WO2007099159A1 - Tyre module with piezoelectric converter - Google Patents

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WO2007099159A1
WO2007099159A1 PCT/EP2007/051976 EP2007051976W WO2007099159A1 WO 2007099159 A1 WO2007099159 A1 WO 2007099159A1 EP 2007051976 W EP2007051976 W EP 2007051976W WO 2007099159 A1 WO2007099159 A1 WO 2007099159A1
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WO
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tire
tire module
module
spring element
piezoelectric
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PCT/EP2007/051976
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Andreas Heise
Stefan Kammann
Markus Neumann
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Continental Teves Ag & Co. Ohg
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Publication date
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    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60VEHICLES IN GENERAL
    • B60CVEHICLE TYRES; TYRE INFLATION; TYRE CHANGING; CONNECTING VALVES TO INFLATABLE ELASTIC BODIES IN GENERAL; DEVICES OR ARRANGEMENTS RELATED TO TYRES
    • B60C23/00Devices 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
    • B60C23/02Signalling devices actuated by tyre pressure
    • B60C23/04Signalling devices actuated by tyre pressure mounted on the wheel or tyre
    • B60C23/0408Signalling 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
    • B60C23/041Means for supplying power to the signal- transmitting means on the wheel
    • B60C23/0411Piezo-electric generators
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60VEHICLES IN GENERAL
    • B60CVEHICLE TYRES; TYRE INFLATION; TYRE CHANGING; CONNECTING VALVES TO INFLATABLE ELASTIC BODIES IN GENERAL; DEVICES OR ARRANGEMENTS RELATED TO TYRES
    • B60C23/00Devices 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
    • B60C23/02Signalling devices actuated by tyre pressure
    • B60C23/04Signalling devices actuated by tyre pressure mounted on the wheel or tyre
    • B60C23/0408Signalling 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
    • B60C23/041Means for supplying power to the signal- transmitting means on the wheel
    • B60C23/0413Wireless charging of active radio frequency circuits

Definitions

  • the invention relates to a tire module according to the preamble of claim 1 and its use in a tire pressure monitoring system.
  • the invention is particularly suitable for determining tire condition variables with an energy self-sufficient system.
  • a tire module is arranged on each wheel, in particular in the interior of the tire.
  • a tire module usually comprises at least one sensor for detecting a tire parameter, in particular the tire air pressure, as well as a transmitting unit and optionally an associated evaluation electronics.
  • the supply of the electronic components with electrical energy can, for example, by a Bat- terie, a microgenerator with piezoelectric element or a transponder coil.
  • a system for determining the operating parameters of vehicle tires is known in which on a Tragerkorper a sensor unit, an evaluation and a piezoelectric element is arranged, which supplies the other system components with energy.
  • the piezoelectric element has a multilayer structure.
  • a system for determining the operating parameters of vehicle tires is known in which on a Tragerkorper a sensor unit, an evaluation and a piezoelectric element is arranged, which supplies the other system components with energy.
  • the piezoelectric element has a multilayer structure.
  • DE 10 2004 046 193 A1 describes a pressure sensor for wireless pressure measurement in a tire and an associated antenna device for transmitting and receiving electromagnetic fields.
  • a batteryless tire pressure monitoring system which detects tire parameters via a sensor, the sensor being connected on the input side to an antenna in order to receive a modulated microwave signal and via a control circuit a part of the modulated microwave signal to convert into a supply voltage.
  • DE 10 2004 031 810 A1 designates a tire control system which generates electrical energy via a piezoelectric element which is arranged inside the tire.
  • a device for monitoring the tire air pressure which receives via a sensor, the extent of deformation of the tire during the latency run an electrical impulse and an evaluation determines the extent of deformation.
  • DE 103 29 700 A1 describes a method which determines the wheel load and the tire air pressure from the tire rotation speed as well as from the latitudinal coil and the deformation via a differentiating sensor.
  • a spring element of a tire module is designed as a rod, torsion or leaf spring.
  • a seismic mass is arranged, which is acted upon by the rolling of the tire with a pulse.
  • the storage of the seismic mass on the spring element results in a spring mass oscillator, which has an increased efficiency in contrast to conventional piezoelectric energy converters.
  • the vibration is generated by the fact that the tire module moves on a straight path during the unwinding during each load passage, while it moves on a circular path after the lane departure. While - A -
  • the centrifugal force acts on the seismic mass, in Latsch she is ideally power-free. Due to the centrifugal force of the spring-mass oscillator is deflected and strives in Latsch the return to its rest position. There are over- and reverberations, whereby the seismic mass is in motion even during the phases of constant force, ie between the transitions. This is particularly favorable for the electrical energy conversion.
  • a development of this invention provides that the spring element is clamped in a housing and at least one piezoelectric element is coupled to the spring element in the direction of movement.
  • the piezoelectric element converts the kinetic energy of the spring mass oscillator into electrical energy, which in turn can be passed on to consumers.
  • piezoelectric elements are coupled in each direction of movement of the spring element with the latter, so that electrical energy can be obtained from both piezoelectric elements during oscillation in the respective planes in both deflection directions.
  • Known microgenerators for the supply of tire pressure monitoring systems based on piezoelectric materials.
  • the piezoelectric effect is based on the effect that electrical charges occur on the surface as certain materials deform.
  • an electrical voltage is usually generated in a ceramic, ie by the pressure exerted, ions move inside, whereby the charge changes in proportion to the applied force.
  • the microgenerator When using a microgenerator to power a tire module mounted inside the tire, it must be ensured that the microgenerator is designed to withstand the stresses at least throughout the life of the tire. It is advantageous if the microgenerator with the other components, such. As the components, a compact module forms.
  • the piezoelectric element or the piezoelectric elements are mounted directly on the spring element, so that a deflection of the spring element leads to an expansion or compression of the piezoelectric layer, so that at the corresponding contact surfaces, an electrical voltage can be tapped.
  • stops in the direction of movement of the spring element are formed, which limit movement of the spring.
  • the stops are designed so that they correspond to the bending line of the spring element or have a lower curvature to the bending line of the spring element. This makes it possible that the spring element rolls on the stops, so that the mechanical loads of the spring element can be reduced.
  • the seismic mass is associated with an amplitude limiter in order to to avoid destruction at very high speeds.
  • the present invention seeks to provide an improved tire module with piezoelectric micro generator for mounting inside a tire, which has a particularly long life and as effectively as possible ensures the power supply of the tire module during the entire life of the tire.
  • a leaf spring in general an elastic, flat spring, which can perform bending vibrations.
  • the shape of the surface can be arbitrary. In the simplest case, it is a rectangular leaf spring. But even complicated shapes, for example, produced by punching, are conceivable.
  • a leaf spring with serpentine base is called.
  • the invention also relates to the use of the tire module in a tire pressure monitoring system.
  • the horizontal axis of the coordinate system represents the orbital angle, the vertical axis the radial acceleration.
  • the lathe run 8 which is limited by the latitude and outflow, as well as the centrifugal acceleration 10, provide for two elevations 12 produced during the latitude and outflow.
  • This mass can be represented for example by the component carrier and the components themselves, as shown in Fig. 3.
  • the element will deflect due to the applied acceleration.
  • Latsch pengang 8 is a back swing. These vibrations are converted by the piezoelectric material into electrical energy.
  • an example moderate tire module 4 is shown schematically. It comprises a carrier layer 14 on which electronic components 16, z. As sensors, in particular a pressure sensor, evaluation, transmitting and / or receiving devices for the exchange of control and data signals, memory, a second energy source, etc., and piezoelectric material, for. B. in the form of a piezoelectric element 20 on a piezo-active surface, are arranged.
  • the carrier layer 14 may, for. Example, a glass fiber reinforced epoxy resin plate (FR4 or FR5), a metal carrier layer or carbon, glass fiber or ceramic.
  • the tire module 1 is arranged in such a way inside the tire 1, in particular on the inner liner 22, that the carrier layer 14, which is clamped on one side in a suitable clamping 18, as a kind of spring element in the radial direction of the tire 1 can oscillate, in FIG 3 indicated by the two directional arrows.
  • FIG. 3b A conceivable embodiment of the arrangement of the tire module 4 in the tire 1 is shown in FIG. 3b.
  • the carrier layer 14 is a printed circuit board, which serves as a component carrier.
  • the piezoelectric material 20 is applied directly to the component carrier.
  • piezoceramics for example as trimorph 23, ie a system of two piezoelectric, in particular piezoceramic, components and a passive intermediate layer 14, have been used as support materials (passive intermediate layer) carbon fibers (carbon), uniaxial glass fibers or metals.
  • 4a shows an example of a conventional application according to the prior art with a carbon carrier layer 24.
  • a preferred embodiment is now to replace this carrier layer 14 by a component carrier 26, for example a printed circuit board, and the piezoceramic 20, As shown in Fig. 4b, apply directly to the electronic components 16 bearing material.
  • the printed circuit board 26 can be made, for example, from FR4 or FR5 (high-temperature FR4) (glass fiber-reinforced epoxy resin).
  • the piezoelectric ceramic 20 may be designed as lead zirconate titanate (PZT).
  • Trimorph 23 In addition to the arrangement as Trimorph 23 are all other conceivable arrangements, eg. Example, as a monomorph, a system of piezoelectric components 20 and a passive layer, or as a multimorph, a system of many piezoelectric components 20, of piezoelectric material, in particular piezoceramic material or piezo film (eg., Polyvinylidenfluorid, PVDF) on a carrier layer, in particular printed circuit board, possible.
  • a monomorph a system of piezoelectric components 20 and a passive layer, or as a multimorph, a system of many piezoelectric components 20, of piezoelectric material, in particular piezoceramic material or piezo film (eg., Polyvinylidenfluorid, PVDF) on a carrier layer, in particular printed circuit board, possible.
  • a carrier layer in particular printed circuit board
  • the horizontal axis represents the orbital angle, whereas the vertical axis represents the tangential acceleration.
  • this acceleration change can be used by a, as shown in Fig. 3, crizspielsgetelles tire module 4 for energy.
  • the tire module 4 is arranged in such a way inside the tire 1, that the carrier layer 14, which is clamped on one side, as a kind of spring element in the tangential direction can oscillate, as indicated in Figs. 6 and 7 by the two directional arrows.
  • the piezoelectric element 20 is arranged in the tire 1 in such a way that it converts force effects in the tangential direction into electrical energy.
  • FIG. 6 shows an embodiment for the use of the tangential force action in an unstable arrangement
  • Fig. 7 shows an embodiment for the use of the tangential force in a pendulum-like arrangement.
  • a microgenerator which makes use both of bending changes (for example the deformation or deformation of the inner tire 22 in the case of a lane pass 8) and of acceleration changes.
