DE69300076T2

DE69300076T2 - Verfahren und Vorrichtung zur Verschleisspotentialerfassung an Reifenlaufflächen.

Info

Publication number: DE69300076T2
Application number: DE69300076T
Authority: DE
Inventors: Vladimir Roth; John L Turner; Stephen M Vossberg
Original assignee: Bridgestone Corp
Current assignee: Bridgestone Corp
Priority date: 1992-07-14
Filing date: 1993-07-02
Publication date: 1995-06-29
Anticipated expiration: 2013-07-03
Also published as: EP0579054A2; ES2068724T3; JP3602556B2; US5357799A; JPH06156020A; DE69300076D1; CA2100385A1; EP0579054B1; EP0579054A3

Description

TECHNISCHES GEBIET

Die vorliegende Erfindung liegt auf dem Gebiet technischer Verfahren und Vorrichtungen zum Analysieren von Reifenlaufflächen zur Erfassung deren Verschleißpotentials. Insbesondere bezieht sich die Erfindung auf ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Herstellen solcher Erfassungen, ohne den Reifen zu berühren und trotzdem Daten von ihm zu erhalten. Insbesondere richtet sich die Erfindung auf ein Verfahren und eine Vorrichtung zur gleichzeitigen Erfassung von Schlupf und der Normalkraft zwischen einer Tragfläche und einem definierten Bereich auf der Reifenlauffläche und zum Einschätzen der Verschleißneigung als Funktion des Ergebnisses von solchem Schlupf und solcher Kraft.

