CH708954A2 - Devices for electrical tread depth measurement of vehicle tires at a standstill or moving vehicle. - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Messung der Profiltiefe von Fahrzeugreifen mit einem oder mehreren Sensoren (A, B, C), die in einem Reifen (D) eingebaut sind und deren elektrische Eigenschaften sich mit dem Abfahren des Profils ändern. Die elektrische Änderung kann als Messwert für die Profiltiefe genommen werden.The invention relates to a device for measuring the tread depth of vehicle tires with one or more sensors (A, B, C), which are installed in a tire (D) and whose electrical properties change with the departure of the profile. The electrical change can be taken as the measured value for the tread depth.

Description

Technisches Gebiet:Technical area:

[0001] Eine sichere Haftung eines Fahrzeugs auf der Strasse ist in erster Linie durch einen guten Reifensatz zu erreichen. Je höher die Haftreibung zwischen Reifen und Untergrund ist, desto sicherer hält das Fahrzeug seine Spur. Verschiedene Parameter wirken negativ auf die Haftreibung: Hohe Nässe, Glätte, geringe Profiltiefe, falscher Gasdruck, zu hohes Alter der Reifen usw. Die Strassenverkehrsordnungen der einzelnen Staaten schreibt verschiedene einzuhaltende Reifen-Parameter vor (Profiltiefe, Gasdruck). Die Vorgaben können von Staat zu Staat unterschiedlich sein. Die Fahrzeughalter sind verpflichtet die Grenzwerte gegenüber dem Staat und den Versicherungen einzuhalten. A secure liability of a vehicle on the road is achieved primarily by a good set of tires. The higher the static friction between the tire and the ground, the safer the vehicle keeps its mark. Various parameters have a negative effect on the static friction: high wetness, smoothness, low tread depth, incorrect gas pressure, excessive age of the tires, etc. The road traffic regulations of the individual states stipulate different tire parameters to be observed (tread depth, gas pressure). The specifications may vary from state to state. The vehicle owners are obliged to comply with the limit values vis-à-vis the state and the insurance companies.

[0002] Die Überprüfung der Profiltiefe erfolgt am einfachsten bei stehendem Fahrzeug mit einer Schiebelehre. Für bewegte Fahrzeuge bis zu 120 km/h werden Laser-Systeme verwendet, die in der Strassendecke eingebaut werden. The review of the tread depth is easiest when the vehicle is standing with a sliding calliper. For moving vehicles up to 120 km / h laser systems are used, which are installed in the road surface.

[0003] In der folgenden Offenbarung der Erfindung werden drei neue Sensoren beschrieben, die direkt im Reifen eingebaut werden. Die Abfrage der Sensoren erfolgt mit Hilfe der Transponder-Technologie. Aus den Reifendaten können Warnungen und Prognosen für die Nutzung des Fahrzeugs und seine Fahrweise bestimmt werden. Die Ergebnisse können dem Fahrer über ein Display mitgeteilt werden. Der Halter hat immer eine Übersicht über die Einhaltung der Grenzwerte. In the following disclosure of the invention three new sensors are described, which are installed directly in the tire. The sensors are queried using the transponder technology. From the tire data, warnings and forecasts for the use of the vehicle and its driving style can be determined. The results can be communicated to the driver via a display. The holder always has an overview of compliance with the limit values.

Stand der Technik:State of the art:

[0004] Reifenprofiltiefen werden z. Z hauptsächlich bei stehendem Fahrzeug gemessen. Die Messung der Profiltiefen erfolgt mechanisch über einen Längenvergleich. Dazu gibt es verschiedene Schiebelehren, die aber alle das gleiche Prinzip von einer oder zwei gegeneinander beweglichen Skalen aufweisen. Tire tread depths are z. Z measured mainly when the vehicle is stationary. The measurement of the profile depths takes place mechanically by means of a length comparison. There are various sliding gauges, but all have the same principle of one or two mutually movable scales.

[0005] Modernere Einrichtungen in Werkstätten oder eingelassen Mess-Systeme in Strassendecken erlauben eine optische Profilvermessung (Lasertriangulation). Durch schnelle CCD-Zeilensensoren und einen Halbleiterlaser, der über einen Spiegel abgelenkt wird, können Profiltiefenmessungen an bewegten Fahrzeugen bis zu 120 km/h vorgenommen werden. Diese Systeme sind jedoch sehr teuer und können auch nicht direkt am Fahrzeug eingebaut werden. More modern facilities in workshops or embedded measurement systems in street ceilings allow an optical profile measurement (laser triangulation). Through fast CCD line sensors and a semiconductor laser, which is deflected by a mirror, profile depth measurements can be made on moving vehicles up to 120 km / h. However, these systems are very expensive and can not be installed directly on the vehicle.