  • Previous systems use either the changes in the bending radius on the tire innerliner 22 or the acceleration change when entering / leaving the lug 6. If you use both effects at the same time, a higher effectiveness can be achieved.
  • FIGS. 8 a, 8 b and 9 Two embodiments of a tire module 4 with a microgenerator, which converts both deformations and acceleration changes into electrical energy, are shown schematically in FIGS. 8 a, 8 b and 9.
  • the tire module 4 is fastened to the tire innerliner 22 by at least two attachment points (see FIGS. 7b and 1) in such a way that deformation or bending of the carrier layer 14 of the tire module 4 takes place in the case of the lane passage 8, as shown in FIG. 1 is shown schematically, wherein the bend is limited by the Auslenkungsanschlage 30.
  • the positions of the fasteners 28 of the tire module 4 on the inner liner 22 are preferably spaced apart in the running direction 2 of the tire 1.
  • the carrier layer 14 is clamped or fastened at two ends in the clamps 18.
  • the support layer 14 is designed such, for example, by the material thickness and / or the basic shape, for. B. Sch Siemenslinienformig in Fig. 8 and 9) that they bending vibrations in the radial direction of the tire 1 (indicated by the directional arrows in Fig. 8b).
  • the electronic components 16 interact with the component carrier 26 as a seismic mass.
  • the electronic components 16 are preferably arranged in the middle region of the tire module 4.
  • the piezoelectric material 20 is arranged on the carrier layer 14, in particular in the outer regions, so that electrical energy is generated both by direct deformation of the carrier layer 14 during the sheet pass 8 and by changes in acceleration during the oscillations during the sheet pass 8.
  • the carrier layer 14 is a printed circuit board (a component carrier 26). The piezoelectric material 20 is thereby, as already described above, directly on the component carrier
  • a change in the acceleration is used to generate energy. It is a vibrating system. Such a system generally needs to be protected from excessive deflections.
  • Auslenkungsbesky stops 30 are provided in the housing 32, as shown in Fig. 8b.
  • the microgenerator in the tire module 4 is to be deflected several tens of millions of times, in a conventional system with stops 30 this would lead to a large mechanical wear.
  • the tire module 4 can be damped in its vibration.
  • the tire module 4 can be stored in a liquid such that it can only move against a resistance. It creates a low pass with damping, ie low-frequency vibrations are transmitted to the tire module 4, high-frequency vibrations, as they can occur at very fast driving, are attenuated.
  • the system may be designed such that, after a certain speed, the deflection stops 30 in the housing 32 are no longer touched.
  • the damping can also be realized by other suitable methods, for example pneumatically or with the aid of an elastomer.
  • a pneumatic damping can be realized by an air volume, which is compressed at each oscillation.
  • the printed circuit board with a (almost) air-impermeable layer, such as a film or a suitable paint or plastic layer are coated and thus separate the upper and lower chamber from each other, as shown in FIG. 11.
  • An elastomer may be embodied as a compressible elastic plastic.
  • the deflection limits shown in FIG. 8b can be made, for example, of an elastomeric material. Thus, no hard stop, but a "gentle" Auslenkungsbegrenzung.
  • the intended microgenerator 34 may be meandering ( Figures 10c and d), spiral ( Figure 10b), or simply straight (Figure 10a), but may also be a polygonal one ( Figures 10a, b, c). round or oval ("tablet" or "candy", Fig. 10 d) have basic shape. In this way, the length of the vibrating elements is increased, the Reso- nanzfrequenz the arrangement is significantly reduced and thus increased the effectiveness especially at low speeds.
  • a tire module 4 described above can use, in addition to the micro-generator 34, a second energy source in order to be able to function even when stationary and / or to be able to store data.
  • This may be a battery or an LF source (low frequency source), e.g. B. 125 kHz, be.
  • LF source low frequency source
  • the power is supplied by the microgenerator 34, in the state, the power can be supplied via a low-frequency (LF) field.
  • the LF-FeId can also transmit data to the tire module 4 in addition to the power supply.
  • a combination with RFID 36 is also possible.
  • the known RFID technology (antenna and RFID chip with EEPROM 38) is used in combination with the tire module 4, as shown in FIG.
  • RFID data can be read from memory or written to memory.
  • This memory is identical to the data memory that the tire module 4 uses in driving mode (microgenerator mode).
  • driving mode microgenerator mode
  • RFID data can thus be written in the tire 1 and read from the tire 1.
  • This data transmission can be used both during tire and vehicle production as well as in operation, for logistics or for diagnosis in service.
  • Both RFID and the unit controlling the tire module 1 use the same memory.
  • An advantage here is that the RFID technology does not require an external power supply. forces. This predestines this technique for combination with a microgenerator fed 34 tire module 4, which only works while driving.
  • the micro-generator 34 which fully or partially supplies voltage to the tire module 4, can be used to detect the length of the lug 6 (or the ratio between the time of the lane pass 8 and the cycle time), with the microgenerator 34 being used as the litter recognition signal generator.
  • the microgenerator 34 which also serves as a sensor, can thereby use radial or tangential changes in acceleration, deformation of the tire 1 or a combination of both.
  • the time of the lane pass 8 may be determined with an acceleration sensor arranged in the tangential or radial direction of the tire 1.
  • an acceleration sensor arranged in the tangential or radial direction of the tire 1.
  • a piezoelectric acceleration sensor may be used. Due to changes in acceleration that occur during latitude and exhaust, the vibrationally mounted seismic mass (test mass) is excited to vibrate. This kinetic energy is converted by a piezoelectric element 20 into electrical voltage. It is possible to determine the times between the voltage spikes which occur between the latent and outgoing currents. From the time intervals, the latency runtime and the orbital period can be determined.
  • Another possibility is the deformation (or elongation) of the tire inner liner 22, especially the kink in the Entry or exit in the laces, to measure and from this the time of the latency run (and the rotation time) to determine.
  • This can also be done with the aid of a piezoelectric material 20, which is arranged on a region in the tire 1, which is deformed during the sheet pass 8. Since the tire 1 is deformed during the latitude and latitude exiting, charge separation takes place in the piezoelectric material 20, which can be tapped off as electrical voltage. The times between these voltage spikes can be determined. From the time intervals, the Latschzeit and the orbital period.
  • the information and data described above, e.g. B. Latschzeit and cycle time, are then as part of the transmission protocol from the tire module 4 to the vehicle electronics, z.
  • a central unit of the tire monitoring system in the vehicle is sent.
  • the processing of the data can be done both in the tire module 4 and in the vehicle electronics.
  • the tire module 4 determines an indicator for the latitudinal coil or the ratio of latitudinal coil to tire circumference of a tire 1, in this case, for example, a quotient of lathe / circulation time can be measured.
  • the indicator can be transmitted from the tire module 4 to an evaluation unit.
  • the determined ratio of latschzeit to orbital time can be used for one or more of the following system tasks, optionally, the information regarding the Latschzeit / Lat snake by information about the tire pressure, which z. B. with one, in particular in the rice integrated, pressure sensor is determined, supplemented or combined:
  • Load-dependent pressure warning becomes possible (more weight will increase the latitude, meaning that more pressure is needed in the tire).
  • Tire manufacturers recommend adjusting different air pressures depending on the load. Usually, the subdivision is done so far in two or three stages (empty, partially loaded, fully loaded). Here you can use an intelligent model, which z. B. additionally taken into account the route or the vehicle speed (pressure warning at high load and insufficient air pressure for example, takes place only after a certain distance or from a certain speed).
  • Rolling movements can be detected and prevented by communication with the ESP control unit.
  • the dynamic wheel loads change. This can - 1 !
  • the individual wheel loads can be recognized and used by other systems of the vehicle. If the characteristics of a tire are known, one can in principle determine the wheel load with the aid of the latitudinal length and the tire pressure.
  • the wheel loads can z. B. for the optimization of the braking system (EBV - electronic brake distribution) can be used. Furthermore, the spring-damper effects of modern suspension can be adjusted.
  • the chassis can be adapted to the conditions, which means more comfort and safety for the driver.
  • the steering can respond to the individual wheel loads (or the loading state of the vehicle). Thus, comfort and handling can be improved with loaded vehicles.
  • Uneven surfaces can be detected and used by other systems of the vehicle (eg landing gear or brakes).
  • Wheel load detection is possible because the latitudinal length is directly related to the wheel load.
  • the Radlasterkennung can z. B. can be used to automatic headlamp leveling, which previously necessary sensors can then be omitted.

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Abstract

A tyre module (4) for recording tyre condition parameters, comprising a piezoelectric converter with a number of supports on which electronic components are arranged, wherein each support is embodied in at least one region as a spring element, or is connected to at least one spring element and the spring element is coupled to piezoelectric material (20) or is made from piezoelectric material (20). The aim of the invention is to provide an improved tyre module (4) with a piezoelectric micro generator (34) for installation within a tyre with a particularly high service life and which guarantees the energy supply to the tyre module throughout the life of the tyre (1) as effectively as possible. Said aim is achieved wherein the support in question itself and/or the electronic components act as seismic mass.

Description

Reifenmodul mit piezoelektrischem WandlerTire module with piezoelectric transducer
Die Erfindung betrifft ein Reifenmodul gemäß Oberbegriff von Anspruch 1 sowie dessen Verwendung in einem Reifendrucküberwachungssystem.The invention relates to a tire module according to the preamble of claim 1 and its use in a tire pressure monitoring system.
Die Erfindung ist insbesondere dazu geeignet, Reifen- zustandsgrößen mit einem energieautarken System zu ermitteln.The invention is particularly suitable for determining tire condition variables with an energy self-sufficient system.
In modernen Kraftfahrzeugen werden vermehrt Vorrichtungen eingesetzt, die Defekte und Fehlfunktionen verschiedener Bereiche im Kraftfahrzeug frühzeitig erkennen und dem Fahrer melden. Dazu gehört beispielsweise die Erfassung des Reifenluftdrucks, um Defekte oder Unfälle, welche auf einen zu niedrigen Reifenluftdruck zurückzuführen sind, zu vermeiden. Bei vielen der bereits für diesen Zweck eingesetzten Systeme ist jeweils ein Reifenmodul an jedem Rad, insbesondere im Inneren des Reifens, angeordnet. Ein Reifenmodul umfasst meist mindestens einen Sensor zur Erfassung eines Reifenparameters, insbesondere des Reifenluftdrucks, sowie eine Sendeeinheit und gegebenenfalls eine zugeordnete Auswerteelektronik. Die Versorgung der elektronischen Komponenten mit elektrischer Energie kann beispielsweise durch eine Bat- terie, einen Mikrogenerator mit piezoelektrischem Element oder eine Transponderspule erfolgen.In modern motor vehicles are increasingly used devices that detect defects and malfunction of various areas in the vehicle early and report to the driver. This includes, for example, the collection of tire air pressure to avoid defects or accidents due to low tire inflation pressure. In many of the systems already used for this purpose, a tire module is arranged on each wheel, in particular in the interior of the tire. A tire module usually comprises at least one sensor for detecting a tire parameter, in particular the tire air pressure, as well as a transmitting unit and optionally an associated evaluation electronics. The supply of the electronic components with electrical energy can, for example, by a Bat- terie, a microgenerator with piezoelectric element or a transponder coil.
