the wheel electronics, only one measurement and evaluation process is carried out and a signal is sparked if necessary. This can be done at intervals of a few seconds.
  • the device is preferably operated in such a way that after receiving an interrogation signal, the wheel electronics does not only carry out a single pressure measurement, but rather repeats the pressure measurement and evaluation over a longer period of time, for example a few minutes, at regular intervals of a few seconds and then automatically, in accordance with the programming of the Wheel electronics, returns to its energy-saving state.
  • an interrogation signal could be sent every five minutes and trigger an active phase of the wheel electronics, which is a little shorter than five minutes.
  • an interrogation signal could be sent every five minutes and trigger an active phase of the wheel electronics, which is a little shorter than five minutes.
  • the radio signals emitted by the wheel electronics contain, as components in digital form, a preamble, the identifier, a tire pressure signal and a postamble.
  • the radio signals are high-frequency signals.
  • the high-frequency transmission takes place in Germany preferably in the 433 MHz range, the so-called ISM band, or in some other countries in the 315 MHz range or in the 868 MHz range.
  • the radio signals transmitted by the wheel electronics are received by the intended receiving antennas. If each wheel of the vehicle is assigned its own receiving antenna, this is preferably located in the vicinity of the respective wheel, in particular on the wall of the wheel housing of the vehicle body.
  • the receiving antennas transmit the RF signals via special RF-compatible lines to the central receiving, evaluation and control unit, in which an RF receiver, which has its own receiving channel for each antenna, amplifies and demodulates the signal arriving at the input of the respective receiving channel , The low-frequency signal present after demodulation is decoded and evaluated in order to provide the driver with a warning or other information about the tire pressure via the control part of the device.
  • the radio signals are weak to save energy. Due to the low signal level on the electrical lines between the receiving antennas and the central receiving, evaluating and control device, the electrical lines require complex measures to protect the signals transmitted on these lines against external interference. In a practical tire pressure control system according to DE 195 18806 A1, the electrical lines are elaborately shielded twisted pair cables.
  • a single-channel RF receiver with demodulator is preferably arranged in each receiving antenna, so that the electrical lines transmit NF signals instead of RF signals.
  • the NF signals do not require elaborately shielded cables for their transmission; unshielded electrical cables can be used, which are much cheaper.
  • the LF signals already formed on the antenna by demodulation show a significantly lower sensitivity to interference than the RF signals transmitted via twisted-pair cables in the prior art.
  • DE 198 56 898 A1 discloses further details, to which reference is hereby expressly made.
  • the receiving antennas of the receiving device are preferably used at the same time as transmitting antennas of the interrogator.
  • a separate interrogation transmitter can advantageously be combined with each antenna, so that no HF-compatible line has to be laid for the interrogation either.
  • the period of time for which the wheel electronics are active after triggering can not only be predefined by programming, but can also be selected as a function of one or more physical states measured in the pneumatic tire and changing during driving. Such a state can be the speed of the vehicle, which can be determined by a centrifugal force sensor additionally provided in the wheel electronics. In low-risk driving conditions (slow driving and standstill), the time intervals in which the wheel electronics work can be significantly longer than when driving fast.
  • the measuring rate and the transmission rate can also be chosen to vary depending on the measured pressure or on its change over time, with the greater and faster the pressure drop, the more often one measures and transmits.
  • the transmission powers of the interrogation transmitter and the wheel electronics are sufficient to manage the four wheels of a vehicle with a common central antenna for the transmission of the interrogation signals and the reception of the pressure signals.
  • the requirement that the receiving device must be able to recognize from the signals transmitted by the radio electronics at which point on the vehicle the wheel from which a signal was received can arise as a boundary condition.
  • DE 198 56 861 A1 discloses how acceleration sensors can be used in the wheel electronics, even if each wheel is not adjacent to it Antenna is provided in the wheel house, but only two or even only one antenna is present, can draw clear conclusions about the wheel position.
  • the tire pressure has its setpoint p 0 and is constant.
  • the condition is at the start of the journey and when driving slowly.
  • t g The tire pressure is measured and compared with the last measured value.
  • the last measured pressure value is saved instead of the previously measured value in order to then be compared with the next measured value.
  • the mean value of several previously measured pressure values can also be used instead of the last measured pressure value.
  • a complete data telegram which contains the current pressure measurement value, is transmitted to the receiving device by means of the transmitter provided in the wheel electronics.
  • This regular transmission which takes place at larger intervals, is used for system monitoring and makes it possible to determine the extent to which a gradual drift in tire pressure is assuming.
  • Typical numerical values are for o: 1 to 10 seconds
  • ⁇ p 0 10 to 100 mbar (10 3 to 40 4 N / m 2 )
  • the tire pressure has the initial value p 0 .
  • the associated changes in the tire pressure take place so slowly that in the time intervals t ⁇ , the pressure change does not reach the threshold value ⁇ p 0 and the transmitter is therefore not activated.
  • information about the pressure in the tire is sent to the receiving device at time intervals T 0 with the data telegram, which is also used for system control.
  • a computer provided in the receiving device recognizes and evaluates slow pressure changes in all tires of the vehicle, in particular in the tires on a common axis, and thus recognizes the pressure changes caused by normal flexing work.
  • a gradual pressure loss is determined in the same way as slow pressure changes when driving without pressure loss.
  • a creeping pressure loss is recognized by the computer in the receiving device on the basis of the absolute pressure measurement values and from a comparison with the pressure measurement values of the tires with one another.
  • a signal is preferably not sent to the receiving device immediately after the threshold value has been exceeded; rather, the measuring rate is first increased, ie the time intervals for a predetermined number of measurements are shortened from ⁇ to t n ⁇ i ⁇ , especially to values of t, between 1 and 100 milliseconds.
  • the transmitter is activated and the pressure signal is sent to the receiving device.
  • t must be reduced in accordance with the same pressure drop rate of the threshold value. Because of the limited sensitivity of the pressure sensor, this will generally not be possible to the extent required. It is, therefore, continue to use cheaper in this case as a comparison pressure signal, the last before the shortening of the time clock from t "t, the comparison pressure signal formed until the specified number of measurements with a higher measuring rate ended or the measuring rate back to its original value (timing to) was extended.
  • Timing t Another possibility is to send a pressure signal at an increased measuring rate (timing t,) whenever the pressure measured value has changed by a certain amount, for example by 10 to 100 mbar. If no change in the pressure is detected (pressure change smaller than the threshold value ⁇ p 0 ), then measurement is continued for a certain time with an increased measuring rate (time cycle t,) or a predetermined number of measured values recorded with the increased measuring rate (timing t,) and then switched back to the original low measuring rate (timing t g ).
  • the pressure change occurs so quickly that the threshold value (between 10 and 100 mbar) is regularly exceeded at a normal measuring rate (time intervals t, between 1 and 10 seconds).
  • the procedure can therefore be the same as for rapid pressure loss. Since the filling process is generally not critical, there is also the possibility that a pressure measurement signal is not sent out until the tire pressure has stabilized again, which indicates the completion of the filling process.
  • the tire pressure monitoring device can also be used to monitor the vehicle's wheels against theft.
  • the wheel electronics then sometimes send a data telegram with status information to the central receiving device in the vehicle even when the vehicle is at a standstill. If a wheel is stolen, the data telegram is not sent, which is determined by the evaluation circuit in the central receiver and can respond to an alarm. Because the wheel electronics are supposed to measure the pressure in the tire, they are arranged in the tire. This can be done by arranging it on the valve base, as disclosed in WO 93/08035.
  • the wheel electronics can also be arranged in a recess in this plastic ring.
