DE3916176A1 - Verfahren und vorrichtung zum ueberwachen des luftdruckes luftbereifter fahrzeugraeder - Google Patents
Verfahren und vorrichtung zum ueberwachen des luftdruckes luftbereifter fahrzeugraederInfo
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Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Überwachen des
Luftdruckes luftbereifter Fahrzeugräder nach dem
Oberbegriff des Patentanspruchs 1 und eine Vorrichtung
zur Durchführung des Verfahrens.
Bei einem aus der EP-PS 1 97 813 bekannten Verfahren
dieser Art wird die radiale Reifeneindrückung mit Hilfe
von Schallwellen gemessen, die bevorzugt im
ultraschallnahen Bereich liegen, und der Prozentsatz der
Reifeneindrückung berechnet und mit einem Grenzwert
verglichen, von dem ab die Gefahr besteht, daß der
Reifen platzt. Eine akustische oder optische
Warneinrichtung kann vorgesehen sein, die den Fahrer des
Fahrzeugs über den Füllungszustand jedes Reifens
unterrichtet.
Eine andere Grenzwert-Überwachung, die mit Ultraschall
arbeitet, jedoch nicht die Reifeneindrückung im Inneren
des Reifens erfaßt, sondern an der Reifenaußenseite
wirkt, ist aus der DE-OS 29 25 130 bekannt.
Der Erfindung liegt in erster Linie die Aufgabe
zugrunde, ein Verfahren der eingangs genannten Art
anzugeben, das eine Warnung bei zu niedrigem oder zu
hohem Luftdruck in dem Reifen bzw. zu großer Achslast,
also nach Überschreiten eines Grenzwertes, liefern kann,
das aber nicht auf diese Warnfunktion beschränkt ist,
sondern vor allem geeignet ist, bei jedem
Betriebszustand eine Information über die
Reifeneindrückung zur Verfügung zu stellen. Außerdem
soll mit der Erfindung eine Vorrichtung zur Durchführung
des Verfahrens geschaffen werden.
Die Lösung dieser das Verfahren betreffenden Aufgabe ist
in dem kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 1
angegeben. Durch sie wird in einfacher Weise erreicht,
daß bei verhältnismäßig geringem Energieaufwand mit nur
einer Meßgröße der Betriebszustand des Reifens mit
großer Genauigkeit, zuverlässig und schnell über seinen
gesamten Einsatzbereich hinweg erfaßt werden kann. Ein
dem jeweiligen Ausmaß der Reifeneindrückung
entsprechender Wert kann dem Fahrer des Fahrzeugs
angezeigt werden. Es ist jedoch auch möglich, die
Anzeige auf ein Überschreiten eines vorgegebenen
Grenzwertes zu beschränken.
Nach der Erfindung kann das Ausmaß der radialen Reifen
eindrückung, das sowohl von dem Reifenluftdruck als auch
von der Radlast abhängt, als Ausgangsgröße für eine
Reifenluftdruckregelung dienen. Bei einer derartigen
Regelung ist es besonders vorteilhaft, wenn die
Fahrgeschwindigkeit als weitere Ausgangsgröße für die
Höhe des Reifenluftdrucks mit berücksichtigt wird.
Für die Messung der Fahrgeschwindigkeit kann die Anzahl
der Reifeneindrückungen eines bestimmten Ortes des
Laufstreifens des Reifens je Zeiteinheit oder die
Zeitdauer zwischen aufeinanderfolgenden
Reifeneindrückungen eines bestimmten Ortes des
Laufstreifens des Reifens benutzt werden. Dies
ermöglicht, mit ein und demselben Meßvorgang innerhalb
des Reifens die für die Reifenluftdruckregelung
wesentlichen Ausgangsgrößen Reifeneindrückung und
Fahrgeschwindigkeit zu ermitteln.
Damit kann der Reifenluftdruck in Abhängigkeit von der
Belastung und der Fahrgeschwindigkeit und damit in
Abhängigkeit von der Walkarbeit des Reifens laufend
derart eingestellt werden, daß sich ein optimaler
Betriebszustand des Reifens ergibt.
Insbesondere für Fahrzeugräder, beispielsweise solche
für Personenkraftwagen, die für höhere Fahrgeschwindig
keiten bestimmt sind, ist die erfindungsgemäße
berührungslose Abstandsmessung vorteilhaft. Diese kann
in unterschiedlicher Weise realisiert werden.
Beispielsweise können geringe Energie erfordernde
Laserstrahlung und diverse optische Meßverfahren
eingesetzt werden. Besonders vorteilhaft ist der Einsatz
eines optischen Triangulationsverfahrens, das mit
einfachen Mitteln genaue Meßwerte liefert.