Aus der DE 44 02 136 Al ist ein System zur Bestimmung der Betriebsparameter von Fahrzeugreifen bekannt, bei dem auf einem Tragerkorper eine Sensoreinheit, eine Auswerteelektronik und ein piezoelektrisches Element angeordnet ist, das die übrigen Systemkomponenten mit Energie versorgt. Das piezoelektrische Element weist einen mehrschichtigen Aufbau auf .From DE 44 02 136 Al a system for determining the operating parameters of vehicle tires is known in which on a Tragerkorper a sensor unit, an evaluation and a piezoelectric element is arranged, which supplies the other system components with energy. The piezoelectric element has a multilayer structure.
Aus der DE 44 02 136 Al ist ein System zur Bestimmung der Betriebsparameter von Fahrzeugreifen bekannt, bei dem auf einem Tragerkorper eine Sensoreinheit, eine Auswerteelektronik und ein piezoelektrisches Element angeordnet ist, das die übrigen Systemkomponenten mit Energie versorgt. Das piezoelektrische Element weist einen mehrschichtigen Aufbau auf .From DE 44 02 136 Al a system for determining the operating parameters of vehicle tires is known in which on a Tragerkorper a sensor unit, an evaluation and a piezoelectric element is arranged, which supplies the other system components with energy. The piezoelectric element has a multilayer structure.
Die DE 10 2004 046 193 Al beschreibt einen Drucksensor zur drahtlosen Druckmessung in einem Reifen sowie eine zugehörige Antenneneinrichtung zum Senden und Empfangen von elektromagnetischen Feldern.DE 10 2004 046 193 A1 describes a pressure sensor for wireless pressure measurement in a tire and an associated antenna device for transmitting and receiving electromagnetic fields.
Aus der DE 10 2006 003 825 Al ist ein batterieloses Reifen- druck-Uberwachungssystem bekannt, das über einen Sensor Reifenparameter erfasst, wobei der Sensor eingangsseitig mit einer Antenne verbunden ist, um ein moduliertes Mikrowellensignal zu empfangen und über eine Steuerschaltung einen Teil des modulierten Mikrowellensignals in eine Versorgungsspannung umzuwandeln. Die DE 10 2004 031 810 Al benennt ein Reifenkontrollsystem, das über ein piezoelektrisches Element, das innerhalb des Reifens angeordnet ist, elektrische Energie erzeugt.From DE 10 2006 003 825 Al a batteryless tire pressure monitoring system is known which detects tire parameters via a sensor, the sensor being connected on the input side to an antenna in order to receive a modulated microwave signal and via a control circuit a part of the modulated microwave signal to convert into a supply voltage. DE 10 2004 031 810 A1 designates a tire control system which generates electrical energy via a piezoelectric element which is arranged inside the tire.
Aus der DE 43 29 591 C2 ist eine Vorrichtung zur Überwachung des Reifenluftdrucks bekannt, das über einen Sensor das Ausmaß der Verformung des Reifens beim Latschdurchlauf einen elektrischen Impuls erhalt und eine Auswerteeinheit das Ausmaß der Verformung ermittelt.From DE 43 29 591 C2 a device for monitoring the tire air pressure is known, which receives via a sensor, the extent of deformation of the tire during the latency run an electrical impulse and an evaluation determines the extent of deformation.
Die DE 103 29 700 Al beschreibt ein Verfahren, das aus der Reifenumdrehungsgeschwindigkeit sowie aus der Latschlange und der Verformung über einen differenzierenden Sensor die Radlast und den Reifenluftdruck ermittelt.DE 103 29 700 A1 describes a method which determines the wheel load and the tire air pressure from the tire rotation speed as well as from the latitudinal coil and the deformation via a differentiating sensor.
In der DE 10 2004 001 250 B4 wird eine Vorrichtung offenbart, die aus der Verformung des Reifens beim Latschdurchlauf in Kurven über Sensoreinheiten die Seitenpositionen der Rader bestimmt.In DE 10 2004 001 250 B4, a device is disclosed which determines the lateral positions of the wheels from the deformation of the tire during the lane pass in curves via sensor units.
Die DE 10 2005 000 996 Al sieht vor, dass ein Federelement eines Reifenmoduls als Stab-, Torsions- oder Blattfeder ausgebildet ist. An einem nicht eingespannten Ende des Federelementes ist eine seismische Masse angeordnet, die durch das Abrollen des Reifens mit einem Impuls beaufschlagt wird. Durch die Lagerung der seismischen Masse an dem Federelement entsteht ein Feder-Masseschwinger, der im Gegensatz zu herkömmlichen piezoelektrischen Energiewandlern einen erhöhten Wirkungsgrad hat. Die Schwingung wird dadurch erzeugt, dass das Reifenmodul sich wahrend des Abrollens bei jedem Lastdurchtritt auf einer geraden Bahn bewegt, wahrend es sich nach dem Latschaustritt auf einer Kreisbahn bewegt. Wahrend - A -DE 10 2005 000 996 Al provides that a spring element of a tire module is designed as a rod, torsion or leaf spring. At a non-clamped end of the spring element, a seismic mass is arranged, which is acted upon by the rolling of the tire with a pulse. The storage of the seismic mass on the spring element results in a spring mass oscillator, which has an increased efficiency in contrast to conventional piezoelectric energy converters. The vibration is generated by the fact that the tire module moves on a straight path during the unwinding during each load passage, while it moves on a circular path after the lane departure. While - A -
der Kreisbahn wirkt die Zentrifugalkraft auf die seismische Masse, im Latsch ist sie idealerweise kraftfrei. Durch die Zentrifugalkraft wird der Feder-Masse-Schwinger ausgelenkt und strebt im Latsch die Ruckkehr in seine Ruhelage an. Es kommt zu Über- und Nachschwingungen, wodurch sich die seismische Masse auch wahrend er Phasen konstanter Kraft, also zwischen den Übergängen, in Bewegung ist. Dies ist für die elektrische Energiewandlung besonders gunstig.the circular path, the centrifugal force acts on the seismic mass, in Latsch she is ideally power-free. Due to the centrifugal force of the spring-mass oscillator is deflected and strives in Latsch the return to its rest position. There are over- and reverberations, whereby the seismic mass is in motion even during the phases of constant force, ie between the transitions. This is particularly favorable for the electrical energy conversion.
Eine Weiterbildung dieser Erfindung sieht vor, dass das Federelement in einem Gehäuse eingespannt ist und in Bewegungsrichtung zumindest ein piezoelektrisches Element mit dem Federelement gekoppelt ist. Das piezoelektrische Element wandelt die Bewegungsenergie des Feder-Masseschwingers in elektrische Energie um, die ihrerseits an Verbraucher weitergeleitet werden kann. Vorteilhafterweise sind piezoelektrische Elemente in jeder Bewegungsrichtung des Federelements mit diesem gekoppelt, so dass bei einer Schwingung in den jeweiligen Ebenen in beiden Auslenkrichtungen von beiden piezoelektrischen Elementen elektrische Energie erhalten werden kann.A development of this invention provides that the spring element is clamped in a housing and at least one piezoelectric element is coupled to the spring element in the direction of movement. The piezoelectric element converts the kinetic energy of the spring mass oscillator into electrical energy, which in turn can be passed on to consumers. Advantageously, piezoelectric elements are coupled in each direction of movement of the spring element with the latter, so that electrical energy can be obtained from both piezoelectric elements during oscillation in the respective planes in both deflection directions.
Bekannt sind Mikrogeneratoren für die Versorgung von Reifen- druckuberwachungssystemen auf der Basis von piezoelektrischen Materialien. Der piezoelektrische Effekt basiert auf dem Effekt, dass bei der Verformung bestimmter Materialien auf der Oberflache elektrische Ladungen auftreten. Beispielsweise wird mittels Druck durch Ladungstrennung eine elektrische Spannung üblicherweise in einer Keramik erzeugt, d. h. durch den ausgeübten Druck verschieben sich im Inneren Ionen, wodurch sich die Ladung proportional zur einwirkenden Kraft verändert. Bei der Verwendung eines Mikrogenerators zur Energieversorgung eines Reifenmoduls, welches im Reifeninneren angebracht ist, muss sichergestellt werden, dass der Mikrogenerator so gestaltet ist, dass er den Belastungen mindestens während der gesamten Lebensdauer des Reifens standhält. Dabei ist es von Vorteil, wenn der Mikrogenerator mit den übrigen Komponenten, wie z. B. den Bauteilen, ein kompaktes Modul bildet.Known microgenerators for the supply of tire pressure monitoring systems based on piezoelectric materials. The piezoelectric effect is based on the effect that electrical charges occur on the surface as certain materials deform. For example, by means of pressure by charge separation, an electrical voltage is usually generated in a ceramic, ie by the pressure exerted, ions move inside, whereby the charge changes in proportion to the applied force. When using a microgenerator to power a tire module mounted inside the tire, it must be ensured that the microgenerator is designed to withstand the stresses at least throughout the life of the tire. It is advantageous if the microgenerator with the other components, such. As the components, a compact module forms.
Zur Erzielung einer kompakten Bauweise ist das piezoelektrische Element bzw. sind die piezoelektrischen Elemente unmittelbar auf dem Federelement befestigt, so dass eine Auslenkung des Federelementes zu einer Dehnung oder Stauchung der piezoelektrischen Schicht führt, so dass an den entsprechenden Kontaktflächen eine elektrische Spannung abgegriffen werden kann.To achieve a compact design, the piezoelectric element or the piezoelectric elements are mounted directly on the spring element, so that a deflection of the spring element leads to an expansion or compression of the piezoelectric layer, so that at the corresponding contact surfaces, an electrical voltage can be tapped.