HINTERGRUND DES STANDES DER TECHNIK

Es ist gut bekannt, daß der Reifenverschleiß bzw. seine Abnutzung eine Funktion der Reibungsarbeit zwischen dem Reifen und einer Tragfläche sind, wenn die beiden in Reibungskontakt miteinander stehen. Es ist weiter bekannt, daß der Reifenverschleiß an einer besonderen Stelle proportional zu solcher Reibungsarbeit nach der Formel W = uNs ist, wobei w = Reibungsarbeit, u = Reibungskoeffizient zwischen Reifen und der Tragfläche, N = Normalkraft zwischen dem Reifen und der Tragfläche an der interessierenden Stelle und s = Schlupf zwischen dem Reifen und der Tragfläche an der interessierenden Stelle. Dementsprechend ist die Reifenabnutzung oder der Verschleiß an einer vorgegebenen Stelle eine direkte Funktion des Produktes von N (Normalkraft) und s (Schlupf) an dieser Stelle.
Mit dem Wissen des Vorstehenden kann man analytisch die Neigung eines Reifens zum Verschleiß feststellen, indem N und s gemessen werden. Bekannte Systeme des Standes der Technik haben N gemessen und versucht, s zu errechnen, sind jedoch generell nicht dazu in der Lage gewesen, gleichzeitig beide an einem vorgebenen Punkt am Reifen zu messen und zu bestimmen. Im allgemeinen hat der Stand der Technik mechanische Kraftwandler zum Bestimmen der auf einen Reifen wirkenden Kraft an einem bestimmten Schnittstellenbereich mit einer Tragfläche eingesetzt, jedoch haben solche Techniken und Vorrichtungen nicht die gleichzeitige Erfassung von Schlupf an der Schnittstelle ermöglicht. Unter Verwendung solcher Techniken und Verfahren hat sich herausgestellt, daß der interessierende Schlupf den betrachteten Bereich aus dem Kontakt mit den Druckwandlern entfernt hat, so daß die Kraft- und Schlupfmessungen von zwei völlig verschiedenen Bereichen genommen wurden. Dementsprechend sind die Messungen des Standes der Technik nicht nur ungenau gewesen, sondern waren nicht dazu in der Lage, eine festgestellte Normalkraft direkt mit einer festgestellten Schlupffunktion zu korrelieren. Dementsprechend ist das Produkt Ns, das gedacht ist, proportional zur Reibungsarbeit und zur Verschleißneigung zu sein, generell inakurat und unfähig dazu, eine verläßliche Einschätzung vorzusehen.
So richtet sich das US-Patent 4,986,118 auf eine Vorrichtung zur Messung der Reifenkraft und des Reifenlaufflächenschlupfes. Die Vorrichtung mißt den Reifenkontaktdruck und den Reifenlaufflächenschlupf in einem gemeinsamen Bereich auf einer Reifenfläche. Die Vorrichtungen zum Messen des Drucks und zum Feststellen der Bewegung berühren den Reifen, während der Reifen rollt. Die Messungen werden durch Verwendung von Längungs- bzw. Dehnungsmeßgeräten oder Druckwandlern erhalten.
Es besteht deshalb ein Bedarf im Stand der Technik für ein berührungsfreies Meß- und Überwachungssystem zur gleichzeitigen und genauen Messung von sowohl Schlupf (s) und der Kraft (N) an spezifizierten Stellungen an einem Reifen, wobei die Messungen eingesetzt werden können, um die Verschleißneigung des Reifens an der besonderen Stelle zu erfassen. Es gibt einen äußerst wichtigen Bedarf im Stand der Technik, solche Messungen gleichzeitig durchführen zu können, um sicherzustellen, daß die zur Erfassung der Verschleißneigung eingesetzten Daten vom gleichen Bereich des Reifens unter den gleichen Bedingungen genommen wurden bzw. stammen.
Es ist im Stand der Technik bekannt, daß Reifenkontaktbelastungen als Indikatoren der Reifenlaufflächenabnutzung eingesetzt werden können. Solch eine generelle Erkenntnis wurde von W.K. Shepherd in "Contact Stresses As Predictors Of Tread Wear, hervorgehoben, copyright 1986 durch Michelin Americas Research & Development Corp. und in "Mechanics of Pneumatic Tires", herausgegeben von Samuel K. Clark und veröffentlicht durch das U.S. Department of Transportation in 1981. Zusätzlich ist es bekannt, daß Kraftmessungen aus Licht abgeleitet werden können, das von einer beleuchteten Glasplatte reflektiert wird, wenn ein Gegenstand in kraftmäßigen Kontakteingriff mit einem reflektierenden Schild gebracht wird, das von der Glasplatte empfangen wird. Dieses Konzept des Messens der Kraft oder des Druckes auf eine Fläche durch Messung des internen Reflexionslichtes (IRL) ist generell bekannt und wird im US-Patent 4,858,621 gelehrt. Der Stand der Technik hat jedoch versagt, einen Apparat oder eine Technik/Verfahren zum Einsatz des IRL als Mittel zur Erfassung einer Neigung zur Laufflächenabnutzung vorzuschlagen. Insbesondere hat der Stand der Technik versagt, solch ein Verfahren oder Technik vorzuschlagen, bei der bzw. dem die Kraft und Schlupfmessungen eines Reifens und einer Tragflächenschnittstelle gleichzeitig gemessen werden könnten und zur Erfassung der Reifenlaufflächenverschleißneigung eingesetzt zu werden.

