WO2021151564A1

WO2021151564A1 - Elektronische radeinheit zur anordnung an einem fahrzeugrad

Info

Publication number: WO2021151564A1
Application number: PCT/EP2020/084699
Authority: WO
Inventors: Michael Löffler
Original assignee: Continental Automotive Gmbh
Priority date: 2020-01-29
Filing date: 2020-12-04
Publication date: 2021-08-05
Also published as: DE102020201026A1; US11932061B2; US20230079930A1; CN115210087A

Abstract

Die Erfindung betrifft eine elektronische Radeinheit (10) zur Anordnung an einem Fahrzeugrad (1) eines Fahrzeuges, aufweisend wenigstens einen Sensor (30) zum Erfassen wenigstens eines Radbetriebsparameters, eine Steuereinrichtung (40), die dazu ausgebildet ist, Radbetriebsdaten basierend auf dem wenigstens einen Radbetriebsparameter zu erzeugen, eine Funkeinrichtung (50) zum Senden von Funkdatensignalen (F) beinhaltend die Radbetriebsdaten, eine Stromversorgungseinrichtung (22, 24) zur elektrischen Versorgung der Radeinheit (10), die eine Energieernteeinrichtung (22) zur Wandlung von bei einer Drehung des Fahrzeugrads (1) gewonnener mechanischer Energie in elektrische Energie und eine elektrische Batterie (24) aufweist, wobei die elektronische Radeinheit (10) ferner eine Umschalteinrichtung zum Umschalten zwischen der Energieernteeinrichtung (22) und der elektrischen Batterie (24) für die elektrische Versorgung der Radeinheit (10) aufweist und die Umschalteinrichtung einen ansteuerbaren Schalter (26) und eine Ansteuereinrichtung (28) zum Ansteuern des Schalters (26) aufweist, wobei der wenigstens eine Radbetriebsparameter einen Beschleunigungsparameter umfasst und die Ansteuereinrichtung (28) das 20 Umschalten in Abhängigkeit von dem Beschleunigungsparameter oder einem daraus abgeleiteten Parameter bewirkt.

Description

Beschreibung

Elektronische Radeinheit zur Anordnung an einem Fahrzeugrad

Die vorliegende Erfindung betrifft eine elektronische Radeinheit nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 .

Derartige Radeinheiten zur Anordnung an einem Fahrzeugrad eines Fahrzeuges sind in vielfältigen Ausführungen bekannt, und weisen wenigstens einen Sensor (z. B. Beschleunigungssensor, Drucksensor, Temperatursensor, etc.) zum Erfassen wenigstens eines Radbetriebsparameters (z. B. Beschleunigung, Reifendruck, Reifentemperatur etc.), eine zum Erzeugen von Radbetriebsdaten basierend auf dem wenigstens einen Radbetriebsparameter vorgesehene Steuereinrichtung, eine Funkeinrichtung zum Senden von Funkdatensignalen beinhaltend die Radbetriebsdaten, und eine Stromversorgungseinrichtung (z. B. elektrische Batterie) zur elektrischen Versorgung der Radeinheit auf.

Nachteilig ist bei den üblicherweise mit einer elektrischen Batterie versorgten Radeinheiten die begrenzte Lebensdauer der Batterie und somit das Erfordernis eines regelmäßigen Austausches dieser Batterie bzw. der gesamten Radeinheit.

Als eine Alternative zur elektrischen Versorgung der Radeinheit mittels einer Batterie wurde bereits vorgeschlagen, die elektrischen Versorgung mittels einer "Energieernteeinrichtung" zu bewerkstelligen, mit welcher bei einer Drehung des Fahrzeugrads mechanische Energie gewonnen und in elektrische Energie gewandelt wird (engl "energy harvesting").

Nachteilig ist bei derartigen Radeinheiten jedoch die nicht durchgängig (sondern nur bei ausreichend großer Energieernte) sichergestellte Energieversorgung und somit nicht durchgängig ermöglichte Funktionsfähigkeit der Radeinheit.

Vor diesem Hintergrund wurde auch bereits vorgeschlagen, die elektrische Versorgung einer Radeinheit mittels eines von einer Energieernteeinrichtung gespeisten elektrischen Energiespeichers (wiederaufladbare elektrische Batterie) zu bewerkstelligen. Nachteilig ist bei derartigen Radeinheiten jedoch der hohe Kostenaufwand einerseits für eine hierfür relativ leistungsstark vorzusehende Energieernteeinrichtung und andererseits für den elektrischen Energiespeicher.

Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, bei einer elektronischen Radeinheit der eingangs genannten Art in kostengünstiger Weise sowohl eine lange Einsatzbereitschaft als auch eine durchgängige elektrische Versorgung zu ermöglichen.

Gemäß der vorliegenden Erfindung wird diese Aufgabe durch eine elektronische Radeinheit nach Anspruch 1 gelöst. Die abhängigen Ansprüche betreffen vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung.

Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass die Stromversorgungseinrichtung eine Energieernteeinrichtung zur Wandlung von bei einer Drehung des Fahrzeugrads gewonnener mechanischer Energie in elektrische Energie und eine elektrische Batterie aufweist, und dass die Radeinheit dazu ausgebildet ist, im Falle einer ausreichenden Erzeugung von elektrischer Energie durch die Energieernteeinrichtung die elektrische Versorgung mittels der Energieernteeinrichtung vorzusehen und im Falle einer unzureichenden Erzeugung von elektrischer Energie durch die Energieernteeinrichtung die elektrische Versorgung mittels der elektrischen Batterie vorzusehen.

