DE3709981A1 - Ueberwachungseinrichtung zur erfassung anomaler druckverhaeltnisse von fahrzeugreifen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Überwachungseinrichtung zur Er­ fassung anomaler Druckverhältnisse von Fahrzeugreifen sowie von Fahrwerkdefekten, insbesondere Stoßdämpferdefekten und Radlagerschäden, mit Vibrationsfühlern, von denen je einer am Fahrwerk in unmittelbarer Nähe eines zu überwachenden Rads stationär angeordnet ist, und mit einer das Signal der Vibrationsfühler verarbeitenden Auswerteschaltung, die im Stör­ fall ein Fehlersignal liefert.

Eine solche Überwachungseinrichtung ist aus der US-PS 35 26 873 bekannt. Als Vibrationsfühler dient hier ein Induktionselement mit einer Spule und einem axial beweglich darin gelagerten Magneten, der durch die Vibration des Fahrwerkes in Schwin­ gung versetzt wird. Die Amplitude dieser Schwingung hängt von der Vibrationsintensität des Fahrwerkes ab, die bei norma­ lem Reifendruck gering ist, und bei Reifenüberdruck und -unter­ druck ansteigt. Ein durch die Schwingung des Magneten in der Spule induziertes elektrisches Signal wird einer Schaltung überstellt, die für jeden Vibrationsfühler einen Schwellwertde­ tektor und eine Leuchtanzeige enthält. Letztere leuchtet zur Fehlermeldung auf, sobald der induzierte Signalpegel eine ein­ stellbar vorgegebene Schwelle überschreitet. Bei der Über­ wachungseinrichtung der US-PS 35 26 873 erfolgt eine Signalgabe allein in Abhängigkeit von der Vibrationsintensität des Fahr­ zeugaufbaus. Damit ist nur eine relativ grobe, wenig empfind­ liche Erfassung von Störfällen möglich, da Vibrationen durch die Rauigkeit der Fahrbahnoberfläche unvermeidlich auch im normalen Fahrbetrieb auftreten. Man kann die Schwelle, oberhalb derer eine Fehleranzeige erfolgt, also nicht beliebig niedrig wählen. Die Gefahr von Fehlanzeigen ist groß, und es bestehen nur ungenügende Möglichkeiten, zwischen verschiedenen Störur­ sachen zu unterscheiden und sich allmählich aufbauende Störungen zu erkennen.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine apparativ unaufwendige, Störfälle sicher und selektiv diskriminierende und kaum Fehl­ meldungen liefernde Überwachungseinrichtung anzugeben.

Diese Aufgabe wird bei einer Überwachungseinrichtung der genann­ ten Art dadurch gelöst, daß die Vibrationsfühler Körperschall­ mikrophone sind, und daß mit der Auswerteschaltung eine fre­ quenzabhängige Signalumsetzung erfolgt.

Körperschallmikrophone sind in der Fahrzeugtechnik als Klopf­ sensoren für Verbrennungsmotoren bekannt. Sie können durch Modifikationen für die erfindungsgemäße Erfassung von Vibrationen des Fahrwerkes verwendet werden. Auch geeignete Signaleingangsstufen für die Auswerteschaltung stehen zur Verfügung, so daß die Überwachungseinrichtung unaufwendig im Aufbau und kostengünstig ist. Das Frequenzspektrum der er­ haltenden Signale ist nach den Feststellungen der Erfindung höchst aussagekräftig für eine Unterscheidung zwischen normalem Fahrbetrieb und Störfällen. Durch die vorgesehene frequenzab­ hängige Signalumsetzung ist so eine sehr empfindliche, sichere Erkennung der Störfälle und eine Unterscheidung der Störursachen möglich. Beispielsweise kann dem Fahrer zur Anzeige gebracht werden, ob ein Druckverlust am Reifen, ein Radlagerschaden oder ein Stoßdämpferdefekt vorliegt. Die hohe Empfindlichkeit der erfindungsgemäßen Überwachungseinrichtung ist besonders mit Blick auf moderne Bereifungen von Vorteil, die bei einem Druckverlust so gute Notlaufeigenschaften haben, daß die Panne vom Fahrer bei Geradeausfahrt kaum an einer Änderung des Fahr­ verhaltens festzustellen ist, während es in Kurven leicht zu Gefährdungssituationen kommt. Diese können mit der erfindungs­ gemäßen Überwachungseinrichtung vermieden werden, wodurch man erheblich an Fahrsicherheit gewinnt.

Zur frequenzabhängigen Signalumsetzung kann die erfindungsge­ mäß vorgesehene Auswerteschaltung einen oder mehrere Frequenz­ messer oder Frequenzanalysatoren enthalten. Alternativ oder zusätzlich können ein oder mehrere frequenzselektive Filter vorgesehen sein, denen vorzugsweise jeweils ein Integrator nachgeschaltet ist. Man erhält so mit gutem Signal zu Rausch- Verhältnis eine aussagekräftige Frequenzinformation.