Da sich bei sehr hohen Geschwindigkeiten sehr hohe Beschleunigungskräfte einstellen, besteht bei dieser Ausführung die Gefahr, dass eine Feder bricht, wenn sie frei eingespannt ist. Daher kann vorgesehen sein, dass in dem Gehäuse Anschläge in Bewegungsrichtung des Federelementes ausgebildet sind, die eine Bewegung der Feder begrenzen. Vorteilhafterweise sind die Anschläge so ausgebildet, dass sie der Biegelinie des Federelementes entsprechen oder aber eine zu der Biegelinie des Federelementes geringere Krümmung aufweisen. Dadurch ist es möglich, dass das Federelement auf den Anschlägen abrollt, so dass die mechanischen Belastungen des Federelementes reduziert werden.Since very high acceleration forces are set at very high speeds, there is the danger in the case of this embodiment that a spring breaks when it is freely clamped. Therefore, it can be provided that in the housing stops in the direction of movement of the spring element are formed, which limit movement of the spring. Advantageously, the stops are designed so that they correspond to the bending line of the spring element or have a lower curvature to the bending line of the spring element. This makes it possible that the spring element rolls on the stops, so that the mechanical loads of the spring element can be reduced.
Zusätzlich oder alternativ kann es vorgesehen sein, dass der seismischen Masse ein Amplitudenbegrenzer zugeordnet ist, um eine Zerstörung bei sehr hohen Geschwindigkeiten zu vermeiden .Additionally or alternatively, it may be provided that the seismic mass is associated with an amplitude limiter in order to to avoid destruction at very high speeds.
Ausgehend von diesem Stand der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein verbessertes Reifenmodul mit piezoelektrischem Mikrogenerator zur Anbringung im Inneren eines Reifens bereitzustellen, das eine besonders hohe Lebensdauer aufweist und möglichst effektiv die Energieversorgung des Reifenmoduls während der gesamten Lebensdauer des Reifens sicherstellt.Based on this prior art, the present invention seeks to provide an improved tire module with piezoelectric micro generator for mounting inside a tire, which has a particularly long life and as effectively as possible ensures the power supply of the tire module during the entire life of the tire.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch das Reifenmodul gemäß Anspruch 1 gelöst.This object is achieved by the tire module according to claim 1.
Unter einer Blattfeder wird in Verallgemeinerung eine elastische, flächige Feder verstanden, welche Biegeschwingungen durchführen kann. Dabei kann die Form der Fläche beliebig sein. In einfachsten Fall handelt es sich um eine rechteckige Blattfeder. Aber auch komplizierte Formen, beispielsweise durch Ausstanzen hergestellt, sind denkbar. Als Beispiel sei eine Blattfeder mit schlangenförmiger Grundfläche genannt.By a leaf spring is meant in general an elastic, flat spring, which can perform bending vibrations. The shape of the surface can be arbitrary. In the simplest case, it is a rectangular leaf spring. But even complicated shapes, for example, produced by punching, are conceivable. As an example, a leaf spring with serpentine base is called.
Die Erfindung betrifft auch die Verwendung des Reifenmoduls in einem Reifendrucküberwachungssystem.The invention also relates to the use of the tire module in a tire pressure monitoring system.
Weitere bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen und der nachfolgenden Beschreibung anhand von Figuren.Further preferred embodiments of the invention will become apparent from the subclaims and the following description with reference to figures.
Während der rotatorischen Bewegung in der Rotationsrichtung 2 des Reifens 1 eines Kraftfahrzeugs, Motorrades, Nutzfahrzeuges, Flugzeugs oder Fahrrads, wie in Fig. 1 dargestellt, wirkt die Zentrifugalbeschleunigung auf ein Reifenmodul 4, welches im Bereich des Reifen-Innerliners angeordnet, insbesondere mit dem Reifen-Innerliner verbunden, ist. Befindet sich das Reifenmodul 4 innerhalb der Aufstandsflache 6, wirkt hingegen nur die Erdbeschleunigung. Bei Ein- und Austritt in diesen so genannten Latschdurchlauf verringert sich der Radius des Reifens 1 durch die Abplattung und es kommt zu einer Beschleunigungsuberhohung, wie schematisch in Fig. 2 dargestellt:During the rotational movement in the direction of rotation 2 of the tire 1 of a motor vehicle, motorcycle, commercial vehicle, plane or bicycle, as shown in FIG. 1, the centrifugal acceleration acts on a tire module 4, which is arranged in the region of the inner tire liner, in particular connected to the inner tire liner. If the tire module 4 is located within the contact patch 6, on the other hand, only the gravitational acceleration is effective. Upon entry and exit in this so-called Laces run, the radius of the tire 1 is reduced by the flattening and there is a Beschleunigungsaushung, as shown schematically in Fig. 2:
Die horizontale Achse des Koordinatensystems stellt den Umlaufwinkel dar, die vertikale Achse die radiale Beschleunigung. Der durch den Latschein- sowie austritt begrenzte Latschdurchlauf 8 sowie die Zentrifugalbeschleunigung 10 sorgen für zwei beim Latschein- und austritt erzeugte Überhöhungen 12.The horizontal axis of the coordinate system represents the orbital angle, the vertical axis the radial acceleration. The lathe run 8, which is limited by the latitude and outflow, as well as the centrifugal acceleration 10, provide for two elevations 12 produced during the latitude and outflow.
Ein Reifenmodul 1, welches eine Beschleunigungsanderung zur Energieumwandlung ausnutzt, benotigt nach W = m * a * s (die Arbeit/Energie ergibt sich aus dem Produkt von Masse, Beschleunigung und Wegstrecke) zwangsläufig eine Masse, die durch die Beschleunigung ausgelenkt wird. Diese Masse kann beispielsweise durch den Bauteiletrager und die Bauteile selbst dargestellt werden, wie in Fig. 3 dargestellt. Wahrend der Wirkung der Zentrifugalbeschleunigung 10 wird sich das Element aufgrund der einwirkenden Beschleunigung auslenken. Beim Latschdurchgang 8 erfolgt ein Ruckschwingen. Diese Schwingungen werden vom piezoelektrischen Material in elektrische Energie umgesetzt.A tire module 1, which makes use of an acceleration change for energy conversion, inevitably requires a mass deflected by the acceleration according to W = m * a * s (the work / energy results from the product of mass, acceleration and distance). This mass can be represented for example by the component carrier and the components themselves, as shown in Fig. 3. During the action of the centrifugal acceleration 10, the element will deflect due to the applied acceleration. When Latschdurchgang 8 is a back swing. These vibrations are converted by the piezoelectric material into electrical energy.
In Fig. 3 ist ein beispielsgemaßes Reifenmodul 4 schematisch dargestellt. Es umfasst eine Tragerschicht 14, auf welcher elektronische Bauteile 16, z. B. Sensoren, insbesondere ein Drucksensor, Auswerteelektronik, Sende- und/oder Empfangseinrichtungen zum Austausch von Steuer- und Datensignalen, Speicher, eine zweite Energiequelle etc., sowie piezoelektrisches Material, z. B. in Form eines piezoelektrischen Elements 20 auf einer piezo-aktiven Flache, angeordnet sind. Die Tragerschicht 14 kann z. B. eine glasfaserverstärkte Epoxydharz-Platte (FR4 oder FR5) , eine Metalltragerschicht oder aus Carbon, Glasfaser oder Keramik sein.In Fig. 3 an example moderate tire module 4 is shown schematically. It comprises a carrier layer 14 on which electronic components 16, z. As sensors, in particular a pressure sensor, evaluation, transmitting and / or receiving devices for the exchange of control and data signals, memory, a second energy source, etc., and piezoelectric material, for. B. in the form of a piezoelectric element 20 on a piezo-active surface, are arranged. The carrier layer 14 may, for. Example, a glass fiber reinforced epoxy resin plate (FR4 or FR5), a metal carrier layer or carbon, glass fiber or ceramic.
Das Reifenmodul 1 ist derart im Inneren des Reifens 1, insbesondere am Innerliner 22, angeordnet, dass die Tragerschicht 14, welche in einer geeigneten Einspannung 18 einseitig eingespannt ist, als eine Art Federelement in radialer Richtung des Reifens 1 Schwingungen ausfuhren kann, in der Fig. 3 durch die beiden Richtungspfeile angedeutet. Eine denkbare Ausfuhrungsform der Anordnung des Reifenmoduls 4 im Reifen 1 zeigt die Fig. 3b. Hierbei wirken die elektronischen Bauteile 16, welche an dem nicht-eingespannten Ende der Tragerschicht 14 angeordnet sind, als seismische Masse. Das bedeutet, dass das piezoelektrische Element 20 derart in dem Reifen 1 angeordnet ist, dass es Änderungen der radialen Beschleunigung (Richtung und/oder Absolutwert) in elektrische Energie umwandelt.The tire module 1 is arranged in such a way inside the tire 1, in particular on the inner liner 22, that the carrier layer 14, which is clamped on one side in a suitable clamping 18, as a kind of spring element in the radial direction of the tire 1 can oscillate, in FIG 3 indicated by the two directional arrows. A conceivable embodiment of the arrangement of the tire module 4 in the tire 1 is shown in FIG. 3b. Here, the electronic components 16, which are arranged at the non-clamped end of the support layer 14, act as a seismic mass. That is, the piezoelectric element 20 is disposed in the tire 1 so as to convert changes of the radial acceleration (direction and / or absolute value) into electric energy.
In einer bevorzugten Ausfuhrungsform ist die Tragerschicht 14 eine Leiterplatte, die als Bauteiletrager dient. Das piezoelektrische Material 20 wird direkt auf den Bauteiletrager aufgebracht .In a preferred embodiment, the carrier layer 14 is a printed circuit board, which serves as a component carrier. The piezoelectric material 20 is applied directly to the component carrier.
Bei der Verarbeitung von Piezokeramik, beispielsweise als Trimorph 23, also einem System aus zwei piezoelektrischen, insbesondere piezokeramischen, Komponenten und einer passiven Zwischenlage 14, wurden bisher als Trägermaterialien (passive Zwischenlage) Kohlefasern (Carbon) , uniaxiale Glasfasern oder Metalle verwendet. Die Fig. 4a zeigt ein Beispiel für eine herkömmliche Anwendung nach dem Stand der Technik mit einer Carbon-Trägerschicht 24. Eine bevorzugte Ausführungsform ist es nun, diese Trägerschicht 14 durch einen Bauteileträger 26, beispielsweise eine Leiterplatte, zu ersetzen, und die Piezokeramik 20, wie in Fig. 4b dargestellt, direkt auf das die elektronischen Bauteile 16 tragende Material aufzubringen. Die Leiterplatte 26 kann beispielsweise aus FR4 oder FR5 (Hochtemperatur FR4) gefertigt sein (glasfaserverstärktes Epoxydharz) . Die piezoelektrische Keramik 20 kann als Bleizirkonattitanat (PZT) ausgeführt sein .In the processing of piezoceramics, for example as trimorph 23, ie a system of two piezoelectric, in particular piezoceramic, components and a passive intermediate layer 14, have been used as support materials (passive intermediate layer) carbon fibers (carbon), uniaxial glass fibers or metals. 4a shows an example of a conventional application according to the prior art with a carbon carrier layer 24. A preferred embodiment is now to replace this carrier layer 14 by a component carrier 26, for example a printed circuit board, and the piezoceramic 20, As shown in Fig. 4b, apply directly to the electronic components 16 bearing material. The printed circuit board 26 can be made, for example, from FR4 or FR5 (high-temperature FR4) (glass fiber-reinforced epoxy resin). The piezoelectric ceramic 20 may be designed as lead zirconate titanate (PZT).
