DE19807004A1 - Sensorsystem und Verfahren für Überwachung/Messung des Kraftschlusses eines Fahrzeugreifens mit der Fahrbahn und weiterer physikalischer Daten des Reifens - Google Patents
Sensorsystem und Verfahren für Überwachung/Messung des Kraftschlusses eines Fahrzeugreifens mit der Fahrbahn und weiterer physikalischer Daten des ReifensInfo
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Description
Sensorsystem und Verfahren für Überwachung/Messung des Kraft
schlusses eines Fahrzeugreifens mit der Fahrbahn und weiterer
physikalischer Daten des Reifens.
Von außerordentlicher Bedeutung ist beim Betrieb eines Kraft
fahrzeugs der momentane Kraftschluß, mit dem ein Fahrzeugrad
auf der Fahrbahn abrollt. Nicht nur zur Übertragung der An
triebsleistung und zur Sicherstellung ausreichenden Bremsver
mögens, sondern auch für jegliche Lenkmanöver und bloßes Ab
rollen auf z. B. seitlich schräg geneigter Fahrbahn kommt es
darauf an, daß für sicheres Beherrschen aller dieser Umstände
stets der aktuell erforderliche Kraftschluß gewährleistet
ist. Ein wichtiger Gesichtspunkt dabei ist, daß ein einmal
wegen mangelnden Kraftschlusses ins Gleiten geratenes Fahr
zeugrad wegen der dann herrschenden wesentlich geringeren
gleitenden Reibung zu verhängnisvollen Folgen führen kann.
Somit ist es für den Betrieb eines Fahrzeugs von eminenter
Bedeutung, möglichst zeitig insbesondere vor Übergang in die
gleitende Reibung angezeigt zu bekommen, daß die Grenze der
notwendigen Haftreibung, d. h. die Grenze des Kraftschlusses
zwischen dem Rad bzw. Fahrzeugreifen und der Fahrbahn, augen
blicklich nahezu oder schon vollends erreicht ist. Mit einer
auf eine solche Warnung folgenden sofortigen, ggfs. sogar au
tomatisch gesteuerten Reaktion können dann gefährliche Situa
tionen gemeistert werden.
Um dieses Ziel zu erreichen, sind Verfahren vorgeschlagen
worden, mit denen indirekt aus dem meßtechnisch erfaßten Ver
halten des Reifens eines rollenden Rades auf den momentanen
Kraftschluß mit der Fahrbahn geschlossen wird. Das Ansprechen
des ABS tritt erst beim Bremsen ein und läßt nur erkennen,
daß man sich schon längst auf z. B. vereister Fahrbahn befin
det. Zum Beispiel mit einem Fahrzeug mit permanentem Allrad
antrieb ist insbesondere bei Geradeausfahrt und maßvoller
Fahrtgeschwindigkeit selbst eine totale Vereisung der Fahr
bahnoberfläche erst beim Bremsen zu erkennen, was dann leider
meist zu spät ist.
Schon vor nahezu vier Jahrzehnten (ATZ, 63 (1961) S. 33-40)
ist die Verformungsmessung an Kraftfahrzeugreifen mittels
spezieller Dehnungsmesser vorgenommen worden. Ein Verfahren
und auch eine Vorrichtung zur Bestimmung der Kraftschlußver
hältnisse zwischen Fahrzeugreifen und Fahrbahn sind in der
DE-C-3937966 (1989) beschrieben. Mit einer solchen Vorrich
tung ermittelte Kurvendiagramme sind in der DE-A-4242726
(1992) angegeben, die einem Verfahren zum Erkennen von Aqua
planing eines Fahrzeugreifens dienen. Zu einem (auch ander
wärtig veröffentlichten) Kurvendiagramm (Fig. 16) des Ablau
fens eines Reifens 2 auf der Fahrbahn 3 sei darauf hingewie
sen, daß die an einem augenblicklich auf der Fahrbahn auflie
genden Profilelement 14 des Protektors des Reifens - siehe
dazu die Fig. 17 - bei Ablauf auf trockener Fahrbahn auftre
tenden Verformungen V einen Verlauf gemäß der Kurve A haben
mit einem in Laufrichtung ϕ (= x-Komponente des Kraftschlus
ses) des Reifens ersten Bereich 1, in dem Volumenelemente 114
des Profilelements 14 eine Beschleunigung und entsprechende
Volumenelemente 114' in einem dritten Bereich 3 eine Verzöge
rung ihrer Bewegung in Laufrichtung erfahren. Der zweite
(Zwischen-)Bereich 2 ist ein Übergangsbereich zwischen Be
schleunigung und Verzögerung, in dem die Kurve A der Fig. 16
einen steilen Abfall zeigt. Diese bekannten Meßergebnisse
zeigen (für noch nicht bereits eingetretenes Aquaplaning) ei
nen praktisch gleichmäßigen, monoton verlaufenden (negativ)
steilen Abfall der Kurve zwischen dem Extremwert des ersten
Bereichs und demjenigen des dritten Bereichs. Die Kurve B
zeigt ein Ergebnis auf nasser Fahrbahn. Die Kurve für die
Querkomponente y des Kraftschlusses ist gestrichelt eingetra
gen.
Es sei hier auch noch kurzgefaßt die (aus den beiden letztge
nannten Druckschriften) bekannte Meßeinrichtung beschrieben.
Der für diese Messungen vorgesehene Reifen 2 hat in einem je
weiligen ausgewählten Profilelement 14 notwendigerweise in
einem gewissen Abstand s entfernt von der Karkasse 11 eine
Anzahl Permanentmagnete M einvulkanisiert. Ausgehend von die
sen Magneten wird mittels Hall-Generatoren H eine laterale ±l
Positionsveränderung eines jeweiligen der Magneten, nämlich
abhängig von der fahrtbedingt vorliegenden Verformung des
Profilelements registriert. Da die gewählten Positionen der
Hall-Generatoren konstruktionsgemäß unbeeinflußt sind von den
Verformungen des Profilelements lassen sich also diese late
ralen Positionsveränderungen gegenüber im wesentlichen der
Karkasse auch quantitativ messen. Um das mit den Hall-
Generatoren erzeugte Meßsignal (Fig. 16) in die im Fahrzeug
befindliche Auswerteeinrichtung übertragen zu können, ist ei
ne induktive Signalübertragung erforderlich, nämlich von dem
im rotierenden Rad positionierten Transponder/Sender S mit
seiner Antenne zu dieser Auswerteeinrichtung. Erwähnt sei,
daß ein solcher Transponder bekanntermaßen mit elektrischer
Energie mit einer elektrischen Mindestspannung zu speisen
ist. Im Versuchsfall kann dies mittels im Reifen eingebauter
elektrischer Batterie oder mittels Übertragung über Schleif
ringe realisiert werden. Eine Energieübertragung zur Speisung
des Transponders auf dem Funkweg stößt u. a. auf das Problem
insbesondere eine ausreichend hohe elektrische Spannung für
den Betrieb des Transponders übertragen zu können. Auch ist
für eine solche induktive Energieübertragung eine Antenne ei
ner solchen Größe erforderlich, die in etwa gleich der zu
überbrückenden Funkdistanz (Reichweite) ist. Eine weitere be
kannte Energieeinspeisung ist die mittels eines Piezogenera
tors (DE-C-4402136).
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Meßeinrich
tung und ein Meßverfahren anzugeben, die/das noch weitere
Verbesserungen hinsichtlich des Erkennens abnehmenden Kraft
schlusses eines Reifens auf der Fahrbahn gewährleistet und
Probleme der Realisierung solchen Erkennens und des Betriebs
der Meßeinrichtung zu beheben, die der Stand der Technik ins
besondere betreffend die Energiespeisung noch aufweist. Ins
besondere soll die für dieses Erkennen einzusetzende Meßein
richtung möglichst einfach und kostengünstig aufgebaut sein,
dabei aber höchste Betriebssicherheit gewährleisten. Auch
soll es ermöglicht sein, zu diesem Zwecke im/am Reifen anzu
bringende Elemente möglichst so positionieren zu können, daß
sie im Fahrbetrieb weitestgehend geschützt, insbesondere nahe
der Karkasse, angeordnet sein können.
Diese Aufgabe wird mit den Merkmalen der Patentansprüche ge
löst und weitere Ausgestaltungen und Weiterbildungen gehen
aus Unteransprüchen hervor.
Mit wenigen Worten umrissen, besteht die Erfindung darin, ei
nen solchen Meßsensor auszuwählen, der seinem Wirkungsprinzip
nach für die bei der vorliegenden Problematik bestehenden
Randbedingungen besonders günstig ist. Dies ist hier der in
der nachfolgenden Beschreibung noch näher definierte und er
läuterte Funksensor. Eine Weiterbildung der Erfindung besteht
darin, den Kraftschluß des Reifens auf der Fahrbahn aus dem
im Reifen auftretenden Kraftfluß zu ermitteln. Die Auswahl
des Sensors ist auch darauf ausgerichtet, daß dieser Meßsi
gnale in äußerst rascher zeitlicher Folge auszuführen und ab
zugeben vermag. Der erfindungsgemäß verwendete Sensor kann,
wie dies ebenfalls noch weiter erörtert wird, in dem Reifen
aufbau nahe der Karkasse angeordnet sein, wo er optimal ge
schützt ist, wo aber praktisch keine laterale Bewegung mehr
zu messen ist. Insbesondere kann bei Erfindung der Sensor
nicht mehr innerhalb eines Profilelements positioniert, das
im Verlauf der Abnutzung des Reifens abgetragen wird. Mit
dieser bevorzugten Anordnung des Sensors lassen sich auch
Temperatureinflüsse unerwünschter Art auf den Sensor weitge
hend vermeiden.