Die Lösung der die Vorrichtung betreffenden Aufgabe ist
in dem kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 11
angegeben. Durch sie wird erreicht, daß der radiale
Abstand des Laufstreifens des Reifens von der Felge über
den gesamten Bereich der in radialer Richtung möglichen
Deformation des Laufstreifens mit einfachen Mitteln
erfaßt werden kann. Das nach der Erfindung eingesetzte
Abstandsmeßgerät kann klein gehalten sein und braucht
nur eine geringe Masse aufzuweisen.
Dadurch, daß die Vorrichtung derart ausgebildet ist, daß
mit dem Abstandsmeßgerät der Abstand des Laufstreifens
des Reifens von der Felge sowohl in dem Bereich der
Reifeneindrückung als auch außerhalb dieses Bereiches
erfaßbar ist, ist die Festlegung einer Referenzgröße und
eine Differenzbildung möglich. Dies macht eine Absolut
eichung der Vorrichtung entbehrlich.
Ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Vorrich
tung ist in der Zeichnung schematisch dargestellt, und
zwar zeigt die einzige Figur den unteren Teil eines
Fahrzeugrades in Seitenansicht zum Teil im Schnitt.
Ein Fahrzeugrad 1 weist eine Felge 2 und einen auf
dieser montierten Reifen 3 auf. Der Laufstreifen 4 des
Reifens 3, der an seiner Außenseite die auf der Fahrbahn
aufruhende Lauffläche aufweist, verformt sich unter der
Wirkung der Radlast an der Aufstandsstelle, wie es durch
die gestrichelte Linie 5 angedeutet ist. Diese Reifen
eindrückung kann je nach der Höhe des Reifenluftdrucks
und der Größe der Radlast unterschiedlich stark ausge
prägt sein.
An der Felge 2 ist ein Abstandsmeßgerät 6 befestigt, das
einen Sender für Laserstrahlen aufweist. Der
verhältnismäßig wenig Energie benötigende Sender ist
zumindest annähernd in radialer Richtung ausgerichtet
und kann einen Laserstrahl 7 radial nach außen auf die
Innenseite des Laufstreifens 4 des Reifens 3 aussenden.
Die Reifeninnenseite ist ein diffuser Reflektor. Von der
von ihr reflektierten Laserstrahlung kann ein Teil von
einem Empfänger aufgenommen werden, der ebenfalls in dem
Abstandsmeßgerät 6 angeordnet ist. Zwischen dem Sender
und dem Empfänger ist ein Abstand in Umfangsrichtung
vorhanden. Diese Meßanordnung ermöglicht eine
Triangulationsmessung hoher Genauigkeit. Reflektierte
Strahlung 8, die von dem Umfangsbereich des
Laufstreifens 4 aus, der sich außerhalb des Bereichs der
Reifeneindrückung in der Normallage befindet, zu dem
Empfänger gelangt, weist einen anderen Strahlengang als
die reflektierte Strahlung 9 auf, die von dem
Umfangsbereich des Laufstreifens 4 in dem Bereich der
Reifeneindrückung zu dem Empfänger gelangt. Der
jeweilige Reflexionswinkel ist zu dem Abstand zwischen
dem Abstandsmeßgerät 6 und dem Meßobjekt Laufstreifen 4
proportional. Die Abweichung 10 der Richtungen der
reflektierten Strahlungen 8, 9 voneinander kann in dem
Abstandsmeßgerät 6 festgestellt und als Meßwert für das
Ausmaß der radialen Reifeneindrückung 11 verwertet
werden.
Die genau radiale Ausrichtung des von dem Sender
ausgehenden Strahls führt in einfacher Weise zu
besonders genauen Meßergebnissen. Die Halbierende des
Winkels, der von dem Senderstrahl und von dem von dem
Empfänger empfangenen Strahl reflektierter Energie des
Senders eingeschlossen ist, führt bei dieser Anordnung
stets mit erheblichem Abstand an der Achse des
Fahrzeugrades vorbei.
Der Meßbereich des Abstandsmeßgerätes 6 reicht zumindest
annähernd über den gesamten radialen Bereich zwischen
dem größtmöglichen und dem kleinstmöglichen Abstand des
Laufstreifens 4 von der Felge 2. Mit dem
Abstandsmeßgerät 6 kann sowohl der Abstand des
Laufstreifens 4 von der Felge 2 in dem Umfangsbereich
der Reifeneindrückung 11 als auch außerhalb dieses
Bereiches erfaßt werden. Durch Differenzbildung kann die
radiale Reifeneindrückung 11 ermittelt werden, ohne daß
es einer Absoluteichung des Abstandsmeßgerätes 6 auf die
konkreten Einsatzbedingungen bedarf. Aus der Messung
kann demnach sehr einfach abgeleitet werden, ob der
Reifenluftdruck unverändert beibehalten werden kann oder
erhöht oder erniedrigt werden muß. Eine entsprechende
Anzeige an der Armaturentafel des Fahrzeugs ist ohne
weiteres möglich. Eine Änderung des Reifenluftdrucks
kann bei stehendem Fahrzeug oder während der Fahrt
erfolgen. Sie kann sowohl willkürlich von Hand oder
selbsttätig bewirkt werden. Besonders vorteilhaft ist
es, eine fahrzeugeigene Reifenluftdruckregelung
vorzusehen, die die Höhe des Reifenluftdruckes aufgrund
der Meßwerte des Abstandsmeßgeräts 6 selbsttätig auf
vorgegebene Werte einstellt. Eine derartige
Regeleinrichtung kann eine elektronische Rechen- und
Steuereinheit aufweisen.
