WO2008116683A1 - Verfahren und vorrichtung zur überwachung von betriebsparametern an reifen - Google Patents

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WO2008116683A1
WO2008116683A1 PCT/EP2008/051283 EP2008051283W WO2008116683A1 WO 2008116683 A1 WO2008116683 A1 WO 2008116683A1 EP 2008051283 W EP2008051283 W EP 2008051283W WO 2008116683 A1 WO2008116683 A1 WO 2008116683A1
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WO
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tire
vehicle
sensor
tires
acceleration sensor
Prior art date
Application number
PCT/EP2008/051283
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English (en)
French (fr)
Inventor
Marian Keck
Original Assignee
Robert Bosch Gmbh
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Robert Bosch Gmbh filed Critical Robert Bosch Gmbh
Publication of WO2008116683A1 publication Critical patent/WO2008116683A1/de

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    • 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
    • B60C23/0415—Automatically identifying wheel mounted units, e.g. after replacement or exchange of wheels
    • B60C23/0416—Automatically identifying wheel mounted units, e.g. after replacement or exchange of wheels allocating a corresponding wheel position on vehicle, e.g. front/left or rear/right

Definitions

  • the invention is based on a method for monitoring operating parameters on tires according to the preamble of the main claim.
  • a tire-integrated sensor system is known, for example from international patent application WO 2005/056311 A2, in which a sensor transponder is provided with a device for transmitting measurement data of an acceleration sensor from a tire to a receiver, wherein the sensor transponder is provided on the inside of the tread of the tire is.
  • Such sensor systems are used for tire pressure monitoring, for example.
  • tire pressure monitoring systems One requirement of tire pressure monitoring systems is that the wirelessly transmitted measurement data be associated with the respective tire of the vehicle. For example, if the mature integrated sensor system sends a coded signal indicating its position, there is a risk of mis-coding during assembly. In addition, the tires on the vehicle should always remain mounted in the same position or the sensor system would have to be recoded.
  • An alternative is to provide a receiver for the measured data per tire on the vehicle, which is however particularly time-consuming.
  • the method according to the invention for monitoring operating parameters of tires and the device according to the invention for monitoring operating parameters of tires according to the independent claims have, in contrast, about the advantage that a so-called autolocation, an assignment of the measured data to the respective position of the tire on the vehicle is made possible.
  • the transmitted signal contains no indication of the sensor arrangement from which the signal is sent. The sensor arrangements of the tires thus do not differ and the tires are arbitrarily interchangeable.
  • the tire contact patch according to the invention is the part of the tread of the tire which has a ground contact.
  • the control unit is arranged on the vehicle side and receives the wirelessly transmitted deviations of the tire contact patch from all tires of the vehicle.
  • the tire contact patch changes as a result of driving maneuvers of the vehicle, so that deviations from the reference value occur.
  • the tires are more heavily loaded on the outside of a corner of the curve than when driving straight ahead.
  • the tires inside wheels are, compared to the straight ahead, relieved.
  • the tires of the front wheels are relieved and those of the rear wheels are loaded comparatively more heavily.
  • a braking maneuver of the vehicle it behaves essentially the other way round.
  • the respective changes in the tire contact patch can be assigned to the corresponding driving maneuvers.
  • the assignment of the deviation to the driving maneuver of the vehicle and / or to the position of the tire on the vehicle by an adjustment with forces occurring on the vehicle, in particular longitudinal and transverse forces, wherein longitudinal forces relative to the vehicle, those forces are to be understood, which act in a longitudinal direction, ie in or against a direction of travel, while the transverse forces act perpendicular to the longitudinal direction in a yaw direction of the vehicle.
  • wheel speeds of the wheels of the vehicle are determined and the assignment of the deviation to the driving maneuver of the vehicle and / or to the position of the tire on the vehicle is carried out by a comparison with the wheel speeds.
  • the wheel speeds are particularly preferably determined by wheel speed sensors whose position is advantageously known.
  • the forces acting on the vehicle are also particularly preferably measured by at least one acceleration sensor on the vehicle and / or retrieved via a data bus (CAN) of the vehicle and / or determined from a steering angle and a speed of the vehicle.
  • CAN data bus
  • an acceleration sensor moves in the region of the running surface of the rolling tire on a circular path. In the area of the road contact, the movement briefly transitions into a linear movement. At the respective transitions from orbit to rectilinear motion and vice versa, respectively, acceleration peaks occur resulting from the reduced radii of curvature of the tire in these transitional regions.
  • the acceleration peaks are preferably used to trigger a time measurement. Thus, advantageously, the time period can be measured in which the tire contact patch is traversed.
  • the wheel speed is preferably additionally measured, which also happens to be advantageous by measuring a time interval between two successive entries of the acceleration sensor into the tire contact patch or between two consecutive exits of the acceleration sensor from the tire contact patch.