Erfindungsgemäß ist - im nachfolgenden ins einzelne gehend
ausgeführt - ein sogenannter Funksensor vorgesehen. Gemäß der
für den Begriff "Funksensor" für die Erfindung geltenden De
finition handelt es sich u. a. um ein elektronisch arbeitendes
Bauelement, das diesem auf dem Funkwege impulsweise zugeführ
te Abfrageenergie zu speichern vermag und diese aufgespei
cherte elektrische Energie, nun mit einer Meßsignal-
Information verändert, derart zeitverzögert zurückzufunken
vermag, daß die darin enthaltene Signalinformation (dann vom
Abfrageimpuls ungestört) auszuwerten ist. Dabei läuft hier
dieser Prozeß des Empfangs, Speicherns und zeitverzögerten
Zurückfunkens - einmal abgesehen von Sonderfällen - innerhalb
eines Zeitintervalles von etwa 1 bis 10 Mikrosekunden ab. Ein
solcher Sensor kann mit dementsprechend rasch aufeinanderfol
gendem Abfragen von Meßwerten betrieben werden. Dieser hier
definierte Funksensor hat dazu die Eigenschaft, physikalische
Meßgrößen erfassen zu können. Im vorliegenden Falle sind dies
hier mechanische Kräfte und mechanische Dehnungen. Es können
dies aber auch die Temperatur, ein Druck, die Reifenabnut
zung, Schwingungen und dgl. sein. Ein solcher Funksensor
kann je nach seiner Ausführung solche Größen di
rekt/unmittelbar messen oder er kann mit entsprechendem Zu
satz versehen für solche Messungen ausgestattet sein. Dies
sind die Fälle, in denen dieser Zusatz auf die zu messende
nicht-elektrische physikalische Größe anspricht und diese in
ein elektrisches Signal umsetzt, das vom Sensor auf dem Funk
weg übertragen wird.
Im Sinne der Erfindung zu verwendende Funksensoren in der be
vorzugten Ausführung nach dem Prinzip eines Oberflächenwel
len-(Bau-)Elements sind in den Druckschriften DE-A-4200076,
DE-A-4413211, WO96/33423, DE-A-19535549 sowie DE-A-19535542
ins einzelne gehend beschrieben. Die erstgenannte Druck
schrift betrifft die spezielle Ausführung als Oberflächenwel
len-Element, das so ausgeführt ist und auch so verwendet wer
den kann, daß es nicht nur den angegebenen physikalischen
Prozeß der Speicherung auszuführen vermag, sondern es sind
dort auch Beispiele zur direkten Messung von nicht
elektrischen physikalischen Größen angegeben. Die weiteren
Druckschriften betreffen Funksensoren-Typen, die als Energie
speicher zum einen als Laufzeitelemente, zum anderen als re
sonante Elemente ausgeführt sind und mit denen entweder di
rekt oder mit entsprechenden Zusätzen gekoppelt die physika
lischen Größen erfaßt werden. Diese Funksensoren enthalten
also bevorzugt Oberflächenwellen-Bauelemente (die hier defi
nitionsgemäß auch solche mit Volumenwellen, Lambwellen und
dgl. einschließen), sie können aber auch solche mit anderen
Energiespeichern mit hoher Güte(z. B. L-C-Kreise, Schwingquar
ze und dgl.) sein.
Ein solcher Funksensor benötigt keine Zufuhr sonstiger spei
sender elektrischer Versorgungsenergie, wie dies im Falle der
Verwendung eines Transponders unabdingbar ist. Insbesondere
spielt bei der Erfindung der Umstand keinerlei Rolle, daß es
zumindest schwierig ist, auf dem Funkweg elektrische Spannung
einer solchen Höhe zu übertragen, die zur Aufrechterhaltung
des Betriebs einer Elektronikschaltung (eines Transponders)
unabdingbar ist.
Mit einem solchen Oberflächenwellen-Funksensor läßt sich auch
zusätzlich noch eine Identifikation des Reifens (nach Art ei
nes ID-Tags) ausführen. Eine solche Maßnahme kann z. B. dazu
dienen, dem identifizierten Reifen(-Typ) entsprechend die
Auswertung/Bewertung der jeweils festgestellten Meßwerte z. B.
programmiert anzupassen.
Im oben beschriebenen Stand der Technik ist vorgesehen, die
laterale Positionsveränderung 1 von im Profilelement angeord
neten Markerelementen M zu messen und auszuwerten. Um mehr
als infinitisimale Lateralbewegungen zu haben, ist es im
Stand der Technik zwangsläufig erforderlich, die Sensoren
(dort Hall-Generatoren) orthogonal zur Lateralbewegung der
Marker (Magnete) in einem gewissen Abstand s von diesen anzu
ordnen. Laterale Bewegungen in dieser Weise meßbarer Größe
treten im wesentlichen auch nur im Profilelement auf, so daß
dies im Stand der Technik der Ort der Meßwerterfassung ist.
Derartiges kann auch bei der Erfindung ausgeführt werden. Be
vorzugt ist dagegen für die Erfindung, auftretende Kräfte
oder durch diese verursachte Dehnungen, Stauchungen oder
Scherungen im Material meßtechnisch zu erfassen, insbesondere
den Kraftfluß innerhalb des Protektors und ggfs. sogar inner
halb der Karkasse mit dem erfindungsgemäß ausgewählten Sensor
zu messen. Diese Messung kann sogar auf einen (der geringen
Größe des Sensors entsprechend) in Annäherung infinitisimalen
Volumenbereich des Protektors sogar auch ortsaufgelöst be
schränkt vorgenommen werden. Es können also mit der Erfindung
lokal auftretende Kraftflußverhältnisse erfaßt werden, wie
auch noch nachfolgend näher erörtert wird. Insbesondere kann
der erfindungsgemäß vorgesehene Sensor im Protektor außer
halb des Bereichs der Profilelemente angeordnet, also auch in
einen profillosen Reifen eingebaut sein. Vorzugsweise kann
bei der Erfindung der Sensor im Protektor (in der Radialrich
tung des Reifens gesehen) zwischen einer Profilrille, insbe
sondere einer Querrille des Profils und der Karkasse angeord
net sein. Damit kann insbesondere der Kraftfluß im Protektor
zwischen zwei aufeinanderfolgenden Profilelementen (durch ei
ne Querrille voneinander getrennt) gemessen werden.
Weitere Erläuterungen der Erfindung werden anhand der Be
schreibung zu Figuren gegeben, die ebenfalls Offenbarungsin
halt zur Erfindung sind.
Fig. 1 zeigt eine erste Ausführungsform und
Fig. 1a dazu eine Meßkurve.
Fig. 2 zeigt eine zweite Ausführungsform und
Fig. 3 dazu die Meßkurve.
Fig. 4 zeigt eine Weiterbildung zu Fig. 2.
Fig. 5a-d zeigen weitere Positionierungsbeispiele.
Fig. 6a, b zeigen weitere Positionierungsbeispiele.
Fig. 7 zeigt einen Oberflächenwellen-Funksensor.
Fig. 7a, b zeigen eine alternative Ausführungsform zu Fig. 7.
Fig. 8a-d zeigen spezielle Meßvorrichtungen.
Fig. 9 zeigt eine bekannte Meßvorrichtung mit erfindungsge
mäßem Funksensor.
Fig. 10 zeigt eine Alternative zur Fig. 9.
Fig. 11 zeigt einen Schwingungssensor.
Fig. 12 zeigt eine Anordnung mit mehreren Sensoren.
Fig. 13 zeigt eine Abfrageeinheit.
Fig. 14 zeigt eine spezielle Schaltung für Abfragen.
Fig. 15a-c zeigen Beispiele für Abfragesignale.
Fig. 16 zeigt ein bekanntes Kurvendiagramm.
Fig. 17 zeigt eine bekannte Meßeinrichtung.
Der Funksensor gemäß der Wahl und Definition nach der Erfin
dung ist geeignet, außerordentlich rasch (z. B. alle 10 Mikro
sekunden) hintereinander Meßwerte liefern zu können. Dies hat
zu einer im nachfolgenden beschriebenen, überraschenden Beob
achtung/Erkenntnis geführt.
Die Fig. 1 zeigt einen erfindungsgemäßen Einbau eines nach
der Erfindung ausgewählten Funksensors 10 im Bereich eines
Profilelements 14. Vom Stand der Technik unterscheidet sich
dies darin, daß allein dieser Sensor 10 ohne wie im Stand der
Technik dazugehörige korrespondierende Bezugselemente (dort
die Hall-Generatoren) auskommt. Nicht zuletzt ist die erfin
dungsgemäße Wahl der Art des Sensors und dieser Einbau im
Reifen 2 nach Fig. 1 dahingehend vorteilhaft, daß keine ho
hen Anforderungen an die Exaktheit der Einbauposition zu
stellen sind, weil hier der Sensor als Meßwerteaufnehmer in
sich abgeschlossen wirkend ist. Dieser Umstand erlaubt es,
den Sensor 10 als Kraftsensor auch nahe der Karkasse 11 ein
zubauen, wo nur noch Kräfte herrschen aber kaum eine nach dem
Stand der Technik meßbare laterale Positionsveränderung 1 im
Reifenaufbau auftritt. Mit 100 ist eine Antenne des Sensors
10 bezeichnet. Sie ist hier dem Prinzip nach dargestellt.
Es ist oben im Zusammenhang mit der Fig. 16 auf die
(negative) Steigung der Kurve A im zweiten Bereich 2 hinge
wiesen worden. Im Stand der Technik ist das Maß der Verminde
rung (= Übergang in die Kurve B) dieser dort festgestellten
Steigung für eine Schlußfolgerung hinsichtlich schwindenden
Kraftschlusses ausgewertet worden. Mit der mit der Erfindung
jedoch möglich gewordenen sehr hohen zeitlichen Auflösung der
Meßwertfolge wurde festgestellt, daß schon vor signifikanter
Abnahme der Steigung der Kurve A zwischen den beiden Extrem
werten E1 und E2 ein wie in Fig. 1a gezeigter Kurvenverlauf
B' bei beginnender Nässe/Vereisung zu erkennen ist, der schon
vor Eintreten einer gefahrbringenden Kraftschlußminderung
auftritt. Dieser stufenartige (St) Verlauf, der erst mit der
Erfindung festgestellt wurde, ist ein Vorbote für eintretende
Kraftschlußminderung. Das Auftreten dieser Stufe kann dement
sprechend als Voraus-Warnung ausgewertet werden.
Es kann bei der Erfindung aber auch/zusätzlich die Steigung
und/oder der Quotient der Steigungen vor und hinter der Stufe
oder die Steigung der Stufe selbst ausgewertet werden.
Aus dem Abstand bzw. der Relation zwischen den hier gemesse
nen Werten E1 und E2 der Extrema kann die augenblickliche Be
lastung des Fahrzeugs ermittelt werden. Dies wird u. a. für
die Steuerung des Bremsassistenten genutzt.
Bei der erfindungsgemäßen Verwendung eines Funksensors ist
die Reichweite des Funksignals vergleichsweise wesentlich
größer als bei der bekannten induktiven Signalübertragung.