Neben der Anordnung als Trimorph 23 sind alle weiteren denkbaren Anordnungen, z. B. als Monomorph, einem System aus piezoelektrischen Komponenten 20 und einer passiven Lage, oder als Multimorph, einem System aus vielen piezoelektrischen Komponenten 20, von piezoelektrischem Material, insbesondere piezokeramischem Material oder Piezofolie (z. B. Po- lyvinylidenfluorid, PVDF) , auf einer Trägerschicht, insbesondere Leiterplatte, möglich.In addition to the arrangement as Trimorph 23 are all other conceivable arrangements, eg. Example, as a monomorph, a system of piezoelectric components 20 and a passive layer, or as a multimorph, a system of many piezoelectric components 20, of piezoelectric material, in particular piezoceramic material or piezo film (eg., Polyvinylidenfluorid, PVDF) on a carrier layer, in particular printed circuit board, possible.
Vorteil dieser Anordnung ist, dass eine elektrische Schaltung aus elektrischen Bauteilen mit einer Piezokeramik zusammen auf einem Bauteileträger 26 positioniert sind. So entsteht ein kompaktes und geschlossenes System, da die Kon- taktierung des piezoelektrischen Materials 20 direkt über die Trägerschicht 14 erfolgen kann. Es muss kein zusätzliches (piezoelektrisches) Element mehr gehandhabt werden. In tangentialer Richtung zum Reifen 1 erfolgt beim Ein- und Austritt in den Latsch 6 ebenfalls eine Beschleunigungsande- rung, wie in der Fig. 5 dargestellt, auf ein im Bereich des oder am Reifen-Innerliner (s) 22 angeordnetes Reifenmodul 4, welche aus drei sich überlagernden Effekten resultiert:Advantage of this arrangement is that an electrical circuit of electrical components with a piezoelectric ceramic are positioned together on a component carrier 26. This results in a compact and closed system, since the contacting of the piezoelectric material 20 can take place directly over the carrier layer 14. There is no need to handle any additional (piezoelectric) element. In the tangential direction to the tire 1, an acceleration transition, as shown in FIG. 5, likewise takes place on entering and leaving the lug 6, on a tire module 4 arranged in the region of or on the tire innerliner (s) 22 three overlapping effects results:
1. der Stauchung und Dehnung des Innerliner-Materials,1. the compression and elongation of the innerliner material,
2. die Kippbewegung beim Übergang aus bzw. in die rotatorische Bewegung, und2. the tilting movement in the transition from or into the rotational movement, and
3. die Erdbeschleunigung.3. the gravitational acceleration.
Die horizontale Achse repräsentiert den Umlaufwinkel, wogegen die vertikale Achse die tangentiale Beschleunigung darstellt.The horizontal axis represents the orbital angle, whereas the vertical axis represents the tangential acceleration.
Auch diese Beschleunigungsanderung kann durch ein, wie in Fig. 3 dargestelltes, beispielsgemaßes Reifenmodul 4 zur Energiegewinnung genutzt werden. Hierzu wird das Reifenmodul 4 derart im Inneren des Reifens 1 angeordnet, dass die Tragerschicht 14, welche einseitig eingespannt ist, als eine Art Federelement in tangentialer Richtung Schwingungen ausfuhren kann, wie in den Fig. 6 und 7 durch die beiden Richtungspfeile angedeutet. Das bedeutet, dass das piezoelektrische Element 20 derart im Reifen 1 angeordnet ist, dass es Krafteinwirkungen in tangentialer Richtung in elektrische Energie umwandelt.Also, this acceleration change can be used by a, as shown in Fig. 3, beispielsgemaßes tire module 4 for energy. For this purpose, the tire module 4 is arranged in such a way inside the tire 1, that the carrier layer 14, which is clamped on one side, as a kind of spring element in the tangential direction can oscillate, as indicated in Figs. 6 and 7 by the two directional arrows. This means that the piezoelectric element 20 is arranged in the tire 1 in such a way that it converts force effects in the tangential direction into electrical energy.
Fig. 6 zeigt eine Ausfuhrungsform für die Nutzung der tangentialen Krafteinwirkung in einer instabilen Anordnung, Fig. 7 zeigt eine Ausfuhrungsform für die Nutzung der tangentialen Krafteinwirkung in einer pendelartigen Anordnung.6 shows an embodiment for the use of the tangential force action in an unstable arrangement, Fig. 7 shows an embodiment for the use of the tangential force in a pendulum-like arrangement.
Für die Energieumwandlung im Reifen 1 kann auch ein Mikro- generator verwendet werden, welcher sowohl Biegungsanderungen (z. B. die Deformation bzw. Verformung des Reifen-Inner- liners 22 bei Latschdurchlauf 8) als auch Beschleunigungsanderungen ausnutzt. Bisherige Systeme nutzen entweder die Änderungen des Biegeradius am Reifen-Innerliner 22 oder die Beschleunigungsanderung beim Ein-/Austritt in den Latsch 6 aus. Nutzt man beide Effekte gleichzeitig, kann eine höhere Effektivität erreicht werden.For the energy conversion in the tire 1, it is also possible to use a microgenerator which makes use both of bending changes (for example the deformation or deformation of the inner tire 22 in the case of a lane pass 8) and of acceleration changes. Previous systems use either the changes in the bending radius on the tire innerliner 22 or the acceleration change when entering / leaving the lug 6. If you use both effects at the same time, a higher effectiveness can be achieved.
Zwei Ausfuhrungsformen eines Reifenmoduls 4 mit Mikrogene- rator, welcher sowohl Verformungen als auch Beschleunigungsanderungen in elektrische Energie umsetzt, sind in Fig. 8a, Fig. 8b und Fig. 9 schematisch dargestellt. Das Reifenmodul 4 ist beispielsgemaß durch mindestens zwei Stutzstellen (siehe Fig. 7b und Fig. 1) derart an dem Reifeninnerliner 22 befestigt, dass es bei Latschdurchlauf 8 zu einer Verformung bzw. Biegung der Tragerschicht 14 des Reifenmoduls 4 kommt, wie es in Fig. 1 schematisch dargestellt ist, wobei die Biegung durch die Auslenkungsanschlage 30 begrenzt ist.Two embodiments of a tire module 4 with a microgenerator, which converts both deformations and acceleration changes into electrical energy, are shown schematically in FIGS. 8 a, 8 b and 9. By way of example, the tire module 4 is fastened to the tire innerliner 22 by at least two attachment points (see FIGS. 7b and 1) in such a way that deformation or bending of the carrier layer 14 of the tire module 4 takes place in the case of the lane passage 8, as shown in FIG. 1 is shown schematically, wherein the bend is limited by the Auslenkungsanschlage 30.
Dazu sind die Positionen der Befestigungen 28 des Reifenmoduls 4 am Innerliner 22 bevorzugt in Laufrichtung 2 des Reifens 1 beabstandet. Die Tragerschicht 14 ist an zwei Enden in den Einspannungen 18 eingespannt bzw. befestigt. In den beiden äußeren Bereichen ist die Tragerschicht 14 derart ausgeführt, beispielsweise durch die Materialstarke und/oder die Grundform, z. B. schlangenlinienformig in Fig. 8 und 9), dass sie Biegeschwingungen in radialer Richtung des Reifens 1 ausführen kann (durch die Richtungspfeile in Fig. 8b gekennzeichnet) . Dabei wirken die elektronischen Bauteile 16 mit dem Bauteileträger 26 als seismische Masse. Die elektronischen Bauteile 16 sind dazu bevorzugt im mittleren Bereich des Reifenmoduls 4 angeordnet.For this purpose, the positions of the fasteners 28 of the tire module 4 on the inner liner 22 are preferably spaced apart in the running direction 2 of the tire 1. The carrier layer 14 is clamped or fastened at two ends in the clamps 18. In the two outer regions, the support layer 14 is designed such, for example, by the material thickness and / or the basic shape, for. B. Schlangenlinienformig in Fig. 8 and 9) that they bending vibrations in the radial direction of the tire 1 (indicated by the directional arrows in Fig. 8b). In this case, the electronic components 16 interact with the component carrier 26 as a seismic mass. The electronic components 16 are preferably arranged in the middle region of the tire module 4.
Das piezoelektrische Material 20 ist auf der Trägerschicht 14, insbesondere in den äußeren Bereichen, angeordnet, so dass sowohl durch direkte Verformung der Trägerschicht 14 bei Latschdurchlauf 8 als auch durch Beschleunigungsänderungen während der Schwingungen bei Latschdurchlauf 8 elektrische Energie erzeugt wird. In einer bevorzugten Ausführungsform ist die Trägerschicht 14 eine Leiterplatte (ein Bauteileträger 26). Das piezoelektrische Material 20 wird dabei, wie oben bereits beschrieben, direkt auf den BauteileträgerThe piezoelectric material 20 is arranged on the carrier layer 14, in particular in the outer regions, so that electrical energy is generated both by direct deformation of the carrier layer 14 during the sheet pass 8 and by changes in acceleration during the oscillations during the sheet pass 8. In a preferred embodiment, the carrier layer 14 is a printed circuit board (a component carrier 26). The piezoelectric material 20 is thereby, as already described above, directly on the component carrier
26 aufgebracht.26 applied.
Bei den beschriebenen Mikrogeneratoren wird, teilweise unter anderem, eine Veränderung der Beschleunigung zur Energiegewinnung genutzt. Es handelt sich um ein schwingendes System. Solch ein System muss im Allgemeinen vor zu großen Auslenkungen geschützt werden. Hierzu werden für gewöhnlich auslenkungsbegrenzende Anschläge 30 im Gehäuse 32 vorgesehen, wie auch in Fig. 8b dargestellt. Der Mikrogenerator im Reifenmodul 4 soll mehrere 10 Millionen Mal ausgelenkt werden, bei einem herkömmlichen System mit Anschlägen 30 würde dies zu einem großen mechanischen Verschleiß führen.In the described microgenerators, among other things, a change in the acceleration is used to generate energy. It is a vibrating system. Such a system generally needs to be protected from excessive deflections. For this purpose, usually Auslenkungsbegrenzende stops 30 are provided in the housing 32, as shown in Fig. 8b. The microgenerator in the tire module 4 is to be deflected several tens of millions of times, in a conventional system with stops 30 this would lead to a large mechanical wear.