Falls die erfindungsgemäße elektronische Radeinheit z. B. mit einer wie bei herkömmlichen Radeinheiten dimensionierten nicht-wiederaufladbaren elektrischen Batterie ausgestattet ist, so ist die Einsatzbereitschaftszeit erheblich verlängert. Alternativ kann in diesem Fall jedoch auch z. B. eine erhöhte Leistung (z. B. Funksendeleistung, Häufigkeit von Erfassungen und/oder Häufigkeit der Funkdatensignalsendungen) im Vergleich zu den herkömmlichen Systemen vorgesehen sein. Wenngleich bei der Erfindung die "elektrische Batterie" bevorzugt eine nicht-wiederaufladbare Batterie ist, so soll die Verwendung einer wiederaufladbaren Batterie an dieser Stelle nicht ausgeschlossen sein. Im Übrigen ist gemäß einer Weiterbildung der Erfindung vorgesehen, dass eine von der Energieernteeinrichtung erzeugte elektrische Energie mittels einer an einem Ausgang der Energieernteeinrichtung angeordneten wiederaufladbaren Batterie (Akkumulator) zwischengespeichert und somit z. B. eine von der Energieernteeinrichtung z. B. nach Spannungsgleichrichtung abgegebene elektrische Gleichspannung gepuffert wird. Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass die Radeinheit ferner eine Umschalteinrichtung zum Umschalten zwischen der Energieernteeinrichtung und der elektrischen Batterie für die elektrische Versorgung der Radeinheit aufweist.

Damit kann ein "intelligentes" (bedrafsgerechtes) Umschalten zwischen den beiden Stromversorgungen (Energieernte und elektrische Batterie) realisiert werden.

Vorteilhaft kann für die konkrete Gestaltung der bei der Erfindung eingesetzten Energieernteeinrichtung auf diesbezüglichen Stand der Technik zurückgegriffen werden. Insbesondere kann die Energieernteeinrichtung z. B. eine (durch Einwirkung von Beschleunigungskräften) bewegbare (und gegebenenfalls z. B. federbelastet aus einer Nullposition auslenkbar bewegbare) Masse und eine demgegenüber stationär (bezüglich der Radeinheit) angeordnete Wandlereinrichtung zum Wandeln dieser Bewegung in elektrische Energie bzw. eine elektrische Spannung aufweisen. Die Wandlereinrichtung kann z. B. ein von der Masse beaufschlagtes piezoelektrisches Material aufweisen. Bei Verwendung eines Permanentmagneten als bewegbare Masse kann die Wandlereinrichtung z. B. eine Induktionsspule aufweisen. Am Ausgang der Wandlereinrichtung kann eine Gleichrichterschaltung (z. B. Brückengleichrichter) vorgesehen sein, um eine für die Spannungsversorgung der Radeinheit erforderte Gleichspannung bereitzustellen.

Bei der erfindungsgemäßen Radeinheit entstehen die genannten Beschleunigungskräfte bei jeder Drehung des betreffenden Fahrzeugrads, wobei in der Praxis durch die Energieernteeinrichtung in der Regel umso mehr elektrische Energie erzeugt werden kann, je schneller das Rad sich dreht bzw. das Fahrzeug fährt. Zu bedenken ist hierbei, dass Energieernteeinrichtungen der hier interessierenden Art oftmals dazu ausgelegt sind, vor allem die bei höheren Fahrzeuggeschwindigkeiten typischerweise auftretenden Schwingungen oder Vibrationen der Radeinheit (und weniger die raddrehwinkelabhängige Variation der Gravitationskraft) auszunutzen, um die elektrische Energie zu erzeugen.

In einer vorteilhaften Weiterbildung ist an einem Ausgang der Energieernteeinrichtung, einer Gleichrichterschaltung nachfolgend, ein elektrischer Akkumulator zur Zwischenspeicherung der erzeugten elektrischen Energie bzw. somit Pufferung der von der Energieernteeinrichtung erzeugten Gleichspannung vorgesehen. Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass die vorgenannte Umschalteinrichtung einen ansteuerbaren Schalter und eine Ansteuereinrichtung zum Ansteuern des Schalters aufweist.

Der Schalter kann beispielsweise als Halbleiterschalter (z. B. Transistor) ausgebildet sein oder einen solchen Halbleiterschalter umfassen. Der Schalter kann einpolig oder z. B. zweipolig (z. B. aus zwei Halbleiterschaltern gebildet) ausgebildet sein.

Erfindungsgemäß ist ferner vorgesehen, dass der wenigstens eine (von dem bzw. den Sensoren erfasste) Radbetriebsparameter einen Beschleunigungsparameter umfasst und die Ansteuereinrichtung das Umschalten in Abhängigkeit von dem Beschleunigungsparameter oder einem daraus abgeleiteten Parameter bewirkt.

Als Beschleunigungsparameter kann hierbei beispielsweise eine (am Anbringungsort der Radeinheit wirkende) Radialbeschleunigung vorgesehen sein. Alternativ kann der Beschleunigungsparameter z. B. eine Tangentialbeschleunigung (oder eine andere Beschleunigung) repräsentieren. Ferner kann als Beschleunigungsparameter auch die Intensität einer "Vibration" am Anbringungsort der Radeinheit oder die Intensität eines "Schocks" (kurzzeitige starke Variationen der Beschleunigung) am Anbringungsort der Radeinheit vorgesehen sein, wie diese während einer Raddrehung bei jedem Durchgang der Radeinheit durch den Bereich einer Reifenaufstandsfläche typischerweise auftreten und mit einem Vibrations- bzw. Schocksensor messbar sind.

Als ein aus einem solchen Beschleunigungsparameter abgeleiteter Parameter kann ein durch eine mathematische Berechnung oder einen Algorithmus unter Verwendung des erfassten Beschleunigungsparameters (einschließlich z. B. dessen zeitlichem Verlauf) ermittelter Parameter sein, wie z. B. ein Beschleunigungsintensitätsmaß wie etwa ein Mittelwert eines Absolutwerts einer bestimmten Beschleunigung (z. B. Radial- oder Tangentialbeschleunigung) innerhalb eines vorbestimmten zeitlichen Intervalls (z. B. gleitender Mittelwert). Insbesondere kann als abgeleiteter Parameter z. B. ein für eine Raddrehgeschwindigkeit (und somit auch z. B. für die Geschwindigkeit des betreffenden Fahrzeuges) repräsentativer Parameter vorgesehen sein, z. B. ein zur Raddrehgeschwindigkeit proportionaler Parameter. Das vorerwähnte Umschalten in Abhängigkeit von dem Beschleunigungsparameter oder einem daraus abgeleiteten Parameter besitzt zum einen den Vorteil, dass ein solcher Beschleunigungsparameter im Hinblick auf die erfindungsgemäß eingesetzte Energieernte (aus mechanischer Energie bei einer Drehung des betreffenden Fahrzeugrads) in der Regel auch ein Maß für das Ausmaß der durch die Energieernte erhältlichen elektrischen Energie darstellt, und zum anderen den Vorteil, dass bei vielen elektronischen Radeinheiten der hier interessierenden Art ein solcher Beschleunigungsparameter oder daraus abgeleiteter Parameter ohnehin von der Steuereinrichtung ermittelt wird (insbesondere z. B. für eine Ermittlung der Raddrehgeschwindigkeit), so dass dieser ohne Mehraufwand auch zur Realisierung der Erfindung genutzt werden kann.