  • FIG. 1 shows a block diagram of the arrangement of the essential components of a tire pressure monitoring system in an automobile
  • FIG. 2 is a block diagram of a receiving device provided in the vehicle and
  • Figure 3 is a block diagram of a wheel electronics in connection with a
  • Figure 1 shows schematically four wheels 1 of an automobile 2.
  • wheel electronics 3 are attached in a structural unit with a receiver 4; it is located inside the pneumatic tire of wheel 1 and is fastened to the rim or to the foot of a valve or - if it is a wheel with emergency running properties - in a recess in a plastic ring surrounding the wheel rim.
  • the wheel electronics 3 and receiver 4 are identical to one another and have matching installation positions with respect to the respective wheel 1.
  • Under the floor 5 of the vehicle body there are two antennas 6 and 7, arranged in the region of the longitudinal center line of the vehicle.
  • One antenna 6 is located between the front wheels and the other antenna 7 is located between the rear wheels.
  • Both antennas 6 and 7 are connected by a high-frequency line 8, for example a coaxial line, to a receiver 9 provided in the body, which is supplied with power by the vehicle battery 10.
  • the receiving device 9 contains as essential components a high-frequency stage 11 designed according to the number of antennas 6 and 7, a modulator / demodulator 12, a microprocessor 13 for signal evaluation and for control tasks, an interrogator 14 BUS driver 15 for a BUS interface 16 and a display unit 17 arranged on the dashboard in a structural unit with an operating part 18, which are connected to the microprocessor 13 by means of a bidirectional BUS 19.
  • the voltage supply for all these components comes from the vehicle electrical system, represented by the connection of the two parts of the receiver 9 to the battery 10 of the vehicle.
  • the wheel electronics 3 consists of an assembly 20, which contains an integrated pressure and temperature sensor with associated measurement, evaluation and control circuit, an HF stage 21, a radio antenna 22 and an electric battery 24, which supplies the module 20 and the HF stage 21 with current.
  • the HF stage 21 feeds the assembly 20 and the HF stage 21 with current.
  • the pressure sensor in the assembly 20 is preferably a piezoelectric sensor.
  • the wheel electronics 3 is assigned a receiver 4 with a receiving antenna 23.
  • the receiver 4 works like the receiving part of a transponder and therefore does not require a power supply from the battery 24.
  • a trigger circuit 25 is provided at the output of the receiver 4 and is connected to a trigger input of the module 20.
  • the device shown in Figures 1 to 3 works as follows:
  • the wheel electronics 3 are in a power-saving state, in which their functions are largely switched off; it only requires a small current of less than 1 ⁇ A in order to be ready for a trigger signal from the trigger circuit 25 and to store data which may be stored in a volatile memory.
  • the receiving device 9 and with it the interrogation transmitter 14 is switched on, which generates an interrogation signal at time intervals T 0 of, for example, 5 minutes, and this via the modulator / demodulator 12, the HF stage 11 and the antennas 6 and 7 emits.
  • This interrogation signal is received at each of the wheels 1 by the local receiving antenna 23 and activates the receiver 4 with the energy transmitted by the interrogation signal, so that the latter outputs a trigger signal to the module 20 via the trigger circuit 25.
  • This is then switched to its normal operating state and kept in its normal operating state for a predetermined period of time T, ⁇ T 0 , during which an internal clock is running in the module 20.
  • T 1 is expediently only slightly shorter than T 0 .
  • a pressure and temperature measurement is carried out in a predetermined time cycle t j of, for example, a few seconds. The measurement is evaluated. Only if the evaluation shows that a warning signal is to be transmitted, or if a readiness signal is sent which signals the receiving device, for example at regular time intervals T 0 , that the wheel electronics are functioning properly, does the microprocessor 13 initiate the RF stage 11 To transmit a digital HF signal, which contains information about the measured pressure and / or about a measured change in pressure and, moreover, an identifier characterizing the individual wheel electronics, by means of which the receiving device 9 can determine from which of the wheels 1 the signal comes.
  • the signal emitted by the radio antenna 22 is received primarily by the closest of the two antennas 6 and 7, fed to the receiving device 9 via the line 8, reaches the two-channel RF stage 11, is demodulated in the modulator / demodulator 12 and by the Microprocessor 13 processed.
  • the microprocessor 13 controls the BUS driver 15, which then transmits a display signal generated by the microprocessor 13 to the display unit 17, on which it is used, for. B. is displayed on a liquid crystal display.
  • the wheel electronics 3 repeat the measurements in the specified cycle t ,, until it is switched off again by their internal clock. Between the individual measurements, it places itself in a power-saving state, in which its internal clock continues to run and consumes electricity. When the time period T, started by an interrogation signal, of a few minutes expires, the internal clock is also switched off and the wheel electronics fall back into their extremely energy-saving state, from which they are only activated again by the next interrogation signal.
  • the operating mode of the receiving device 9 can be changed by means of an operating part 18 provided in the dashboard.
  • the receiver 4 can essentially consist of a chip module as used for transponders, the return channel provided in the case of transponders not being required for the return of a response signal.
  • Suitable transponders are available from AmaTech Electronic Components Manufacturing GmbH, Roßbergweg 2 in 87459 Pfronten; AmaTech offers them for contactless identification systems, especially for installation in identity cards in credit card format.

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Abstract

Die Einrichtung zum Überwachen und drahtlosen Signalisieren eines Drucks oder einer Druckänderung in Luftreifen von Rädern (1) an Fahrzeugen (2) besteht aus einem im oder am Fahrzeug (1) vorgesehenen Empfangsgerät (9), zu welchem wenigstens eine Antenne (6, 7) gehört, und aus einem in dem Luftreifen angeordneten Gerät (3) zum Messen, Auswerten und Senden von Reifendrucksignalen, nachfolgend als 'Radelektronik' bezeichnet, welches eine Batterie (24) als Stromquelle; einen Drucksensor, welcher den im Luftreifen herrschenden Druck aufnimmt; eine Auswerteschaltung, welche die vom Drucksensor gelieferten Druckmesssignale auswertet; und einen Sender (21) enthält, welcher von der Auswerteschaltung gesteuert wird und Signale, welche eine Information über den Druck im Reifen und/oder über den Zustand der Radelektronik (3) enthalten, an das Empfangsgerät (9) übermittelt; wobei Radelektronik (3) in zeitlichen Abständen (T0) für eine Zeitspanne (T1), die kürzer ist als diese zeitlichen Abstände (T0), aktiviert wird und sonst in einem stromsparenden Zustand verharrt.