  • the ratio of the duration of passage of the tire footprint and the duration of a wheel revolution results in a velocity independent, relative tire footprint.
  • a mechanical load which influences the geometric tire contact patch likewise alters the measurable, relative tire contact patch, which can advantageously be evaluated by the method according to the invention. Further details of the measuring principle can be found in the international patent application WO 2005/056311 A2, which is hereby incorporated by reference.
  • the data can be transmitted, for example, as a digital value or as a signal modulated onto an HF carrier (phase, frequency, amplitude or load modulation).
  • the measurement procedure be terminated after a number of deviations determined and / or after the expiry of a first time interval. After the transmission of several deviations, the position of the tire was successfully carried out.
  • an energy management regulates the duration and execution frequency of the measurement procedure in order to keep the energy requirement advantageously low.
  • To determine the tire position it is usually sufficient to carry out the measuring procedure once per trip. For longer journeys, a recheck can be done after a given time. It is therefore further preferred that the measurement procedure is started after a second time interval has elapsed and / or after triggering. For triggering, for example, a measured acceleration after standstill of the wheel can be used.
  • reference value is determined at the beginning of the measuring procedure.
  • an average value of the tire contact area determined per wheel revolution is first formed. As soon as a substantially constant average value is reached, this mean value is assumed as the reference value.
  • Another object of the invention is an apparatus for monitoring operating parameters on tires of a vehicle according to a method according to the invention, wherein the tires each have a sensor arrangement, and wherein the sensor arrangement has at least one acceleration sensor in the region of a tread of the tire.
  • the sensor In the area of the tread, in the sense of the invention, the sensor can be arranged on an inner surface of the tread of the tire or can be arranged wholly or partially in the tread of the tire.
  • detection direction of the acceleration sensor generally all spatial directions (radial, tangential and axial), as well as their combinations in Consideration. According to the invention, it is preferred that the detection direction of the acceleration sensor is aligned radially or tangentially to the tread.
  • the acceleration sensor in the sense of the embodiment thus measures accelerations along the circular path of the acceleration sensor or accelerations in the radial direction.
  • the measurement of the tangential acceleration compared to the measurement in the radial direction has the advantage that the acceleration peak in the transition from the circular path in the tire contact patch of the acceleration peak in the transition from the tire contact patch to the circular path are opposite. These are therefore particularly easy to detect or assign. A more accurate measurement of the cycle time through the tire contact patch is thus made possible.
  • the acceleration measurement can, for example, by capacitive (micromechanics, spring-mass surfaces), piezoresistive (micromechanics, strain gauge seismic mass), ferroelectric (magnetic flux change), inductive (spring magnet induction), electrodynamic (spring electromagnet) or after the piezoelectric principle (Material: in particular quartz, piezoceramic or piezo film, process: in particular bending, torsion or shearing) take place.
  • the at least one acceleration sensor can also be used in addition to triggering the measurement procedure.
  • the acceleration sensor is an electromechanical energy converter, wherein the sensor arrangement can be supplied with energy of the energy converter.
  • the acceleration energy can advantageously provide the sensor assembly with energy, and particularly preferably charge an electrical buffer memory. Also particularly preferably, a piezoelectric vibration transducer is used.
  • the sensor arrangement has at least one pressure sensor and / or at least one temperature sensor.
  • FIGS 1 and 2 are schematic representations of an embodiment of the device according to the invention for monitoring Bethebsparametern on
  • FIGS. 3a and 3b show exemplary courses of a measured according to the invention
  • FIG. 1 shows schematically a tire 1 of a vehicle (FIG. 2) in a sectional representation.
  • the tire In the area of a tire contact patch, which is identified by the double arrow 2, the tire has contact with a ground, for example, the road.
  • the tire contact patch 2 will be referred to for the sake of simplicity, with the person skilled in the art recognizing that a running surface 3 of the tire 1 passes through the tire contact patch 2 when the wheel is rolling.
  • the tire 1 has a sensor arrangement 4 with at least one acceleration sensor 5.
  • the acceleration sensor 5 is arranged in the region of the tread 3 of the tire. In the schematic illustration, the acceleration sensor 5 is integrated in the tread 3 and protrudes toward the interior of the tire out of the tread.
  • the sensor arrangement 4 may comprise further sensors, here for example a pressure sensor 6 and a temperature sensor 7, which need not necessarily be arranged in the region of the running surface 3.
  • the acceleration sensor 5 moves when rolling the tire 1 on a circular path. In the area of the tire contact patch 2, on the other hand, the acceleration sensor 5 moves in a straight line for a short time. The transition from Circular path for linear movement in the tire contact patch 2, and the transition from the tire contact patch 2 back to the circular path are advantageously detected by the acceleration sensor 5.
  • FIG. 2 schematically shows a vehicle 10 with four tires 1, wherein the tires 1 are distributed to the positions at the front right 11, front left 12, rear left 13 and rear right 14.