OFFENBARUNG DER ERFINDUNG

Im Lichte des Vorstehenden ist es ein erster Aspekt der Erfindung, eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Erfassung des Verschleißpotentials einer Reifenlauffläche vorzusehen, die dazu in der Lage sind, gleichzeitige Messungen der Normalkraft und des Schlupfes zwischen den Reifen und einer Tragfläche zu erhalten. Ein weiterer Aspekt der Erfindung ist das Vorsehen einer Vorrichtung und einer Technik zur Erfassung des Verschleiß- oder Abriebpotentials einer Reifenlauffläche, welche die Normalkraft und den Schlupf zwischen einem Reifen und seiner Tragfläche messen, ohne den Reifen oder die Tragfläche zu berühren. Ein noch weiterer Aspekt der Erfindung ist das Vorsehen einer Vorrichtung und einer Technik zur Erfassung des Veschleißpotentials einer Reifenlauffläche, in der die Kraft und der Schlupf über dem gleichen Bereich der Lauffläche gemessen werden, unabhängig von der Größe des Schlupfes.
Ein noch weiterer Aspekt der Erfindung ist das Vorsehen einer Vorrichtung und eines Verfahrens zur Erfassung des Verschleißpotentials einer Reifenlauffläche, die Meßtechniken einsetzt, welche keinen besonderen Einfluß auf die Kraft und/oder die Schlupfeigenschaften der Schnittstelle von Reifen und Tragfläche besitzen.
Ein noch weiterer Aspekt der Erfindung ist das Vorsehen einer Vorrichtung und eines Verfahrens zur Erfassung des Verschleißpotentials einer Reifenlauffläche, die den Bedarf mechanischer Kraft- oder Druckwandler überflüssig macht.
Ein noch weiterer Aspekt der Erfindung ist das Vorsehen einer Vorrichtung und eines Verfahrens zur Erfassung des Verschleißpotentials einer Reifenlauffläche, die hoch verläßlich in der Verwirklichung und durch eine hohe Auflösung in der Datenerfassung charakterisiert sind, während sie gleichermaßen der Konstruktion förderlich sind und Vorrichtungen und Techniken des Standes der Technik einsetzen.
Die vorstehenden und weiteren Aspekte bzw. Aufgaben der Erfindung, werden aus der detaillierten Beschreibung deutlich, und werden durch die im Anspruch 1 gekennzeichnete Vorrichtung gelöst.
Ein weiterer Aspekt der Erfindung, der im folgenden deutlich wird, wird durch ein Verfahren gemäß Anspruch 12 erzielt.

BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

Zum vollständigen Verstehen der Aufgaben, Techniken und des Aufbaus der Erfindung, wird auf die folgende detaillierte Beschreibung und die beiliegenden Zeichnungen Bezug genommen.
Es zeigt:
Fig. 1 eine schematische Vorderansicht eines erfindungsgemäßen Systems zur Erfassung der Reifenverschleißneigung;
Fig. 2 eine schematische Seitenansicht des in Fig. 1 gezeigten Systems;
Fig. 3 eine Draufsicht auf einen Ausschnitt einer interessierenden Reifenlauffläche, die mit Laschen oder Markierungen versehen ist;
Fig. 4 eine illustrative Seitenansicht eines Reifens, der Markierungen darauf besitzt, wobei der Reifen auf einer Tragfläche ruht;
Fig. 5 eine Seitenansicht des Reifens auf der Tragfläche der Fig. 4, wobei die Markierung in Kontakt mit der Tragfläche steht;
Fig. 6 eine Draufsicht auf den Markierungsbereich am Reifen in Kontakt mit der Tragfläche, wie sie durch eine angeschlossene Vorrichtung (CCD) gemäß den Fig. 1 und 2 gesehen wird,
Fig. 7 eine Draufsicht auf den Markierungsbereich der Fig. 6, die einen interessierenden Bereich der Kontaktschnittfläche zwischen dem Reifen und der Tragfläche zeigt;
Fig. 8 einen Ablaufplan des erfindungsgemäßen Verfahrens, wobei Daten direkt von der Schnittfläche zwischen Reifen und Tragfläche genommen werden; und
Fig. 9 einen Ablaufplan des erfindungsgemäßen Verfahrens, wobei die Daten aus einem aufgezeichneten Videobild der Schnittstelle zwischen einem Reifen an der Tragfläche genommen werden.