Um dies zu verhindern, kann das Reifenmodul 4 in seiner Schwingung gedämpft werden. Beispielsweise kann das Reifenmodul 4 in einer Flüssigkeit gelagert werden, in der Art, dass es sich nur gegen einen Widerstand bewegen kann. Es entsteht ein Tiefpass mit Dämpfung, d. h. niederfrequente Schwingungen werden in das Reifenmodul 4 übertragen, hochfrequente Schwingungen, wie sie bei sehr schnelle Fahrt auftreten können, werden bedämpft. Das System kann so ausgelegt sein, dass ab einer gewissen Geschwindigkeit die Auslenkungsanschläge 30 im Gehäuse 32 nicht mehr berührt werden.To prevent this, the tire module 4 can be damped in its vibration. For example, the tire module 4 can be stored in a liquid such that it can only move against a resistance. It creates a low pass with damping, ie low-frequency vibrations are transmitted to the tire module 4, high-frequency vibrations, as they can occur at very fast driving, are attenuated. The system may be designed such that, after a certain speed, the deflection stops 30 in the housing 32 are no longer touched.
Die Dämpfung kann auch durch andere geeignete Verfahren realisiert werden, beispielsweise pneumatisch oder mit Hilfe eines Elastomers. Eine pneumatische Dämpfung kann durch ein Luftvolumen realisiert werden, welches bei jeder Schwingung komprimiert wird. Hierzu kann die Leiterplatte mit einer (fast) luftundurchlässigen Schicht, beispielsweise einer Folie oder einer geeigneten Lack- oder KunststoffSchicht überzogen werden und somit die obere und untere Kammer voneinander trennen, wie die Fig. 11 zeigt.The damping can also be realized by other suitable methods, for example pneumatically or with the aid of an elastomer. A pneumatic damping can be realized by an air volume, which is compressed at each oscillation. For this purpose, the printed circuit board with a (almost) air-impermeable layer, such as a film or a suitable paint or plastic layer are coated and thus separate the upper and lower chamber from each other, as shown in FIG. 11.
Bei einer Auslenkung wird dann gegen das sich komprimierende Luftvolumen gearbeitet. Eine andere denkbare Möglichkeit ist, pneumatische Dämpfungselemente zu verwenden. Ein Elastomer kann als ein komprimierbarer elastischer Kunststoff ausgeführt sein. Die in Fig. 8b eingezeichneten Auslenkungsbegrenzungen können beispielsweise aus einem elasto- meren Material ausgeführt sein. So entsteht kein harter Anschlag, sondern eine „sanfte" Auslenkungsbegrenzung.In a deflection is then worked against the compressed air volume. Another conceivable possibility is to use pneumatic damping elements. An elastomer may be embodied as a compressible elastic plastic. The deflection limits shown in FIG. 8b can be made, for example, of an elastomeric material. Thus, no hard stop, but a "gentle" Auslenkungsbegrenzung.
Der vorgesehene Mikrogenerator 34 kann mäanderförmig (Fig. 10 c und d) , spiralförmig (Fig. 10 b) oder einfach gerade (Fig. 10 a) ausgeführt sein, kann aber auch eine eckige (Fig. 10 a, b, c) , runde oder ovale („Tablette" oder „Bonbon", Fig. 10 d) Grundform haben. Auf diese Art wird die Länge der schwingenden Elemente vergrößert, die Reso- nanzfrequenz der Anordnung wird erheblich gesenkt und somit die Effektivität gerade bei geringen Geschwindigkeiten gesteigert .The intended microgenerator 34 may be meandering (Figures 10c and d), spiral (Figure 10b), or simply straight (Figure 10a), but may also be a polygonal one (Figures 10a, b, c). round or oval ("tablet" or "candy", Fig. 10 d) have basic shape. In this way, the length of the vibrating elements is increased, the Reso- nanzfrequenz the arrangement is significantly reduced and thus increased the effectiveness especially at low speeds.
Ein oben beschriebenes Reifenmodul 4 kann neben dem Mikro- generator 34 noch eine zweite Energiequelle nutzen, um auch im Stand funktionsfähig zu sein und/oder Daten speichern zu können. Dies kann eine Batterie oder eine LF-Quelle (Low- Frequency-Quelle) , z. B. 125 kHz, sein. Hierdurch ergibt sich die Möglichkeit, das Reifenmodul 4 sowohl wahrend der Fahrt als auch im Stand (z. B. in der Produktion) mit Energie zu versorgen. Bei der Fahrt erfolgt die Energieversorgung mit Hilfe des Mikrogenerators 34, im Stand kann die Energieversorgung über ein Low-Frequency- (LF) -Feld erfolgen. Das LF-FeId kann neben der Energieversorgung auch Daten an das Reifenmodul 4 übertragen.A tire module 4 described above can use, in addition to the micro-generator 34, a second energy source in order to be able to function even when stationary and / or to be able to store data. This may be a battery or an LF source (low frequency source), e.g. B. 125 kHz, be. This results in the possibility of supplying energy to the tire module 4 both while driving and when stationary (eg in production). When driving, the power is supplied by the microgenerator 34, in the state, the power can be supplied via a low-frequency (LF) field. The LF-FeId can also transmit data to the tire module 4 in addition to the power supply.
Auch eine Kombination mit RFID 36 (Radio Frequency Identi- fier) ist möglich. Hierbei wird die bekannte RFID-Technik (Antenne und RFID-Chip mit EEPROM 38) in Kombination mit dem Reifenmodul 4 angewendet, wie in der Fig. 12 dargestellt. Mit RFID können Daten aus einem Speicher gelesen bzw. in einen Speicher geschrieben werden. Dieser Speicher ist identisch mit dem Datenspeicher, den das Reifenmodul 4 im Fahrbetrieb (Mikrogenerator-Betrieb) verwendet. Über RFID können so Daten in den Reifen 1 geschrieben und aus dem Reifen 1 gelesen werden. Diese Datenübertragung kann sowohl wahrend der Reifen- bzw. Fahrzeugproduktion als auch im Betrieb, zur Logistik oder zur Diagnose im Service verwendet werden. Sowohl RFID als auch die das Reifenmodul 1 steuernde Einheit verwenden dabei denselben Speicher. Ein Vorteil ist hierbei, dass die RFID-Technik keine externe Spannungsversorgung be- nötigt. Dies prädestiniert diese Technik zur Kombination mit einem Mikrogenerator 34 gespeisten Reifenmodul 4, welches nur bei der Fahrt funktioniert.A combination with RFID 36 (Radio Frequency Identifier) is also possible. Here, the known RFID technology (antenna and RFID chip with EEPROM 38) is used in combination with the tire module 4, as shown in FIG. With RFID, data can be read from memory or written to memory. This memory is identical to the data memory that the tire module 4 uses in driving mode (microgenerator mode). Via RFID, data can thus be written in the tire 1 and read from the tire 1. This data transmission can be used both during tire and vehicle production as well as in operation, for logistics or for diagnosis in service. Both RFID and the unit controlling the tire module 1 use the same memory. An advantage here is that the RFID technology does not require an external power supply. forces. This predestines this technique for combination with a microgenerator fed 34 tire module 4, which only works while driving.
Der das Reifenmodul 4 vollständig oder teilweise mit Spannung versorgende Mikrogenerator 34 kann zur Erkennung der Länge des Latschs 6 (bzw. des Verhältnisses zwischen der Zeit des Latschdurchlaufs 8 und der Umlaufzeit) verwendet werden, wobei der Mikrogenerator 34 als Signalgeber für die Latscherkennung verwendet wird. Der Mikrogenerator 34, der dabei auch als Sensor dient, kann dabei radiale oder tangentiale Beschleunigungsänderungen, eine Verformung des Reifens 1 oder eine Kombination aus beidem ausnutzen. Bevorzugt ist ein Mikrogenerator 34, welcher auf einem piezoelektrischen Wandler basiert, wie oben beschrieben.The micro-generator 34, which fully or partially supplies voltage to the tire module 4, can be used to detect the length of the lug 6 (or the ratio between the time of the lane pass 8 and the cycle time), with the microgenerator 34 being used as the litter recognition signal generator. The microgenerator 34, which also serves as a sensor, can thereby use radial or tangential changes in acceleration, deformation of the tire 1 or a combination of both. Preferred is a microgenerator 34 based on a piezoelectric transducer as described above.
Die Zeit des Latschdurchlaufs 8 kann mit einem Beschleunigungssensor, der in tangentialer oder radialer Richtung des Reifens 1 angeordnet ist, bestimmt werden. Beispielsweise kann ein piezoelektrischer Beschleunigungssensor verwendet werden. Durch Beschleunigungsänderungen, welche bei Latschein- und -austritt auftreten, wird die schwingungsfähig gelagerte seismische Masse (Testmasse) zu Schwingungen angeregt. Diese Bewegungsenergie wird durch ein piezoelektrisches Element 20 in elektrische Spannung umgewandelt. Es können die Zeiten zwischen den Spannungsspitzen, die zwischen Latschein- und austritt, auftreten, ermittelt werden. Aus den zeitlichen Abständen können die Latschdurchlaufszeit und die Umlaufzeit bestimmt werden.The time of the lane pass 8 may be determined with an acceleration sensor arranged in the tangential or radial direction of the tire 1. For example, a piezoelectric acceleration sensor may be used. Due to changes in acceleration that occur during latitude and exhaust, the vibrationally mounted seismic mass (test mass) is excited to vibrate. This kinetic energy is converted by a piezoelectric element 20 into electrical voltage. It is possible to determine the times between the voltage spikes which occur between the latent and outgoing currents. From the time intervals, the latency runtime and the orbital period can be determined.