  • Several of the tires 1, preferably all four tires 1, have a sensor arrangement 4 (FIG. 1), from which deviations of the tire contact surface 2 (FIG. 1) are transmitted wirelessly to a control unit 15, which is arranged on the vehicle side.
  • the control unit 15 is provided as a central receiving and evaluation unit, preferably as a so-called "remote keyless entry" control unit.
  • the control unit 15 further has access to vehicle dynamics data of the vehicle, for example from a vehicle acceleration sensor 16, which measures accelerations of the vehicle 10 in the direction of a longitudinal axis L of the vehicle 10 and in the direction of a transverse axis Q of the vehicle 10.
  • vehicle acceleration sensor 16 is preferably arranged in the region of the longitudinal and transverse axes L, Q for measuring the transverse acceleration and longitudinal acceleration.
  • the access to the measured data of the vehicle acceleration sensor 16 can advantageously be realized by coupling the control unit 15 to a data bus (for example CAN), not shown, of the vehicle 10.
  • Received deviations of the tire footprint 2 ( Figure 1) are assigned in the control unit 15 driving maneuvers of the vehicle 10 and the respective position 11, 12, 13, 14.
  • This automatic recognition of the signal origin also called autolocation, has the advantage that a signal which indicates, for example, a tolerance outside the tire pressure can also be assigned to one of the tires 1 in the corresponding position 11, 12, 13, 14 in the vehicle, without the sensor arrangement 4 (FIG. 1) transmitting its position coded.
  • a detection direction of the acceleration sensor 5 is tangential, that is, there are accelerations in Direction of a tangent T measured at the tread 3 in the region of the acceleration sensor 5, as shown in Figure 3a for about two wheel revolutions.
  • the acceleration sensor moves on the circular path with a constant angular and path velocity, so that no significant acceleration is measured.
  • the acceleration sensor 5 moves in a straight line and thus at a constant angular velocity slower than the orbit speed. There is therefore a measurable delay in the entry of the acceleration sensor 5 in the tire contact patch 2, where the acceleration tip 22 explains in Figure 3a. There is a corresponding acceleration at the exit of the acceleration sensor 5 from the tire contact patch 2, which is opposite to the previous delay. Accordingly, the curve has an acceleration tip 23 in the direction opposite to the entry acceleration 22. Also conceivable is an acceleration sensor 5 with a radial detection direction, wherein accelerations in the radial direction of the tire 1 are measured, as shown in FIG. 3b.
  • the acceleration sensor 5 Under the influence of a centripetal force, the acceleration sensor 5 in this case measures a substantially constant acceleration during the movement on the circular path. Due to the decreasing radius at the transition to the tire footprint 2, there is a first accelerating tip 24 before the acceleration during the rectilinear motion drops substantially to zero. After a second acceleration peak 25 during the transition from the tire contact patch 2 to the circular path, the constant acceleration on the circular path again sets in.
  • the steep flanks in the region of the acceleration peaks 22, 23 (FIGS. 3 a), 24, 25 (FIG. 3 b) advantageously allow a triggering of a time measurement, both for the time to pass through the tire contact surface 2 and for a wheel revolution.
  • the measured acceleration profile of the acceleration sensor 5 with radial detection direction advantageously has quantitatively higher acceleration values, whereas the acceleration sensor 5 with tangential detection direction but through the opposite directions of the acceleration peaks 22, 23 allows advantageously easier detection and differentiation of the acceleration peaks 22, 23.
  • the ratio of the duration of the passage of Tire footprint and the duration of a wheel revolution results in a speed independent, relative tire footprint.
  • a mechanical load which influences the geometric tire contact patch 2 likewise changes the measurable, relative tire contact patch, which can advantageously be evaluated by the method according to the invention.
  • the determination of the tire footprint 2 from the time measurements is described in detail in international patent application WO 2005/056311 A2.

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Abstract

Es wird ein Verfahren zur Überwachung von Betriebsparametern an Reifen eines Fahrzeugs vorgeschlagen, wobei während einer Messprozedur laufend eine Reifenaufstandsfläche des Reifens ermittelt wird und eine Abweichung der Reifenaufstandsfläche von einem Referenzwert drahtlos an ein Steuergerät übermittelt wird, sowie eine Vorrichtung zur Überwachung von Betriebsparametern an Reifen eines Fahrzeugs nach dem vorgeschlagenen Verfahren.

Description

Beschreibung
Titel
Verfahren und Vorrichtung zur Überwachung von Betriebsparametern an Reifen
Stand der Technik
Die Erfindung geht aus von einem Verfahren zur Überwachung von Betriebs- parametern an Reifen gemäß dem Oberbegriff des Hauptanspruchs.