Description

Einrichtung zum Überwachen und drahtlosen Signalisieren des Drucks in Luftreifen an Fahrzeugen
Beschreibung:
Die Erfindung geht aus von einer Einrichtung mit den im Oberbegriff des Anspruchs 1 angeordneten Merkmalen. Eine solche Vorrichtung ist aus der WO 93/08035 bekannt. Diese Vorrichtung hat eine am Veπtilfuß angeordnete Radelektronik, welche im Inneren des Luftreifens liegt und dem Druck im Luftreifen ausgesetzt ist. Die Radelektronik hat eine Batterie als Stromquelle, einen Drucksensor, welcher den im Luftreifen herrschenden Druck mißt, eine elektronische Auswerteschaltung, welche die vom Drucksensor gelieferten Druckmeßsignale auswertet, und einen Sender, welcher von der Auswerteschaltung gesteuert wird und Signale, welche eine aus der Messung gewonnene Information über den Druck im Reifen enthalten, an ein Empfangsgerät übermittelt. Der Drucksensor ist ein Absolutdrucksensor auf Halbleiterbasis und liefert ein dem aktuellen Reifendruck entsprechendes elektrisches Ausgangssignal. Das Empfangsgerät ist ein loses Fernbedienungsgerät, welches einen Abfragesender enthält, mit welchem man die Radelektronik aus einem stromsparenden Zustand, in welchem eine in der Radelektronik vorhandene Empfangseinrichtung und eine Aktivierungseinrichtung in Bereitschaft gehalten werden, in ihren normalen Betriebszustand ver- setzt werden kann. Die Radelektronik mißt dann den Druck und sendet ein Signal, welches eine Information über den Absolutdruck enthält, an das Fernbedienungsgerät, welches eine Flüssigkristallanzeige hat, auf welcher der Meßwert abgelesen werden kann. Eine Ablaufsteuerung sorgt für eine kurzfristige Aussendung des Drucksignales. Danach wird die Radelektronik wieder in ihren strom- sparenden Zustand versetzt, in welchem sie einige Mikroampere Strom verbraucht. Auf diese Weise können mit einer Lithium - Batterie mit den Abmessungen einer Knopfzelle, die eine Nennspannung von etwa 3 V und eine Kapazität von etwa 50 mAh aufweist, nur ungefähr 200 Übermittlungen des aktuellen Reifendruckes durchgeführt werden. Will man eine Lebensdauer von fünf Jahren er- reichen, darf man den Druck nur einmal pro Woche abfragen. Das ist gemessen an den Forderungen der Automobilbauer viel zu wenig. Zum einen sollte die Batterie eine mit der Lebensdauer des Fahrzeuges möglichst übereinstimmende Lebensdauer haben, da der Austausch der Batterie in der Radelektronik nicht oder nur unter großen Kosten möglich ist. Zum andern ist mit einer Abfragehäufigkeit von nur einmal pro Woche eine wirksame Reifendruckkontrolle nicht möglich. Eine für den Fahrer gefährliche Situation besteht in dem Auftreten eines plötzlichen Druckverlustes, der nur dann erkannt werden kann, wenn der Reifendruck in Zeitabständen von nur einigen Sekunden gemessen wird. Um dieses bewerkstelligen zu können, wird in fortschrittlichen Reifendruckkontrollsystemen der Reifendruck nicht jedes Mal dann, wenn er gemessen wird, auch gesendet, sondern nur dann, wenn sich eine die Fahrsicherheit beeinträchtigende Druckabweichung abzeichnet, oder wenn von Zeit zu Zeit die Funktionstüchtigkeit der Radelektronik intern in der Radelektronik kontrolliert und an das Empfangsgerät gemeldet wird. (DE 195 22486 C2; Firmenschrift AMI DODUCO "Elektronisches Reifendruckkontroll- System. Mehr Fahrsicherheit - Mehr Komfort"). Das macht es nötig, in der Radelektronik den Druck nicht nur zu messen, sondern auch auszuwerten, weshalb die Radelektronik eine Auswerteschaltung enthält, welche den Sender der Reifendruckelektronik steuert und ihn nur dann zum Senden veranlaßt, wenn es erforderlich ist, nämlich wenn eine relevante Druckabweichung vorliegt oder wenn die Funktionsfähigkeit der Radelektronik gemeldet werden soll. So ist es der AMI DODUCO GmbH mit einer konsequenten Optimierung der Arbeitsweise der batteriebetriebenen Radelektronik gelungen, deren Stromverbrauch soweit herabzusetzen, daß die Lebensdauer ihrer Batterie bei einer Ladekapazität von 300 mAh heute inzwischen wenigstens sieben Jahre beträgt, obwohl die Radelektronik alle 3 s mißt und alle 54 s sendet. Gleichwohl ist die begrenzte Lebensdauer der Bat- terie ein grundsätzliches Handikap dieses Reifendruckkontrollsystems geblieben.
Es hat nicht an Versuchen gefehlt, die Abhängigkeit der Reifendruckkontrolle von der Lebensdauer einer Batterie in der Radelektronik zu überwinden. So gibt es Vorschläge, in der Radelektronik mechanisch - elektrische oder thermo - elektrische Wandler einzusetzen, welche aus der beim Fahren auftretenden Walkarbeit des Reifens bzw. aus der dabei auftretenden Erwärmung Energie beziehen, sie in elektrischen Strom wandeln und damit einen Akkumulator für den Betrieb der Radelektronik zu speisen. Solche Lösungen sind jedoch zu aufwendig und haben unter den schwierigen Einsatzbedingungen im Fahrbetrieb nicht die erforderliche Zuverlässigkeit und Lebensdauer.
Ein anderer Vorschlag geht dahin, der Radelektronik die nötige Energie mittels eines Transponders von außen zuzuführen. Der Stromverbrauch der Radelektronik erfolgt zum überwiegenden Teil nicht durch Meß- und Sendevorgänge, sondern in den Pausen zwischen den Meßvorgängen, in welchen die Radelektronik in Bereitschaft gehalten werden muß und eine innere Uhr läuft. Ein solches Rei- fendruckkontrollsystem wird von der Firma SSI im Internet beschrieben; die
Webseite kann unter http://www/SSITECHNOLOGIES.com/indexhtml aufgerufen werden. Ein Transponder oder Antwortsender ist eine Funkeinrichtung, die keine eigene Stromversorgung hat, auf empfangene Abfragesignale Antwortsignale aussendet und die dazu benötigte Energie aus den Abfragesignalen selbst bezieht. Beim Reifendruckkontrollsystem befinden sich dazu im Fahrzeug ein Abfragesender (Interrogator), welcher die Abfragesignale aussendet, und ein Antwortempfänger (Responder) welcher die vom Transponder ausgesandten Antwortsignale empfängt. Bei dem Reifendruckkontrollsystem von SSI sind der Ab- fragesender und der Antwortempfänger in einem Sende - Empfangsgerät zusammengefaßt, welches bei einem Fahrzeug mit vier Rädern mit vier Antennen verbunden ist, welche in den Radhäusern der Karosserie dicht bei den Rädern angeordnet sind. Der Abfragesender sendet in regelmäßigen zeitlichen Abständen ein Abfragesignal an einen in der Radelektronik vorhandenen Antwortsender (Transponder), welcher die Radelektronik, die weder eine Batterie noch einen Akkumulator hat, aktiviert und ihr gleichzeitig die erforderliche elektrische Energie übermittelt, die sie benötigt, um einen Meßvorgang durchzuführen und das Meßergebnis an den Antwortsender (Responder) zurückzusenden. Nachteilig dabei ist, daß die Radelektronik mit dem Transponder gut abgeschirmt im Innern des Rades angeordnet ist. Die Radfelge, ein Stahlgewebe im Reifen und Füllstoffe im Reifengummi dämpfen die vom Abfragesender und vom Transponder ausgesandten Signale so stark, daß die Antennen des Abfragesenders und des Antwortempfängers in geringem Abstand von jedem einzelnen Rad angeordnet sein müssen und der Abfragesender eine hohe Leistung haben muß, um die Radelek- tronik aktivieren und auch noch genügend Sendeleistung für das Zurücksenden eines Reifendrucksignales zur Verfügung stellen zu können. Das macht diese Lösung so aufwendig, daß sie bisher keinen Eingang in die Praxis gefunden hat.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Weg aufzuzeigen, wie die Lebensdauer der Batterie in einer batteriebetriebenen Radelektronik ei- nes Reifendruckkontrollsystems weiter erhöht werden kann, ohne die Meßrate für den Reifendruck erniedrigen zu müssen.