Eine andere Möglichkeit ist es, die Verformung (oder Dehnung) des Reifen-Innerliners 22, speziell den Knick beim Ein- bzw. Auslauf in den Latsch, zu messen und daraus die Zeit des Latschdurchlaufs (und die Umdrehungszeit) zu bestimmen. Dies kann ebenfalls mit Hilfe eines piezoelektrischen Materials 20, welches an einem Bereich im Reifen 1 angeordnet ist, der beim Latschdurchlauf 8 verformt wird, erfolgen. Da beim Latschein- und Latschaustritt der Reifen 1 verformt wird, erfolgt eine Ladungstrennung im piezoelektrischen Material 20, welche als elektrische Spannung abgegriffen werden kann. Es können die Zeiten zwischen diesen Spannungsspitzen ermittelt werden. Aus den zeitlichen Abstanden ergeben sich die Latschzeit und die Umlaufzeit.Another possibility is the deformation (or elongation) of the tire inner liner 22, especially the kink in the Entry or exit in the laces, to measure and from this the time of the latency run (and the rotation time) to determine. This can also be done with the aid of a piezoelectric material 20, which is arranged on a region in the tire 1, which is deformed during the sheet pass 8. Since the tire 1 is deformed during the latitude and latitude exiting, charge separation takes place in the piezoelectric material 20, which can be tapped off as electrical voltage. The times between these voltage spikes can be determined. From the time intervals, the Latschzeit and the orbital period.
Die oben beschriebene Informationen und Daten, z. B. Latschzeit und Umlaufzeit, werden dann als Bestandteil des Uber- tragungsprotokolls von dem Reifenmodul 4 an die Fahrzeugelektronik, z. B. eine Zentraleinheit des Reifenuberwa- chungssystems im Fahrzeug, gesendet. Die Verarbeitung der Daten kann dabei sowohl im Reifenmodul 4 als auch in der Fahrzeugelektronik erfolgen.The information and data described above, e.g. B. Latschzeit and cycle time, are then as part of the transmission protocol from the tire module 4 to the vehicle electronics, z. For example, a central unit of the tire monitoring system in the vehicle is sent. The processing of the data can be done both in the tire module 4 and in the vehicle electronics.
Das Reifenmodul 4 ermittelt einen Indikator für die Latschlange bzw. das Verhältnis von Latschlange zu Reifenumfang eines Reifens 1, hierbei kann beispielsweise ein Quotient aus Latschzeit/Umlaufzeit gemessen werden. Der Indikator kann von dem Reifenmodul 4 an eine Auswerteeinheit übertragen werden.The tire module 4 determines an indicator for the latitudinal coil or the ratio of latitudinal coil to tire circumference of a tire 1, in this case, for example, a quotient of lathe / circulation time can be measured. The indicator can be transmitted from the tire module 4 to an evaluation unit.
Das ermittelte Verhältnis von Latschzeit zu Umlaufzeit kann für eine oder mehrere der folgenden Systemaufgaben verwendet werden, gegebenenfalls kann die Information bezuglich der Latschzeit/Latschlange durch eine Information über den Reifendruck, welcher z. B. mit einem, insbesondere in das Rei- fenmodul integrierten, Drucksensor bestimmt wird, ergänzt oder kombiniert werden:The determined ratio of latschzeit to orbital time can be used for one or more of the following system tasks, optionally, the information regarding the Latschzeit / Lat snake by information about the tire pressure, which z. B. with one, in particular in the rice integrated, pressure sensor is determined, supplemented or combined:
1. Zuordnung der Reifenmodule zu den einzelnen Positionen (Autolocation) durch „dynamische Achslastverteilung". Es treten der Fahrdynamik entsprechende Radlasten auf und dementsprechend auch - je nach Fahrsituation - unterschiedliche Latschlängen. Bei einer Rechtskurve z. B. entsteht eine dynamische Belastung der linken (kurvenäußeren) Räder. Der Latsch auf der linken Seite wird also länger und der Latsch auf der rechten Seite kürzer. Bei z. B. einer Bremsung vergrößert sich der Latsch vorne. So treten also bei Kurvenfahrt bzw. bei Beschleunigungen oder Bremsungen unterschiedliche Latschlängen auf, diese können detektiert und genutzt werden .1. Assignment of the tire modules to the individual positions (autolocation) by means of "dynamic axle load distribution." Depending on the driving dynamics, corresponding wheel loads occur and, accordingly, different latitudes depending on the driving situation. The lashing on the left side is therefore longer and the lashing on the right side shorter For example, during a braking operation, the lash increases in the front Thus, occur during cornering or during acceleration or braking different Latschlängen on These can be detected and used.
2. Beladungsabhängige Druckwarnung wird möglich (durch mehr Gewicht wird die Latschlänge größer, das bedeutet, dass mehr Druck im Reifen notwendig ist) . Reifenhersteller empfehlen, je nach Beladung unterschiedliche Luftdrücke einzustellen. Meist erfolgt die Unterteilung bisher in zwei oder drei Stufen (leer, teilbeladen, vollbeladen) . Hier kann man ein intelligentes Modell anwenden, welches z. B. zusätzlich die Fahrstrecke bzw. die Fahrzeuggeschwindigkeit berücksichtigt (Druckwarnung bei hoher Beladung und dafür nicht ausreichendem Luftdruck erfolgt z. B. erst nach bestimmter Wegstrecke oder ab einer bestimmten Geschwindigkeit) .2. Load-dependent pressure warning becomes possible (more weight will increase the latitude, meaning that more pressure is needed in the tire). Tire manufacturers recommend adjusting different air pressures depending on the load. Usually, the subdivision is done so far in two or three stages (empty, partially loaded, fully loaded). Here you can use an intelligent model, which z. B. additionally taken into account the route or the vehicle speed (pressure warning at high load and insufficient air pressure for example, takes place only after a certain distance or from a certain speed).
3. Wankbewegungen können erkannt und durch Kommunikation mit dem ESP Steuergerät unterbunden werden. Wenn ein Fahrzeug wankt, dann ändern sich die dynamischen Radlasten. Dies kann - 1 !3. Rolling movements can be detected and prevented by communication with the ESP control unit. When a vehicle staggers, the dynamic wheel loads change. This can - 1 !
durch eine Latschlängenmessung erkannt und für andere Systeme genutzt werden.detected by a Latschlängenmessung and used for other systems.
4. Die einzelnen Radlasten können erkannt werden und durch andere Systeme des Fahrzeugs genutzt werden. Sind die Eigenschaften eines Reifens bekannt, kann man prinzipiell mit Hilfe der Latschlänge und des Reifendrucks die Radlast bestimmen. Die Radlasten können z. B. für die Optimierung des Bremssystems (EBV - Elektronische Bremsverteilung) genutzt werden. Weiterhin lassen sich die Feder-Dämpfer-Wirkungen moderner Fahrwerke einstellen. Bei bekannten Radlasten kann das Fahrwerk den Gegebenheiten angepasst werden, was für den Fahrer mehr Komfort und Sicherheit bedeutet. Ebenso kann die Lenkung auf die einzelnen Radlasten (bzw. den Beladungszustand des Fahrzeugs) reagieren. So können Komfort und Handling bei beladenen Fahrzeugen verbessert werden.4. The individual wheel loads can be recognized and used by other systems of the vehicle. If the characteristics of a tire are known, one can in principle determine the wheel load with the aid of the latitudinal length and the tire pressure. The wheel loads can z. B. for the optimization of the braking system (EBV - electronic brake distribution) can be used. Furthermore, the spring-damper effects of modern suspension can be adjusted. In known wheel loads, the chassis can be adapted to the conditions, which means more comfort and safety for the driver. Likewise, the steering can respond to the individual wheel loads (or the loading state of the vehicle). Thus, comfort and handling can be improved with loaded vehicles.
5. Unebene Untergründe können erkannt werden und durch andere Systeme des Fahrzeugs genutzt werden (z. B. Fahrwerke oder Bremsen) .5. Uneven surfaces can be detected and used by other systems of the vehicle (eg landing gear or brakes).
6. Früherkennung von Aquaplaning (oder Fahrt auf Schneematsch etc.) wird möglich (Aufschwimmen eines Rades wird erkannt) . Fahrzeugsysteme können darauf reagieren und eine Steuerung/Regelung vornehmen.6. Early detection of aquaplaning (or driving on slush etc.) becomes possible (floating of a wheel is detected). Vehicle systems can respond to this and make a control / regulation.
7. Radlasterkennung ist möglich, da die Latschlänge direkt mit der Radlast zusammenhängt. Die Radlasterkennung kann z. B. zu einer automatischen Leuchtweitenregulierung genutzt werden, wodurch bisher dafür notwendige Sensoren dann entfallen können. 8. Nutzung des Latschlangensignals für eine Überschlägstruh- erkennung und Vermeidung (Roll-Over-Protection) , da ein drohendes Abheben eines oder mehrere Rader erkannt wird.7. Wheel load detection is possible because the latitudinal length is directly related to the wheel load. The Radlasterkennung can z. B. can be used to automatic headlamp leveling, which previously necessary sensors can then be omitted. 8. Use of the latency signal for a roll-over protection and avoidance (roll-over protection), since an impending take-off of one or more wheels is detected.
9. Erkennung des Abhebens (oder bevorstehenden Anhebens) eines Fahrzeugrades von der Fahrbahn.9. Detection of lifting (or imminent lifting) of a vehicle wheel off the road.
10. Redundanz des Luftdrucksensors. Bisher lasst sich die Plausibilitat des Druckwertes nicht nachvollziehen. Wenn als zweite Information noch die Latschlange zur Verfugung steht, kann ein „hangender" Drucksensor oder ein Drucksensor, der einen ganz falschen Wert ermittelt, erkannt werden. 10. Redundancy of the air pressure sensor. So far, the plausibility of the pressure value can not be understood. If the latent data is still available as the second information, a "hanging" pressure sensor or a pressure sensor that detects a completely wrong value can be detected.
BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS
1 Reifen1 tire
2 Rotationsrichtung2 direction of rotation
4 Reifenmodul4 tire module
6 Latsch6 laces
8 Latschdurchlauf8 laps pass
10 Zentrifugalbeschleunigung10 centrifugal acceleration
12 Spannungsspitzen12 voltage spikes
14 Trägerschicht14 carrier layer
16 elektronische Bauteile16 electronic components
18 Einspannung18 clamping
20 piezoelektrische Elemente / Material20 piezoelectric elements / material
22 Innerliner22 inner liners
23 Trimorph23 trimorph
24 Carbon-Trägerschicht24 carbon backing
26 Bauteileträger (Leiterplatte)26 component carrier (printed circuit board)
28 Befestigung28 attachment
30 Auslenkungsanschlag30 deflection stop
32 Gehäuse32 housing
34 Mikrogenerator34 microgenerator
36 RFID36 RFID
38 RFID-Chip 38 RFID chip

Claims

Patentansprüche claims
1. Reifenmodul (4) zur Erfassung von Reifenzustandsgrößen mit einem piezoelektrischen Wandler mit einer Anzahl von Trägermitteln, auf denen elektronische Bauelemente angeordnet sind, wobei das jeweilige Trägermittel in mindestens einem Bereich als Federelement ausgebildet ist oder mit mindestens einem Federelement verbunden ist, und wobei das Federelement mit piezoelektrischem Material (20) gekoppelt ist oder aus piezoelektrischem Material (20) besteht, dadurch gekennzeichnet, dass das jeweilige Trägermittel selbst und/oder die elektronischen Bauelemente als seismische Masse wirken.A tire module (4) for detecting tire condition variables with a piezoelectric transducer having a number of support means on which electronic components are arranged, wherein the respective support means is formed in at least one area as a spring element or is connected to at least one spring element, and wherein Spring element with piezoelectric material (20) is coupled or consists of piezoelectric material (20), characterized in that the respective carrier means itself and / or the electronic components act as a seismic mass.