BESTE ART UND WEISE ZUM DURCHFÜHREN DER ERFINDUNG

Unter Bezugnahme auf die Zeichnungen und insbesondere die Fig. 1 und 2, ist ersichtlich, daß ein System zur Erfassung der Verschleißneigung eines Reifens generell durch das Bezugszeichen 10 bezeichnet ist. Wie gezeigt, besitzt ein Tragbett 12 ein Paar Endglieder oder Pfosten 14 an dessen gegenüberliegenden Enden, um eine Glasplatte 16 aufzunehmen und zu tragen. Neben den Seiten der Glasplatte 16 und an deren gegenüberliegenden Seiten werden Lampen oder geeignete Lichtquellen 18 positioniert, deren Funktion darin besteht, das Innere der Glasplatte 16 zu beleuchten, um ein inneres Reflexionslicht (IRL) zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens zu erzeugen. Ein Reifen 20 wird drehbar auf einer Achse 22 aufgenommen, die mit einem geeigneten Krafterzeugungsmittel, z.B. einer Last 24, belastet wird. Es dürfte einleuchten, daß die Belastung 24 entweder gleichmäßig oder variabel sein kann. Wenn sie gleichmäßig ist, kann die Last 24 eine festgelegte Masse sein, während eine variable Belastung mittels hydraulischer oder pneumatischer Kolben oder dergleichen erzielt werden kann. Es erübrigt sich zu sagen, daß ein Steuermittel vorgesehen ist, um den Reifen 20 gegen die Glasplatte 16 zu drücken, die als Reifentragfläche dient. Zusätzlich kann die Bewegung des Reifens 20 durch jeglich geeignetes Mittel erzielt werden, z.B. ein mechanisches Fuhrwerk oder ein tatsächliches Kraftfahrzeug oder einen Anhänger.
Eine reflektierende Flasche 26 wird zwischen den Reifen 20 und der Glastragplatte 16 angeordnet. Die reflektierende Fläche 26 kann jeglicher Art sein, umfaßt in einer bevorzugten Ausführungsform jedoch einfach ein Papierblatt oder Folie, das eine Dicke in der Größenordnung von 0,002 bis 0,01 inches besitzt. Dem Fachmann dürfte einleuchten, daß die reflektierende Fläche 26 zur Erzeugung eines inneren Reflexionslichtes (IRL) dient, wenn eine Kraft an die Glasplatte 16 durch die reflektierende Fläche 26 angelegt wird. In der gezeigten Ausführungsform wird der Abdruck des Reifens 20 durch die IRL-Erzeugung deutlich, wenn der Reifen 20 kraftmäßig das Reflexionstragblatt 26 gegen die beleuchtete Glasplatte 16, wie gezeigt, belastet. Das IRL wird durch eine geeignete Videoquelle betrachtet, wie z.B. eine angeschlossene Vorrichtung (CCD) 28, ein Vidicon oder dergleichen. Verständlicherweise erzeugt das CCD 28 ein digitalisiertes Bild seines Betrachtungsfeldes, das in diesem Fall zumindest ein Teil des Abdruckes des Reifens 20 umfaßt, wie er durch das IRL hervorgerufen wird, erzeugt durch den kraftvollen Eingriff des Reifens 20 mit der Glasplatte 16 durch die reflektierende Fläche 26 hindurch.
Als wahlweises, erfindungsgemäßes Merkmal ist ferner daran gedacht, daß ein Videokassettenrekorder 30 mit dem CCD 28 verbunden wird, um sofort das durch den CCD 28 von der Reifen- und Tragflächenschnittstelle erhaltene Bild zu erhalten und zu speichern. Andere geeignete Datenspeichervorrichtungen können ebenfalls eingesetzt werden, um das Videobild zur späteren Verarbeitung aufzunehmen. In jedem Fall wird das Videobild vom CCD 28 oder, wie es durch den Videokassettenrekorder 30 aufgenommen und gespeichert wird, zu einem Mikroprozessor 32 oder einer anderen