Diese Aufgabe wird gelöst durch eine Einrichtung mit den im Anspruch 1 angegebenen Merkmalen. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche. Die Erfindung verbindet auf nicht naheliegende Weise eine gattungsgemäße, auf eine Batterie angewiesene Einrichtung, mit Elementen der ohne eine Batterie, sondern statt dessen mit einem Transponder arbeitenden Einrichtung und erreicht dadurch ein Ergebnis, welches sich die Vorteile dieser beiden gegensätzli- chen technischen Konzepte zu Nutze macht, ohne deren Nachteile zu übernehmen. Der der Radelektronik zugeordnete Empfänger, welcher für die vom Abfragesender ausgesandten Signale empfindlich ist und vorzugsweise als ein gesonderter Chip - Modul ausgebildet ist, stellt keinen vollständigen Transponder dar, sondern nutzt im wesentlichen nur dessen Empfangsteil; anstelle des bei einem Transponder vorgesehenen, mit den Abfragesignaien betriebenen Funksenders nutzt der Empfänger lediglich eine Triggerschaltung, welche die batteriebetriebene Radelektronik triggert und dadurch aktiviert. Der Empfänger erhält die zu seinem Betrieb notwendige Energie aus dem hochfrequenten Abfragesignal, versorgt aber im Gegensatz zur bekannten Transponderlösung nicht die übrige Ra- delektronik mit Strom, sondern erzeugt nur Triggersignale, welche die Radelektronik aktivieren, so daß diese eine oder mehrere Messungen und Auswertungen durchführt und, wenn es nach dem Ergebnis der Messung angezeigt sein sollte, ein Signal an das Empfangsgerät funkt, wobei die Energie für das Messen, Auswerten und Funken aus der Batterie entnommen wird. Nach einer Zeitspanne, die durch eine Programmierung der Radelektronik vorgegeben sein kann, schaltet sich die Radelektronik wieder ab, soweit sie nicht abhängig vom Ergebnis der Auswertung der Druckmessung weitere Messungen durchführt, um einen beobachteten Druckabfall zu verifizieren und / oder seine weitere Entwicklung zu beobachten; solche weitere Messungen können nach Kriterien und auf solche Wei- se erfolgen, welche in der DE 19522486 C2 und in der Firmenschrift von AMI DODUCO offenbart ist.
Im Gegensatz zu einer vollständigen Transponderlösung wird der Empfänger nur dazu verwendet, um ein Triggersignal für die Aktivierung der batteriebetriebenen Radelektronik zu erzeugen. Die Energie, die mit dem Abfragesignal zu übertragen ist, kann deshalb sehr viel geringer sein als die Energie, die dem Transponder in dem von SSI bekannten Stand der Technik zugeführt werden muß, um die gesamte Radelektronik zu betreiben und auch noch das Antwortsignal mit der darin enthaltenen Druckinformation zum Empfangsgerät zu funken. Aus dieser ungewöhnlichen, nur eingeschränkten Nutzung von Elementen eines batterielosen Transponders in Kombination mit einer batteriebetriebenen Radelektronik ergeben sich für diesen besonderen Anwendungsfall in einem Reifen- druckkontrollsystem wesentliche Vorteile:
♦ Der Stromverbrauch der Radelektronik im stromsparenden Zustand konnte auf unter 1 μA gesenkt werden.
♦ Zum Übertragen der Abfragesignale wird nicht mehr für jedes Rad eine eigene Antenne im Radkasten benötigt. Dadurch werden erhebliche Kosten für Antennen und deren Installation eingespart. Da man nicht mehr in jedem Radkasten eine eigene Antenne benötigt, muß man auch nicht mehr in jeden Radkasten eine hochfrequenztaugliche Leitung führen. Man kommt vielmehr mit einer oder zwei Antennen aus, welche in der Fahrzeugmitte angeordnet sein können.
♦ Der Abfragesender kann für eine wesentlich geringere Leistung ausgelegt sein als bei einer vollständigen Transponderlösung (SSI) und ist dadurch erheblich preiswerter.
♦ Da der Empfänger, welcher der jeweiligen Radelektronik zugeordnet ist, nur noch dazu bestimmt ist, das Abfragesignal zu empfangen und in ein Triggersignal zu wandeln, aber keine Leistung für den Betrieb der Radelektronik und deren Sender bereitstellen muß, kann er leistungsschwächer ausgelegt sein als bei Verwendung in einem vollständigen
Transponder, weshalb er preiswert sein kann. Preiswerte Transponder findet man heute in großer Zahl in Identifikationssystemen (Zugangskontrolle), in welchen Identitätskarten verwendet werden, in die ein Transponder in Gestalt eines Chip - Moduls mit angeschlossener Antenne eingesiegelt ist und berührungslos durch ein Kartenlesegerät überprüft wird, in welchem der Abfragesender und der Antwortempfänger untergebracht sind. Da die Transponder hierfür in großen Stückzahlen hergestellt werden, sind sie preiswert. Sie haben Reichweiten (Entfernung Transponder - Lesegerät) von einem Meter und mehr. Da erfindungsgemäß der Antwortkanal des Transponders aber nicht benutzt wird, kann für eine Verwendung in nur einer
Funkrichtung, nämlich vom Abfragesender zum Empfangsteil des Transponders, die Reichweite noch größer angesetzt werden. Deshalb eigenen sich preiswerte Transponder - Module in der Art, wie sie für berührungslose Identifikationssysteme eingesetzt werden, auch zur Verwendung in der vorliegenden Erfindung, wo allerdings nur ihr Empfangsteil benötigt wird, weshalb auch der Chip - Modul, auf welchem sich der Empfänger befindet, im Vergleich zu einem vollständigen Transponder - Chip - Modul preiswerter sein kann.
♦ Der Empfänger, welcher der Radelektronik zugeordnet ist, entnimmt der Batterie der Radelektronik keinen Strom. Der Empfänger benötigt nämlich, wie bei Transpondern üblich, keinerlei elektrischen Strom, um für den Empfang eines Abfragesignales in Bereitschaft gehalten zu werden.
♦ Da der Radelektronik eine selbst keinerlei Strom verbrauchende Empfangsschaltung vorgeschaltet ist, muß die Radelektronik, anders als im Falle der WO/9308035, nicht für den Empfang eines Funksignales in einem
Bereitschaftszustand gehalten werden, wodurch Strom gespart wird.
♦ Die Radelektronik muß nur soweit in einem Bereitschaftszustand gehalten werden, daß sie durch ein von dem Empfänger übermitteltes Triggersignal aktiviert werden kann. Soweit die Radelektronik einen flüchtigen Speicher enthält, ist an diesem eine Spannung aufrecht zu erhalten, um Datenverluste zu vermeiden. Das bewirkt jedoch keinen wesentlichen Stromverbrauch.
♦ Die innere Uhr der Radelektronik, welche beim Stand der Technik gemäß der Firmenschrift von AMI DODUCO und gemäß der DE 19522486 C2 im stromsparenden Zustand der Radelektronik weiterlaufen muß, um diese in vorgegebenen zeitlichen Abständen aktivieren zu können, kann bei der Erfindung im stromsparenden Zustand der Radelektronik abgeschaltet sein. Das bringt eine weitere erhebliche Stromeinsparung.