Die erfindungsgemäße Wahl eines Funksensors hat also auch den
Vorteil, daß hinsichtlich der Anordnung von Sendeantenne und
Empfangsantenne zueinander ohne weiteres auch größere Abstän
de zwischen der Antenne des Funksensors im Rad und der korre
spondierenden Antenne am Fahrzeug vorliegen können. Insofern
ist das System auch unabhängig vom Maß des Radeinschlages
und/oder der Einfederung.
Die Fig. 2 zeigt gemäß einer Alternative der Erfindung eine
andere Position eines erfindungsgemäß ausgewählten Funksen
sors 10 innerhalb des Gummis des Protektors 12 nahe der Kar
kasse 11 des Reifens 2. Mit jeweils 14a, 14b sind zwei be
nachbarte Profilelemente des Reifens 2 bezeichnet, die augen
blicklich auf der Fahrbahn 3 aufliegen. Der Sensor 10 ist al
so hier im Bereich einer Profilrille 15, hier einer Querril
le, angeordnet. Mit dieser Position des Sensors 10 läßt sich
der Kraftfluß messen, der innerhalb des Protektors 12 zwi
schen diesen beiden auf der Fahrbahn aufliegenden Profilele
menten 14 auftritt. In dieser Position ist der Sensor gegen
mechanische Beschädigungen gut geschützt, und zwar auch unab
hängig vom Maß der Abnutzung des Profils des Reifens.
Die Fig. 3 zeigt zur Fig. 2 gehörig das jeweilige Maß des
Kraftflusses K, aufgetragen über dem Drehwinkel ϕ des Rades,
d. h. dem Fortschreiten des Ablaufs des Reifens 2 auf der
Fahrbahn 3. Mit L ist die Latschlänge des Reifens auf der
Fahrbahn eingetragen. Der dargestellte Kurvenverlauf K zeigt
mit dem ausgezogenen Kurvenzug K1 das Sensorsignal, das bei
einem guten Kraftschluß des Reifens auf der Fahrbahn zu er
halten ist. Die Kurve K2 (gestrichelt) zeigt den Kraftfluß
bei geringerem Kraftschluß auf nasser Fahrbahn. In der Ein
laufphase zum Latsch wird zunächst das Profilelement 14a in
Richtung des Profilelements 14b verbogen, während das Profil
element 14b noch gerade steht. Zwischen diesen ergibt sich
damit ein Druckkraftmaximum. Dann verbiegt sich auch das Pro
filelement 14b und diese Kraftspitze verschwindet. Kommt es
dann etwa in der Mitte des Latsches zu der beobachteten Rich
tungsänderung der Deformation. Dann gibt es ein Zeitinter
vall, in dem die Deformation des Profilelements 14b derjeni
gen des Profilelements 14a nacheilt. Somit tritt im Bereich
der Mitte die maximale Zugspannung im Bereich zwischen diesen
beiden Profilelementen am Ort des Sensors 10 auf. Etwaige An
triebs- und Bremskräfte ergeben über den gesamten Latsch hin
weg einen Gleichanteil bezüglich der Höhe der gemessenen
Zugspannung.
Der Sensor 10, eingebaut in der in Fig. 2 gezeigten Positi
on, integriert über alle dort tangential im Reifen 2 übertra
genen Kräfte, die teils vom Protektor 12 und teils von der zu
einem gewissen Maß elastischen Karkasse 11 übertragen werden.
Im Gegensatz zur Verformungsmessung im Profilelement ist die
se Anordnung und Messung nach Fig. 2 relativ unabhängig vom
Maß der Reifenabnutzung. Es ergeben sich dabei auch geringere
Unterschiede zwischen Reifen mit einerseits Sommerprofil und
andererseits Winterprofil, die wahlweise an ein und demselben
Fahrzeug mit ein und derselben Auswerte- und Bewertungsein
richtung benutzt werden. Da hier der Kraftfluß gemessen wird,
ist der erfindungsgemäß verwendete Sensor auch für profillose
Reifen verwendbar.
Die Fig. 4 zeigt zur Fig. 2 eine Weiterbildung mit einer
Anordnung des Sensors 10 innerhalb des Reifens 2, bezogen auf
die Karkasse 11. Wie dargestellt, besitzt dieser Sensor 10
als Zusatz zur Aufnahme und Weiterleitung von Kräften strei
fen- oder draht-/stabförmige Metallteile 101 und 102. Wie ge
zeigt, sind diese Metallteile 101, 102 im Reifen im Bereich
jeweils einer Seite der Querrille 15 des Profils einvulkani
siert. Verformung der Profilelement 14a und 14b zueinander,
d. h. beiderseits der Profilrille 15, wirken auf diese Metall
teile 101 und 102 am Ort derselben im jeweiligen Profilele
ment 14. Diese Einwirkung auf die Metallteile wird auf den
eigentlichen Meßteil des Sensors 10 übertragen, wie dies noch
nachfolgend zu Ausführungsformen solcher Sensoren beschrieben
ist.
Die Fig. 5a bis 5d zeigen weitere Positionierungen eines
erfindungsgemäßen Sensors 10. Da ein erfindungsgemäß verwen
deter Funksensor nur minimale Meß-Auslenkung (Dehnung, Stau
chung, Biegung etc.) hat, kann dieser sogar innerhalb der
Karkasse 11 plaziert sein. Bei Verwendung eines Funksensors
mit einem Zusatz, der die nicht elektrische zu messende phy
sikalische Größe in eine elektrische Größe umsetzt, genügt
es, diesen den eigentlichen Meßwert erfassenden Zusatz an der
Meßstelle zu positionieren und der eigentliche Funksensor
kann mit entsprechender Leitungsverbindung von diesem Ort
auch etwas entfernt angeordnet sein. Zu solchen Ausführungen
eines Funksensors mit einem den Meßwert umsetzenden Zusatz
sei auch auf die noch zu beschreibende Fig. 7 hingewiesen.
Benutzt man einen auf Biegung ansprechenden Funksensor in ei
ner der Fig. 5a bis 5d gezeigten Positionierung (mit oder
ohne die noch nachfolgend zur Fig. 9 näher beschriebenen
Kraftübertragungsbleche 31 bzw. 32) kann man bei nicht vor
liegender Belastung im Reifen-Latsch zusätzlich aus der Wöl
bung der Lauffläche den Reifendruck messen.
Weitere Möglichkeiten der Kraftschlußmessung sind, den Kraft
fluß mit an entsprechender Stelle angebrachtem Funksensor 10
oder dort positioniertem, diesem zugeordneten meßwert
sensitivem Zusatz auch abseits des Profilbereichs z. B. an der
Reifenseite oder auch im Bereich zwischen dem Reifen und der
Felge/dem Felgenhorn zu messen oder den Kraftfluß aufgrund
des auftretenden Kraftübergangs auch an der Achse oder ande
ren Antriebsteilen zu erfassen.
Ein Sensor 10 kann (etwa wie die Permanentmagneten im Stand
der Technik) z. B. einvulkanisiert sein.
Im Vorangehenden ist von "einem" Sensor 10 die Rede. Entspre
chend diesem einen Sensor kann eine mehr oder weniger große
Anzahl solcher Sensoren auf den Umfang des Reifens, d. h. auf
den umlaufenden Protektor, auf mehrere Profilelemente oder
auf die Karkasse (entsprechend Fig. 5) jeweils verteilt an
geordnet vorgesehen sein. Durch entsprechende Wahl bzw. Aus
gestaltung der Funksensoren hinsichtlich eines Antwortsignals
mit zugeordneter Kodierung für den speziellen Sensor, können
die vom jeweiligen Sensor zurückgefunkten Meßwertsignale ein
deutig einem jeweiligen der Sensoren zugeordnet werden.
Der bzw. die mehreren im Reifen eingebauten Sensoren haben
jeweils eine einzelne oder ggfs. auch eine gemeinsame Antenne
100. Diese kann/können z. B. in der Seitenwand des Reifens
einvulkanisiert sein. Probleme einer geeigneten Positionie
rung einer solchen Antenne bestehen für die erfindungsgemäß
vorgesehenen Funksensoren nicht, weil, für die Funksensoren
typisch, trotz kleinster elektrischer Signalleistung diesen
Funksensoren eine relativ große Reichweite zu eigen ist. Im
Falle einer Karkasse mit Metallfäden (Metallgürtelreifen) ist
darauf zu achten, daß auch nur möglicherweise auftretende
Störung der Signalübertragung auf dem Funkwege ausgeschlossen
ist.
Ein Funksensor als Oberflächenwellen-Bauelement hat im Regel
fall eine nur geringe Größe im Millimeter-Bereich bis zu etwa
1 cm Länge als größter Abmessung. Mit einer solchen Größe des
Sensors kann die Positionierung desselben an der gewünschten
Stelle im Reifen problemlos realisiert werden. Es können mit
einem solchen Sensor Kräfte, Dehnungen/Stauchungen, Scher-
und Biegebewegungen auf kleinstem Raum, d. h. auf Volumenele
mente, beschränkt gemessen werden.
Wie die Fig. 6a und 6b zeigen, können die erfindungsgemäß
vorgesehenen Funksensoren 10 auch in einer zur Tangential
richtung im wesentlichen orthogonalen Richtung ausgerichtet
positioniert sein. Insbesondere mit einer Ausführung nach Fig.
6a können die Kräfte im Protektor 12 bzw. in der Karkasse
11 als Biegeeinwirkung auf den Sensor 10 gemessen werden.
Wird hier insbesondere bei der Ausführung nach Fig. 6a ein
Laufzeitsensor mit mehreren Reflektoren eingesetzt, so kann
hier zusätzlich die vertikale Verteilung der Auslenkung im
Protektor, insbesondere im Profilelement, gemessen werden.
Der Sensor kann dabei an seinem einen Ende in der Karkasse
fixiert sein.
Nachfolgend werden Erläuterungen zum Aufbau des eigentlichen
Meßsensors gegeben, der bei der Erfindung ein wie definierter
Funksensor ist.