Es ist ein reifenintegriertes Sensorsystem bekannt, beispielsweise aus der internationalen Patentanmeldung WO 2005/056311 A2, worin ein Sensortransponder mit einer Einrichtung zur Übertragung von Messdaten eines Beschleunigungssensors aus einem Reifen an eine Empfangseinrichtung vorgesehen ist, wobei der Sensortransponder auf der Innenseite der Lauffläche des Reifens vorgesehen ist. derartige Sensorsysteme werden beispielsweise zur Reifendrucküberwachung eingesetzt. Eine Anforderung an Reifendruckkontrollsysteme ist, dass die drahtlos übertragenen Messdaten dem jeweiligen Reifen des Fahrzeugs zuzuordnen sind. Sendet das reifen integrierte Sensorsystem beispielsweise ein kodiertes Signal, welches seine Position angibt, so besteht die Gefahr der Fehlkodierung bei der Montage. Darüber hinaus müssten die Reifen am Fahrzeug stets an der selben Position montiert bleiben oder das Sensorsystem müsste umkodiert werden. Ein Alternative besteht darin, am Fahrzeug je Reifen einen Empfänger für die Messdaten zur Verfügung zu stellen, was jedoch besonders aufwändig ist.
Offenbarung der Erfindung
Das erfindungsgemäße Verfahren zur Überwachung von Betriebsparametern an Reifen und die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Überwachung von Betriebsparametern an Reifen gemäß den nebengeordneten Ansprüchen haben demgegen- über den Vorteil, dass eine sogenannte Autolocation, eine Zuordnung der Messdaten zu der jeweiligen Position des Reifens am Fahrzeug ermöglicht wird. Das übertragene Signal beinhaltet keinen Hinweis auf die Sensoranordnung, von welcher das Signal gesendet wird. Die Sensoranordnungen der Reifen unterscheiden sich somit nicht und die Reifen sind beliebig austauschbar. Die Reifenaufstandsfläche im Sinne der Erfindung ist derjenige Teil der Lauffläche des Reifens, welcher einen Bodenkontakt hat. Das Steuergerät ist fahrzeugseitig angeordnet und empfängt die drahtlos übermittelten Abweichungen der Reifenaufstandsfläche von allen Reifen des Fahrzeugs. Der Fachmann erkennt, dass die Reifenaufstandsfläche sich infolge von Fahrmanövern des Fahrzeugs ändert, so dass es zu Abweichungen von dem Referenzwert kommt. So werden, beispielsweise, während einer Kurvenfahrt die Reifen der bezüglich eines Kurvenmittelpunkts außen liegenden Räder stärker belastet, als bei Geradeausfahrt. Die Reifen innen liegender Räder werden, im Vergleich zur Geradeausfahrt, entlastet. Bei einer Beschleunigung des Fahrzeugs werden die Reifen der Vorderräder entlastet und diejenigen der Hinterräder vergleichsweise stärker belastet. Bei einem Bremsmanöver des Fahrzeugs verhält es sich im Wesentlichen umgekehrt. Bei einer Kurvenfahrt ist darüber hinaus eine ungleiche Belastung zwischen den Reifen der Vorderräder und der Hinterräder in der Praxis gegeben, was auf eine ungleichmäßige Masseverteilung im Fahrzeug zurückzuführen ist, sowie auf die unterschiedlichen Kurvenradien, auf denen die Reifen eine Kurve durchrollen. Mittels des Steuergeräts, welches auf die fahrdynamischen Daten zugreift, lassen sich die jeweiligen Veränderungen der Reifenaufstandsfläche den entsprechenden Fahrmanövern zuordnen. Vorzugsweise erfolgt die Zuordnung der Abweichung zu dem Fahrmanöver des Fahrzeugs und/oder zu der Position des Reifens am Fahrzeug durch einen Abgleich mit am Fahrzeug auftretenden Kräften, insbesondere Längs- und Querkräften, wobei unter Längskräften bezogen auf das Fahrzeug diejenigen Kräfte zu verstehen sind, welche in einer Längsrichtung, also in oder entgegen einer Fahrtrichtung wirken, während die Querkräfte rechtwinklig zu der Längsrichtung in einer Gierrichtung des Fahrzeugs wirken. Alternativ oder zusätzlich bevorzugt ist es, dass Radrehzahlen der Räder des Fahrzeugs ermittelt werden und die Zuordnung der Abweichung zu dem Fahrmanöver des Fahrzeugs und/oder zu der Position des Reifens am Fahrzeug durch einen Abgleich mit den Raddrehzahlen erfolgt. Die Raddrehzahlen werden besonders bevorzugt durch Raddrehzahlsensoren ermittelt, deren Position vorteilhafterweise bekannt ist. Die am Fahrzeug auftretenden Kräfte werden ebenfalls besonders bevorzugt durch mindestens einen Beschleunigungssensor am Fahrzeug gemessen und/oder über einen Datenbus (CAN) des Fahrzeugs abgerufen und/oder aus einem Lenkwinkel und einer Geschwindigkeit des Fahrzeugs ermittelt.