Der betreffende, zur Ansteuerung der Umschaltvorgänge verwendete Parameter kann insbesondere z. B. als ein zeitlich gemittelter Parameter (z. B. gleitender Mittelwert) herangezogen werden, wobei ein Zeitintervall, über das gemittelt wird, z. B. mindestens 1 s betragen kann.

Das Umschalten in Abhängigkeit von dem Beschleunigungsparameter oder einem daraus abgeleiteten Parameter kann z. B. so gestaltet sein, dass dann, wenn der betreffende Parameter einen vorbestimmten ersten Schwellwert überschreitet, ein Umschalten der elektrischen Versorgung der Radeinheit auf die Energieernteeinrichtung erfolgt, und dass dann, wenn dieser Parameter einen vorbestimmten zweiten Schwellwert unterschreitet, ein Umschalten der elektrischen Versorgung der Radeinheit auf die elektrische Batterie erfolgt. Die beiden Schwellwerte können hierbei z. B. gleich groß vorgegeben sein, oder aber verschieden groß vorgegeben sein. Bevorzugt beträgt wenigstens einer der beiden Schwellwerte (insbesondere beide Schwellwerte) mindestens das 1 ,1-fache, insbesondere mindestens das 1 ,2-fache, desjenigen Werts des Parameters, ab dem eine ausreichende Erzeugung von elektrischer Energie durch die Energieernteeinrichtung zu erwarten ist. Andererseits kann jeder der beiden Schwellwerte (insbesondere beide Schwellwerte) z. B. maximal das 1 ,5-fache, insbesondere maximal das 1 ,4-fache, dieses Parameterwerts betragen.

In einer bevorzugten Ausführungsform ist vorgesehen, dass die Steuereinrichtung ferner zur Implementierung der Ansteuereinrichtung ausgebildet ist. Die Steuereinrichtung kann z. B. eine programmgesteuerte Rechnereinrichtung (z. B. Mikrocontroller, oder dergleichen) aufweisen, mittels welcher dann z. B. nicht nur die zu sendenden Radbetriebsdaten erzeugt (berechnet), sondern vorteilhaft auch ein Ansteuersignal für den Schalter erzeugt werden kann. In einer ersten Realisierungsvariante dieser Ausführungsform erzeugt die Steuereinrichtung das Ansteuersignal. In einer zweiten Realisierungsvariante ist die Ansteuereinrichtung separat von der Steuereinrichtung ausgebildet, erhält von der Steuereinrichtung jedoch Informationen und/oder Befehle, die von der Ansteuereinrichtung bei der Erzeugung des Ansteuersignals berücksichtigt werden.

Alternativ zu dieser Ausführungsform könnten die Steuereinrichtung und die Ansteuereinrichtung jedoch auch durch funktional voneinander getrennte Einrichtungen implementiert sein.

In einer Ausführungsform ist vorgesehen, dass die Radeinheit ferner eine Spannungsmesseinrichtung zum Messen einer durch die Energieernteeinrichtung erzeugten elektrischen Spannung aufweist, wobei die Ansteuereinrichtung das Umschalten in Abhängigkeit von dieser Spannung bewirkt.

Im Falle einer Wechselspannungserzeugung durch die Energieernteeinrichtung kann als diese Spannung insbesondere z. B. ein mittlerer Absolutwert ("effektive Wechselspannung") der Wechselspannung herangezogen werden, wobei die Mittelung gegebenenfalls über ein relativ (im Vergleich zur Vorzeichenwechselhäufigkeit bzw. Frequenz der erzeugten Wechselspannung) langes Zeitintervall vorgesehen sein kann. Alternativ kann als diese Spannung z. B. auch ein mittlerer Wert einer gleichgerichteten Version einer durch die Energieernteeinrichtung ursprünglich als Wechselspannung erzeugten Spannung herangezogen werden. In beiden Fällen kann ein Zeitintervall, über das gemittelt wird, z. B. mindestens 1 s betragen.

In einer Weiterbildung ist an einem Ausgang der Energieernteeinrichtung eine elektrische Energiespeichereinrichtung, z. B. ein elektrischer Akkumulator, zum Zwischenspeichern der von der Energieernteeinrichtung erzeugten elektrischen Energie vorgesehen. Damit kann z. B. eine letztendlich (nach Gleichrichtung) als Gleichspannung bereitgestellte Ausgangsspannung der Energieernteeinrichtung gepuffert werden, was vorteilhaft eine etwas "trägere" und somit einfacher zu bewerkstelligende Umschaltstrategie ermöglicht. Die Energiespeichereinrichtung kann insbesondere so dimensioniert sein, dass die nach vollständiger Aufladung darin gespeicherte Energie den Energiebedarf (bzw. einen maximalen Energiebedarf) der Radeinheit für mindestens 1 s, insbesondere mindestens 5 s, deckt. Andererseits ist es zumeist ausreichend, wenn diese Energie den Energiebedarf (bzw. maximalen Energiebedarf) der Radeinheit für maximal 30 s, insbesondere maximal 15 s, deckt.

