CH708955A2 - Vorrichtung zur dynamischen, ferngesteuerten Messung von Profiltiefe, Gasdruck, Temperatur, Alter und Herstellersignatur eines Fahrzeugreifens. - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Messung der Reifen-Betriebsparameter eines stehenden und bewegten Fahrzeuges. Die Vorrichtung umfasst in die Reifen (17) eingebaute Sensoren zur Messung der Profiltiefe und Transponder-Chips zur Messung von Reifendruck und Temperatur. Jeder Reifen (17) ist mit einem Transponder-Chip versehen. Pro Radkasten ist ein Nahfeldmodul (19) mit Antenne (18) montiert. Die Übertragung der Daten erfolgt durch die Transponder-Technologie, die eine Nah- und Fernfeldabfrage gestattet. Die Daten werden in Fahrzeugmodulen gesammelt und vorausgewertet. Über ein CAN-Bus-Interface werden die Daten an den zentralen Fahrzeugrechner zur weiteren Nutzung ausgegeben.

Description

Technisches Gebiet:

[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 hohe bzw. zu niedrige Temperatur und hohes Alter der Reifen. Die Strassenverkehrsordnung der einzelnen Staaten schreibt verschiedene 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.

[0002] In der folgenden Offenbarung der Erfindung wird eine neue Überwachung aller wichtigen physikalischen Parameter, die auf den Reifen einwirken beschrieben. Diese Parameter sind während der Fahrt fortlaufend abrufbar. 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.

[0003] Fernfeld-Überwachungs-Einrichtungen von Behörden, Werkstätten und Prüfeinrichtungen für Fahrzeuge können ebenfalls bei bewegtem oder stehendem Fahrzeug auf die wichtigsten Reifen-Parameter zugreifen um diese zu überprüfen.

Stand der Technik

[0004] Reifenparameter werden z. Z auf verschiedene Weise einzeln und hauptsächlich bei stehendem Fahrzeug überwacht.

[0005] Profiltiefen werden meistens mechanisch gemessen. Modernere Einrichtungen in Werkstätten erlauben eine optische Profilvermessung (Lasertriangulation).

[0006] Durch schnelle CCD-Zeilensensoren, die mit einer entsprechenden optischen Mess-Vorrichtung direkt in die Strasse eingebaut werden, können Profiltiefenmessungen an bewegten Fahrzeugen bis zu 120 km/h vorgenommen werden.

[0007] Alle automatischen Profilmess-Systeme sind z. Z. sehr teuer oder erfüllen nicht die physikalischen Notwendigkeiten der Profiltiefenmessung an bewegten Fahrzeugen und können daher nicht als Standard-System direkt im Fahrzeug eingebaut werden.

[0008] Reifengasdruck wird über verschiedene Manometer-Anordnungen bei stehendem Fahrzeug gemessen. Bei bewegten Fahrzeugen werden Gasdruckmessungen durch integrierte Halbleiterschaltungen mit eingebauter Batterie und Sender ermöglicht. Diese Vorrichtungen können sich im Ventil oder in der Felge eines Reifens befinden.

[0009] Temperaturmessungen sind seit langem bekannt und werden in der Technik hauptsächlich durch temperaturabhängige Halbleiter oder Metalle ermöglicht. Die Messung der Laufflächen-Temperatur wird fast immer bei stehendem Fahrzeug vorgenommen.

[0010] Das Alter des Reifen ist durch sein Herstellungsdatum ersichtlich. Das Herstellungsjahr ist seitlich am Reifen ablesbar.

Offenbarung der Erfindung:

[0011] Die Erfindung beschreibt eine Vorrichtung zur Messung der in der Einleitung erwähnten physikalischen Reifenparameter. Dazu werden die verschiedenen Sensoren verwendet, sowie eine neue erweiterte Daten- und Signalverarbeitung.

[0012] Die Messungen und die Übertragungen der Messdaten erfolgen mit Hilfe der bekannten Transponder-Technik, die in der hier beschriebenen Vorrichtung einige neue Erweiterungen erfährt.

[0013] Bekannt ist die genaue Messung eines komplexen oder ohmschen Widerstandes mit Hilfe von Wechselstrom mit einer bestimmten Frequenz mit Hilfe einer Messbrücke. Wird nun in das Profil eines Reifens ein Widerstand (komplex oder ohmsch) eingebaut, dann ändert sich mit der Abnutzung des Profils sein Widerstandwert (siehe Patenschrift Liener/Godler: Vorrichtungen für elektrische Profiltiefenmessung von Fahrzeugreifen bei stehendem oder bewegtem Fahrzeug).

[0014] Um äussere Einflüsse möglichst gering zu halten sind hochohmige Sensoren zu bevorzugen, die mit einer relativ hohen Wechselstromfrequenz arbeiten.

[0015] Um ein sicheres Abbild der Abnutzung des Reifenprofils zu erhalten, ist es sinnvoll die Sensoren für die Profiltiefe an drei Stellen in Laufrichtung des Reifens zu platzieren: links, Mitte, rechts.

[0016] Die Sensoren werden auf der Reifeninnenseite über ein Layout mit einem Transponder-Chip verbunden. Dieses Layout enthält auch die notwendigen Antennen für Nah- und Fernfeld-Abfrage und Energieeinspeisung, sowie eine externe Kapazität für die Energieversorgung des Transponders. Die Verankerung des Layouts erfolgt im Stahldrahtmantel des Reifens.