Zur Ermittlung der Reifenaufstandsfläche bewegt sich ein Beschleunigungssensor im Bereich der Lauffläche des rollenden Reifens auf einer Kreisbahn. Im Bereich des Straßen kontakts geht die Bewegung kurzzeitig in eine geradlinige Bewegung über. Bei den jeweiligen Übergängen von Kreisbahn zu geradliniger Bewegung und umgekehrt treten jeweils Beschleunigungsspitzen auf, welche aus den verringerten Krümmungsradien des Reifens in diesen Übergangsbereichen resultieren. Die Beschleunigungsspitzen werden vorzugsweise zur Triggerung einer Zeitmessung herangezogen. So kann vorteilhaft die Zeitspanne gemessen werden, in der die Reifenaufstandsfläche durchlaufen wird. Da diese Zeitspanne mit Änderung der Drehzahl des Rades variiert, wird vorzugsweise die Raddrehzahl zusätzlich gemessen, was ebenso vorteilhaft durch Messung einer Zeitspanne zwischen zwei aufeinander folgenden Eintritten des Beschleunigungssensors in die Reifenaufstandsfläche oder zwischen zwei aufeinander folgenden Austritten des Beschleunigungssensors aus der Reifenaufstandsfläche geschieht. Das Verhältnis aus der Zeitdauer des Durchlaufs der Reifenaufstandsfläche und der Zeitdauer einer Radumdrehung ergibt eine geschwindigkeitsunabhängige, relative Reifenaufstandsfläche. Eine mechanische Belastung, welche die geometrische Reifenaufstandsfläche beeinflusst, verändert ebenso die messbare, relative Reifenaufstandsfläche, welche vorteilhaft nach dem erfindungsgemäßen Verfahren auswertbar ist. Nähere Einzelheiten des Messprinzips gehen aus der internationalen Patentanmeldung WO 2005/056311 A2 hervor, welche hiermit als Referenz eingeführt wird.
Erfindungsgemäß ist es bevorzugt, dass neben der Abweichung der Reifenaufstandsfläche einer oder mehrere der folgenden Parameter:
- Temperatur im Reifen, Druck im Reifen, Profiltiefe des Reifens und
- Straßenzustand. an das Steuergerät übertragen werden. Die Daten können beispielsweise als Digitalwert oder auch als auf einen HF-Träger aufmoduliertes Signal (Phasen-, Frequenz-, Amplituden-oder Lastmodulation) übertragen werden.
Erfindungsgemäß ist es weiterhin bevorzugt, dass die Messprozedur nach einer Anzahl ermittelter Abweichungen und/oder nach Ablauf eines ersten Zeitintervalls beendet wird. Nach der Übermittlung mehrerer Abweichungen wurde die Position des Reifens erfolgreich durchgeführt. Vorzugsweise regelt ein Energiemanagement die Dauer und Ausführungshäufigkeit der Messprozedur um den Energiebedarf vorteilhaft gering zu halten. Für die Ermittlung der Reifenposition ist es in der Regel ausreichend, die Messprozedur einmal pro Fahrt durchzuführen. Bei längeren Fahrten kann eine erneute Überprüfung nach einer vorgegebenen Zeit erfolgen. Es ist daher weiterhin bevorzugt, dass die Messprozedur nach Ablauf eines zweiten Zeitintervalls und/oder nach einer Triggerung gestartet wird. Zur Triggerung kann beispielsweise eine gemessene Beschleunigung nach Stillstand des Rades genutzt werden.
Erfindungsgemäß ist es weiterhin bevorzugt, dass Referenzwert zu Beginn der Messprozedur ermittelt wird. Dabei wird zunächst ein Mittelwert der je Radumdrehung ermittelten Reifenaufstandsfläche gebildet. Sobald sich ein im Wesentlichen konstanter Mittelwert eingestellt hat, wird dieser Mittelwert als Referenzwert angenommen wird.
Ein weiterer Gegenstand der Erfindung ist eine Vorrichtung zur Überwachung von Betriebsparametern an Reifen eines Fahrzeugs nach einem Verfahren gemäß der Erfindung, wobei die Reifen jeweils eine Sensoranordnung aufweisen, und wobei die Sensoranordnung mindestens einen Beschleunigungssensor im Bereich einer Lauffläche des Reifens aufweist. Im Bereich der Lauffläche bedeutet, im Sinne der Erfindung, dass der Sensor auf einer inneren Oberfläche der Lauffläche des Reifens angeordnet sein kann oder ganz oder teilweise in der Lauffläche des Reifens angeordnet sein kann.