[0006] Es gibt bisher keine Lösung für eine direkte Kontrolle der Profiltiefe des einzelnen Reifens bei bewegtem Fahrzeug für den Fahrer selbst. There is so far no solution for a direct control of the tread depth of the individual tire when the vehicle is moving for the driver himself.

Offenbarung der Erfindung:Disclosure of the invention:

[0007] Die Erfindung beschreibt drei mögliche, billige Sensorvarianten, die direkt in das Profileines Reifens eingebaut werden. Die Sensoren werden gleichzeitig mit der Profilreduzierung durch Abnutzung geometrisch kleiner und ändern dadurch ihre elektrischen Eigenschaften. Je nach Einsatz der Reifen auf PKWs, LKWs oder Sonderfahrzeugen/Motorfahrzeugen können die Sensoren an unterschiedlichen Stellen einzeln oder mehrfach im Profil eines Reifens platziert werden. Die Länge des Sensors in Laufrichtung des Reifens kann ebenfalls je nach Einsatz variiert werden. Für gewöhnlich liegt die Länge in Laufrichtung zwischen 1 mm bis 10 mm um eine genügend grosse Messgenauigkeit der Profiltiefenmessung zu erhalten. Die hier beschriebenen Sensoren sind einfach in der Herstellung und dadurch sehr billig. The invention describes three possible, inexpensive sensor variants, which are installed directly in the profile of a tire. The sensors become geometrically smaller at the same time as the profile reduction due to wear and thereby change their electrical properties. Depending on the use of the tires on cars, trucks or special vehicles / motor vehicles, the sensors can be placed at different locations one or more times in the profile of a tire. The length of the sensor in the direction of the tire can also be varied depending on the application. Usually the length in the running direction is between 1 mm and 10 mm in order to obtain a sufficiently high measuring accuracy of the profile depth measurement. The sensors described here are simple to manufacture and therefore very cheap.

[0008] Beispiele für den Einbau – quer zur Laufrichtung – zeigen die Bilder Fig. 1 bis Fig. 3 . Examples of the installation - transverse to the direction - show the pictures Fig. 1 to Fig. 3.

[0009] A, B, C sind die Sensoren, D ist der Reifenmantel. <tb>Fig. 1<SEP>zeigt eine Anordnung mit nur einem Sensor in der Reifenmitte. Diese Anordnung ist für schmale Reifen, wie z. B. Motorradreifen oder kleine PKWs ausreichend. <tb>Fig. 2<SEP>zeigt eine Anordnung mit zwei Sensoren links und rechts. Mit dieser Anordnung kann ein ungleichmässiges Abfahren des Reifenprofils erkannt werden. <tb>Fig. 3<SEP>zeigt eine Anordnung mit drei Sensoren links, in der Mitte und rechts. Diese Anordnung ist für mittelbreite und breite Reifen und erfasst alle Fälle von möglichen Profiltiefenabnutzungen.A, B, C are the sensors, D is the tire casing. <Tb> FIG. 1 <SEP> shows an arrangement with only one sensor in the center of the tire. This arrangement is for narrow tires, such as. B. motorcycle tires or small cars enough. <Tb> FIG. 2 <SEP> shows an arrangement with two sensors left and right. With this arrangement, uneven lowering of the tire tread can be detected. <Tb> FIG. 3 <SEP> shows an arrangement with three sensors left, center and right. This arrangement is for medium and wide tires and covers all cases of possible tread depth wear.

Sensoraufbau:Sensor design:

[0010] Ein Sensor ist ein in einem definierten Volumen eingebrachtes Material mit bestimmten elektrischen Eigenschaften. Das Material kann ein Isolator, ein Halbleiter, ein schlechter Leiter, ein magnetisch sensitives Material wie z. B. Ferrite oder eine Kombination daraus sein. Die Messung der elektrischen Eigenschaften des definierten endlichen Volumens erfolgt über ein metallisches, gut leitendes Kontaktmaterial. Es gibt im einfachsten Fall drei mögliche Sensortypen: a) ohmscher Sensor b) kapazitiver Sensor c) induktiver Sensor A sensor is a material introduced in a defined volume with certain electrical properties. The material may be an insulator, a semiconductor, a bad conductor, a magnetically sensitive material such. B. ferrites or a combination thereof. The measurement of the electrical properties of the defined finite volume takes place via a metallic, highly conductive contact material. There are three possible sensor types in the simplest case: a) ohmic sensor b) capacitive sensor c) inductive sensor