Das Umschalten in Abhängigkeit von der gemessenen Spannung kann z. B. so gestaltet sein, dass dann, wenn die erzeugte Spannung einen vorbestimmten ersten Schwellwert überschreitet, ein Umschalten der elektrischen Versorgung der Radeinheit auf die Energieernteeinrichtung erfolgt, und dass dann, wenn die erzeugte Spannung einen vorbestimmten zweiten Schwellwert unterschreitet, ein Umschalten der elektrischen Versorgung der Radeinheit auf die elektrische Batterie erfolgt. Die beiden Schwellwerte können hierbei z. B. gleich groß vorgegeben sein, oder aber verschieden groß vorgegeben sein. Bevorzugt beträgt wenigstens einer der beiden Schwellwerte (insbesondere beide Schwellwerte) mindestens das 0,9-fache, insbesondere mindestens das 1 -fache, einer Nennspannung der elektrischen Batterie. Andererseits kann jeder der beiden Schwellwerte (insbesondere beide Schwellwerte) z. B. maximal das 1 ,4-fache, insbesondere maximal das 1 ,2-fache, dieser Nennspannung betragen.

Nochmals zurückkommend auf die vorerwähnten ersten und zweiten Schwellwerte (die gegebenenfalls gleich groß gewählt sein können), bei deren Überschreitung bzw. Unterschreitung der entsprechende Umschaltvorgang bewirkt wird, so ist gemäß einer Weiterbildung vorgesehen, dass wenigstens einer der Schwellwerte (bevorzugt beide) nicht fest vorgegeben ist, sondern in Abhängigkeit von einem Betriebszustand der elektronischen Radeinheit vorgegeben wird.

Diese Weiterbildung kann sowohl für die erläuterten Parameterschwellwerte als auch für die erläuterten Spannungsschwellwerte vorgesehen werden.

Die Weiterbildung trägt dem Umstand Rechnung, dass die elektronische Radeinheit mehrere verschiedene Betriebsmodi aufweisen kann, die sich in ihrem elektrischen Energieverbrauch voneinander unterscheiden, so dass in diesem Fall z. B. der erste Schwellwert (bei dem dessen Überschreitung auf die Energieernteeinrichtung umgeschaltet wird) und/oder der zweite Schwellwert (bei dem dessen Unterschreitung auf die elektrische Batterie umgeschaltet wird) in zeitlichen Phasen eines Betriebsmodus mit relativ hohem Energiebedarf höher vorgegeben werden kann als in zeitlichen Phasen eines Betriebsmodus mit relativ niedrigem Energiebedarf. Als ein Betriebsmodus mit relativ hohem Energiebedarf kann insbesondere z. B. ein Betriebsmodus vorgesehen sein, in welchem relativ oft (d.h. in kürzeren zeitlichen Abständen) eine Erfassung des wenigstens einen Radbetriebsparameters und/oder relativ oft eine Sendung des Funkdatensignals stattfindet.

Die bei der Erfindung eingesetzte Funkeinrichtung kann das Funkdatensignal z. B. gemäß eines gängigen Funkstandards wie z. B. Bluetooth oder dergleichen senden.

Die Fläufigkeiten der Erfassungen und/oder der Sendungen können z. B. von der Steuereinrichtung gemäß einer (z. B. durch darauf ablaufender Steuersoftware implementierten) Betriebsstrategie der elektronischen Radeinheit festgelegt oder gesteuert werden.

Als ein Betriebsmodus mit relativ niedrigem Energiebedarf kann insbesondere z. B. ein Betriebsmodus vorgesehen sein, in welchem relativ selten (d.h. in größeren zeitlichen Abständen) eine Erfassung und/oder relativ selten eine Sendung des Funkdatensignals stattfindet. Dabei kann es sich insbesondere z. B. um einen so genannten Ruhebetriebsmodus (z. B. bei geparktem Fahrzeug) handeln, in welchem keine Erfassungen zur Erzeugung von Radbetriebsdaten und keine Funksendungen stattfinden, sondern lediglich (und z. B: in größeren Zeitabständen) Erfassungen zur Detektion einer beginnenden Fahrzeugfahrt stattfinden, um im Falle einer solchen Detektion die elektronische Radeinheit in einen Normalbetriebsmodus mit regelmäßigen Erfassungen zur Radbetriebsdatenerzeugung zu versetzen (d.h. "aufzuwecken").

In einer Ausführungsform der Erfindung ist die Radeinheit ferner dazu ausgebildet, im Falle eines Beginns einer Fahrt des Fahrzeuges (Anfang eines Fahrzyklus) für ein bestimmtes Zeitintervall die elektrische Versorgung zwangsweise mittels der elektrischen Batterie zu bewirken.

Dies trägt vorteilhaft dem Umstand Rechnung, dass am Anfang eines Fahrzyklus zumeist noch keine ausreichende Energie aus der Energieernteeinrichtung bereitgestellt werden kann. Die elektronische Radeinheit (bzw. deren Steuereinrichtung) kann in diesen Fällen zeitweise (d. h. für das bestimmte Zeitintervall) die Anwendung des betreffenden "Umschaltkriteriums" außer Kraft setzen und zunächst die elektrische Versorgung aus der elektrischen Batterie festlegen. Das bestimmte Zeitintervall kann z. B. durch eine fest vorgegebene Zeitdauer (von z. B. mindestens 30 s, insbesondere z. B. mindestens 60 s) definiert sein. Alternativ (oder zusätzlich) kann das Zeitintervall z. B. auch durch eine (z. B. fest) vorgegebene Anzahl (z. B. mehr als 10, insbesondere z. B. mehr als 20) an nach Fahrtbeginn gesendeten Funkdatensignalen (z. B. "Datentelegramme") definiert sein.