Als Detektionshchtung des Beschleunigungssensors kommen generell alle Raumrichtungen (radial, tangential und axial), sowie deren Kombinationen in Betracht. Erfindungsgemäß ist es bevorzugt, dass die Detektionsrichtung des Beschleunigungssensors radial oder tangential zu der Lauffläche ausgerichtet ist. Der Beschleunigungssensor im Sinne der Ausführungsform misst also Beschleunigungen entlang der Kreisbahn des Beschleunigungssensors oder Beschleunigungen in radialer Richtung. Die Messung der Tangentialbeschleunigung hat gegenüber der Messung in radialer Richtung den Vorteil, dass die Beschleunigungsspitze beim Übergang von der Kreisbahn in die Reifenaufstandsfläche der Beschleunigungsspitze beim Übergang von der Reifenaufstandsfläche auf die Kreisbahn gegensätzlich sind. Diese sind daher in vorteilhafter weise besonders einfach zu detektieren bzw. zuzuordnen. Eine genauere Messung der Durchlaufzeit durch die Reifenaufstandsfläche wird so ermöglicht.
Die Beschleunigungsmessung kann beispielsweise nach kapazitivem (Mikromechanik, Feder-Masseflächen), piezoresistivem (Mikromechanik, DMS- seismische Masse), ferroelektrischem (magnetische Flussänderung), induktivem (Feder-Magnet-Induktion), elektrodynamischem (Feder-Elektromagnet) oder nach dem piezoelektrischen Prinzip (Material: insbesondere Quarz, Piezokeramik oder Piezofolie; Verfahren: insbesondere Biegung, Torsion oder Scherung) erfolgen. Der zumindest eine Beschleunigungssensor kann auch zusätzlich zur Triggerung der Messprozedur genutzt werden.
Erfindungsgemäß ist es weiterhin bevorzugt, dass der Beschleunigungssensor ein elektromechanischer Energiewandler ist, wobei die Sensoranordnung mit Energie des Energiewandlers versorgbar ist. Bei zusätzlich generatorisch wirkenden Messprinzipien, wie beispielsweise den piezoelektrischen, kann die Beschleunigungsenergie vorteilhaft die Sensoranordnung mit Energie versorgen, sowie besonders bevorzugt einen elektrischen Pufferspeicher aufladen. Ebenfalls besonders bevorzugt wird ein piezoelektrischer Vibrationswandler verwendet.
Erfindungsgemäß ist es weiterhin bevorzugt, dass die Sensoranordnung zumindest einen Drucksensor und/oder zumindest einen Temperatursensor aufweist. Durch Erkennung einer zu großen Reifenaufstandsfläche kann beispielsweise auf einen Druckverlust oder auf eine übermäßige Fahrzeugbeladung geschlossen werden. Zur Unterscheidung ist der direkt gemessene Reifendruck vorteilhaft heranzuziehen.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Es zeigen
Figuren 1 und 2 schematische Darstellungen einer Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Überwachung von Bethebsparametern an
Reifen bzw. des Verfahrens und
Figuren 3a und 3b beispielhafte Verläufe eines erfindungsgemäß gemessenen
Parameters.
Ausführungsform(en) der Erfindung
In Figur 1 ist ein Reifen 1 eines Fahrzeugs (Figur 2) schematisch in einer Schnittdarstellung abgebildet. Im Bereich einer Reifenaufstandsfläche, welcher durch den Doppelpfeil 2 gekennzeichnet ist, hat der Reifen Kontakt zu einem Boden, beispielsweise also zur Straße. Im Folgenden wird zur Vereinfachung lediglich Bezug auf die Reifenaufstandsfläche 2 genommen, wobei der Fachmann erkennt, dass eine Lauffläche 3 des Reifens 1 die Reifenaufstandsfläche 2 bei abrollendem Rad durchläuft. Erfindungsgemäß weist der Reifen 1 eine Sensoranordnung 4 mit mindestens einem Beschleunigungssensor 5 auf. Der Beschleunigungssensor 5 ist im Bereich der Lauffläche 3 des Reifens angeordnet. In der schematischen Darstellung ist der Beschleunigungssensor 5 in der Lauffläche 3 integriert und ragt zum Inneren des Reifens hin aus der Lauffläche heraus. Die Sensoranordnung 4 kann weitere Sensoren aufweisen, hier beispielsweise einen Drucksensor 6 und einen Temperatursensor 7, welche nicht notwendigerweise im Bereich der Lauffläche 3 angeordnet sein müssen. Der Beschleunigungssensor 5 bewegt sich beim Abrollen des Reifens 1 auf einer Kreisbahn. Im Bereich der Reifenaufstandsfläche 2 bewegt sich der Beschleunigungssensor 5 dagegen kurzzeitig geradlinig. Der Übergang von Kreisbahn zur geradlinigen Bewegung in der Reifenaufstandsfläche 2, sowie der Übergang aus der Reifenaufstandsfläche 2 zurück auf die Kreisbahn sind mittels des Beschleunigungssensors 5 vorteilhaft detektierbar.