geeigneten Steuer- und Datenverarbeitungseinheit geführt und von dieser aufgenommen. Der Mikroprozessor 8 empfängt nicht nur die Ablaufdaten von CCD 28 oder VCR 30, sondern wird ebenfalls eingesetzt, um die Belastung 24 zu regulieren, um einen kraftvollen Eingriff des Reifens 20 auf der Glastragplatte 16 durch die reflektierende Fläche 26 zu bewirken und ebenfalls eine Abrollbewegung des Reifens 20 auf der Glasplatte 16 zu erzielen. Eine CRT oder ein anderer geeigneter Videobildschirm 34 wird in Verbindung mit dem Mikroprozessor 32 vorgesehen, um die Presentation der Daten oder Berechnungen, die vom Mikroprozessor 32 durchgeführt worden sind und/oder das Videobild zu ermöglichen, welches durch den CCD 28 gesehen wird. Natürlich dient der Bildschirm 34 ebenfalls als Kommunikationsmittel mit einem Betreiber.
Erfindungsgemäß können die besonderen Bereiche auf dem Reifen 20 markiert oder sonstwie als interessierende Bereiche zur Überwachung des Drucks und des Schlupfes an der Schnittstelle von Reifen und Tragfläche bezeichnet werden. Wie in Fig. 3 gezeigt ist, wird ein typischer Reifenabschnitt mit einer Vielzahl von Laschen oder Markierungen 38 versehen, wobei jede Markierung 38 einen besonderen Bereich von Interesse auf dem Reifenabschnitt oder Ansatz 36 darstellt. Die Markierungen 38 sind geeigneterweise an der Reifenlauffläche des Stollenreifens 36 durch ein Klebemittel oder dergleichen befestigt. Während die Markierungen 38 verschiedene Gestaltungen und Strukturen besitzen können, ist es bevorzugt, daß dieselben Scheiben umfassen, die eine Dicke in der Größenordnung von 0,0127 bis 0,0254 cm (0,005 bis 0,010 inch) und vorteilhafter 0,0178 cm (0,007 inch) besitzen. Auf gleiche Weise besitzen die Markierungsscheiben 38 vorteilhafterweise einen Durchmesser in der Größenordnung von 0,127 bis 0,254 cm (0,05 bis 0,10 inch) und vorteilhafterweise in der Größenordnung von 0,1778 bis 0,2032 cm (0,07 bis 0,08 inch). Es dürfte einleuchten, daß der geringe Durchmesser und die geringe Dicke der Markierungsscheiben 38 derart sind, daß die Scheiben 38 nicht die Kraft- oder Schlupfeigenschaften des Reifens 20 auf der Glastragplatte 16 beeinflussen. Es dürfte ferner einleuchten, daß der Durchmesser der Markierungen 38 von der Auflösung des CCD 28 abhängen kann. Es hat sich jedoch herausgestellt, daß hochauflösende CCD-Vorrichtungen eine ausreichend Auflösung besitzen, so daß die Verringerung der Größe der Markierungen 38 im oben erwähnten Bereich möglich ist.
Wie in Fig. 4 gezeigt wird, wird die Markierung 38, während der Reifen 20 auf der reflektierenden Fläche 26 gedreht wird, in Nähe dazu gebracht. In Fig. 5 ist der Reifen 20 derart mit der ebenen, reflektierenden Fläche 26, die auf der Glastragfläche 16 aufgenommen wird, in Eingriff, daß die Markierung 38 damit in Kontakteingriff steht. Die Dicke der Markierung 38, die in der Zeichnung etwas übertrieben dargestellt ist, bewirkt eine leichte Abbiegung des Reifens 20 um dessen Kreisumfang, so daß ein Leerraum 40 in kegelstumpfförmiger Gestalt zwischen dem Reifen 20 und der reflektierenden Fläche 26 am Bereich der Markierung 38 hervorgerufen wird. Dementsprechend wird ein Bereich 42 ringähnlicher Gestalt zwischen den Kontaktbereichen zwischen der Markierung 38 und der reflektierenden Fläche 26 und dem Reifen 20 und der reflektierenden Fläche 26 ausgebildet. Der ringförmige Nicht-Kontaktbereich 42 umgibt den Bereich kräftemäßigen Kontakts mit der Markierung 38 kreisumfangsmäßig.