Bis zu einem Fahrtbeginn kann sich die elektronische Radeinheit z. B. in einem so genannten Ruhemodus (Parkmodus) befinden, wobei unmittelbar nach Fahrtbeginn ein Moduswechsel in einen anderen Betriebsmodus, z. B. einen "Anlernmodus" erfolgt, in welchem z. B. eine so genannte Lokalisierung der elektronischen Radeinheiten erfolgt, d.h. von einer fahrzeugseitigen Einrichtung die jeweiligen Verbaupositionen der einzelnen Radeinheiten am Fahrzeug ermittelt werden (vgl. z. B. DE 10 2009 059 788 A1 oder DE 10 2015212 945A1 ). Erst nach Ablauf des Zeitintervalls (z. B. Versenden einer bestimmten Anzahl an Telegrammen, z. B. 40) wird dann das betreffende Umschaltkriterium (z. B. Beschleunigungsparameter, Fahrzeuggeschwindigkeit, usw.) verwendet. Damit wird vorteilhaft besonders zuverlässig das Anlernen (Lokalisierungsprozess) gewährleistet.

In einer Ausführungsform ist die elektronische Radeinheit z. B. als eine radseitige Komponente eines Reifendrucküberwachungssystems (engl "tire pressure monitoring System", kurz TPMS) zur Anordnung in einem luftgefüllten Reifen des Fahrzeugrads vorgesehen, wobei der wenigstens eine Sensor der Radeinheit einen Reifendrucksensor umfasst, um basierend auf dem erfassten Reifendruck mittels der Funkdatensignale Radbetriebsdaten beinhaltend eine Information über den Reifendruck an einen fahrzeugseitigen Funkempfänger zu senden. Alternativ oder zusätzlich können hierbei weitere Informationen an das Fahrzeug übermittelt werden, wie z. B. über eine Reifentemperatur und/oder eine Raddrehposition und/oder Raddrehstellung.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen mit Bezug auf die beigefügten Zeichnungen weiter beschrieben. Es stellen jeweils dar:

Fig. 1 eine schematische Seitenansicht eines Fahrzeugrades mit einer darin angeordneten elektronischen Radeinheit gemäß eines Ausführungsbeispiels, Fig. 2 ein beispielhaftes Zeitverlaufsdiagramm zur Veranschaulichung von Umschaltvorgängen in einer elektronischen Radeinheit,

Fig. 3 ein Blockschaltbild einer elektronischen Radeinheit gemäß eines Ausführungsbeispiels, und

Fig. 4 ein Blockschaltbild einer elektronischen Radeinheit gemäß eines weiteren Ausführungsbeispiels.

Fig. 1 zeigt ein Fahrzeugrad 1 eines (nicht dargestellten) Fahrzeuges wie z. B. eines PKW, an welchem eine elektronische Radeinheit 10 angeordnet ist, um damit während einer Fahrt des Fahrzeuges Radbetriebsdaten zu gewinnen und per Funk an eine am Fahrzeug angeordnete Empfängereinrichtung zu senden. In Fig. 1 ist eine Raddrehung 2 mit einem Pfeil symbolisiert und ein von der Radeinheit 10 gesendetes Funkdatensignal F eingezeichnet.

Im dargestellten Beispiel ist die elektronische Radeinheit 10 an einer Innenseite einer Laufläche eines luftgefüllten Reifens des Fahrzeugrads 1 angeordnet, z. B. verklebt oder in einer eingeklebten Halterung verrastet.

Fig. 3 zeigt ein Blockschaltbild einer im Beispiel von Fig. 1 verwendbaren elektronischen Radeinheit 10 gemäß eines Ausführungsbeispiels.

Die Radeinheit 10 weist wenigstens einen Sensor 30 zum Erfassen wenigstens eines Radbetriebsparameters (z. B. Beschleunigung, Reifendruck, Reifentemperatur etc.) auf, wobei bevorzugt mehrere entsprechende Sensoren (z. B. Beschleunigungssensor, Drucksensor, Temperatursensor, etc.) vorgesehen sind, jedoch in Fig. 3 der Einfachheit der Darstellung halber lediglich ein Sensor eingezeichnet ist.

Die Radeinheit 10 weist ferner eine Steuereinrichtung 40 auf, die dazu ausgebildet ist, basierend auf dem wenigstens einen erfassten Radbetriebsparameter entsprechende Radbetriebsdaten zu erzeugen. Die Steuereinrichtung 40 ist im Rahmen der Erfindung bevorzugt als eine programmgesteuerte elektronische Steuereinrichtung (z. B. Mikrocontroller) ausgebildet, auf der ein Steuerprogramm zum Steuern des Betriebs der Steuereinrichtung 40 abläuft. Mittels eines solchen Steuerprogramms werden im dargestellten Beispiel die Radbetriebsdaten basierend auf dem wenigstens einen Radbetriebsparameter berechnet, wofür der Sensor 30 bzw. jeder der vorhandenen Sensoren ein für einen jeweiligen Radbetriebsparameter repräsentatives Sensorsignal an die Steuereinrichtung 40 ausgibt.

Die von der Steuereinrichtung 40 erzeugten Radbetriebsdaten können eine Information über den oder die Radbetriebsparameter und/oder eine daraus abgeleitete anderweitige Information betreffend den Radbetrieb beinhalten.

Eine geeignete Auswertung eines für einen Radbetriebsparameters "Beschleunigung" (z. B. Radialbeschleunigung) repräsentativen Sensorsignals gestattet beispielsweise die Ermittlung einer Drehgeschwindigkeit und/oder Drehstellung des Fahrzeugrads 1 und somit die Aufnahme entsprechender Informationen in die Radbetriebsdaten.

Die Radeinheit 10 weist ferner eine Funkeinrichtung 50 zum Senden der Funkdatensignale F beinhaltend die Radbetriebsdaten an eine (nicht dargestellte) Funkeinrichtung des betreffenden Fahrzeuges auf.

Bevorzugt ist die Funkeinrichtung 50 der Radeinheit 10 für eine bidirektionale Datenkommunikation ausgebildet, d. h. sowohl zum Senden der Funkdatensignale F zu der Funkeinrichtung des Fahrzeuges, als auch zum Empfangen von Funkdatensignalen, die von der am Fahrzeug angeordneten Funkeinrichtung gesendet werden (z. B. gemäß Bluetooth-Standard). Mit letzteren Funkdatensignalen kann beispielsweise ein Auslesen von Daten aus der elektronischen Radeinheit 10 initiiert werden, z. B. durch Werkstattpersonal oder z. B. durch ein zentrales Steuergerät des Fahrzeuges. Alternativ kann mit derartigen empfangenen Funkdatensignalen auch z. B. der Betrieb der Steuereinrichtung 40 modifiziert werden. Auch können damit z. B. Fahrzeugbetriebsparameter (z. B. Fahrzeuggeschwindigkeit etc.) oder sonstige Informationen (z. B. Reifeninformationsdaten) an die elektronische Radeinheit 10 zwecks Berücksichtigung beim Betrieb der Steuereinrichtung 40 übermittelt werden.