Es ist bereits oben eine Definition für den Funksensor gege
ben worden, nämlich daß es sich um ein elektronisches Bauele
ment handelt, das akkumulierende Speichereigenschaft für ei
nen empfangenen Abfrage-Signalburst besitzt. Mit dieser ge
speicherten Energie ist dieser Funksensor in der Lage (ohne
weitere Energiezufuhr), ein Antwortsignal auf dem Funkweg zu
rückzusenden. Wichtige Beispiele solcher Funksensoren sind
mit Oberflächenwellen, Volumenwellen und dgl. akustischen
Wellen arbeitende Oberflächenwellen-Bauelemente wie sie u. a.
aus den oben genannten Druckschriften bekannt sind. Ein we
sentliches Charakteristikum derselben ist, daß das Antwortsi
gnal zeitverzögert auf das Abfragesignal folgt, also durch
dieses nicht gestört wird.
Solche Oberflächenwellen-Bauelemente können durch direkte Be
einflussung ihrer Eigenschaft, insbesondere der Ausbreitung
der akustischen Welle, als direkt messende Sensoren für auch
nicht elektrische physikalische Größen wie Kraft und Tempera
tur wirksam sein. Funksensoren mit Oberflächenwellen-
Bauelement können aber auch so ausgeführt sein, daß sie mit
wie schon erwähnten Zusätzen diese Meßfunktion ausführen.
Insbesondere ist hierzu als Zusatz eine angeschlossene Impe
danz zu nennen, die einen durch die zu messende physikalische
Größe jeweils eingestellten Werte annimmt.
Die Fig. 7 zeigt eine schematische Aufsicht eines auch impe
danzbelastbaren Oberflächenwellen-Bauelements 70 des Sensors
10. Dieses ist im allgemeinen Falle ein Substratplättchen 71
aus piezoelektrischem Material, wie einkristallinem Lithium
niobat/-tantalat, Quarz oder dergleichen. Auch ferroelektri
sche flüssigkristalline Elastomere (FLCE) sind geeignet. Auf
der Oberfläche des Substratplättchens sind für Oberflächen
wellen-Elemente übliche (Interdigital-, Reflektor-) Elektro
denstrukturen 72 aufgebracht. Bekanntermaßen bestimmen außer
den Materialeigenschaften vor allem das Design dieser Elek
trodenstrukturen das generelle elektrische Hochfrequenzver
halten des Oberflächenwellen-Elements. Zum Beispiel eine
durch Krafteinwirkung verursachte Dehnung, Verbiegung oder
Verwindung des Substratplättchens ergibt im Frequenzverhalten
oder dgl. entsprechende meßbare Veränderungen als vom Ober
flächenwellen-Bauelement 70 direkt erfaßbares Meßsignal einer
derartigen mechanischen Verformung des Plättchens.
Ein Funksensor mit einem Oberflächenwellen-Bauelement 70 hat
in dieser oder für Bauelemente dieser Art ähnlichen Ausfüh
rung z. B. nur relativ geringe Abmessungen mit z. B. bis etwa 1
cm Länge. Dieser Umstand ermöglicht es, mit einem solchen
Element Kräfte mit hoher Ortsauflösung zu erfassen. Es kann
die Oberflächenwellenstruktur insbesondere mit ihren Reflek
torstrukturen 72 so ausgeführt sein, daß sogar über diese Ab
messung des Bauelements 70 hinweg ortsaufgelöst Kräfte inner
halb der Strukturlänge aufgelöst gemessen werden können.
Da die mit der Elektrodenstruktur versehene Oberfläche des
Substratplättchens an Luft (oder ein Schutzgas) angrenzen
muß, ist ein solches Substratplättchen üblicherweise in einem
Gehäuse 75 mit entsprechenden elektrischen Zuleitungen einge
baut.
Die als reflektierender Wandler 172, 172' ausgeführte Struk
tur dient dem Anschluß einer Impedanz 73, 73' als wie oben
beschriebener Zusatz für den Fall, daß das Oberflächenwellen-
Bauelement des Funksensors 10 nicht direkt die zu messende
physikalische Meßgröße erfaßt oder erfassen soll.
Die Verwendung eines impedanzbelasteten Oberflächenwellen-
Elements nach Fig. 7 bietet mehrere Vorteile. Man kann meh
rere solche Wandler 172, 172' in dem Wellenausbreitungsweg W
des Oberflächenwellen-Elements nach Fig. 7 vorsehen und an
diese verschiedene externe Impedanzen 73, 73' anschließen.
Eine solche externe Impedanz verändert das Reflexionsverhal
ten des Wandlers 172 in Betrag und Phase. Die anzuschließen
den Impedanzen können Kapazitäten, Induktivitäten und/oder
Widerstände sein, die durch die Beeinflussung durch die zu
messende physikalische Meßgröße eine Änderung ihres Impe
danzwertes erfahren.
Sollten bei der Anwendung eines solchen impedanzbelasteten
Funksensors Schwierigkeiten auftreten, die durch einen in den
Impedanzen fließenden hochfrequenten Strom verursacht sind,
können solche Schwierigkeiten durch Schaltungsmaßnahmen beho
ben werden. Für viele Anwendungen ist jedoch die Trennung des
hochfrequenten Übertragungs- und Sensorsignals vom eigentli
chen Meßwertaufnehmer-Signal von Vorteil. Dazu kann, wie die
Fig. 7 ebenfalls zeigt, einerseits aus der Antennenspannung
durch Gleichrichtung 370 eine Gleichspannung gewonnen werden,
die durch zur Arbeitspunkteinstellung 371 eines meßwert
sensitiven Bauelements 373 verwendet wird. Dieses ist die ei
gentliche belastende Impedanz für den reflektierenden Wandler
172'. Diese Impedanz kann als Widerstand und auch als Kapa
zitätsdiode, als Feldeffekttransistor etc. ausgeführt sein.
Die Arbeitspunkteinstellung und damit die Einstellung der re
flexionsbestimmenden Impedanz 373 erfolgt somit mit Gleich
spannung.
Die Meßgröße am Spannungsteiler 371/373 wird der Schaltung
(73') zugeführt. Die der Meßgröße (373) entsprechende Gleich
spannung liegt dort zwischen den Mittelanzapfungen der Induk
tivität 372 und den spannungsabhängig variablen Varakterdi
oden Va, Vb, und zwar hochfrequenz-entkoppelt. Dies erlaubt
lange Leitungen 374 zwischen dieser Schaltung (mit den Varak
terdioden) und der meßwert-sensitiven Impedanz 373. Hingegen
sind die Leitungslängen zwischen den Varakterdioden und dem
Wandler 172' des Bauelementes 70 kurz bemessen zu halten.
Wird ein solcher Funksensor (nach Fig. 7) mit mehr als einem
Wandler 172, 172' ausgerüstet, so können ihm entsprechend
mehrere Impedanzen angeschlossen werden. Ein einzelner Funk
sensor kann somit Informationen über mehrere (mit den jewei
ligen meßwert-sensitiven Impedanzen zu erfassende) physikali
sche Größen messen, z. B. Temperatur, Schwingung, Kraftschluß,
Verschleiß und dgl., indem sein Oberflächenwellen-Element
entsprechend viele reflektierende Wandler 172 aufweist, an
die in gleicher Anzahl meß-sensitive Impedanzen angeschlossen
sind.
Voranstehend sind Funksensoren mit Oberflächenwellen-
Bauelementen beschrieben worden, mit denen direkte Messung
und indirekte Messung ausgeführt werden kann. Die direkte
Messung besteht darin, daß die Meßgröße unmittelbar auf ins
besondere das Substratplättchen des Oberflächenwellen-
Bauteils einwirkt. Die indirekte Messung ist die über eine
wie ausführlich beschriebene Impedanzbelastung. Mit der Er
findung kann die Meßwerterfassung verschiedener Meßwertgrößen
mit ein und demselben Funksensor mit dessen Oberflächenwel
len-Bauelement zum einen Teil als direkte Messung und zum an
deren Teil als indirekte Messung mit Impedanzbelastung ausge
führt werden. Zum Beispiel kann der Kraftfluß direkt mit dem
Oberflächenwellen-Bauelement erfaßt werden. Weitere gewünsch
te Meßwerte, z. B. über den Reifendruck, über Schwingungen,
über Temperaturwert und dgl. können dann z. B. am vom Ort des
Funksensors entferntem Ort mit dort angeordneter meß
sensitiver Impedanz (373) aufgenommen und dem Oberflächenwel
len-Element über eine Leitung (374) zugeführt werden.
Die Fig. 7a zeigt eine Ausführungsform eines Oberflächenwel
len-Bauelements mit mehreren Spuren W1, W2, W3 für (im Gegen
satz zur Fig. 7) spurenweise getrennte Signalerfassung mit
den reflektierenden Wandlern 172a, 172b und 172c für den An
schluß einer jeweiligen meßwert-sensitiven Impedanz, wie dies
zur Fig. 7 beschrieben ist. Die Fig. 7c zeigt die Antwort
signale J1, J2, J3 auf das Abfragesignal J0. Die zeitliche
Antwortfolge kennzeichnet den jeweiligen Wandler 172.
Im Voranstehenden ist die Detektion bzw. Messung einer jewei
ligen Kraft bzw. eines Kraftflusses in im wesentlichen einer
Richtung beschrieben, nämlich die durch die das gerichtete
sensitive Vermögen des vorgesehenen Funksensors bzw. seines
zur Meßwerterfassung vorgesehenen Zusatzes für die indirekte
Messung gegeben ist.
Zur Messung von zwei oder noch mehr Kraftkomponenten kann man
auch entsprechend mehrere solche Oberflächenwellen-
Strukturanordnungen, z. B. auch auf ein und demselben
Substrat, vorsehen, die in jeweils einer dieser Komponenten-
Richtungen ausgerichtet wirksam sind.
Es kann mit zwei solchen Strukturen die Kräfteverteilung in
der Fläche des Latsch vollständig erfaßt werden. Sofern die
erwähnten Meßzusätze eines Funksensors zum Erfassen der Kräf
te verschiedener Richtungen genutzt werden, gilt das Voran
stehende für diese Meßzusätze des Sensors. Aus dem zeitlichen
Verhalten der gemessenen Kräfte in Fahrtrichtung (x-
Komponente) können auch Beschleunigungs- und Bremskräfte er
faßt werden. Gemessene Querkräfte (y-Komponente) können zur
Erfassung des Kurvenverhaltens des Reifens herangezogen wer
den. Ist auch noch eine Messung der z-Komponente vorgesehen,
so kann aus dieser ein Maß für den Reifen-Auflagedruck abge
leitet werden. Die Meßwerte der verschiedenen Richtungskompo
nenten können durch entsprechende an sich bekannte Maßnahmen
voneinander unterschieden werden. Mit Laufzeit-Sensoren kann
Zeitorthogonalität genutzt werden. Bei resonanten Sensoren
können dazu die unterschiedlich hohen Resonanzfrequenzen be
nutzt werden. Dabei kann durch das Anregesignal der Abfrage
der eine oder die mehreren Sensoren gemeinsam mit der Funk
energie geladen werden und nach dem Ende dieser Anregung
schwingen die Resonatoren mit ihrer jeweils eigenen Eigenfre
quenz aus. Nach dem Empfang des über die Antenne zurückge
funkten Sensor-Summensignals können die einzelnen Resonanz
stellen, z. B. durch Anwendung einer Fourier-Transformation
oder höherwertige Auswerteroutinen, ermittelt werden. Auf die
Betragswerte der Kräfte kann aus dem Maß der jeweiligen Fre
quenzänderung geschlossen werden. Werden z. B. dispersive Sen
soren eingesetzt, so kann bei diesen die Sensitivität über
die Dispersionsrate eingestellt werden.