Durch Berücksichtigung der Zeitdauer zwischen den
einzelnen durch eine Reifeneindrückung an einer
bestimmten Umfangsstelle des Laufstreifens 4 ausgelösten
Meßimpulsen bzw. aus der Anzahl der Meßimpulse pro
Zeiteinheit kann die Fahrgeschwindigkeit ermittelt
werden. Damit kann als Maß für die Walkarbeit des
Reifens mit ein und demselben Sensor, nämlich dem
Abstandsmeßgerät 6, die Reifeneindrückung und die
Fahrgeschwindigkeit erfaßt werden. Die
Fahrgeschwindigkeit kann als weitere Ausgangsgröße für
die Entscheidung, ob der Reifenluftdruck erhöht oder
herabgesetzt oder beibehalten werden soll, benutzt
werden. Dies ist insbesondere bei Fahrzeugen,
beispielsweise Personenkraftwagen, vorteilhaft, mit
denen höhere Fahrgeschwindigkeiten erzielt werden
können. Bei derartigen Fahrzeugen ist es besonders
günstig, eine beispielsweise elektronisch gesteuerte
Reifenluftdruckregelung vorzusehen, damit der
Reifenluftdruck selbsttätig schnell den sich unter
Umständen schnell ändernden jeweiligen
Betriebsbedingungen entsprechend eingestellt werden
kann.
Das Abstandsmeßgerät braucht nur geringe Abmessungen
aufzuweisen und kann in die Felge eingelassen angeordnet
sein, so daß es nicht über die Felgenhörner hinausragt
und demgemäß selbst bei völlig plattem Reifen nicht mit
dem Laufstreifen in Berührung kommen kann. Es kann
einfach und robust ausgebildet sein und braucht nur eine
geringe Masse aufzuweisen, so daß es insbesondere für
höhere Fahrgeschwindigkeiten geeignet ist.
Um Änderungen des Sturzes des Fahrzeugrades zu berück
sichtigen, ist der Meßort an der Reifeninnenseite aus
der Reifenmitte heraus in axialer Richtung zur Radinnen
seite hin verlegt angeordnet, kann aber in Abweichung
hiervon in der Mitte des Laufstreifens oder axial weiter
außen angeordnet sein.
Statt des Triangulationsverfahrens kann ein anderes
Abstandsmeßverfahren eingesetzt werden. Ferner kann
statt der Laserstrahlung eine andere optische oder
sonstige elektromagnetische Strahlung mit einer
zumindest annähernd in dem Bereich de sichtbaren Lichts
liegenden Wellenlänge verwendet werden. Der Sender des
Abstandsmeßgeräts kann elektromagnetische Strahlung
kontinuierlich oder intermittierend ausstrahlen.
Mit der Erfindung wird es möglich, luftbereifte Fahr
zeugräder mit geringem Aufwand sicher zu überwachen.
Dabei können kurze Meßzeiten realisiert werden, was
insbesondere für höhere Fahrgeschwindigkeiten vorteil
haft ist. Die Meßdaten, die Informationen über den den
Reifen tatsächlich belastenden Parameter, nämlich die
Walkarbeit, liefern, können als Ausgangsgrößen für eine
Reifenluftdruckregelung benutzt werden.