Es liegt im Rahmen der Erfindung, neben der Frequenz der Körper­ schallmikrophonsignale auch deren Intensität auszuwerten, was anhand der Signalamplitude geschehen kann. Hierdurch lassen sich zusätzliche Informationen gewinnen und Störfälle noch sicherer erkennen.

Die Auswerteschaltung kann mehrkanalig mit einer der Anzahl von Körperschallmikrophonen entsprechenden Zahl paralleler, gleich aufgebauter Kanäle ausgelegt sein. Die Mikrophone werden an den Eingang je eines der Kanäle angeschlossen, und es erfolgt eine parallele, synchrone Signalerfassung und -umsetzung zumin­ dest in einer Eingangsstufe der Auswerteschaltung. Diese Anord­ nung ermöglicht bei schaltungstechnisch einfachem Aufbau eine schnelle Signalumsetzung. Sie kann außerdem mit einer gewissen Redundanz ausgelegt sein, derart, daß man bei Funktionsstörungen auf Reservekanäle zurückgreifen kann. Andererseits ist aber auch ein einkanaliger Aufbau der Auswerteschaltung und ein Umsetzen der Körperschallmikrophonsignale im Multiplexbetrieb möglich. Eine solche Auswerteschaltung läßt sich mit extrem wenigen Einzelteilen aufbauen.

Die Frequenzanalyse und weitere Signalumsetzung erfolgt vorzugs­ weise digital. Es kann insofern ein programmierbarer Mikropro­ zessor zum Einsatz kommen, wie er für andere Überwachungs- Steuer- und Regelaufgaben in der Fahrzeugtechnik bekannt ist und bei einem mit der Überwachungseinrichtung auszurüstenden Fahrzeug eventuell bereits zur Verfügung steht. Die Integration der Überwachungseinrichtung in die übrige Fahrzeugelektronik gestaltet sich dann besonders einfach. Die Mikroprozessortechnik ermöglicht es, wesentliche Teile der Fehlererkennung in Pro­ grammen durchzuführen, die sich für verschiedene Fahrzeugtypen und Bereifungen vergleichsweise unaufwendig erstellen, modifi­ ziern und laufend verbessern lassen.

Die Erfindung wird im folgenden anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Die Zeich­ nung zeigt ein Kraftfahrzeug mit einer schematisch dargestellten Überwachungseinrichtung für den Reifendruck u. a.

Das Kraftfahrzeug 10 ist in Draufsicht von oben gezeigt. Es hat vier Räder 12 mit Gummireifen. Einzelheiten der Zeichnung zeigen einen intakten Vorderreifen 14 und einen Hinterreifen 16, der sich in einem drucklosen Zustand befindet.

In unmittelbarer Nachbarschaft der Räder 12 sind Körperschall­ mikrophone 18 stationär am Fahrwerk angebracht. Jedem der Räder 12 ist ein Körperschallmikrophon 18 zugeordnet. Die Körperschallmikrophone 18 erfassen Vibrationen, die durch den Radlauf auf das Fahrwerk übertragen werden. Die Funktion der erfindungsgemäßen Überwachungseinrichtung beruht auf der Tatsache, daß sich das Frequenzspektrum dieser Vibrationen ändert, wenn bestimmte Störfälle eintreten. Das ist insbesondere bei anomalen Druckverhältnissen im Fahrzeugreifen der Fall. Ein Druckabfall kann ebenso diskriminiert werden, wie ein uner­ wünschter Reifenüberdruck. Darüber hinaus haben auch andere Defekte einen Einfluß auf das von den Körperschallmikrophonen 18 erfaßte Vibrationsspektrum. Insbesondere ist hier an Stoßdämpfer­ defekte und Radlagerschäden zu denken.

Das von den Körperschallmikrophonen 18 aufgenommene Signal wird über elektrische Leitungen 20 einer Auswerteschaltung 22 überstellt. Die Auswerteschaltung 22 ist in der Eingangsstufe mehrkanalig ausgelegt, wobei die Zahl der Kanäle der Anzahl der vorhandenen Körperschallmikrophone 18 entspricht. Die Kanäle sind im Aufbau gleich. Jedes der Körperschallmikrophone 18 ist an den Eingang eines der Kanäle angeschlossen, und es er­ folgt eine seperate, parallele Umsetzung der von dem Körper­ schallmikrophon 18 gelieferten Signale.

Die Signale werden zunächst an einem Mehrkanalverstärker 24 verstärkt. Sie passieren dann ein ebenfalls mehrkanalig ausge­ legtes, frequenzselektives Filter 26. Die gefilterten Signale werden auf einen Mehrkanal-Integrator 28 gegeben. Von dort gelangen die integrierten Signale an einen mehrkanalig aufgebau­ ten Analog-Digital-Wandler 30, der die digitalisierten Signale der Zentraleinheit 32 eines Mikroprozessors überstellt.