♦ Mit dem Ausschalten der Zündung oder mit dem Verriegeln kann der Abfragesender abgeschaltet und mit dem Entriegeln des Fahrzeuges oder mit dem Einschalten der Zündung kann er eingeschaltet werden. Wenn sich das
Fahrzeug in Betriebsruhe befindet, findet dann keine Abfrage der Radelektroniken statt, wodurch ein weiteres Mal erheblich Strom gespart wird, weil sich die meisten Fahrzeuge während mehr als 90 % ihrer Lebensdauer in Betriebsruhe befinden. Der aktive Betrieb der Radelektronik wird auf diese Weise auf die Betriebszeiten des Fahrzeuges beschränkt. Ein während der
Betriebsruhe aufgetretener, für die Fahrsicherheit relevanter Druckabfall in einem Reifen wird aber gleichwohl erfaßt und signalisiert. Dazu ist bevorzugt vorgesehen, den Abfragesender mit dem Einschaltern der Zündung oder bereits mit dem Entriegeln des Fahrzeuges einzuschalten, worauf er sogleich die Radelektroniken abfragt und diese Gelegenheit haben, eine kritische
Druckabweichung zu melden. Der Fahrer erfährt auf diese Weise eine in der Betriebsruhe aufgetretene kritische Druckänderung noch bevor er das Fahrzeug in Bewegung setzt. Das ist ein wichtiger sicherheitsrelevanter Aspekt der Erfindung. ♦ Weil bei Anwendung der Erfindung die Batterie der Radelektronik sehr viel stärker geschont wird als im Stand der Technik, muß man bei der Auslegung der Radelektronik nicht mehr so extrem auf eine stromsparende Arbeitsweise achten wie das noch im Stand der Technik erforderlich war, um eine hohe Lebensdauer der Batterie zu erreichen. Der schaltungstechnische Aufwand und der Aufwand für Software für die Radelektronik können deshalb gegenüber dem Stand der Technik verringert werden.
♦ Anstatt die Lebensdauer der Batterie zu erhöhen, können in Anwendung der Erfindung auch die Größe der Batterie und damit die Kosten der Batterie gesenkt werden. Die erfindungsgemäße Einrichtung kann so betrieben werden, daß nach jeder Abfrage in der Radelektronik nur ein Meß- und Auswertevorgang vorgenommen und bei Bedarf ein Signal gefunkt wird. Das kann in Zeitabständen von einigen , Sekunden erfolgen. Vorzugsweise wird die Einrichtung so betrieben, daß nach dem Empfang eines Abfragesignales die Radelektronik nicht nur eine einzige Druckmessung durchführt, sondern über einen größeren Zeitraum von z.B. einigen Minuten in regelmäßigen Abständen von einigen Sekunden die Druckmessung und Auswertung wiederholt und dann selbsttätig, entsprechend der Programmierung der Radelektronik, wieder in ihrem stromsparenden Zustand zu- rückkehrt. So könnte z.B. alle fünf Minuten ein Abfragesignal ausgesandt werden und eine aktive Phase der Radelektronik auslösen, welche ein wenig kürzer ist als fünf Minuten. Auf diese Weise ist sichergestellt, daß einerseits im Fahrbetrieb eine ständige Reifendrucküberwachung stattfindet und daß andererseits, wenn das Fahrzeug stillgesetzt wird, nach einer gewissen Nachlaufzeit die Radelektro- nik auf jeden Fall in ihren stromsparenden Zustand zurückkehrt und darin verharrt, bis das Fahrzeug wieder entriegelt und / oder die Zündung eingeschaltet wird.
Die von der Radelektronik ausgesandten Funksignale enthalten als Bestandteile in digitaler Form eine Präambel, die Kennung, ein Reifendrucksignal und eine Postambel. Die Funksignale sind Hochfrequenzsignale. Die Hochfrequenzübertragung erfolgt in Deutschland bevorzugt im 433 MHz - Bereich, dem sogenannten ISM - Band, bzw. in einigen anderen Ländern im 315 MHz - Bereich oder im 868 MHz - Bereich. Die von den Radelektroniken gesendeten Funksignale werden von den vorgesehenen Empfangsantennen empfangen. Ist jedem Rad des Fahrzeugs eine eigene Empfangsantenne zugeordnet, befindet sich diese vorzugsweise in der Nachbarschaft des jeweiligen Rades, insbesondere an der Wand des Radkastens der Fahrzeugkarosserie. Es ist auch möglich, für die Vorderräder eine gemeinsame erste Antenne und für die Hinterräder eine gemeinsame zweite Antenne vorzusehen, welche vorzugsweise ungefähr in der Mitte zwischen den Rädern angeordnet sind. Die Empfangsantennen übertragen die HF - Signale über spezielle HF - taugliche Leitungen an das zentrale Empfangs-, Auswerte- und Steuergerät, in welchem ein HF - Empfänger, der für jede Antenne einen eigenen Empfangskanal hat, das auf dem Eingang des jeweiligen Empfangskanals ankommende Signal verstärkt und demoduliert. Das nach der Demodulation vorliegende niederfrequente Signal wird dekodiert und ausgewertet, um dem Fahrer über den Steuerteil des Gerätes gegebenenfalls eine Warnung oder eine sonstige Information über den Reifendruck zukommen zu lassen.
Um stromsparend zu arbeiten, sind die Funksignale schwach. Aufgrund des nied- rigen Signalpegels auf den elektrischen Leitungen zwischen den Empfangsantennen und dem zentralen Empfangs-, Auswerte- und Steuergerät bedürfen die elektrischen Leitungen aufwendiger Maßnahmen zum Schutz der auf diesen Leitungen übertragenen Signale gegen externe Störeinflüsse. Bei einem praktisch ausgeführten Reifendruckkontrollsystem gemäß der DE 195 18806 A1 sind die elek- trischen Leitungen aufwendig geschirmte twisted - pair - Kabel.
Vorzugsweise ist deshalb in Weiterbildung der Erfindung bei jeder Empfangsantenne ein einkanaliger HF - Empfänger mit Demodulator angeordnet, so daß die elektrischen Leitungen NF - Signale anstelle von HF - Signalen übertragen. Die NF - Signale erfordern zu ihrer Übertragung keine aufwendig geschirmten Kabel; es können ungeschirmte elektrische Leitungen verwendet werden, welche sehr viel preiswerter sind. Hinzu kommt der Vorteil, daß die durch Demodulation bereits an der Antenne gebildeten NF - Signale eine wesentlich geringere Störempfindlichkeit zeigen als die über twisted - pair - Kabel übertragenen HF - Signale im Stand der Technik. Näheres dazu offenbart die DE 198 56 898 A1, auf weiche hiermit ausdrücklich Bezug genommen wird. Die Empfangsantennen des Empfangsgerätes werden vorzugsweise zugleich als Sendeantennen des Abfragesenders verwendet. Mit Vorteil kann mit jeder Antenne auch ein eigener Abfragesender zusammengefaßt werden, so daß auch für die Abfrage keine HF - taugliche Leitung verlegt werden muß. Die Zeitspanne, für welche die Radelektronik nach einer Triggerung aktiv ist, kann nicht nur durch Programmierung fest vorgegeben werden, sondern in Abhängigkeit von einem oder mehreren im Luftreifen gemessenen und im Fahrbetrieb veränderlichen physikalischen Zuständen veränderlich gewählt werden. Ein solcher Zustand kann die Geschwindigkeit des Fahrzeuges sein, welche durch einen in der Radelektronik zusätzlich vorgesehenen Fliehkraftsensor ermittelt werden kann. In risikoarmen Fahrzuständen (langsame Fahrt und Stillstand) können die Zeitabstände, in denen die Radelektronik funkt, wesentlich länger sein als bei schneller Fahrt. Die Meßrate und die Senderate können auch abhängig vom gemessenen Druck oder von seiner zeitlichen Änderung veränderlich gewählt werden, wobei man um so häufiger mißt und sendet, je größer und schneller der Druckabfall ist. Das bedeutet auf der anderen Seite, daß man bei normalem Druck und einer nur schleichenden Druckänderung die Meß- und Senderaten gegenüber dem Stand der Technik verlängern kann. Das spart zum einen Strom und erlaubt es auch, die Häufigkeit der Abfragesignale zu verringern. Näheres dazu, die Meß- und Senderaten in Abhängigkeit von einem oder mehreren im Luftreifen gemessenen und im Fahrbetrieb veränderlichen physikalischen Zuständen zu verändern, offenbart die DE 198 56 860 A1, worauf ausdrücklich Bezug genommen wird.