Die Verformung eines Profilelements 14 kann z. B. mit einer
Ausführungsform nach Fig. 8a mit zwei Kapazitäten als Impe
danzbelastungen des Oberflächenwellen-Funksensors 10 erfaßt
werden. Dieser befindet sich in einem Gehäuse, das z. B. auf
der Innenseite der Karkasse an dieser angebracht ist. Es ist
eine Metallplatte 571, wie der Seitenansicht gemäß Fig. 8a
zu entnehmen, im Gummi des Protektors 12 bzw. des Profilele
ments 14 einvulkanisiert. Wie gezeigt, sind dieser Platte
zwei Platten 671 und 771 gegenüberstehend angeordnet. Letzte
re bilden mit der Platte 571 eine erste und eine zweite kapa
zitive Impedanz Z1, Z2. Diese beiden Impedanzen sind als Im
pedanzen 73 und 73' am Sensor 10 anzuschließen. Eine infolge
einer Verformung des Protektor-/Profilelementgummis eintre
tende Verlagerung der Position der Platte 571 gegenüber der
jeweiligen der Platten 671, 771 führt zu entsprechenden, im
Regelfall unterschiedlichen Veränderungen der Impedanzen Z1
und Z2, die mit dem Funksensor erfaßt und auf dem Funkweg an
die Auswertung übertragen werden können. In entsprechender
Weise kann eine Torsion des Gummis als Drehwinkel erfaßt wer
den, wozu die Platten z. B. wie noch zur Fig. 9a beschrieben
ausgeführt sein können.
Anstelle einer kapazitiven Meßwerterfassung ist auch eine re
sistive mit leitfähigen Bereichen im Gummi vorsehbar, die in
folge einer Profilverformung gedehnt oder gestaucht werden
und dabei unterschiedlichen elektrischen Widerstand ergeben
können. Die Fig. 8b zeigt eine Schemadarstellung zu einer
solchen Ausführungsform, bei der elektrisch leitfähige Berei
che im Gummi des Protektors mit 572 bezeichnet sind.
Mit Hilfe eines wie in Fig. 7 beschriebenen impedanzbelaste
ten Sensors kann mit entsprechendem konstruktivem Aufbau z. B.
auch der Reifenverschleiß in einfacher Weise überwacht wer
den. Die Fig. 8c zeigt dem Schema nach eine solche Ausfüh
rungsform. Mit 178 ist eine im Gummi einvulkanisierte Halte
rungsplatte bezeichnet. An ihr sind zwei hier in Seitenan
sicht dargestellte Elektroden 179 angebracht, zwischen denen
ein elektrisch resistives Material 180 elektrisch kontaktiert
angeordnet ist. Diese Ausführung ist eine elektrische Impe
danz mit Anschlüssen, die mit der Wandlerstruktur 172 eines
Sensors nach Fig. 7 verbunden werden. Die Elektroden 179
können Metallstreifen, z. B. Stanniolbändchen, sein. Das resi
stive Material kann eine Widerstandsmasse sein, die z. B. nur
bis zur zulässigen Abnützung des Profils reicht. Mit zuneh
mender Abnutzung des Profilelements 14 verbraucht sich dieser
Impedanzkörper, er wird kleiner und sein elektrischer Impe
danzwert verändert sich. Diese im Lauf der Zeit eintretende
Widerstandserhöhung kann mit dem daran angeschlossenen Sensor
erfaßt werden und das Meßsignal (ebenso wie die gemessenen
Kraftgrößen) auf dem Funkweg an die Auswertung übertragen
werden. Das Auslesen dieses Sensors mit Gleichstrom, wie zur
Fig. 7 beschrieben, ist vorteilhaft.
Die Fig. 8d zeigt den Aufbau einer temperatur- und beschleu
nigungskompensierten Doppelmeßdose 121 für Gasdruck. Deren
einzelne Anteile bestehen aus je einem Volumen und je einer
elastischen Membran 124, 125. Die Wandlerkapazitäten C1, C2
bilden leitende, von gegenüber der Dose elektrisch isolierte,
in der Dose fest montierte Scheiben 122, 123, die geringen
Abstand zur Membran haben. Wird die Membran 125 durch den
Gasdruck elastisch eingedrückt, so steigt die Wandlerkapazi
tät. Die eine der beiden Meßdosen ist hermetisch abgeschlos
sen und mit einem Gas bestimmten Drucks gefüllt. Die andere
Dose hat einen Druckausgleich 126 mittels einer Bohrung. Wird
zur Auswertung die Differenz der Kapazitäten C1 und C2 heran
gezogen, so werden die für die beiden Dosen gleichen thermi
schen Ausdehnungen kompensiert. Die thermisch hervorgerufene
Druckänderung des Gases in der Meßdose ist durch ihre Evaku
ierung beherrschbar. Das für die Doppelmeßdose anzuwendende
kompensierende Differenzmeßverfahren kann für viele symmetri
sche Anwendungen benutzt werden.
Über die Leitungen 127 und 128 sind die Kapazitäten C1 und C2
mit einem jeweiligen Wandler 172 zu verbinden, um dort als
Impedanzbelastung des Funksensors vorzuliegen. Diese Leitun
gen können auch mit den Wandlern zweier verschiedener Spuren
W1 und W2 eines Funksensors mit einem Oberflächenwellen-
Element nach Fig. 7a verbunden sein.
Die Fig. 9 zeigt eine Anwendung der Erfindung bei einem me
chanisch-konstruktiven Aufbau des Standes der Technik. Mit 61
ist ein Stift bezeichnet, der mit einem Drehpunkt in der Kar
kasse 11 oder in einer Metallplatte 62 geführt ist. Der zuge
hörige Aufbau 63, der sich im Reifeninneren befindet, ist so
ausgeführt, daß zusammen mit dem Stift 61 sich eine Biegebe
lastung des - anstelle der im Stand der Technik vorgesehenen
Hall-Generatoren - dort vorgesehenen Oberflächenwellen-
Element-Sensoren 10 ergibt. Es findet hier eine direkte Mes
sung mittels des Oberflächenwellen-Bauteils des Funksensors
statt.
Für die dem konstruktiven Aufbau nach bekannten Anordnung
gibt es wegen der erfindungsgemäßen Ausrüstung mit Funksenso
ren 10 keine Probleme bezüglich des erfindungsgemäßen Be
triebs und der Signalübertragung auf dem Funkweg.
Bei der Ausführung nach Fig. 9 tritt ein Effekt einer mecha
nischen Übersetzung auf. Ähnliches kann auch bei einer Aus
führungsform nach einer der Fig. 5a bis 5d vorgesehen
sein, wie dies in diesen Figuren schon dargestellt ist. Die
dort vorgesehenen Kraftübertragungsbleche oder -stifte 31
bzw. 32 dienen dazu, eine über eine größere Fläche hinweg in
tegrierte Kraftwirkung aufzunehmen und auf das Gehäuse des
Sensors 10 bzw. das Substratplättchen desselben zur schon be
schriebenen Kraftmessung zu übertragen. Insbesondere das
Kraftübertragungsblech 32 ist dazu geeignet, Kräfte mit
Transformationseffekt auf den eigentlichen Sensor 10 übertra
gen zu können.
Die Fig. 10 zeigt eine der Fig. 9 ähnliche Ausführungsform
mit jedoch indirekter Messung über Impedanzen. Die Fig. 10a
zeigt in Aufsicht (Schnitt VI-VI) eine Aufteilung von Konden
satoren C1 bis C3, mit der Platte 160 als Gegenelektrode.
Diese Platte ist mit dem Stift 61 verbunden und entsprechend
der Verformung des Profilelements 14 zusammen mit einer er
zwungenen Schwenkbewegung des Stiftes schwenkbar gelagert.
Die Kapazitäten C1 bis C3 ändern sich je nach Maß und Rich
tung der Verschwenkung des Stiftes.
Die Fig. 10 zeigt ein Beispiel einer Ausführungsform, bei
der vorgesehen ist, verschiedene physikalische Größen des
Reifens zu messen, hier die Profilverformung für den Kraft
schluß, den Reifendruck und die Reifenabnutzung, und diese
Meßwerte mit ein und demselben Funksensor auf dem Funkwege in
die Abfrageeinheit zu übertragen. In Fig. 10 ist die Anbrin
gung eines (Reifenluft-)Druckmessers P, z. B. nach Fig. 8d,
am Gehäuse G gezeigt, in dem sich der Funksensor 10 befindet.
Mit 100 ist wieder die Antenne des Funksensors angedeutet.
Mit R ist in Fig. 10 ein Reifenverschleißsensor nach Fig.
8c wiedergegeben, der ebenfalls mit dem Funksensor 10 im Ge
häuse G verbunden ist. Insoweit zeigt die Fig. 10 einen in
tegralen Aufbau von mehreren meßwert-sensitiven Elementen mit
dazu einem gemeinsamen Funksensor 10.
Die Fig. 11 zeigt eine Vorrichtung 800 zur Messung von
Schwingungen, wobei wiederum ein impedanzbelasteter Funksen
sor Anwendung findet. Diese umfaßt eine seismische Masse 810,
die an einer Platte 811 angebracht ist. Mit 812 ist eine der
Platte 811 im Abstand gegenüberstehende Platte bezeichnet.