Die Radeinheit 10 weist ferner eine Stromversorgungseinrichtung 22, 24 zur elektrischen Versorgung der Radeinheit 10 auf, die sowohl eine Energieernteeinrichtung 22 zur Wandlung von bei einer Drehung des Fahrzeugrads 1 gewonnener mechanischer Energie in elektrische Energie ("energy harvesting") als auch eine nicht-wiederaufladbare elektrische Batterie 24 (z. B. Lithiumbatterie) aufweist.

Die Radeinheit 10 ist dazu ausgebildet, im Falle einer ausreichenden Erzeugung von elektrischer Energie durch die Energieernteeinrichtung 22 die elektrische Versorgung mittels der Energieernteeinrichtung 22 vorzusehen und im Falle einer unzureichenden Erzeugung von elektrischer Energie durch die Energieernteeinrichtung 22 die elektrische Versorgung mittels der elektrischen Batterie 24 vorzusehen.

Damit ist vorteilhaft sowohl eine lange Einsatzbereitschaft der elektronischen Radeinheit 10 als auch eine durchgängige elektrische Versorgung ermöglicht.

Im dargestellten Ausführungsbeispiel weist die Radeinheit 10 eine Umschalteinrichtung 26, 28 zum Umschalten zwischen der Energieernteeinrichtung 22 und der elektrischen Batterie 24 als Energiequelle für die elektrische Versorgung der Radeinheit 10 auf.

Die Umschalteinrichtung 26, 28 ist im Beispiel gebildet von einem ansteuerbaren Schalter 26 und einer Ansteuereinrichtung 28, die ein Ansteuersignal SS zum Ansteuern des Schalters 26 ausgibt. Der Schalter 26 kann einpolig oder z. B. zweipolig ausgebildet sein, beispielsweise aus einer entsprechenden Anzahl von durch das Ansteuersignal SS angesteuerten Transistoren.

Die Ansteuereinrichtung 28 ist im dargestellten Ausführungsbeispiel als ein funktionaler Bestandteil der Steuereinrichtung 40 implementiert, d. h. die Steuereinrichtung 40 wird hier auch zur Erzeugung des Ansteuersignals SS verwendet.

In diesem Fall benötigt die Steuereinrichtung 40 eine Information darüber, ob die Erzeugung von elektrischer Energie durch die Energieernteeinrichtung 22 zur elektrischen Versorgung der Radeinheit 10 ausreichend ist oder unzureichend ist.

Zur Gewinnung dieser Information gibt es verschiedene Möglichkeiten. Eine Möglichkeit besteht darin, dass wenigstens ein erfasster Radbetriebsparameter und/oder ein aus wenigstens einem erfassten Radbetriebsparameter abgeleiteter Parameter von der Steuereinrichtung 40 (bzw. des darauf ablaufenden Steuerprogramms) hierfür herangezogen wird und in Abhängigkeit von dem wenigstens einen Beschleunigungsparameter bzw. daraus abgeleiteten Parameter das Umschalten zwischen den beiden Stromversorgungen bewirkt wird.

In einer spezielleren Ausgestaltung umfasst der wenigstens eine Radbetriebsparameter einen Beschleunigungsparameter (z. B. Radialbeschleunigung, Tangentialbeschleunigung, oder anderweitig orientierte Beschleunigung am Anbringungsort der elektronischen Radeinheit 10) und bewirkt die Steuereinrichtung 40 bzw. deren funktionale Komponente 28 das Umschalten in Abhängigkeit von diesem Beschleunigungsparameter oder einem daraus abgeleiteten Parameter (z. B. Drehgeschwindigkeit des Fahrzeugrads 1 ).

Wenn, wie im dargestellten Ausführungsbeispiel, die Funkeinrichtung 50 für eine bidirektionale Funkdatenkommunikation mit dem Fahrzeug (z. B. zentrales Steuergerät im Fahrzeug) ausgebildet ist, so kann alternativ oder zusätzlich zur Nutzung eines von der elektronischen Radeinheit 10 selbst erfassten Radbetriebsparameters (und/oder eines daraus abgeleiteten Parameters) auch eine Information, die per Funkdatensignal vom Fahrzeug zur elektronischen Radeinheit 10 übertragen wird, genutzt werden. Ein Beispiel hierfür wäre die Übertragung einer Information über die Fahrzeuggeschwindigkeit vom Fahrzeug zur elektronischen Radeinheit 10, so dass die elektronische Radeinheit 10 in Abhängigkeit von der so ermittelten Fahrzeuggeschwindigkeit das Umschalten des Schalters 26 bewirkt.

Beispielsweise könnte bei relativ kleinen Fahrzeuggeschwindigkeiten von z. B. weniger als ein bestimmter Schwellwert, z. B. 30 km/h, oder z. B. 20 km/h, mittels des Ansteuersignals SS auf eine elektrische Energieversorgung durch die elektrische Batterie 24 umgeschaltet werden, wohingegen bei einer Überschreitung eines solchen vorbestimmten Schwellwerts (Geschwindigkeitsschwellwert) die elektrische Energieversorgung auf die Energieernteeinrichtung 22 umgeschaltet wird.