[0011] zu a) To a)

[0012] Der einfachste und billigste Sensor ist ein Widerstand. Der Widerstand ist aus einem temperaturbeständigen, flexiblen und elektrisch schlecht leitendem Material. Denkbar als Widerstand sind Gemische aus Metalloxyden und Gummi, Kohlenstoff und Gummi, dotierte organische Verbindungen oder halbleitend Verbindungen mit Gummi. Die beiden Enden der Anordnung sind mit einem gut leitenden Metall kontaktiert (Gold, Silber, Kupfer oder Aluminium). The simplest and cheapest sensor is a resistor. The resistor is made of a temperature-resistant, flexible and electrically poorly conductive material. Conceivable as a resistor are mixtures of metal oxides and rubber, carbon and rubber, doped organic compounds or semiconducting compounds with rubber. The two ends of the assembly are contacted with a good conductive metal (gold, silver, copper or aluminum).

[0013] Fig. 4 zeigt den prinzipiellen Aufbau des ohmschen Profiltiefen-Mess-Sensors als Seitenansicht, also quer zur Laufrichtung (E zeigt die Kontaktierung, F stellt das Widerstandsmaterial dar). Fig. 4 shows the basic structure of the ohmic profile depth measuring sensor as a side view, ie transverse to the direction (E shows the contact, F represents the resistance material).

[0014] Der ohmsche Sensor hat den kleinsten Widerstand bei voller Profiltiefe und den grössten Widerstand, wenn das Profil zu 100% abgefahren ist. Der genaue Widerstandswert lässt sich mit Hilfe einer Wechsel- oder Gleichstrom-Brücke bestimmen. The ohmic sensor has the smallest resistance at full tread depth and the greatest resistance when the profile is traveled to 100%. The exact resistance value can be determined by means of an AC or DC bridge.

[0015] Die Abmessungen des fertigen Widerstands-Sensors sind von der Profiltiefe des neuen Reifens und vom Reifentyp abhängig. Die Sensordicke ist schmal und nur ca. 1 mm. Die Basisbreite wird durch die verwendete Mess-Schaltung und den Mess-Strom festgelegt; sie liegt bei 1 mm bis 10 mm. Die Höhe entspricht der Profiltiefe plus einige mm, aus denen der Maximalwert des Widerstands-Sensors nach 100% Verlust des Profils abgeleitet wird. The dimensions of the finished resistance sensor are dependent on the tread depth of the new tire and the type of tire. The sensor thickness is narrow and only about 1 mm. The base width is determined by the measuring circuit used and the measuring current; it is 1 mm to 10 mm. The height corresponds to the tread depth plus a few mm, from which the maximum value of the resistance sensor is derived after 100% loss of the profile.

[0016] zu b) To b)

[0017] Ein weiterer möglicher Sensor ist eine Kapazität, die sich ebenfalls durch den Reifenabrieb ändert. Der kapazitive Sensor kann aus einem dünnen und flexiblen Dielektrikum bestehen, auf dessen Flächen beidseitig geeignetes Metall aufgebracht ist. Another possible sensor is a capacity that also varies by the tire abrasion. The capacitive sensor can consist of a thin and flexible dielectric, on the surfaces of which metal is applied on both sides.

[0018] Als Dielektrikum kommt z. B. eine Teflon-Folie, oder ein dünnes Gummiband, das aus der gleichen Gummimischung, wie der Reifen besteht, in Frage. Eine weitere Möglichkeit besteht darin, eine Mischung eines keramischen Material mit hoher spezifischer Dielektrizitätszahl und Gummi als Dielektrikum einzusetzen. Es ist aber auch jedes andere nichtleitende, flexible und temperaturbeständige Material geeignet. As a dielectric z. As a Teflon film, or a thin rubber band, which consists of the same rubber compound as the tire, in question. Another possibility is to use a mixture of a ceramic material with a high specific dielectric constant and rubber as a dielectric. But it is also any other non-conductive, flexible and temperature-resistant material suitable.

[0019] Das Dielektrikum wird von beiden Seiten mit einem Edelmetall mit einigen wenigen Atomlagen bedampft. Die Kontaktstellen haben eine grössere Atomlagenzahl und liegen nicht im Profilbereich. The dielectric is vaporized from both sides with a precious metal with a few atomic layers. The contact points have a larger atomic number and are not in the profile range.