Grundsätzlich reichen die Sendeleistungen des Abfragesenders und der Radelektronik aus, um für die vier Räder eines Fahrzeuges mit einer gemeinsamen zentralen Antenne für das Funken der Abfragesignale und das Empfangen der Drucksignale auszukommen. Es kann jedoch als Randbedingung die Forderung hinzutreten, daß das Empfangsgerät in der Lage sein muß, aus den von den Ra- delektroniken gefunkten Signalen zu erkennen, an welcher Stelle des Fahrzeuges sich das Rad befindet, von welchem ein Signal empfangen wurde. Die DE 198 56 861 A1 offenbart, wie man mit Hilfe von Beschleunigungssensoren in den Radelektroniken auch dann, wenn nicht jedem Rad benachbart eine eigene Antenne im Radhaus vorgesehen ist, sondern nur zwei oder sogar nur eine Antenne vorhanden ist, eindeutige Rückschlüsse auf die Radposition ziehen kann.
Verschiedene Betriebszustände, in welchen sich die erfindungsgemäße Einrichtung in ihrem aktiven Zustand befinden kann, sind in der DE 19522486 C2 of- fenbart und werden hier nachfolgend noch einmal angegeben:
1. Grundzustand
Der Reifendruck hat seinen Sollwert p0 und ist konstant. Der Zustand liegt vor bei Fahrtbeginn und bei langsamer Fahrt. In regelmäßigem Zeittakt tgWird der Reifendruck gemessen und mit dem zuletzt gemessenen Wert verglichen. Solange keine Veränderung zwischen den beiden Werten festgestellt wird, ist eine Datenübertragung von der Radelektronik zum Empfangsgerät nicht erforderlich. Auch geringe Unterschiede zwischen den beiden Druckwerten, z.B. durch die Meßwerterfassung oder durch eine Temperaturäπderung hervorgerufen, führen nicht zu einer Datenübertragung zum Empfangsgerät, solange die Unterschiede einen Schwellenwert Δp0 nicht überschreiten. Der zuletzt gemessene Druckwert wird anstelle des vorher gemessenen Wertes abgespeichert, um dann mit dem nächsten Meßwert verglichen zu werden. Zum Vergleich mit dem aktuellen Druckmeßwert kann anstelle des zuletzt gemessenen Druckwertes auch der Mittelwert aus mehreren zuvor gemessenen Druckwerten benutzt werden.
In regelmäßigen Zeitabständen T0 > tjWird unabhängig davon, ob der Schwellenwert überschritten wurde, ein komplettes Datentelegramm, welches den aktuellen Druckmeßwert enthält, mittels des in der Radelektronik vorgesehenen Senders an das Empfangsgerät übertragen. Dieses regelmäßige, in größeren Zeitabständen erfolgende Senden dient der Systemüberwachung und ermöglicht es, festzu- stellen, welches Ausmaß eine allmähliche Drift des Reifendrucks annimmt.
Typische Zahlenwerte sind für o: 1 bis 10 Sekunden
T0: 0,5 bis 60 Minuten
Δp0: 10 bis 100 mbar (103 bis 404 N/m2)
2. Fahrt ohne Druckverlust
Bei Fahrtbeginn hat der Reifendruck den Ausgangswert p0. Durch das beim Fahren auftretende normale Walken erwärmt sich der Reifen und damit die Luft im Reifen je nach Geschwindigkeit mehr oder weniger. Dies führt zu einem Anstieg des Drucks im Reifen, so daß der aktuelle Reifendruck über dem Ausgangsdruck p0 liegt und abhängig von der Fahrgeschwindigkeit und der Fahrbahnbeschaffen- heit schwankt. Die damit einhergehenden Änderungen des Reifendrucks laufen so langsam ab, daß in den Zeitabständen t^, die Druckänderung den Schwellenwert Δp0 nicht erreicht und der Sender deshalb nicht aktiviert wird. Eine Information über den Druck im Reifen wird aber dennoch in den Zeitabständen T0 mit dem Datentelegramm, welches auch der Systemkontrolle dient, an das Empfangsgerät gesendet. Aus der im Datentelegramm enthaltenen Information über den absoluten Reifendruck erkennt und bewertet ein im Empfangsgerät vorgesehener Rechner langsame Druckänderungen in allen Reifen des Fahrzeugs, insbesondere in den Reifen auf einer gemeinsamen Achse, und erkennt damit die durch normale Walkarbeit hervorgerufenen Druckänderungen.
3. Fahrt mit schleichendem Druckverlust
Ein schleichender Druckverlust wird auf dieselbe Art und Weise ermittelt wie langsame Druckänderungen bei Fahrt ohne Druckverlust. Das Erkennen eines schleichenden Druckverlustes erfolgt durch den Rechner im Empfangsgerät anhand der absoluten Druckmeßwerte und aus dem Vergleich mit den Druckmeß- werten der Reifen untereinander.
4. Schneller Druckverlust Wenn es durch eine Beschädigung des Reifens oder des Ventils zu einem raschen Druckverlust kommt, dann ist die Drift des Drucks so groß, daß die Druckänderung vom zuletzt gebildeten Vergleichsdrucksignal zum aktuellen Drucksignal den vorgegebenen Schwellenwert überschreitet. In diesem Fall könnte sofort ein entsprechendes, den Druckabfall anzeigendes Signal an das Empfangsgerät gesendet werden. Um zufällige Fehlmessungen auszuschalten, wird jedoch vorzugsweise nicht sofort nach dem Überschreiten des Schwellenwertes ein Signal an das Empfangsgerät gesendet, vielmehr wird zunächst die Meßrate erhöht, d. h., es werden die Zeitabstände für eine vorgegebene Anzahl von Messungen von ^ auf tn < i^ verkürzt, insbesondere auf Werte von t, zwischen 1 und 100 Millisekunden. Wird das Überschreiten des Schwellenwertes bei den folgenden Messungen bestätigt, vorzugsweise bei den folgenden zwei bis zehn Messungen, dann wird der Sender aktiviert und das Drucksignal an das Empfangsgerät gesendet. Bei den mit höherer Rate erfolgenden Messungen muß natürlich berücksichtigt werden, daß in den kürzeren Zeitabständen t, bei gleicher Druckabfallgeschwindigkeit der Schwellenwert entsprechend ermäßigt werden muß. Wegen der begrenzten Empfindlichkeit des Drucksensors wird das in dem erforderlichen Ausmaß im allgemeinen nicht möglich sein. Es ist deshalb günstiger, in diesem Fall als Vergleichsdrucksignal das letzte vor der Verkürzung des Zeittaktes von t„ auf t, gebildete Vergleichsdrucksignal weiterhin zu verwenden, bis die vorgegebene Anzahl von Messungen mit erhöhter Meßrate beendet oder die Meßrate wieder auf ihren Ursprungswert (Zeittakt to) verlängert wurde.
Eine andere Möglichkeit besteht darin, bei erhöhter Meßrate (Zeittakt t,) immer dann ein Drucksignal zu senden, wenn sich der Druckmeßwert um einen be- stimmten Betrag, beispielsweise um 10 bis 100 mbar geändert hat. Wird keine Änderung des Drucks mehr festgestellt (Druckänderung kleiner als der Schwellenwert Δp0), dann wird entweder noch für eine gewisse Zeit mit erhöhter Meßrate (Zeittakt t,) weitergemessen oder noch eine vorgegebene Anzahl von Meßwerten mit der erhöhten Meßrate (Zeittakt t,) aufgenommen und dann auf die ursprüngliche niedrige Meßrate (Zeittakt tg) zurückgeschaltet.