In einer Ausführungsform der Erfindung ist die Ansteuereinrichtung 28 bzw. hier im Beispiel die Steuereinrichtung 40 dazu ausgebildet, am Anfang eines jeden Fahrzyklus des betreffenden Fahrzeuges (z. B. detektierbar anhand eines Beginns einer Raddrehung) für ein bestimmtes Zeitintervall die elektrische Versorgung der Radeinheit 10 mittels der elektrischen Batterie bewirken (unabhängig von dem nachfolgend verwendeten Umschaltkriterium, hier z. B. Fahrzeuggeschwindigkeit). Bei der nachfolgenden Beschreibung von weiteren Ausführungsbeispielen werden für gleichwirkende Komponenten die gleichen Bezugszeichen verwendet. Dabei wird im Wesentlichen nur auf die Unterschiede zu dem bzw. den bereits beschriebenen Ausführungsbeispielen eingegangen und im Übrigen hiermit ausdrücklich auf die Beschreibung vorangegangener Ausführungsbeispiele verwiesen.

Fig. 4 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel einer elektronischen Radeinheit 10, welche die gleichen Komponenten aufweist, die bereits mit Bezug auf Fig. 3 beschrieben wurden. Im Unterschied zum Beispiel von Fig. 3 ist bei der Radeinheit 10 von Fig. 4 die Ansteuereinrichtung 28 jedoch nicht durch die Steuereinrichtung 40 implementiert, sondern durch eine funktional davon getrennte Einrichtung implementiert. Unabhängig davon besteht ein weiterer Unterschied der Radeinheit 10 von Fig. 4 darin, dass die Ansteuereinrichtung 28 das Ansteuersignal SS nicht in Abhängigkeit von einem mittels des Sensors 30 (und/oder weiterer Sensoren) erfassten Radbetriebsparameters oder eines anderweitig seitens der Steuereinrichtung 40 gewonnenen Parameters gebildet wird, sondern dass die Ansteuereinrichtung 28 eine Spannungsmesseinrichtung zum Messen der durch die Energieernteeinrichtung 22 erzeugten elektrischen Spannung aufweist, wobei die Ansteuereinrichtung 28 das Umschalten in Abhängigkeit von dieser Spannung bewirkt.

Das Umschalten in Abhängigkeit von der gemessenen Spannung kann z. B. so gestaltet sein, dass dann, wenn die erzeugte Spannung einen vorbestimmten ersten Schwellwert überschreitet, ein Umschalten der elektrischen Versorgung der Radeinheit 10 auf die Energieernteeinrichtung 22 erfolgt, und dass dann, wenn die erzeugte Spannung einen vorbestimmten zweiten Schwellwert unterschreitet, ein Umschalten der elektrischen Versorgung der Radeinheit 10 auf die elektrische Batterie 24 erfolgt. Die beiden Schwellwerte können z. B. gleich groß sein.

Abweichend von dem Beispiel gemäß Fig. 4 könnte eine in dieser Weise genutzte Spannungsmesseinrichtung auch als eine (periphere) Komponente der Steuereinrichtung 40 vorgesehen sein. Eine weitere Abwandlung des Beispiels von Fig. 4 wäre z. B. eine wie dargestellt getrennt von der Steuereinrichtung 40 vorgesehene Ansteuereinrichtung 28, die jedoch das für die Umschaltung verwendete Ansteuersignal SS nicht auf Basis einer Spannungsmessung erzeugt, sondern basierend auf (bzw. unter Mitberücksichtigung) einer von der Steuereinrichtung 40 zur Ansteuereinrichtung 28 übertragenen Information (z. B. über die Raddrehgeschwindigkeit oder die Fahrzeuggeschwindigkeit) und/oder unter Mitberücksichtigung von Befehlen, die von der Steuereinrichtung 40 an die Ansteuereinrichtung 28 ausgegeben werden. Beispielsweise könnte die Steuereinrichtung 40 so am Anfang eines Fahrzyklus für ein bestimmtes Zeitintervall die elektrische Versorgung zwangsweise mittels der elektrischen Batterie bewirken.

Die elektronischen Radeinheiten 10 der mit Bezug auf die Fig. 3 und 4 beschriebenen Art können insbesondere zur Anordnung in einem luftgefüllten Reifen des betreffenden Fahrzeugrads vorgesehen sein, wobei der wenigstens eine Sensor 30 einen Reifendrucksensor umfasst. In diesem Fall kann die Radeinheit 10 die radseitige Komponente eines Reifendrucküberwachungssystems (TPMS) des Fahrzeuges darstellen.

Die vorerwähnten Schwellwerte, deren Überschreitung bzw. Unterschreitung einen Umschaltvorgang auslöst, seien es z. B. Schwellwerte für einen Beschleunigungsparameter, für die Raddrehgeschwindigkeit, für die Fahrzeuggeschwindigkeit (Fig. 3) oder z. B. für eine an der Energieernteeinrichtung 22 gemessene elektrische Spannung (Fig. 4), können gemäß einer Weiterbildung in Abhängigkeit von einem Betriebszustand der elektronischen Radeinheit 10 vorgegeben sein.

Fig. 2 veranschaulicht anhand eines beispielhaften Zeitverlaufsdiagramms Umschaltvorgänge in einer elektronischen Radeinheit 10 der hier beschriebenen Art.

Fig. 2 zeigt in Teildiagrammen von oben nach unten jeweils in Abhängigkeit von der Zeit t die Verläufe einer von der elektronischen Radeinheit 10 für deren Betrieb benötigten elektrischen Leistung P (Fig. 2 oben), einer von der Energieernteeinrichtung 22 erzeugten elektrischen Leistung P22 (Fig. 2 Mitte) und eines darauf basierend erzeugten Ansteuersignals SS (Fig. 2 unten).

Im dargestellten Beispiel ist angenommen, dass bei abgestelltem Fahrzeug die Radeinheit 10 sich zunächst (Zeit t = 0) in einem "Ruhemodus" befindet und aus der elektrischen Batterie 24 versorgt wird.

Zur Zeit t = 1 min beginnt eine Fahrt des Fahrzeuges, was von der Radeinheit 10 detektiert wird (z. B. anhand eines erfassten Beschleunigungsparameters und/oder eines vom Fahrzeug empfangenen Wecksignals), woraufhin sich die Radeinheit 10 in einen "Normalbetriebsmodus" mit beträchtlich erhöhtem elektrischen Leistungsbedarf versetzt (etwa bei t = 1 ,1 min).