[0020] Die Abmessungen des fertigen Kondensator-Sensors sind von der Profiltiefe des neuen Reifens abhängig. Die Basisbreite (Länge in Laufrichtung des Reifens) wird durch die verwendete Mess-Schaltung und den Mess-Wechselstrom festgelegt. Die Höhe entspricht der Profiltiefe plus einige Millimeter, aus denen der Minimalwert des Kondensator-Sensors nach 100% Verlust des Profils abgeleitet wird. The dimensions of the finished capacitor sensor are dependent on the tread depth of the new tire. The base width (length in the direction of the tire) is determined by the measuring circuit used and the measuring alternating current. The height corresponds to the tread depth plus a few millimeters, from which the minimum value of the condenser sensor is derived after 100% loss of the profile.

[0021] Fig. 5 zeigt den prinzipiellen Aufbau eines kapazitiven Profiltiefen-Mess-Sensors (I zeigt die Kontaktanschlüsse für die Mess-Schaltung, G stellt die Kondensator-Platten dar und H das Dielektrikum). Fig. 5 shows the basic structure of a capacitive profile depth measuring sensor (I shows the contact terminals for the measuring circuit, G represents the capacitor plates and H the dielectric).

[0022] Der kapazitive Sensor hat die grösste Kapazität bei voller Profiltiefe und den kleinsten Blindwiderstand. Wenn das Profil zu 100% abgefahren ist, ist seine Kapazität am kleinsten und sein Blindwiderstand am grössten. Der genaue Blindwiderstandswert lässt siehe mit Hilfe einer Wechselstrom-Brücke bestimmen. <tb>XC<SEP>XC= kapazitiver Blindwiderstand, ω = Kreisfrequenz, <tb><SEP>C = Kapazität, f = FrequenzThe capacitive sensor has the largest capacity at full tread depth and the smallest reactance. When the profile is 100% worn down, its capacity is smallest and its reactance largest. The exact reactance value can be determined by means of an AC bridge. <tb> XC <SEP> XC = capacitive reactance, ω = angular frequency, <tb> <SEP> C = capacity, f = frequency

[0023] Die Abmessungen des fertigen Kapazitäts-Sensors ist von der Profiltiefe des neuen Reifens und vom Reifentyp abhängig. Die Sensordicke ist schmal und nur ca. 0,1 mm. Die Basisbreite wird durch die verwendete Mess-Schaltung und den Mess-Strom festgelegt; sie liegt bei 1 mm bis 10mm. Die Höhe entspricht der Profiltiefe plus einige Millimeter, aus denen der Maximalwert des Blindwiderstands des Kapazitäts-Sensors nach 100% Verlust des Profils abgeleitet wird. The dimensions of the finished capacitance sensor is dependent on the tread depth of the new tire and the tire type. The sensor thickness is narrow and only about 0.1 mm. The base width is determined by the measuring circuit used and the measuring current; it is 1 mm to 10 mm. The height corresponds to the tread depth plus a few millimeters, from which the maximum value of the reactance of the capacitance sensor is derived after 100% loss of the profile.

[0024] zu c) To c)

[0025] Der dritte hier beschriebene Sensor ist eine Induktivität, die sich ebenfalls durch das Abfahren des Reifens ändert. Der induktive Sensor besteht aus einer Spule und einem dünnen, flexiblen Ferrit-Gummi-Gemisch. Das Ferrit-Gummi-Gemisch leitet die magnetischen Feldlinien wesentlich besser als der reine Reifengummi. The third sensor described here is an inductor, which also changes by the departure of the tire. The inductive sensor consists of a coil and a thin, flexible ferrite-rubber mixture. The ferrite-rubber mixture conducts the magnetic field lines much better than the pure tire rubber.

[0026] Die Auswahl des Ferrites hängt von der Frequenz des Spulenwechselstroms ab. Gewählt wird ein Ferrit, der in einem bestimmten Frequenzband die magnetischen Feldlinien besonders gut leiten kann. Umgekehrt lässt sich die Frequenz auf die Ferriteigenschaften hin optimieren, wobei auf möglichst wenig Energieverbrauch optimiert wird. The choice of ferrite depends on the frequency of the coil alternating current. A ferrite is chosen, which can conduct the magnetic field lines particularly well in a certain frequency band. Conversely, the frequency can be optimized for the properties of the ferrite, with the least possible energy consumption being optimized.