Mit einer Gummimembran 813 ist der Raum zwischen diesen bei
den Platten 811, 812 abgeschlossen. Dieser abgeschlossene
Raum ist mit einem gelartigen Dielektrikum 814 gefüllt. Tre
ten auf diese Vorrichtung nach Fig. 11 einwirkende Schwin
gungen auf, so führt die Masse 810 eine entsprechende Schwin
gungsbewegung aus, die zu Abstandsänderungen zwischen den
Platten 811 und 812 führt. Diese Platten 811 und 812 sind als
Kondensator wirksam und angeschlossen. Die sich ändernde Ka
pazität gibt Frequenz und Amplitude der auftretenden Schwin
gung wieder. Diese Kapazitätsänderung wird als meß-sensitive
Impedanzgröße als Impedanzbelastung auf das Oberflächenwel
len-Bauelement nach Fig. 7 gegeben, wie dies auch schon zu
den anderen Zusatz-Meßeinrichtungen des Funksensors 10 für
indirekte Messung beschrieben ist.
Die Fig. 12 zeigt eine Anordnung, bei der eine niedrige
Reichweite der Funkverbindung vorteilhaft zur Trennung von
verschiedenen Sensoren dient, die im Reifen wie dargestellt
angeordnet sind. Der Sensor 10 dient z. B. zur wie beschriebe
nen Erfassung des Kraftschlusses. Der Sensor 10' sei zur Mes
sung von Druck und/oder Temperatur vorgesehen. Der Sensor
10'' sei ein wie zur Fig. 11 beschriebener Schwingungssen
sor. Jeder dieser Sensoren hat eine eigene Antenne 100, 100',
100'' . Bei wie mit dem Pfeil angegebenem Umlauf des Rades mit
dem Reifen 2 kommt nacheinander eine jede der Antennen in die
Nähe der Abfrageantenne 200, die zu der in Fig. 13 beschrie
benen Abfrageeinheit 9 führt.
Nachfolgend seien noch einige allgemeine Bemerkungen ange
bracht, die dem Fachmann für praktische Ausführungen der Er
findung und insbesondere der hier dargestellten Beispiele der
Erfindung, nützlich sein können. Es ist bekannt, daß der
Kraftfluß zwischen Reifen und Fahrbahn vollständig durch die
augenblickliche Auflagefläche des Reifens (Reifenlatsch) auf
der Fahrbahn gehen muß. Der Kraftfluß ist also ein Integral
über die Kraftübertragung aller momentanen Auflagepunkte des
Reifens. Mit der Erfindung können, offensichtlich anders als
beim oben beschriebenen Stand der Technik, also der Gesamt
kraftfluß des Reifenlatschs, genauer erfaßt werden, und zwar
dies auch bei kleinflächigen Profilelementen, d. h. bei einem
feinprofilierten Reifen, obwohl parallel viele benachbarte
Profilelemente augenblicklich auf der Fahrbahn aufliegen. Lo
kale Straßenunebenheiten (Erhöhungen, Vertiefungen, deren
Neigung zum Profilelement usw.), lokale Feuchte, Sandkörner
oder ähnliches führen daher bei der Erfindung nicht zu Meß
wertfehlern.
Wie gesagt, beruht dieser Vorteil der Erfindung darauf, daß
der hier verwendete ausgewählte Sensortyp, nämlich z. B. das
Oberflächenwellen-Element, so empfindlich ist, daß der Sensor
auch nahe bzw. im Bereich der Karkasse angeordnet sein kann,
wo die erwähnte integrale Wirkung aus der Auflage des Reifens
auf der Fahrbahn speziell nach dem Prinzip der Erfindung meß
bar ist. Die bei der Erfindung genutzte Idee, daß der Kraft
schluß aller aktiven, d. h. augenblicklich kraftübertragenden
Profilelemente des Reifenlatsches sich in den Bereich der
Karkasse hinein transformieren, ergibt ein Meßergebnis, das
wenig vom Zufall beeinflußt ist und Auftreten einer Verringe
rung der Reifenhaftung auf der Straße messen und signalisie
ren kann. Dabei ist davon ausgegangen, daß die einzelnen
Drähte z. B. eines Stahlgürtels des Reifens im Gummi nicht
rutschen. Dies kann im übrigen auch durch entsprechende Ober
flächengestaltung der Drähte (siehe Eisen im Stahlbeton) ver
bessert werden. Die Gummischicht zwischen den Profilelementen
(Verformungswege typisch kleiner/gleich 1 mm) und dem wenig
elastischen Stahlgürtel der Karkasse (Dehnung im µm-Bereich)
wirkt hier wie ein großflächiger Transformationskörper in der
Größe der augenblicklichen Reifenauflagefläche. Bei der Er
findung kann also ein relativ kleinflächiger Sensor, wie dies
die funkauslesbaren Oberflächenwellen-Sensoren sind, relativ
dicht oder direkt im Bereich der Karkasse bzw. des Stahlgür
tels den Kraftschluß messen, der dagegen wesentlich großflä
chiger über die Berührungsfläche zwischen Reifen und Fahrbahn
verteilt auftritt.
Bei den vorangehenden Ausführungen ist immer von einem Reifen
(des Fahrzeugs) gesprochen worden. Zweckmäßig kann es sein,
entsprechend der Erfindung Sensoren an den Reifen aller vier
Räder des Fahrzeugs vorzusehen. Für jedes Rad bzw. dessen
Reifen wird dazu im jeweiligen Radhaus eine eigene Abfragean
tenne 100 mit Zuleitung zu einem gemeinsamen Auswertegerät
vorgesehen. Bei nur einem vorhandenen Abfragegeräte kann eine
zeitlich nacheinander erfolgende Abfrage der Reifen der ein
zelnen Räder vorgesehen sein. Werden besonders ausgewählte
Sensoren für die einzelnen Reifen aufgewendet, z. B. zeitlich
orthogonale oder frequenzorthogonale Sensoren, so können alle
Sensoren auch gleichzeitig und ggfs. auch von nur einer ge
meinsamen Antenne aus abgefragt werden.
Es sei darauf hingewiesen, daß im Regelfall die für ein er
findungsgemäßes System verwendeten Leitungen abgeschirmte
Leitungen oder Twisted-Pair-Kabel sein sollten, damit einge
streute Störungen des Systems der Erfindung vermieden sind.
Es seien hier nachfolgend noch einige Angaben zu den bei der
Erfindung verwendeten Funksensoren als Sensoren 10 der Erfin
dung gemacht. Ein Funksensor als akustischer Oberflächenwel
len-Sensor besteht aus einem piezoelektrischen Substrat, auf
dessen (einer) Oberfläche metallische Elektrodenstrukturen,
vorzugsweise in der Art interdigitaler Strukturen, aufge
bracht sind. Durch Anregung mit einem hochfrequenten elektri
schen Signal werden in der Oberfläche des Substrats akusti
sche Wellen erzeugt. Diese Wellen breiten sich in der Ober
fläche aus, werden durch spezielle metallische Strukturen
verändert, reflektiert usw. Als Laufzeitsensoren ausgebildete
Oberflächenwellen-Sensoren antworten auf eine hochfrequente
Impulsanregung mit einem Antwortsignal, in dem die serielle
Kennung ihrer Elektrodenstrukturen enthalten ist. Lediglich
der Vollständigkeit halber sei darauf hingewiesen, daß solche
für die Erfindung zu verwendenden Funksensoren auch mit Volu
menwellen, magnetostatischen Wellen und dgl. arbeiten können,
die hier in den Begriff Oberflächenwelle eingeschlossen sein
sollen. Eine mechanische Beeinflussung eines Laufzeitsensors
durch die zu messende Größe verursacht je nach Aufbauprinzip
desselben eine Veränderung der Ausbreitungsgeschwindigkeit
und Dämpfung des verwendeten Wellentyps und damit Zeitpunkt,
Amplitude und Phasenlage der reflektierten Signale. Ein Sy
stem zur Fernabfrage eines Laufzeitsensors muß somit neben
einer Einrichtung zum Anregen vor allem eine Vorrichtung zum
Messen von Laufzeiten, Amplituden und Phasenlagen enthalten.
Eine andere Spezies für die Erfindung in Frage kommender
Oberflächenwellen-Sensorelemente sind resonante Sensorelemen
te. Wie bei drahtlosen Mikrowellenresonator-
Erkennungssystemen wird dabei ein Resonator einem hochfre
quenten Funkfeld ausgesetzt. Anders als beim Mikrowellenreso
nator jedoch wird bei resonanten Funksensoren nicht die Ab
sorption bei der Resonanzfrequenz gemessen. Besitzen die ver
wendeten resonanten Strukturen eine hinreichend hohe Güte und
haben somit eine durchaus resultierende lange Ausschwingzeit,
so werden die resonanten Funksensoren mit Energie im Bereich
der Resonanzfrequenz gepumpt. Das beim Ausschwingen über die
Antenne abgestrahlte Signale kann dadurch gemessen und zur
Auswertung herangezogen werden. Als resonante Strukturen eig
nen sich z. B. hervorragend die Oberflächenwellenresonatoren
aber auch Volumenschwinger und andere resonierende Strukturen
hoher Güte. Eine Beeinflussung eines resonanten Funksensors,
insbesondere eines Oberflächenwellen-Resonators, durch die
zu messende Größe, verursacht eine Veränderung der Resonanz
frequenz und damit der Frequenz des während des Ausschwingens
abgestrahlten Hochfrequenzsignals. Ein System zur Fernabfrage
eines resonanten Funksensors muß somit neben einer Einrich
tung zum Anregen vor allem eine Vorrichtung zum Messen der
Frequenz enthalten.
Liegt die Resonanzfrequenz eines resonanten Funksensors (z. B.
eines Volumenschwingers) derart niedrig, daß eine Antenne für
diese Frequenz zu große Dimensionen bedingen würde, kann eine
zusätzliche Mischung am Sensor vorteilhaft sein. In diesem
Falle wird ein Hochfrequenzträger verwendet, der eine einfa
chere Antennenkonstruktion erlaubt. Dieser Träger wird nun im
Abfragesystem mit der gewünschten Resonanzfrequenz moduliert.
Der Sensor enthält nun zwischen der Antenne und Resonan
tenelement ein nicht-lineares passives Bauteil, das die Dif
ferenzfrequenz erzeugt. Ein solches Bauteil ist z. B. eine Di
ode. Mit dieser Differenzfrequenz wird das resonante Element
(z. B. der Volumenschwinger) gespeist. Zum Auslesen des Funk
sensors wird am Sender die Modulation abgeschaltet, der Trä
ger jedoch weiter gesendet. Das Sensorsignal moduliert in
diesem Falle am nicht-linearen Bauteil (z. B. der Diode) den
Träger. Dieses modulierte Signal wird vom Abfragesystem emp
fangen und ausgewertet.