2. Reifenmodul (4), insbesondere nach Anspruch 1, zur Erfassung von Reifenzustandsgrößen mit einem piezoelektrischen Wandler mit einer Anzahl von Trägermitteln, auf denen elektronische Bauelemente angeordnet sind, wobei das jeweilige Trägermittel in mindestens einem Bereich als Federelement ausgebildet ist oder mit mindestens einem Federelement verbunden ist, und wobei das Federelement mit piezoelektrischem Material (20) gekoppelt ist oder aus piezoelektrischem Material (20) besteht, dadurch gekennzeichnet, dass das Trägermittel flüssigkeitsgedämpft ist.2. Tire module (4), in particular according to claim 1, for detecting tire condition variables with a piezoelectric transducer having a number of support means on which electronic components are arranged, wherein the respective support means is formed in at least one area as a spring element or with at least one spring element is connected, and wherein the spring element with piezoelectric material (20) is coupled or consists of piezoelectric material (20), characterized in that the carrier means is liquid-damped.
3. Reifenmodul (4) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Federelement flüssigkeitsgedämpft ist. 3. tire module (4) according to claim 2, characterized in that the spring element is liquid-damped.
4. Reifenmodul (4) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Ende des Federelements eingespannt ist.4. Tire module (4) according to one of claims 1 to 4, characterized in that at least one end of the spring element is clamped.
5. Reifenmodul (4) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Reifenmodul (4) an einer Innenseite des Reifens (1), insbesondere in einem Bereich des Reifens (1), welcher bei einem Latschdurchlauf (8) verformt wird, befestigt ist .5. tire module (4) according to one of claims 1 to 5, characterized in that the tire module (4) on an inner side of the tire (1), in particular in a region of the tire (1), which deformed at a Laces pass (8) is fixed.
6. Reifenmodul (4) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass dieses im Reifen (1) so angeordnet ist, dass die Schwingungsrichtung der seismischen Masse im Wesentlichen in radialer Richtung des Reifens (1) liegt.6. tire module (4) according to one of claims 1 to 6, characterized in that it is arranged in the tire (1) so that the vibration direction of the seismic mass is substantially in the radial direction of the tire (1).
7. Reifenmodul (4) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass dieses im Reifen (1) so angeordnet ist, dass die Schwingungsrichtung der seismischen Masse im Wesentlichen in tangentialer Richtung des Reifendrehbewegung liegt.7. Tire module (4) according to one of claims 1 to 6, characterized in that it is arranged in the tire (1) so that the vibration direction of the seismic mass is substantially in the tangential direction of the tire rotation.
8. Reifenmodul (4) nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass dieses im Reifen (1) so angeordnet ist, dass neben der Nutzung von Beschleunigungsänderungen zur Energieumwandlung auch die Verformung des Reifens (1) bei Latschdurchlauf (8), welche zumindest auf Teile des Reifenmoduls (4) übertragen wird, zur Energieumwandlung genutzt wird. 8. tire module (4) according to one of claims 1 to 8, characterized in that this in the tire (1) is arranged so that in addition to the use of acceleration changes to the energy conversion and the deformation of the tire (1) at Laces pass (8), which is transmitted to at least parts of the tire module (4) is used for energy conversion.
9. Reifenmodul (4) nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Federelement als Blatt-, Stab- oder Torsionsfeder ausgebildet ist.9. tire module (4) according to one of claims 1 to 9, characterized in that the spring element is designed as a leaf, rod or torsion spring.
10. Reifenmodul (4) nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Trägermittel eine Trägerschicht (14), insbesondere eine Leiterplatte (26), ist.10. tire module (4) according to one of claims 1 to 10, characterized in that the carrier means is a carrier layer (14), in particular a printed circuit board (26).
11. Reifenmodul (4) nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass das piezoelektrische Material (20) direkt auf das Federelement, insbesondere auf das in mindestens einem Bereich als Federelement ausgebildete Trägermittel, aufgebracht ist.11. Tire module (4) according to one of claims 1 to 11, characterized in that the piezoelectric material (20) is applied directly to the spring element, in particular to the at least one region formed as a spring element carrier means.
12. Reifenmodul (4) nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass das piezoelektrische Material (20) jeweils in ein- oder mehreren Lagen ein- oder zweiseitig auf das Federelement aufgebracht ist.12. tire module (4) according to one of claims 1 to 12, characterized in that the piezoelectric material (20) in each case in one or more layers one or two sides is applied to the spring element.
13. Reifenmodul (4) nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass das piezoelektrische Material (20) eine piezoelektrische Keramik, insbesondere Bleizirkonattitanat (PZT) , oder eine piezoelektrische Folie, insbesondere aus Polyvinyl- idenfluorid (PVDF), ist. 13. Tire module (4) according to one of claims 1 to 10, characterized in that the piezoelectric material (20) is a piezoelectric ceramic, in particular lead zirconate titanate (PZT), or a piezoelectric film, in particular of polyvinylidene fluoride (PVDF).
14. Reifenmodul (4) nach einem der Ansprüche 2 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass das Trägermittel als Blattfeder ausgebildet ist, an deren nicht eingespanntem Ende die elektronischen Bauelemente angeordnet sind.14. tire module (4) according to one of claims 2 to 14, characterized in that the carrier means is designed as a leaf spring, at the non-clamped end of the electronic components are arranged.
15. Reifenmodul (4) nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass das Trägermittel in zwei Bereichen als Federelement, insbesondere als Blattfeder, ausgebildet ist, zwischen welchen die elektronischen Bauelemente angeordnet sind, und an zwei gegenüberliegenden Enden eingespannt ist.15. Tire module (4) according to one of claims 1 to 11, characterized in that the carrier means in two areas as a spring element, in particular as a leaf spring is formed, between which the electronic components are arranged, and is clamped at two opposite ends.
16. Reifenmodul (4) nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass eine Verformung des Trägermittels bei Latschdurchlauf (8) dadurch erreichbar ist, dass die eingespannten Enden des Trägermittels entlang der Laufrichtung des Reifens (1) im Bereich der Lauffläche Befestigungen (28) aufweisen .16. tire module (4) according to claim 16, characterized in that a deformation of the support means in Latschdurchlauf (8) is achieved in that the clamped ends of the carrier along the running direction of the tire (1) in the region of the tread fasteners (28) ,
17. Reifenmodul (4) nach einem der Ansprüche 1 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass eine geeignete Pneumatik oder ein Elastomer für die Schwingungsdämpfung der seismischen Masse vorgesehen ist .17. tire module (4) according to one of claims 1 to 17, characterized in that a suitable pneumatic or an elastomer for the vibration damping of the seismic mass is provided.
18. Reifenmodul (4) nach einem der Ansprüche 1 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass dieses neben dem piezoelektrischen Wandler ein zweites Mittel zur Energieversorgung umfasst, insbesondere in Form einer Batterie und/oder durch Transpondertechnolo- gie über ein elektromagnetisches Feld.18. tire module (4) according to one of claims 1 to 18, characterized in that this comprises, in addition to the piezoelectric transducer, a second means for supplying energy, in particular in Shape of a battery and / or by transponder technology via an electromagnetic field.
19. Reifenmodul (4) nach einem der Ansprüche 1 bis 19, dadurch gekennzeichnet, dass dieses mit einem Mittel zur Funkerkennung (RFID) ausgestattet ist.19. Tire module (4) according to one of claims 1 to 19, characterized in that it is equipped with a means for radio identification (RFID).
20. Reifenmodul (4) nach einem der Ansprüche 1 bis 20, dadurch gekennzeichnet, dass dieses einen Datenspeicher umfasst.20. Tire module (4) according to one of claims 1 to 20, characterized in that it comprises a data memory.
21. Reifenmodul (4) nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, dass der Datenspeicher eine Sende- und Empfangseinheit zur drahtlosen Datenübermittlung umfasst.21. tire module (4) according to claim 21, characterized in that the data memory comprises a transmitting and receiving unit for wireless data transmission.
22. Reifenmodul (4) nach einem der Ansprüche 1 bis 22, dadurch gekennzeichnet, dass dieses eine Kenngroße, welche ein Maß für die Latschlange des dem Reifenmoduls (4) zugeordneten Reifens (1) ist, bestimmt.22. tire module (4) according to any one of claims 1 to 22, characterized in that this is a characteristic which is a measure of the latitudinal coil of the tire module (4) associated with the tire (1) determined.
23. Verwendung eines Reifenmoduls (4) nach einem der Ansprüche 1 bis 23 in einem Reifenuberwachungssystem.23. Use of a tire module (4) according to one of claims 1 to 23 in a tire monitoring system.
24. Reifenuberwachungssystem mit einem Reifenmodul (4) nach einem der Ansprüche 1 bis 23, gekennzeichnet durch eine Zentraleinheit und eine Anzahl von Reifenmodulen (4), die mit einer zentralen Auswerteeinheit über Steuerleitungen oder mittels einer drahtlosen Übertragungstechnik in Verbindung stehen. 24 tire monitoring system with a tire module (4) according to one of claims 1 to 23, characterized by a central unit and a number of tire modules (4), which communicate with a central evaluation unit via control lines or by means of a wireless transmission technology.
25. Verfahren zum Betreiben eines Reifenmoduls (4) nach einem der Ansprüche 1 bis 23, bei denen eine Verformung mindestens eines elastischen Biegebereichs, welcher mit einem piezoelastischen Material (20) gekoppelt ist oder aus einem piezoelektrischem Material (20) besteht, zur Erzeugung von elektrischer Energie verwendet wird, und die Auslenkung zumindest eines der elastischen Biegebereiche zum Schutz vor übermäßiger Biegung begrenzt wird. 25. A method for operating a tire module (4) according to one of claims 1 to 23, in which a deformation of at least one elastic bending region, which is coupled to a piezo elastic material (20) or consists of a piezoelectric material (20), for generating electrical energy is used, and the deflection of at least one of the elastic bending areas is limited to protect against excessive bending.
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