[0017] Fig. 1 zeigt einen möglichen Aufbau im Reifeninnern. Ein Schnitt durch das Reifenprofil (1) zeigt, wie die Sensoren (2) im Profil untergebracht werden können und das Layout (3) mit Transponder-Chip und Energiespeicher.

[0018] Der Transponder-Chip speist die Sensoren für die Profiltiefenmessung im Multiplex-Verfahren mit einem Konstant-Wechselstrom und misst proportional zur Profiltiefe eine Wechselspannung.

[0019] Eine Reifendruck- und Temperaturmessung erfolgt durch den Chip selbst direkt mit den heute dafür bekannten Methoden der Halbleitertechnik.

[0020] Ein Speicher, der vom Reifenhersteller während der Produktion des Reifen beschrieben wird, enthält die Reifensignatur: Hersteller, Reifentyp, Herstellungsdatum und Seriennummer.

[0021] Der Transponder-Chip beinhaltet alle notwendigen Teilschaltungen für Nah- und Fernfeldspeisung sowie für Nah- und Fernfeldabfrage der Daten. Im Fall der Fernfelddatenabfrage wird keine Messung der Reifenparameter durchgeführt, sondern nur die Ausgabe des Reifenparameter-Datensatz über die Fernfeldausgabe aktiviert.

[0022] Die gesamte Anordnung wiegt nur wenig Gramm. Der Reifen kann frei von Unwucht aufgebaut werden, indem auf der der Sensorik gegenüberliegenden Seite im Reifer-Stahldrahtgeflecht ein entsprechendes Gegengewicht verankert wird oder nach dem Aufziehen des Reifens auf eine Felge das gesamte Rad ausgewuchtet wird.

[0023] Jeder Radkasten eines Fahrzeugs mit dieser Technik benötigt ein Nahfeld-Modul um den Transponder im Reifen mit Energie zu versorgen und die Reifendaten zu lesen. In diesem Modul sind zusätzlich ein Mikrokontroller und ein CAN-Bus-Interface untergebracht. Mit Hilfe des Mikrokontrollers werden die Daten statistisch und historisch verwaltet um Lesefehler zu eliminieren. Über das CAN-Bus-Interface werden die Reifendaten bei Abfrage dem Zentralrechner des Fahrzeugs zur Verfügung gestellt.

[0024] Der Zentralrechner kann diese Daten mir anderen Parametern wie z. B. Nässe, Aussentemperatur und Geschwindigkeit verknüpfen und dem Fahrer sicherheitsrelevante Hinweise über ein Display oder per Sprachausgabe geben.

[0025] Bei Fahrzeugen mit mehr als einem Reifen pro Radkasten trennt der Mikrokontroller in Radkastenmodul die Reifendaten über ihre Signatur.

[0026] Die gesamte Anordnung für ein Fahrzeug mit zwei Achsen und vier Räder ist in Fig. 3 zu sehen. Jeder Reifen (17) ist mit einem Transponder-Chip versehen. Pro Radkasten ist ein Nahfeldmodul (19) mit Antenne (18) montiert. Alle Nahfeldmodule werden über den heute in jedem Fahrzeug eingebauten CAN-Bus (23) mit den Zentralrechner (20) des Fahrzeugs verbunden. Die ermittelten Werte können dann direkt oder verknüpft mit anderen Fahrzeugparametern über ein Display (21) oder Sprache (24) ausgegeben werden.

[0027] Fig. 2 zeigt das Blockschaltbild des Transponder-Chips. Die Profiltiefen-Sensoren (4) werden an einem analogen Multiplexer mit analog-digital Konverter (6) mit einer Konstant-Wechselstromquelle (5) angeschlossen. Über den gleichen Multiplexer werden auch die intern erzeugten Messwerte der Temperatur (4A) und des Reifeninnendrucks (4B) selektiert. Die Frequenz der Konstant-Wechselstromquelle wird durch eine externe Kapazität (15) festgelegt. Die Herstellersignatur ist in (7) abgespeichert. Eine zentrale Steuerung (8) legt die zeitlichen Abläufe der Datenselektion und der Datenspeicherung fest. Die Daten werden im Datenspeicher und Datenmultiplexer (10) abgelegt. Der Nahfeld Sender-Empfänger ist in (11) untergebracht, der Fernfeld Sender-Empfänger in (12). Die Nahfeld-Antenne zeigt (13) und die Fernfeld-Antenne (14). Die Energieversorgung aller Blöcke wird zentral über (9) verwirklicht. Ein externer Kondensator (16) dient als Energiespeicher.

Claims (3)

1. Vorrichtung zur Messung von Reifenprofiltiefe, Reifentemperatur, Reifendruck und Abfrage der Reifensignatur dadurch gekennzeichnet, dass der Transponder-Chip im Reifen mit der Sensorik eingebaut ist.

2. Vorrichtung zur Messung von Reifenprofiltiefe, Reifentemperatur, Reifendruck und Abfrage der Reifensignatur dadurch gekennzeichnet, dass der Transponder-Chip alle benötigten elektronischen Mess-Schaltungen wie Konstant-Wechselstromquelle, Analogmultiplexer, analog-digital Wandler und alle benötigten Schaltungen für Nah- und Fernfeldabfrage integriert hat.

3. Vorrichtung zur Messung von Reifenprofiltiefe, Reifentemperatur, Reifendruck und Abfrage der Reifensignatur dadurch gekennzeichnet, dass in einem Fahrzeug über Nahfeld-Module die gelesen Daten statistisch und historisch aufbereitet und über ein CAN-Bus-Interface ausgegeben werden.