In der Figur 2 ist schematisch ein Fahrzeug 10 mit vier Reifen 1 dargestellt, wobei die Reifen 1 auf die Positionen vorne rechts 11 , vorne links 12, hinten links 13 und hinten rechts 14 verteilt sind. Mehrere der Reifen 1 , vorzugsweise alle vier Reifen 1 weisen eine Sensoranordnung 4 (Figur 1 ) auf, von welcher Abweichungen der Reifenaufstandsfläche 2 (Figur 1 ) drahtlos an ein Steuergerät 15 übertragen werden, welches fahrzeugseitig angeordnet ist. Das Steuergerät 15 ist als zentrale Empfangsund Auswerteeinheit vorgesehen, vorzugsweise als sogenanntes "Remote Keyless Entry" Steuergerät. Das Steuergerät 15 hat des Weiteren Zugang zu fahrdynamischen Daten des Fahrzeugs, beispielsweise von einem Fahrzeugbeschleunigungssensor 16, welcher Beschleunigungen des Fahrzeugs 10 in Richtung einer Längsachse L des Fahrzeugs 10 und in Richtung einer Querachse Q des Fahrzeugs 10 misst. Der Fahrzeugbeschleunigungssensor 16 ist zur Messung der Querbeschleunigung und Längsbeschleunigung vorzugsweise im Bereich der Längs- und Querachsen L, Q angeordnet. Der Zugang zu den Messdaten des Fahrzeugbeschleunigungssensors 16 kann vorteilhaft durch Ankopplung des Steuergeräts 15 an einen nicht dargestellten Datenbus (zum Beispiel CAN) des Fahrzeugs 10 realisiert sein. Empfangene Abweichungen der Reifenaufstandsfläche 2 (Figur 1 ) werden in der Steuereinheit 15 Fahrmanövern des Fahrzeugs 10 und der jeweiligen Position 11 , 12, 13, 14 zugeordnet. Diese automatische Erkennung des Signalursprungs, auch Autolocation genannt, hat den Vorteil, dass ein Signal, welches beispielsweise einen außerhalb der Toleranz liegender Reifendruck anzeigt, ebenfalls einem der Reifen 1 auf der entsprechenden Position 11 , 12, 13, 14 im Fahrzeug zugeordnet werden kann, ohne dass die Sensoranordnung 4 (Figur 1 ) ihre Position kodiert überträgt.
Die Messung der Beschleunigung mit dem Beschleunigungssensor 5 wird nachfolgend mit Bezug auf die Figur 1 , sowie die Figuren 3a und 3b beschrieben. In den Figuren 3a und 3b sind Verläufe der Beschleunigung (Ordinate 21 ) über der Zeit (Abszisse 20) dargestellt. Vorzugsweise ist eine Detektionsrichtung des Beschleunigungssensors 5 tangential, das heißt, es werden Beschleunigungen in Richtung einer Tangente T an der Lauffläche 3 im Bereich des Beschleunigungssensors 5 gemessen, wie in Figur 3a für etwa zwei Radumdrehungen dargestellt ist. Bei gleichbleibender Rollgeschwindigkeit des Reifens 1 bewegt sich der Beschleunigungssensor auf der Kreisbahn mit konstanter Winkel- und Bahngeschwindigkeit, so dass keine wesentliche Beschleunigung gemessen wird. Im Bereich der Reifenaufstandsfläche 2, bewegt sich der Beschleunigungssensor 5 geradlinig und somit, bei gleichbleibender Winkelgeschwindigkeit, gegenüber der Kreisbahngeschwindigkeit langsamer. Es kommt daher zu einer messbaren Verzögerung beim Eintritt des Beschleunigungssensors 5 in die Reifenaufstandsfläche 2, woher sich die Beschleunigungsspitze 22 in Figur 3a erklärt. Es kommt zu einer entsprechenden Beschleunigung beim Austritt des Beschleunigungssensors 5 aus der Reifenaufstandsfläche 2, welche der vorhergehenden Verzögerung entgegengerichtet ist. Dementsprechend weist der Kurvenverlauf eine Beschleunigungsspitze 23 in entgegengesetzter Ausschlagrichtung zur Eintrittsbeschleunigung 22 auf. Denkbar ist ebenfalls ein Beschleunigungssensor 5 mit radialer Detektionsrichtung, wobei Beschleunigungen in radialer Richtung des Reifens 1 gemessen werden, wie in Figur 3b dargestellt. Unter Einwirkung einer Zentripetalkraft misst der Beschleunigungssensor 5 in diesem Fall eine im Wesentlichen konstante Beschleunigung während der Bewegung auf der Kreisbahn. Auf Grund des kleiner werdenden Radius beim Übergang in die Reifenaufstandsfläche 2 kommt es zu einer ersten Beschleunigungsspitze 24, bevor die Beschleunigung während der geradlinigen Bewegung im Wesentlichen auf Null absinkt. Nach einer zweiten Beschleunigungsspitze 25 beim Übergang von der Reifenaufstandsfläche 2 auf die Kreisbahn, stellt sich wieder die konstante Beschleunigung auf der Kreisbahn ein. Die steilen Flanken im Bereich der Beschleunigungsspitzen 22, 23 (Figur 3a), 24, 25 (Figur 3b) erlauben vorteilhaft eine Triggerung einer Zeitmessung, sowohl für die Zeit zum Durchlauf der Reifenaufstandsfläche 2, als