[0027] Die Abmessungen des fertigen Induktivität-Sensors sind von der Profiltiefe des neuen Reifens abhängig. Die Basisbreite (Länge in Laufrichtung des Reifens) wird durch die verwendete Mess-Schaltung und den Mess-Wechselstrom festgelegt. Die Höhe entspricht der Profiltiefe plus einige Millimeter, aus denen der Minimalwert des Kondensator-Sensors nach 100% Verlust des Profils abgeleitet wird. The dimensions of the finished inductance sensor are dependent on the tread depth of the new tire. The base width (length in the direction of the tire) is determined by the measuring circuit used and the measuring alternating current. The height corresponds to the tread depth plus a few millimeters, from which the minimum value of the condenser sensor is derived after 100% loss of the profile.

[0028] Fig. 6 zeigt den prinzipiellen Aufbau eines induktiven Profiltiefen-Mess-Sensors (K stellt das Ferrit-Gummigemisch dar, J die Spule). Fig. 6 shows the basic structure of an inductive profile depth measuring sensor (K represents the ferrite rubber mixture, J the coil).

[0029] Der induktive Sensor hat die grösste Induktivität bei voller Profiltiefe und damit den grössten Blindwiderstand. Wenn das Profil zu 100% abgefahren ist, ist seine Induktivität am kleinsten und sein Blindwiderstand ebenfalls. Der genaue Blindwiderstandswert lässt sich mit Hilfe einer Wechselstrom-Brücke bestimmen. <tb>XL= ωL = 2πfL<SEP>XL= induktiver Blindwiderstand, L=Induktivität, <tb><SEP>ω =Kreisfrequenz, f=FrequenzThe inductive sensor has the largest inductance at full tread depth and thus the greatest reactance. When the profile has run 100%, its inductance is smallest and its reactance is also low. The exact reactance value can be determined with the aid of an AC bridge. XL = ωL = 2πfL <XL> = inductive reactance, L = inductance, <tb> <SEP> ω = angular frequency, f = frequency

[0030] Die Abmessungen des fertigen Induktivitäts-Sensors ist von der Profiltiefe des neuen Reifens und vom Reifentyp abhängig. Die Sensordicke ist schmal und nur ca. 1 mm bis 2 mm. Die Basisbreite wird durch die verwendete Mess-Schaltung und den Mess-Strom festgelegt; sie liegt bei 1 mm bis 10 mm. Die Höhe entspricht der Profiltiefe plus einige Millimeter, aus denen der Minimalwert des Blindwiderstands des Induktivitäts-Sensors nach 100% Verlust des Profils abgeleitet wird. The dimensions of the finished inductance sensor is dependent on the tread depth of the new tire and the type of tire. The sensor thickness is narrow and only about 1 mm to 2 mm. The base width is determined by the measuring circuit used and the measuring current; it is 1 mm to 10 mm. The height corresponds to the profile depth plus a few millimeters, from which the minimum value of the reactance of the inductance sensor is derived after 100% loss of the profile.

Claims (4)

1. Vorrichtung zur Messung von Reifenprofiltiefen, dadurch gekennzeichnet, dass sich in einem oder mehreren bestimmten, endlichen Volumen des Reifenprofils, mit abnehmender Profiltiefe die elektrischen Eigenschaften des Volumens ändern.1. A device for measuring tire tread depths, characterized in that change in one or more specific, finite volume of the tire tread, with decreasing tread depth, the electrical properties of the volume. 2. Vorrichtung zur Messung von Reifenprofiltiefen, dadurch gekennzeichnet, dass ein ohmsch wirkender Widerstand, der sich in einem oder mehreren bestimmten, endlichen Volumen des Reifenprofils befindet, mit abnehmender Profiltiefe grösser wird.2. A device for measuring tire tread depths, characterized in that an ohmic resistance, which is located in one or more specific, finite volume of the tire tread, with increasing tread depth is greater. 3. Vorrichtung zur Messung von Reifenprofiltiefen, dadurch gekennzeichnet, dass ein kapazitiv wirkender Blind widerstand, der sich in einem oder mehreren bestimmten, endlichen Volumen des Reifenprofils befindet, mit abnehmender Profiltiefe grösser wird.3. A device for measuring tire tread depths, characterized in that a capacitive reactive resistance, which is located in one or more specific, finite volume of the tire tread, with increasing tread depth is greater. 4. Vorrichtung zur Messung von Reifenprofiltiefen, dadurch gekennzeichnet, dass ein induktiv wirkender Blindwiderstand, der sich in einem oder mehreren bestimmten, endlichen Volumen des Reifenprofils befindet, mit abnehmender Profiltiefe verkleinert.4. A device for measuring tire tread depths, characterized in that an inductive reactance, which is located in one or more specific, finite volume of the tire tread, decreases with decreasing tread depth.