Auf die niedrige Meßrate kann ebenfalls zurückgeschaltet werden, wenn der Druckmeßwert einen vorgegebenen Maximalwert von beispielsweise 5 bar über- schreitet oder einen vorgegebenen Minimalwert von beispielsweise 1 bar unterschreitet. Auf die erhöhte Meßrate wird dann wieder umgeschaltet, wenn die Druckmeßwerte signifikant sinken oder steigen.
5. Befüllvorgang
Beim Befüllen erfolgt die Druckänderung so rasch, daß bei normaler Meßrate (Zeitabstände t, zwischen 1 und 10 Sekunden) der Schwellenwert (zwischen 10 und 100 mbar) regelmäßig überschritten wird. Es kann deshalb so verfahren werden wie bei schnellem Druckverlust. Da der Befüllvorgang im allgemeinen unkritisch ist, besteht auch die Möglichkeit, daß ein Druckmeßsignal erst ausgesendet wird, wenn sich der Reifendruck wieder stabilisiert hat, was die Beendigung des Füll Vorganges anzeigt.
6. Diebstahlüberwachung
Wird das zentrale Empfangsgerät in Zeiten der Betriebsruhe des Fahrzeuges nicht vollständig abgeschaltet, sondern nur zeitweise oder auf eine geringere Abfragerate von z.B. eine Abfrage in 5 bis 10 Minuten umgeschaltet, dann kann die Reifendruckkontrolleinrichtung auch zur Überwachung der Räder des Fahrzeugs gegen Diebstahl herangezogen werden kann. Die Radelektroniken senden dann auch während des Stillstands des Fahrzeugs zeitweise noch ein Datentelegramm mit einer Zustandsinformation an das zentrale Empfangsgerät im Fahrzeug. Wird ein Rad gestohlen, bleibt das Datentelegramm aus, was die Auswerteschaltung im zentralen Empfangsgerät feststellt und mir einem Alarm beantworten kann. Weil die Radelektronik den Druck im Reifen messen soll, wird sie im Reifen angeordnet. Das kann dadurch geschehen, daß sie, wie in der WO 93/08035 offenbart, am Ventilfuß angeordnet wird. Es kann auch dadurch geschehen, daß sie in dem vom Reifen umschlossenen Bereich an der Radfelge angebracht wird. Bei Rädern, die zum Aufrechterhalten von Notlaufeigenschaften auf der Felge einen in der Luftkammer des Reifens liegenden Kunststoffring haben, welcher den Reifen nach einem Druckverlust im Notlauf stabilisiert, kann die Radelektronik auch in einer Ausnehmung dieses Kunststoffringes angeordnet sein.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist schematisch in den beigefügten Zeich- nungen dargestellt, in welchen
Figur 1 in einer Blockdarstellung die Anordnung der wesentlichen Bestandteile eines Reifendruck - Überwachungssystems in einem Automobil darstellt,
Figur 2 eine Blockdarstellung eines im Fahrzeug vorgesehenen Empfangs- gerätes ist und
Figur 3 eine Blockdarstellung einer Radelektronik in Verbindung mit einem
Empfänger ist.
Figur 1 zeigt schematisch vier Räder 1 eines Automobils 2. An jedem Rad 1 ist eine Radelektronik 3 in Baueinheit mit einem Empfänger 4 angebracht; sie befin- det sich im Inneren des Luftreifens des Rades 1 und ist an der Felge oder am Fuß eines Ventils oder - wenn es sich um ein Rad mit Notlaufeigenschaften handelt - in einer Ausnehmung eines die Radfelge umschließenden Kunststoffringes befestigt. Die Radelektroniken 3 und Empfänger 4 sind untereinander gleich und haben in Bezug auf das jeweilige Rad 1 übereinstimmende Einbaulagen. Unter dem Boden 5 der Fahrzeugkarosserie befinden sich zwei Antennen 6 und 7, im Bereich der Längsmittellinie des Fahrzeuges angeordnet. Die eine Antenne 6 befindet sich zwischen den Vorderrädern und die andere Antenne 7 befindet sich zwischen den Hinterrädern. Beide Antennen 6 und 7 sind durch eine hochfrequenztaugliche Leitung 8, z.B. eine koaxiale Leitung, mit einem in der Karosserie vorgesehenen Empfangsgerät 9 verbunden, welches von der Fahrzeugbatterie 10 mit Strom versorgt wird.
Gemäß der Blockdarstellung in Figur 2 enthält das Empfangsgerät 9 als wesentliche Bestandteile eine gemäß der Anzahl der Antennen 6 und 7 zweikanalig ausgebildete Hochfrequenzstufe 11 , einen Modulator / Demodulator 12, einen Mikroprozessor 13 für die Signalauswertung und für Steuerungsaufgaben, einen Abfra- gesender 14, einen BUS - Treiber 15 für eine BUS - Schnittstelle 16 sowie am Armaturenbrett angeordnet eine Anzeigeeinheit 17 in Baueinheit mit einem Bedienteil 18, welche mittels eines bidirektionalen BUS 19 mit dem Mikroprozessor 13 verbunden sind. Die Spannungsversorgung für alle diese Bestandteile erfolgt aus dem Bordnetz des Fahrzeuges, dargestellt durch die Verbindung der beiden Teile des Empfangsgerätes 9 mit der Batterie 10 des Fahrzeuges.
Gemäß der Blockdarstellung in Figur 3 besteht die Radelektronik 3 aus einer Baugruppe 20, welche einen integrierten Druck- und Temperatursensor mit zugehöriger Meß-, Auswerte- und Steuerschaltung enthält, aus einer HF - Stufe 21, einer Funkantenne 22 und aus einer elektrischen Batterie 24, welche die Baugrup- pe 20 und die HF - Stufe 21 mit Strom versorgt. Die HF - Stufe 21 speist die
Funkantenne 22. Der Drucksensor in der Baugruppe 20 ist vorzugsweise ein piezoelektrisch arbeitender Sensor.
Der Radelektronik 3 ist ein Empfänger 4 mit einer Empfangsantenne 23 zugeordnet. Der Empfänger 4 arbeitet wie das Empfangsteil eines Transponders und be- nötigt deshalb keine Stromversorgung durch die Batterie 24. Am Ausgang des Empfängers 4 ist eine Triggerschaltung 25 vorgesehen, welche mit einem Triggereingang der Baugruppe 20 verbunden ist. Die in den Figuren 1 bis 3 dargestellte Einrichtung arbeitet folgendermaßen:
Die meiste Zeit befindet sich die Radelektronik 3 in einem stromsparenden Zustand, in welchem ihre Funktionen weitgehend abgeschaltet sind; sie benötigt lediglich einen geringen, weniger als 1 μA betragenden Strom, um für ein Triggersi- gnal von der Triggerschaltung 25 empfangsbereit zu sein und um Daten, die gegebenenfalls in einem flüchtigen Speicher abgelegt sind, zu bewahren.