Wie auch aus den vorangehenden Ausführungen hervorgeht, ist
für die Erfindung zum drahtlosen Auslesen dieser Funksensoren
(jeweils) eine Abfrageeinheit notwendig. Diese Abfrageein
heit(en) ist/sind sowohl von der Funktion als auch vom Aufbau
her einem RADAR ähnlich. Für die Erfindung können dementspre
chend praktisch alle im Stand der Technik bekannten Realisie
rungen eines Radars zum Fernauslesen eines Funksensors ver
wendet werden. Dies kann ein Puls-Radar, ein FMCW-Radar, ein
Pulskompressions-Radar, eine direkte Zeitmessung wie TDC oder
dgl. sein. Es können auch im Frequenzbereich arbeitende Sy
steme (wie z. B. Netzwerkanalysatoren) benutzt werden. Zwi
schenformen sind ebenso für die Erfindung verwendbar.
Nachfolgend sei die Fig. 13 beschrieben, die das System und
eine für die Erfindung verwendbare Abfrageeinheit 9, die nach
dem Puls-Radar-Prinzip arbeitet und im Fahrzeug angeordnet
ist, zeigt. Mit 91 ist der Oszillator für das Frequenzsignal,
mit 92 der Sendeverstärker, mit 93 ein rauscharmer Empfangs
verstärker, mit 94 ein Phasenglied und mit 95 ein Analog-
Digitalwandler bezeichnet. Ein Puls-Taktgeber 96 dient der
Impulssteuerung. Mit 97 und 98 sind Schalterstufen bezeich
net. Die Antenne 200 ist mit der Abfrageeinheit 9 verbunden.
Mit 100 ist die Antenne des Sensors 10 bezeichnet, der sich
im Reifen befindet. Der Mikrocontroller 99 dient der Informa
tionsausgabe.
Es ist bereits oben darauf hingewiesen worden, für die einge
setzten Funksensoren eine Antenne 100 vorzusehen. Es kann je
der einzelne Sensor eine eigene Antenne 100 haben. Es können
auch mehrere Sensoren eines Reifens eine gemeinsame Antenne
zugeordnet haben. Die im Fahrzeug anzubringende Abfrageanten
ne 200 ist vorzugsweise im jeweiligen Radhaus des jeweiligen
Rades angeordnet. An sich haben die Funksensoren eine (wie
oben schon erwähnte) relativ hohe Reichweite, so daß die Po
sitionierung der Antenne 200 relativ problemlos ist. Liegt
jedoch eine nur geringe Reichweite der Funksensoren vor, kann
diese, dann zum Vorteil, auch zum voneinander getrennten Si
gnalempfang mehrerer Sensoren ein und desselben Reifens ge
nutzt werden.
Die Anwendung des RADAR-Prinzips nach Fig. 13 verlangt in
vielen Fällen induktivitäts- und kopplungsarme Aufbauten,
Schirmungen und z. B. für Übergänge auch Symmetrierglieder.
Nachfolgend wird mit der Fig. 14 eine Schaltung beschrieben,
mit der für langsame Signale diese Notwendigkeit entfällt.
Die Fig. 14 zeigt einen hybriden Aufbau, z. B. in Flipchip-
Technologie. Diese Schaltung ist auf mit Gleichstrom zu be
treibende oder einen solchen liefernde Meßwandler zugeschnit
ten. Für die schon weiter oben beschriebene Gleichrichtung
der Antennenspannung dienen die Gleichrichterdioden DG. Zur
Glättung bzw. Spannungsspeicherung ist der Ladekondensator CL
vorgesehen. Diese Kondensatorspannung wird an eine Ausgangs
klemme U0 geführt und wird im Oberflächenwellen-Bauelement am
jeweiligen der für den Anschluß der Lastimpedanzen vorgesehe
nen reflektierenden Wandler gemessen. Die Messung der Gleich
spannungen an den Wandlern erfolgt durch von den Gleichspan
nungen hervorgerufene Kapazitätsänderungen der Varakterdioden
V1, V2, die die Lastimpedanzen der Wandler der Oberflächen
wellen-Bauelemente bei der Betriebsfrequenz sind. Die Varak
terdioden sind linearisiert, d. h. für Gleichspannungen in
Sperrichtung parallel und für die Betriebsfrequenz in Serie
geschaltet. Um ohne Wechselstrombelastung des Wandlers beide
Dioden für niedrige Frequenzen einseitig an Masse zu legen,
ist eine zum Wandler parallelliegende Induktivität L vorgese
hen. Es kann dies auch ein parallelliegender hochohmiger Wi
derstand sein. Zur Trennung der Betriebsfrequenz von den
Gleichspannungs-Meßeingängen G1, G2 ist ebenfalls eine Induk
tivität L bzw. ein hochohmiger Widerstand vorgesehen. Mit RM
ist in Fig. 14 der einseitig an Masse liegende Widerstand
als meß-sensitive Impedanz bezeichnet. Zusammen mit dem Wi
derstand RV bildet er einen Spannungsteiler, wie auch schon
zur Fig. 7 beschrieben.
Die Fig. 15 zeigt für eine Schaltung nach Fig. 14 geeignete
Burst-Impulsformen als Abfrageimpulse. Die Fig. 15a zeigt
kurze breitbandige Impulse mit der Mittenfrequenz fm. Für
Gleichspannungsquellen nach Fig. 14 müssen diese Impulse
große Leistung haben.
Die Fig. 15b zeigt längere, schmalbandigere Burstimpulse für
Abfrage bei verschiedenen Frequenzen fi innerhalb des Fre
quenzbereichs des Oberflächenwellen-Bauelements. Die Länge
dieser Impulse ist jedoch begrenzt mit der Abklingzeit der
Reflexion, d. h. der doppelten größten Laufzeit der Verzöge
rungselemente. Daraus ergibt sich auch der minimale Abstand
zwischen aufeinanderfolgenden Abfrageimpulsen für Impulsform-
Auswertung.
Die Fig. 15c zeigt lange Pumpimpulse, zusätzlich zu den Ab
frageimpulsen, nämlich zur Aufladung des Speicherkondensators
CL nach Fig. 14. Zusätzlich zum Pumpimpuls sind noch die
Meßimpulse nach Fig. 15a oder 15b für die Impulsauswertung
vorzusehen. Eine Auswertung durch schrittweise Frequenzände
rung der Pumpimpulse ist dann durchführbar, wenn genügend
Frequenzmeßpunkte im Zeitintervall stationärer Wandler- und
Funkkanalparameter zu gewinnen sind. Für schnelle Vorgänge
muß jedenfalls das Schema der Pumpimpulse mit nachfolgendem
Meßimpuls nach Fig. 15c angewendet und der minimale Zeitab
stand des Abklingens eingehalten werden.
Claims (29)
1. Sensorsystem für den Kraftschluß eines Fahrzeugreifens
mit der Fahrbahn und ggfs. weitere Reifendaten angebende Sen
sorsignale,
mit einer Funk-Abfrageeinheit (9) mit Antenne (200) für auszusendende Hochfrequenz-Abfrageimpulse und Empfang der Antwortsignale und
mit einem im Fahrzeugreifen eingebauten Funksensor (10) mit Antenne (100),
wobei der Funksensor (10) so ausgebildet ist, daß dieser in einem Speicher (70) die Energie eines jeweiligen Abfrage impulses zu speichern vermag und derart auf diesen Abfrageim puls hin zeitverzögert ein zugehöriges Antwortsignal abgibt, in dem das jeweilige Sensorsignal enthalten ist, und dieses vom Abfrageimpuls ungestört in der Abfrageeinheit zu empfan gen und zu einem Meßergebnis zu verarbeiten ist.
mit einer Funk-Abfrageeinheit (9) mit Antenne (200) für auszusendende Hochfrequenz-Abfrageimpulse und Empfang der Antwortsignale und
mit einem im Fahrzeugreifen eingebauten Funksensor (10) mit Antenne (100),
wobei der Funksensor (10) so ausgebildet ist, daß dieser in einem Speicher (70) die Energie eines jeweiligen Abfrage impulses zu speichern vermag und derart auf diesen Abfrageim puls hin zeitverzögert ein zugehöriges Antwortsignal abgibt, in dem das jeweilige Sensorsignal enthalten ist, und dieses vom Abfrageimpuls ungestört in der Abfrageeinheit zu empfan gen und zu einem Meßergebnis zu verarbeiten ist.
2. Sensorsystem nach Anspruch 1 mit einem Funksensor (10)
mit einem LC-Energiespeicher.
3. Sensorsystem nach Anspruch 1 mit einem Funksensor (10)
mit einem Oberflächenwellen-Bauelement (70) als Energiespei
cher.
4. Sensorsystem nach Anspruch 3 mit einem impedanzbelastba
ren Oberflächenwellen-Bauelement (Fig. 7, 7a) für den elek
trischen Anschluß wenigstens einer meßwert-sensitiven Impe
danz (73).
5. Sensorsystem nach einem der Ansprüche 1 bis 4 mit einer
Abfrageeinheit (9) mit einem Aufbau nach Art eines RADAR.
6. Sensorsystem nach einem der Ansprüche 1 bis 4 mit einem
Netzwerkanalysator als Abfrageeinheit (9).
7. Funksensor für ein System nach Anspruch 4 mit einem im
pedanzbelastbaren Oberflächenwellen-Bauelement (70) und mit
einer für das Anschließen (172') einer jeweiligen Impedanz
(73') vorgesehenen Schaltung (Fig. 7)
mit einer Gleichrichterschaltung mit Ladekondensator (370, CL) für der Antenne (100) zu entnehmender Gleichspan nung,
mit einem Spannungsteiler, bestehend aus einem Wider stand (371) und der meßwert-sensitiven Impedanz (373) und
mit einer Schaltung aus einer Induktivität (372) und ei ner antiparallelen Schaltung von Varakterdioden (Va, Vb), die bezogen auf die Mittelanzapfung der Induktivität und die Mittelanzapfung zwischen den zwei Varakterdioden der meßwert sensitiven Impedanz (373) parallelgeschaltet sind, wobei die äußeren Anschlüsse der Induktivität und der Varakterdioden- Schaltung miteinander parallelgeschaltet mit den elektrischen Anschlüssen (172') des Oberflächenwellen-Bauelements für die Impedanzbelastung verbunden sind (Fig. 7).
mit einer Gleichrichterschaltung mit Ladekondensator (370, CL) für der Antenne (100) zu entnehmender Gleichspan nung,
mit einem Spannungsteiler, bestehend aus einem Wider stand (371) und der meßwert-sensitiven Impedanz (373) und
mit einer Schaltung aus einer Induktivität (372) und ei ner antiparallelen Schaltung von Varakterdioden (Va, Vb), die bezogen auf die Mittelanzapfung der Induktivität und die Mittelanzapfung zwischen den zwei Varakterdioden der meßwert sensitiven Impedanz (373) parallelgeschaltet sind, wobei die äußeren Anschlüsse der Induktivität und der Varakterdioden- Schaltung miteinander parallelgeschaltet mit den elektrischen Anschlüssen (172') des Oberflächenwellen-Bauelements für die Impedanzbelastung verbunden sind (Fig. 7).