Bezugszeichenliste
1 Fahrzeugrad
2 Felge
3 Reifen
4 Laufstreifen
5 Linie
6 Abstandsmeßgerät
7 Laserstrahl
8 reflektierte Strahlung (Normallage)
9 reflektierte Strahlung (Reifeneindrückung)
10 Abweichung
11 radiale Reifeneindrückung
2 Felge
3 Reifen
4 Laufstreifen
5 Linie
6 Abstandsmeßgerät
7 Laserstrahl
8 reflektierte Strahlung (Normallage)
9 reflektierte Strahlung (Reifeneindrückung)
10 Abweichung
11 radiale Reifeneindrückung
Claims (16)
1. Verfahren zum Überwachen des Luftdruckes
luftbereifter Fahrzeugräder, bei dem der Abstand
der Felge des Fahrzeugrades von dem Laufstreifen
des auf der Felge montierten Reifens in dem
Druckluftraum des Reifens in dem Umfangsbereich der
durch die Radlast hervorgerufenen Reifeneindrückung
und in wenigstens einem Umfangsbereich außerhalb
der Reifeneindrückung dadurch jeweils berührungslos
gemessen wird, daß Energie von der Felge aus
wenigstens annähernd radial nach außen abgestrahlt,
abgestrahlte und von dem Laufstreifen des Reifens
reflektierte Energie an der Felge empfangen, der
empfangenen Energie aus dem Umfangsbereich der
Reifeneindrückung bzw. außerhalb der
Reifeneindrückung entsprechende Werte erfaßt und
durch Differenzbildung die Größe der radialen
Reifeneindrückung ermittelt wird,
dadurch gekennzeichnet,
daß als Energie elektromagnetische Strahlung mit
einer zumindest annähernd in dem Bereich des
sichtbaren Lichts liegenden Wellenlänge verwendet
und ein Dreiecksmeßverfahren benutzt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß als elektromagnetische Strahlung Laserstrahlung
verwendet wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch
gekennzeichnet, daß als Dreiecksmeßverfahren das
Triangulationsverfahren benutzt wird.
4. Verfahren nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch
gekennzeichnet, daß von der reflektierten
elektromagnetischen Strahlung ein derartiger
Anteil für den Empfang an der Felge verwendet wird,
daß die Halbierende des von der abgestrahlten und
von der reflektierten Strahlung eingeschlossenen
Winkels mit Abstand an der Felgenachse vorbeiführt.
5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet,
daß die elektromagnetische Strahlung in radialer
Richtung abgestrahlt wird.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch
gekennzeichnet, daß die elektromagnetische
Strahlung zu der Felgenebene geneigt abgestrahlt
wird.
7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet,
daß die elektromagnetische Strahlung zu der
Innenseite eines seitlichen Fahrzeugrades hin
geneigt abgestrahlt wird.
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch
gekennzeichnet, daß zur selbsttätigen
Reifenluftdruckregelung die Fahrgeschwindigkeit
gemessen und der Istwert der radialen
Reifeneindrückung mit einem in Abhängigkeit von der
Fahrgeschwindigkeit veränderlichen Sollwert
verglichen und bei unzulässiger Abweichung des
Istwertes von dem Sollwert der Reifenluftdruck im
Sinne einer Angleichung des Istwertes an den
Sollwert verändert wird.
9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet,
daß zur Messung der Fahrgeschwindigkeit die Anzahl
der Reifeneindrückungen eines bestimmten Ortes des
Laufstreifens des Reifens je Zeiteinheit erfaßt
wird.
10. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet,
daß zur Messung der Fahrgeschwindigkeit die
Zeitdauer zwischen aufeinanderfolgenden
Reifeneindrückungen eines bestimmten Ortes des
Laufsteifens des Reifens gemessen wird.
11. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahren nach
einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch
gekennzeichnet, daß an der Felge (2) zumindest ein
nach dem Reflexionsprinzip arbeitendes
Abstandsmeßgerät (6) angeordnet ist, das einen
Sender und einen Empfänger aufweist, von denen der
Sender in den von dem Reifen (3) umschlossenen
Druckluftraum gerichtet, auf den Laufstreifen (4)
des Reifens (3) zu ausgerichtet und als optischer
Strahler ausgebildet ist und der Empfänger quer zu
der Strahlrichtung des Senders mit Abstand von
diesem angeordnet und als optischer Empfänger für
von dem Laufstreifen (4) des Reifens (3)
reflektierte elektromagnetische Strahlung des
Senders ausgebildet ist.
12. Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch
gekennzeichnet, daß der Sender und der Empfänger
für Laserstrahlung ausgebildet sind.
13. Vorrichtung nach Anspruch 11 oder 12, dadurch
gekennzeichnet, daß der Sender und der Empfänger
derart ausgerichtet sind, daß sich in bezug auf den
Felgenhalbmesser, der den Auftreffort der von dem
Sender abgestrahlten elektromagnetischen Strahlung
auf dem Laufstreifen (4) des Reifens (3) schneidet,
ein asymmetrischer Strahlengang ergibt.
14. Vorrichtung nach Anspruch 13, dadurch
gekennzeichnet, daß der Sender radial ausgerichtet
ist.
15. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 11 bis 14,
dadurch gekennzeichnet, daß der Sender zu der
Felgenebene geneigt ausgerichtet ist.
16. Vorrichtung nach Anspruch 15, dadurch
gekennzeichnet, daß der Sender zu der Innenseite
eines seitlichen Fahrzeugrades hin geneigt
ausgerichtet ist.
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Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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