Wird das Fahrzeug entriegelt und / oder seine Zündung eingeschaltet, dann wird das Empfangsgerät 9 und mit ihm der Abfragesender 14 eingeschaltet, welcher in zeitlichen Abständen T0 von z.B. 5 Minuten ein Abfragesignal erzeugt und dieses über den Modulator / Demodulator 12, die HF - Stufe 11 und die Antennen 6 und 7 aussendet. Dieses Abfragesignal wird an jedem der Räder 1 von der dortigen Empfangsantenne 23 empfangen und aktiviert mit der durch das Abfragesignal übertragenen Energie den Empfänger 4, so daß dieser über die Triggerschaltung 25 ein Triggersignal an die Baugruppe 20 abgibt. Diese wird daraufhin in ihrem normalen Betriebszustand geschaltet und für eine vorgegebene Zeitspanne T,< T0 , während der in der Baugruppe 20 eine innere Uhr läuft, in ihrem normalen Betriebszustand gehalten. T1 ist zweckmäßigerweise nur wenig kürzer als T0. Während dieses normalen Betriebszustandes wird in einem vorgegebenen Zeittakt tj von z.B. einigen Sekunden jeweils eine Druck- und Temperaturmessung durchgeführt. Die Messung wird ausgewertet. Nur wenn die Auswertung ergibt, daß ein Warnsignal zu übermitteln ist, oder wenn ein Bereitsschaftssignal gesendet wird, welches dem Empfangsgerät z.B. in den regelmäßigen Zeitabständen T0 signalisiert, daß die Radelektronik ordnungsgemäß funktioniert, dann veranlaßt der Mikroprozessor 13 die HF - Stufe 11 , ein digitales HF - Signal auszusenden, welches eine Information über den gemessenen Druck und/oder über eine gemessene Druckänderung und darüberhinaus eine die individuelle Radelektronik charakterisierende Kennung enthält, anhand von welcher das Empfangsgerät 9 feststellen kann, von welchem der Räder 1 das Signal stammt. Das von der Funkantenne 22 ausgesandte Signal wird vor allem von der nächst- liegenden der beiden Antennen 6 und 7 empfangen, über die Leitung 8 dem Empfangsgerät 9 zugeführt, gelangt in die zweikanalige HF - Stufe 11, wird im Modulator / Demodulator 12 demoduliert und vom Mikroprozessor 13 verarbeitet. Der Mikroprozessor 13 steuert den BUS - Treiber 15, welcher daraufhin ein vom Mikroprozessor 13 erzeugtes Anzeigesignal an die Anzeigeeinheit 17 übermittelt, auf welcher es z. B. auf einer Flüssigkristallanzeige dargestellt wird.
Die Radelektronik 3 wiederholt die Messungen in dem vorgegebenen Takt t,, , bis sie durch ihre innere Uhr wieder abgeschaltet wird. Zwischen den einzelnen Mes- sungen versetzt sie sich in einen stromsparenden Zustand, in welchem ihre innere Uhr jedoch weiterläuft und Strom verbraucht. Wenn die durch ein Abfragesignal gestartete Zeitspanne T, von einigen Minuten abläuft, wird aauch die innere Uhr abgeschaltet und die Radelektronik fällt erfindungsgemäß in Ihren extrem stromsparenden Zustand zurück, aus welchem heraus sie erst wieder durch das nächste Abfragesignal aktiviert wird.
Durch ein im Armaturenbrett vorgesehenes Bedienteil 18 kann die Arbeitsweise des Empfangsgerätes 9 verändert werden.
Der Empfänger 4 kann im wesentlichen aus einem Chip - Modul bestehen, wie er für Transponder benutzt wird, wobei der bei Transpondern vorgesehene Rückka- nal für das Rücksenden eines Antwort - Signales nicht benötigt wird.
Geeignete Transponder, deren Chip - Modul grundsätzlich verwendbar ist, sind bei der AmaTech Electronic Components Manufacturing GmbH, Roßbergweg 2 in 87459 Pfronten erhältlich; AmaTech bietet sie für berührungslos arbeitende Identifikationssysteme, insbesondere zum Einbau in Identitätskarten im Scheckkarten - Format an.

Claims

Ansprüche:
1. Einrichtung zum Überwachen und drahtlosen Signalisieren eines Drucks oder einer Druckänderung in Luftreifen von Rädern (1) an Fahrzeugen (2) bestehend aus einem im oder am Fahrzeug (1) vorgesehenen Empfangsgerät (9), zu welchem wenigstens eine Antenne (6, 7) gehört, und aus einem in dem
Luftreifen angeordneten Gerät (3) zum Messen, Auswerten und Senden von Reifendrucksignalen, nachfolgend als "Radelektronik" bezeichnet, welches
- eine Batterie (24) als Stromquelle,
- einen Drucksensor, welcher den im Luftreifen herrschenden Druck auf- nimmt,
- eine Auswerteschaltung, welche die vom Drucksensor gelieferten Druckmeßsignale auswertet,
- und einen Sender (21) enthält, welcher von der Auswerteschaltung gesteuert wird und Signale, welche eine Information über den Druck im Reifen und/ oder über den Zustand der Radelektronik (3) enthalten, an das Empfangsgerät (9) übermittelt, wobei die Radelektronik (3) in zeitlichen Abständen (T0) für eine Zeitspanne (T,), die kürzer ist als diese zeitlichen Abstände (T0), aktiviert wird und sonst in einem stromsparenden Zustand verharrt, dadurch gekennzeichnet, daß am Fahrzeug (1) ein Abfragesender (14) vorgesehen und der Radelektronik
(3) an demselben Rad (1) ein Empfänger (4) zugeordnet ist, welcher für vom Abfragesender (14) ausgesandte Abfragesignale empfindlich ist und die für seine Funktion erforderliche Energie nicht aus der Batterie (24), sondern aus den Abfragesignalen selbst bezieht, und daß der Empfänger (4) eine Triggerschaltung (25) hat, deren Ausgang mit einem Triggereingang der Radelektronik (3) verbunden ist, so daß diese durch Triggerung aktiviert wird und nach der erwähnten Zeitspanne (T in ihren stromsparenden Zustand zurück kehrt.
2. Einrichtung nach Anspruch 1 , in welcher der stromsparende Zustand der Radelektronik (3) dadurch gekennzeichnet, ist, daß sie lediglich zum Empfang eines Triggersignales empfindlich gehalten und gegebenenfalls zum Bewahren von Daten in einem flüchtigen Speicher unter Spannung gehalten wird, wobei ihre interne Uhr in diesem Zustand ausgeschaltet ist.
3. Einrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Abfragesender (14) und das Empfangsgerät (9) mit der Schließanlage oder mit dem Zündschloß des Fahrzeuges (2) derart verbunden ist, daß der Abfragesender (4) und das Empfangsgerät (9) beim Ausschalten der Zündung oder beim Verriegeln des Fahrzeuges (2) ausgeschaltet und beim Betätigen des
Zündschlüssels, beim Einschalten der Zündung oder beim Entriegeln des Fahrzeuges (2) eingeschaltet werden.
4. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Radelektronik (3) so eingestellt ist, daß sie nach dem Erhalt eines Abfragesignals in ihrer dann beginnenden aktiven Zeitspanne (T,) mehrere
Messungen und Auswertungen aufeinanderfolgend durchführt.
5. Einrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Messungen in einem Takt (t0) von 2 s bis 4 s erfolgen.
6. Einrichtung nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß die akti- ve Zeitspanne (T,) 0,5 min bis 10 min, vorzugsweise 3 min bis 5 min beträgt.
7. Einrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß bei jeder Antenne (6,7) des Empfangsgerätes (9) ein einkanali- ger HF - Empfänger mit einem Modulator angeordnet ist und Leitungen (8), welche von diesen Antennen (6,7) zum Empfangsgerät (9) führen, NF - Signale anstelle von HF - Signalen übertragen.
8. Einrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß bei jeder der zum Empfangsgerät (9) gehörenden Antennen (6,7) auch ein Abfragesender (14) angeordnet ist.
9. Einrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Radelektronik (3) einen Fliehkraftsensor enthält, mit dessen Hilfe die Meßrate und Senderate der Radelektronik (3) veränderbar sind.
10. Einrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekenn- zeichnet, daß durch eine Auswerte - und Steuerschaltung in der Radelektronik (3) deren Meß- und/oder Senderate abhängig vom Druck und/oder abhängig von einer zeitlichen Änderung des Druckes veränderbar sind.
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