8. Funksensor für ein System nach Anspruch 7 mit einer Hy
brid-Schaltung nach Fig. 14.
9. Sensor für Kraftschlußmessung, eingebaut in einem Reifen
für ein System nach einem der Ansprüche 1 bis 6 und/oder nach
Anspruch 7 oder 8,
wobei dieser Funksensor im Reifen nahe der Karkasse (11)
im Bereich eines Profilelements (14) des Protektors (12) po
sitioniert ist. (Fig. 1)
10. Sensor für Kraftflußmessung, eingebaut in einem Reifen
für ein System nach einem der Ansprüche 1 bis 6 und/oder nach
Anspruch 7 oder 8,
wobei dieser Funksensor (10) nahe der Karkasse (11) im
Protektor (12) zwischen zwei benachbarten Profilelementen
(14a, 14b) positioniert ist. (Fig. 2)
11. Sensor für aus dem Kraftschluß sich ergebendem Kraftfluß
im Reifen, eingebaut in diesen Reifen für ein System nach ei
nem der Ansprüche 1 bis 6 und/oder nach Anspruch 7 oder 8,
wobei dieser Funksensor (10) in oder im Bereich nahe der
Karkasse (11) positioniert ist. (Fig. 5)
12. Sensor nach Anspruch 11,
mit zusätzlichen Kraftverstärkungsblechen (31, 32).
13. Sensor nach einem der Ansprüche 3 oder 4 oder 7 bis 12
im Reifen positioniert eingebaut,
wobei dieser Sensor (10) tangential bezogen auf die
Laufrichtung des Reifens ausgerichtet ist.
14. Sensor nach einem der Ansprüche 3 oder 4 oder 7 bis 12
eingebaut in einem Reifen,
wobei die Ausrichtung des Sensors (10) im wesentlichen
parallel des Radius des Reifens ist. (Fig. 6)
15. Sensor für Kraftschluß-/Kraftfluß-Messung, eingebaut in
einem Reifen für ein System nach einem der Ansprüche 1 bis 6
und/oder nach Anspruch 7 oder 8,
wobei dieser Funksensor (10) im wesentlichen auf der In
nenseite der Karkasse (11) des Reifens positioniert ist und
dieser Funksensor (10) zusätzlich mit kraftübertragenden Mit
teln (101, 102) ausgerüstet ist, die mindestens in die Kar
kasse (11) hereinreichen und die (101, 102) in deren dazwi
schenliegendem Bereich des Reifens auftretenden Kraftfluß auf
den Funksensor (10) einwirkend auf diesen übertragen.
16. Sensor nach Anspruch 15,
bei dem diese Mittel (101, 102) so positioniert sind,
daß sie zwischen sich einen Bereich der Karkasse (11)/des
Protektors (12) haben und in diesem Bereich auftretender
Kraftfluß auf diese Mittel (101, 102) einwirkt.
17. In einem Reifen (2) für ein System nach einem der An
sprüche 1 bis 6 eingebaute Einrichtung (Fig. 9) mit einem
Stab (61), der im Bereich der Karkasse (11) schwenkbar gela
gert bis in ein Profilelement (14) hineinragt,
wobei dieser Stab in dieser Einrichtung an seinem ins
Reifeninnere gerichteten Ende mit als Biegeelemente (10',
10'') ausgebildeten Funksensoren nach einem der Ansprüche 3,
4, 7 oder 8 gekoppelt ist.
18. In einem Reifen (2) für ein System nach einem der An
sprüche 1 bis 6 eingebaute Einrichtung (Fig. 10) mit einem
Stab (61), der im Bereich der Karkasse (11) schwenkbar gela
gert bis in ein Profilelement (14) hineinragt,
wobei dieser Stab an seinem ins Reifeninnere gerichteten
Ende mit einer Platte (160) starr verbunden ist, die schwenk
bar gelagert ist und die eine Elektrode von Kondensatoren (C1
bis C3) ist, wobei die anderen dieser Platte (160) gegenüber
stehenden Elektroden dieser Kondensatoren mit Anschlüssen für
Impedanzbelastungen des Funksensors (10) nach Anspruch 4, 7
oder 8 verbunden sind. (Fig. 10)
19. In einem Reifen (2) für ein System nach einem der An
sprüche 1 bis 6 eingebaute Einrichtung nach Anspruch 18 mit
Meßeinrichtungen (121, R) für weitere Meßdaten des Reifens,
wobei die zu diesen Einrichtungen (121, R) gehörenden
meß-sensitiven Elemente ebenfalls mit diesem Funksensor (10)
zur integralen Meßwertauswertung aller der abgefragten Daten
verbunden sind. (Fig. 10)
20. Impedanzbelastbarer Funksensor in einem Reifen für ein
System nach einem der Ansprüche 1 bis 6 mit einem Funksensor
nach Anspruch 4, 7 oder 8, elektrisch gekoppelt mit einer An
ordnung mit wenigstens zwei Kapazitäten, deren gemeinsame
Elektrode (571) derart im Gummi des Protektors schwenkbar ist
und starr mit einem Stab (61) verbunden ist, der in ein Pro
filelement (14) hineinragt und mit Verformung des Profilele
ments verschwenkt wird, wodurch Kapazitätsveränderungen der
Kapazitäten (C1 und C2) als meß-sensitive Größen (Z1, Z2)
hervorgerufen werden. (Fig. 8)
21. In einem Reifen für ein System nach einem der Ansprüche
1 bis 6 mit einem Funksensor nach Anspruch 4, 7 oder 8 vorge
sehener Verformungssensor mit im Gummi eines Profilelements
(14) angeordneten druckabhängig elektrisch leitfähigen Ele
menten (572), die miteinander in Reihe geschaltet sind und
mit ihrem gemeinsamen Mittelanschluß und ihrem jeweiligen al
leinigen Anschluß als zwei Impedanzbelastungen mit dem Funk
sensor (10) verbunden sind. (Fig. 8b).
22. In einem Reifen für ein System nach einem der Ansprüche
1 bis 6 mit einem Funksensor nach Anspruch 4, 7 oder 8 vorge
sehener Verschleißsensor, der ein Widerstandselement (180)
aufweist, das mit Elektroden (179) kontaktiert und mit den
Anschlüssen (172, 172') für die meß-sensitive Impedanz im
Funksensor (10) angeschlossen ist, wobei das Widerstandsele
ment (180) im Profilelement (14) so positioniert ist, daß es
mit Abrieb des Profilelements derart verkleinert wird, daß
der zwischen den Elektroden (179) auftretende elektrische Wi
derstand ansteigt. (Fig. 8c)
23. In einem Reifen für ein System nach einem der Ansprüche
1 bis 6 mit einem Funksensor nach Anspruch 4, 7 oder 8 vor
gesehener Schwingungssensor mit einer seismischen Masse
(810), die mit einer Platte (811) verbunden ist, die die eine
Elektrode eines aus zwei Elektroden bestehenden Kondensators
ist, wobei zwischen diesen beiden Platten (811/812) in einem
elastisch (813) abgeschlossenen Volumen ein gelartiges Die
lektrikum (814) vorgesehen ist, wobei die elektrischen An
schlüsse dieser beiden als Kondensator wirkenden Platten mit
dem Anschluß (172, 172') für die Impedanzbelastung des Funk
sensors (10) verbunden sind. (Fig. 11)
24. In einem Reifen für ein System nach einem der Ansprüche
1 bis 6 mit einem Funksensor nach Anspruch 4, 7 oder 8, vor
gesehene Druckmeßeinrichtung mit einer Doppel-Meßdose. (Fig.
8d)
25. Auswertung des Sensorsignals einer Kraftschluß-Messung
in einem System nach einem der Ansprüche 1 bis 6 bzw. eines
Sensors/einer Einrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 21,
wobei die zwischen den bekannten Extremwerten (E1, E2)
auftretende Steigung und deren Veränderung als Maß für sich
ändernden Kraftschluß des Reifens (2) auf der Fahrbahn (3)
ausgewertet wird.
26. Auswertung des Sensorsignals einer Kraftschluß-Messung
in einem System nach einem der Ansprüche 1 bis 6 bzw. eines
Sensors/einer Einrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 21,
wobei eine mit abnehmendem Kraftschluß auftretende Stufe
(St) im an sich bekannten Kurvenverlauf (Fig. 1a) als Anzei
chen für beginnende Abnahme des Kraftschlusses (des Reibwer
tes) des Reifens (2) auf der Fahrbahn ausgewertet wird.
27. Auswertung des Sensorsignals einer Kraftschluß-Messung
in einem System nach einem der Ansprüche 1 bis 8 bzw. eines
Sensors/einer Einrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 21,
wobei der Verlauf der sich ergebenden Meßkurve nach Fig.
3 dahingehend ausgewertet wird, daß eine signifikante Ab
nahme des Wertes des Kraftflusses zwischen den beiden Null
durchgängen der Kurve als Maß für beginnende Minderung des
Kraftschlusses gewertet wird.
28. Verwendung eines einzelnen Funksensors (10) nach einem
der Ansprüche 3, 4, 7 oder 8 für die Funkübertragung der Meß
werte mehrerer verschiedener meßwert-sensitiver Impedan
zen/mehrerer Meßeinrichtungen.
29. Ausführen des Abfragens und Empfangs vom jeweiligen
Funksensor einer Meßeinrichtung zurückgefunkter Signale im
Zeitintervall der Rotation des Reifens (2), in dem sich die
Sensorantenne (100) und die Abfrageantenne (200) am nächsten
sind. (Fig. 12)
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