DE3916176C2 - Verfahren zum Überwachen des Luftdrucks luftbereifter Fahrzeugräder - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Überwachen des Luftdrucks luftbereifter Fahrzeugräder.

Bei einem aus der EP 0 197 813 B1 bekannten Verfahren dieser Art wird die radiale Reifeneindrückung mit Hilfe von Schallwellen gemessen, die bevorzugt im ultra­ schallnahen 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 29 25 130 A1 bekannt.

Aus der US 4,180,794 ist ein Verfahren zum Überwachen des Luftdrucks luftbe­ reifter Fahrzeugräder bekannt, bei dem ein außerhalb des Rads angeordnetes Meßgerät über einen Lichtleiter ein Lichtsignal in das Innere des Reifens einkoppelt und nach Reflexion an der Laufbahn des Reifens mit einem ebenfalls innerhalb des Reifens angeordneten Empfänger aufnimmt und über einen Lichtleiter zum Meßgerät zurückführt. Die Intensität des mit dem Empfänger aufgenommenen re­ flektierten Lichtsignals ist abhängig vom Abstand der Laufbahn vom Sender und Empfänger und damit ein Maß für den Reifenluftdruck. Bei den Verfahren ist eine aufwendige Lichtein- und Auskopplung in den Reifen hinein und aus diesem her­ aus erforderlich. Bedingt durch die langen Lichtleitungswege ist das Verfahren er­ heblichen Störungen unterworfen und aufgrund seiner Arbeitsweise ungenau.

Aus der US 4,724,704 ist es bekannt, die Außenkontur eines Reifens optisch mittels eines Lasers zu vermessen. Bei einem Druckverlust ändert sich diese signifikant und ermöglicht eine Anzeige. Da die Außenkontur stark von der Rotationsgeschwindigkeit des Rades abhängt, ist auch dieses Verfahren sehr ungenau.

Die DE 33 08 080 A1 zeigt eine Vorrichtung zur gegenseitigen Anpassung von Reifendruck und Fahrzeuggeschwindigkeit. Dabei wird mit Hilfe von Drucksensoren innerhalb der Reifen der Reifendruck bestimmt und mit Hilfe eines Steuergeräts der Reifendruck entsprechend der Fahrgeschwindigkeit nachgeregelt.

Im Rahmen eines Antiblockierregelsystems ist es bekannt (DE 36 30 116 A1), den Luftdruck in den Rädern zu überwachen, indem die Radgeschwindigkeitssignale miteinander verglichen werden. Weicht eines davon eine längere Zeit von den an­ deren nach oben ab, so wird dies als Druckverlust in dem Rad gewertet und ange­ zeigt.

Schließlich ist aus einem Prospekt OPTOCATOR der Firma Selcom Meßsysteme GmbH in Göttingen ein Meßsystem zur berührungslosen Abstands- und Dickenmessung mit Hilfe eines Triangulations­ verfahrens bekannt. Als Anwendungsgebiet wird zwar allgemein auch die Auto­ mobilindustrie genannt, doch ergibt sich daraus kein Hinweis auf die Anwendung im Rahmen eines Verfahrens, bei dem innerhalb eines Reifens auf optischem Wege der Reifenluftdruck und insbesondere dessen Verringerung bestimmt werden.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der ein­ gangs genannten Art so weiterzuentwickeln, daß auf sichere und zuverlässige Weise eine genaue Bestimmung des Reifenluftdrucks und insbesondere eines Druckver­ lustes in einem Rad möglich ist.

Die Lösung der das Verfahren betreffenden Aufgabe ist im Patentanspruch 1 angegeben. Durch die aufgeführten Merkmale wird in einfacher Weise erreicht, daß bei verhältnismäßig geringem Energieaufwand mit nur einer Meßgröße der Be­ triebszustand des Reifens mit großer Genauigkeit, zuverlässig und schnell über den gesamten Einsatzbereich hinweg erfaßt wird. Ein dem jeweiligen Ausmaß der Reifeneindrückung entsprechender Wert kann dem Fahrer des Fahrzeugs ange­ zeigt 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.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung 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 Laserstrahls 7 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 3 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 6 braucht nur geringe Abmessungen aufzuweisen und kann in die Felge 2 eingelassen angeordnet sein, so daß es nicht über die Felgenhörner hinausragt und demgemäß selbst bei völlig plattem Reifen 3 nicht mit dem Laufstreifen 6 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 4 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 des sichtbaren Lichts liegenden Wellenlänge verwendet werden. Der Sender des Abstandsmeßgeräts 6 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.

Claims (10)

1. Verfahren zum Überwachen des Luftdruckes luftbereifter Fahrzeugräder, bei dem

• - zur Ermittlung einer durch die Radlast hervorgerufenen Reifenein­ drückung zunächst,
• - der Abstand der Felge des Fahrzeugrades von einem Laufstreifen eines auf der Felge montierten Reifens und
• - der Abstand der Felge von einem Umfangsbereich außerhalb des durch die Reifeneindrückung verformten Laufstreifens,
• - jeweils mittels eines Dreiecksmeßverfahrens berührungslos gemessen werden,
• - wobei eine elektromagnetische Strahlung mit einer annähernd in dem Bereich des sichtbaren Lichts liegenden Wel­ lenlänge von der Felge aus annähernd radial nach außen abgestrahlt wird,
• - wobei eine von dem Laufstreifen des Reifens und von dem Umfangsbereich außerhalb des Laufstreifens reflektierte Strahlung jeweils an der Felge empfangen wird und
• - wobei schließlich durch Differenzbildung der jeweils empfangenen Strahlung die Größe der radialen Reifeneindrückung ermittelt und damit der Luftdruck überwacht 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 Laufstreifens des Reifens gemessen wird.