Im Normalbetriebsmodus schwankt sodann der elektrische Leistungsbedarf P der Radeinheit 10 im Beispiel zwischen einem ersten Wert P1 und einem demgegenüber erhöhten zweiten Wert P2. Die Leistung P1 wird für den Betrieb des wenigstens einen Sensors 30 zum Erfassen des oder der Radbetriebsparameter und/oder darauf basierender Berechnungen zur Erzeugung der Radbetriebsdaten und/oder sonstiger Auswertungen durch die Steuereinrichtung 40 benötigt, wohingegen von Zeit zu Zeit ein zusätzlicher Energiebedarf durch die dann stattfindenden Sendungen der Funkdatensignale F entsteht, was zeitweise zu dem erhöhten Leistungsbedarf P2 führt.

Die von der Energieernteeinrichtung 22 erzeugte, in Fig. 2 beispielhaft eingezeichnete Leistung P22 hängt in der Praxis z. B. sehr stark von der momentanen Fahrzeuggeschwindigkeit ab, wobei aus dem betreffenden Teildiagramm (Fig. 2 Mitte) hervorgeht, dass die erzeugte Leistung P22 in manchen Zeitintervallen zur Deckung des Leistungsbedarfs P ausreicht und in anderen Zeitintervallen hierfür unzureichend ist (d. h. nicht ausreicht). Für die Zeitintervalle einer unzureichenden Erzeugung von elektrischer Energie durch die Energieernteeinrichtung 22, wechselt das (logische) Ansteuersignal SS von einem Wert "1" (für eine Energieversorgung aus der elektrischen Batterie 24) auf einen Wert "0" (für eine Energieversorgung aus der Energieernteeinrichtung 22).

Vorteilhaft setzt die Realisierung der Erfindung keine genaue Kenntnis über die in Fig. 2 dargestellten elektrischen Leistungen P und P22 während des Betriebs der Radeinheit 10 voraus. Vielmehr kann für die elektronische Radeinheit 10 und die darin eingesetzte Energieernteeinrichtung 22 vorab in empirischer Weise (gegebenenfalls für jeden von mehreren verschiedenen Betriebsmodi) ein Schwellwert eines geeignet gewählten Parameters (z. B. Beschleunigungsparameter oder daraus abgeleiteter Parameter, Fahrzeuggeschwindigkeit, elektrische Spannung etc.) bestimmt werden, dessen Überschreitung und Unterschreitung erwarten lässt, dass eine Energieversorgung der Radeinheit 10 durch die Energieernteeinrichtung 22 ausreicht bzw. nicht ausreicht.

Claims

Patentansprüche

1. Elektronische Radeinheit (10) zur Anordnung an einem Fahrzeugrad (1) eines Fahrzeuges, aufweisend wenigstens einen Sensor (30) zum Erfassen wenigstens eines Radbetriebsparameters, eine Steuereinrichtung (40), die dazu ausgebildet ist, Radbetriebsdaten basierend auf dem wenigstens einen Radbetriebsparameter zu erzeugen, eine Funkeinrichtung (50) zum Senden von Funkdatensignalen (F) beinhaltend die Radbetriebsdaten, eine Stromversorgungseinrichtung (22, 24) zur elektrischen Versorgung der Radeinheit (10), wobei die Stromversorgungseinrichtung (22, 24) eine Energieernteeinrichtung (22) zur Wandlung von bei einer Drehung des Fahrzeugrads (1) gewonnener mechanischer Energie in elektrische Energie und eine elektrische Batterie (24) aufweist, und wobei die Radeinheit (10) dazu ausgebildet ist, im Falle einer ausreichenden Erzeugung von elektrischer Energie durch die Energieernteeinrichtung (22) die elektrische Versorgung mittels der Energieernteeinrichtung (22) vorzusehen und im Falle einer unzureichenden Erzeugung von elektrischer Energie durch die Energieernteeinrichtung (22) die elektrische Versorgung mittels der elektrischen Batterie (24) vorzusehen, und wobei die elektronische Radeinheit (10) ferner aufweist: eine Umschalteinrichtung zum Umschalten zwischen der Energieernteeinrichtung (22) und der elektrischen Batterie (24) für die elektrische Versorgung der Radeinheit (10), wobei die Umschalteinrichtung einen ansteuerbaren Schalter (26) und eine Ansteuereinrichtung (28) zum Ansteuern des Schalters (26) aufweist, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass der wenigstens eine Radbetriebsparameter einen Beschleunigungsparameter umfasst und die Ansteuereinrichtung (28) das Umschalten in Abhängigkeit von dem Beschleunigungsparameter oder einem daraus abgeleiteten Parameter bewirkt.

2. Elektronische Radeinheit (10) nach Anspruch 1 , wobei die Steuereinrichtung (40) ferner zur Implementierung der Ansteuereinrichtung (28) ausgebildet ist.

3. Elektronische Radeinheit (10) nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Radeinheit (10) ferner dazu ausgebildet ist, im Falle eines Beginns einer Fahrt des Fahrzeuges für ein bestimmtes Zeitintervall die elektrische Versorgung mittels der elektrischen Batterie (24) vorzusehen.

4. Elektronische Radeinheit (10) nach einem der vorangegangenen Ansprüche, wobei die Ansteuereinrichtung (28) dazu ausgebildet ist, für die Ansteuerung der Umschaltvorgänge den hierfür verwendeten Parameter als einen zeitlich gemittelten Parameter heranzuziehen.

5. Elektronische Radeinheit (10) nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei an einem Ausgang der Energieernteeinrichtung (22) eine elektrische Energiespeichereinrichtung, insbesondere ein elektrischer Akkumulator, zum Zwischenspeichern der von der Energieernteeinrichtung (22) erzeugten elektrischen Energie vorgesehen ist.

6. Elektronische Radeinheit (10) nach einem der vorangehenden Ansprüche zur Anordnung in einem luftgefüllten Reifen des Fahrzeugrads (1 ), wobei der wenigstens eine Sensor (30) einen Reifendrucksensor und einen Beschleunigungssensor umfasst.