auch für eine Radumdrehung. Der gemessene Beschleunigungsverlauf des Beschleunigungssensors 5 mit radialer Detektionsrichtung weist vorteilhafterweise quantitativ höhere Beschleunigungswerte auf, wogegen der Beschleunigungssensors 5 mit tangentialer Detektionsrichtung aber durch die entgegengesetzten Richtungen der Beschleunigungsspitzen 22, 23 eine vorteilhaft einfachere Erkennung und Unterscheidung der Beschleunigungsspitzen 22, 23 erlaubt. Das Verhältnis aus der Zeitdauer des Durchlaufs der Reifenaufstandsfläche und der Zeitdauer einer Radumdrehung ergibt eine geschwindigkeitsunabhängige, relative Reifenaufstandsfläche. Eine mechanische Belastung, welche die geometrische Reifenaufstandsfläche 2 beeinflusst, verändert ebenso die messbare, relative Reifenaufstandsfläche, welche vorteilhaft nach dem erfindungsgemäßen Verfahren auswertbar ist. Die Ermittlung der Reifenaufstandsfläche 2 aus den Zeitmessungen ist in Einzelheiten in der internationalen Patentanmeldung WO 2005/056311 A2 beschrieben.

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zur Überwachung von Betriebsparametern an Reifen (1 ) eines Fahrzeugs (10), wobei während einer Messprozedur laufend eine Reifenaufstandsfläche (2) des Reifens (1 ) ermittelt wird und eine Abweichung der Reifenaufstandsfläche (2) von einem Referenzwert drahtlos an ein Steuergerät (15) übermittelt wird, dadurch gekennzeichnet, dass die Abweichung einem Fahrmanöver des Fahrzeugs (10) zugeordnet wird, wobei die Abweichung unter Berücksichtigung des Fahrmanövers einer Position (11 , 12, 13, 14) des Reifens (1 ) am Fahrzeug (10) zugeordnet wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Zuordnung der Abweichung zu dem Fahrmanöver des Fahrzeugs (10) und/oder zu der Position (11 , 12, 13, 14) des Reifens (1 ) am Fahrzeug (10) durch einen Abgleich mit am Fahrzeug (10) auftretenden Kräften erfolgt und/oder durch einen Abgleich mit Drehzahlen der Räder des Fahrzeugs (10) erfolgt.
3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die am Fahrzeug (10) auftretenden Kräfte durch mindestens einen Beschleunigungssensor (16) am Fahrzeug (10) gemessen werden und/oder über einen Datenbus des Fahrzeugs (10) abgerufen werden und/oder aus einem Lenkwinkel und einer Geschwindigkeit des Fahrzeugs (10) ermittelt werden und /oder die Drehzahlen der Räder mittels Raddrehzahlsensoren ermittelt werden.
4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass neben der Abweichung einer oder mehrere der Parameter Temperatur und Druck im Reifen (1 ), Referenzwert der Reifenaufstandsfläche (2), letzte ermittelte Reifenaufstandsfläche (2), Profiltiefe des Reifens und Straßenzustand an das Steuergerät (15) übertragen werden.
5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Messprozedur nach einer Anzahl ermittelter Abweichungen und/oder nach Ablauf eines ersten Zeitintervalls beendet wird.
6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Messprozedur nach Ablauf eines zweiten Zeitintervalls und/oder nach einer Triggerung gestartet wird.
7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Referenzwert zu Beginn der Messprozedur ermittelt wird, wobei ein Mittelwert der je Radumdrehung ermittelten Reifenaufstandsfläche (2) gebildet wird und der Mittelwert als Referenzwert angenommen wird, sobald sich ein im Wesentlichen konstanter Mittelwert eingestellt hat.
8. Vorrichtung zur Überwachung von Betriebsparametern an Reifen (1 ) eines Fahrzeugs (10) nach einem Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Reifen (1 ) jeweils eine Sensoranordnung (4) aufweisen, wobei die Sensoranordnung (4) mindestens einen Beschleunigungssensor (5) im Bereich einer Lauffläche (3) des Reifens (1 ) aufweist, wobei eine Detektionsrichtung des Beschleunigungssensors (5) vorzugsweise radial oder tangential zu der Lauffläche (3) ausgerichtet ist.
9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Beschleunigungssensor (5) ein elektromechanischer Energiewandler ist, wobei die Sensoranordnung (4) mit Energie des Energiewandlers versorgbar ist.
10.Vorrichtung nach einem der Ansprüche 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Sensoranordnung (4) zumindest einen Drucksensor (6) und/oder zumindest einen Temperatursensor (7) aufweist.
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