Der Mikroprozessor ist programmierbar. Mit ihm wird eine mehr­ kanalige digitale Frequenzanalyse durchgeführt, wobei das Fre­ quenzspektrum anhand vorgegebener Erkennungsroutinen behandelt wird. Die von den einzelnen Körperschallmikrophonen 18 gelie­ ferten Frequenzspektren können dabei sowohl miteinander, als auch mit vorgegebenen Normspektren verglichen werden, um für Störfälle charakteristische Abweichungen zu erkennen. Insbesondere können so Reifenpannen, Radlagerschäden, Stoßdämpferdefekte, aber auch durch Verschleiß sich allmählich aufbauende Fahrwerk­ schäden erfaßt und dem Fahrer zur Anzeige gebracht werden. Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel steuert der Mikropro­ zessor im Fall einer Reifenpanne eine Pannenindikatorlampe 34 an, die am Armaturenbrett des Fahrzeugs 10 vorgesehen ist.

Die Pannenanzeige ist besonders bei modernen Bereifungen von Bedeutung, die bei einem Druckabfall im Reifen so gute Notlauf­ eigenschaften haben, daß die Panne vom Fahrer bei Geradeausfahrt kaum festzustellen ist, während es bei Kurvenfahrt schnell zu kritischen Fahrsituationen kommt. Die erfindungsgemäße Über­ wachungseinrichtung ist in der Lage, auch bei Reifen mit guten Notlaufeigenschaften Pannen schnell und sicher zu erkennen. Der Aufbau der Überwachungseinrichtung ist dabei vergleichs­ weise einfach. Es sind keine Sensorelemente am rotierenden Rad 12 erforderlich, und auch die Bereifung braucht nicht in irgendeiner Weise modifiziert zu werden. Die als Vibrations­ sensoren am angebrachten Körperschallmikrophone sind handelsüblich. Es können Körperschallmikrophone zum Einsatz kommen, wie sie ähnlich als Klopfsensoren für Verbrennungskraftmaschinen bekannt sind. Neben der Überwachung des Reifendrucks können die in unmittelbarer Nachbarschaft der Räder, und insbesondere an der Radaufhängung angebrachten Körperschallmikrophone auch im Zusammenhang mit einer aktiven Fahrwerksteuerung Verwendung finden. Schließlich macht die Erfindung im vorteilhafterweise von den vielfältigen Möglichkeiten der digitalen Mikroprozessor­ technik Gebrauch.

• Liste der Bezugszeichen 10 Kraftfahrzeug
  12 Rad
  14 Vorderreifen
  16 Hinterreifen
  18 Körperschallmikrophon
  20 Leitung
  22 Auswerteschaltung
  24 Verstärker
  26 Filter
  28  Integrator
  30 A/D-Wandler
  32 CPU
  34 Pannenindikatorlampe

Claims (8)

1. Überwachungseinrichtung zur Erfassung anomaler Druckverhält­ nisse von Fahrzeugreifen sowie von Fahrwerkdefekten, insbe­ sondere Stoßdämpferdefekten und Radlagerschäden, mit Vibra­ tionsfühlern, von denen je einer am Fahrwerk in un­ mittelbarer Nähe eines zu überwachenden Rads stationar ange­ ordnet ist, und mit einer das Signal der Vibrationsfühler verarbeitenden Auswerteschaltung, die im Störfall ein Fehler­ signal liefert, dadurch gekennzeichnet, daß die Vibrationsfühler Körperschallmikrophone (18) sind, und daß mit der Auswerteschaltung (22) eine frequenzabhängige Signalumsetzung erfolgt.

2.Überwachungseinrichtung nach Anspruch 1, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Auswerteschaltung (22) wenigstens einen Frequenzmesser oder Frequenzanalysator enthält.

3. Überwachungseinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Auswerteschaltung (22) wenigstens ein frequenzselektives Filter (26) enthält.

4. Überwachungseinrichtung nach einem der Anprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß dem Filter (26) ein Integrator (28) nachgeschaltet ist.

5. Überwachungseinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß mit der Aus­ werteschaltung (22) eine Frequenz und Intensität der Körper­ schallmikrophonsignale berücksichtigende Signalverarbeitung erfolgt.

6. Überwachungseinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Auswerte­ schaltung (22) mehrkanalig mit einer der Anzahl von Körper­ schallmikrophonen (18) entsprechenden Zahl paralleler, gleich aufgebauter Kanäle ausgelegt ist.

7. Überwachungseinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Auswerte­ schaltung (22) einkanalig ausgelegt ist und die Körperschall­ mikrophonsignale im Multiplex-Betrieb umsetzt.

8. Überwachungseinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Frequenzana­ lyse und weitere Signalumsetzung digital erfolgt, insbeson­ dere mittels eines Mikroprozessors.