Fig. 6 zeigt eine Ansicht durch das CCD 28 des Bereiches der Markierung 38, wobei solche eine Sicht von einer Seite genommen wird, die der Glasplatte 26 vom Reifen 20 gegenüberliegt. Dieser Bereich, der generell durch das Bezugszeichen 44 angedeutet ist, besteht aus einer Vielzahl einzelner Bildelemente (Pixels), die jeweils ein Grauniveau besitzen, das der Lichtintensität des zugehörigen Bereiches entspricht, das dem Pixel innerhalb des Sichtfeldes des CCD's 28 entspricht. Wie im Bereich 44 gezeigt wird, ist ein extrem heller Bereich 46 ersichtlich, der dem kreisförmigen Kontaktbereich der scheibenförmigen Markierung 38 mit der Reflexionsfläche 26 entspricht. Der Wert der zugehörigen Pixels im Bereich 46 würde typischerweise nahe dem weisen Ende des Spektrums liegen, während die Pixels des schwarzen Ringes 48 nahe dem gegenüberliegenden Ende liegen würden. Den Fachleuten dürfte leicht einleuchten, daß der dunkle Ring 48 dem ringähnlichen Nicht-Kontaktbereich 42 entspricht, der die Markierung 38 umgibt, wie es in Fig. 5 gezeigt wird. Der übrigbleibende Kontaktbereich 50, der einem Kontaktbereich des Reifens 20 mit der reflektierenden Fläche 26 um die Markierung 38 herum entspricht, würde einen Wert mit grauem Niveau zwischen dem der eben beschriebenen Bereiche 46 und 48 besitzen. Die Anordnung der verschiedenen Merkmale innerhalb des Bereiches 44 kann in einem zweiachsigen Koordinatensystem 52 festgelegt werden, das innerhalb des digitalisierten Bildes des CCD's 28 hervorgerufen wird, wie es durch den Mikroprozessor 32 erzeugt wird. Z.B. kann die genaue Anordnung des Zentrums des hellen, kreisförmigen Bereiches 46 oder des umgebenden dunklen Bereiches 48, leicht in einem solchen Koordinatensystem festgelegt werden.
Es dürfte nunmehr unter Bezugnahme auf Fig. 6 ersichtlich sein, daß der CCD 28 ein digitalisiertes Bild eines Kontaktbereiches zwischen dem Reifen 20 und der reflektierenden Fläche 26 erzeugt, in dem die Pixels des Bildes einen Grauniveauwert besitzen, der direkt der Kraft des Eingriffs zwischen dem Reifen 20 und der reflektierenden Fläche 28 (und der Glastrageplatte 16) an der Stellung entspricht, die dem Pixel entspricht. Dementsprechend ist das Bild der Fig. 6 ein räumlich verteiltes Kontaktkraftbild des gemeinsamen Verbunds des Reifens 20 mit seiner Tragfläche sowie ein Stellungsbild, welches z.B. die Markierung 38 genau aufzeigen kann. Den Fachleuten dürfte es einleuchten, daß die Markierung 38 die Kraft gegen die reflektierende Fläche 26 konzentriert, was dementsprechend zu einem hellen, kreisförmigen Pixelbereich führt, der einen Wert nahe des weißen Endes des Grauniveauspektrums besitzt, wie es durch den kreisförmigen Bereich 46 aufgezeigt wird. Die Identifizierung der Markierung 38 ist somit leicht zu erreichen. Dementsprechend kann die auf den Reifen um den Bereich der Markierung 38 liegende Kraft leicht festgestellt werden und die Bewegung oder der Schlupf der Markierung 38, während sie in Kontakt mit der Glasplattentragfläche 16 und der reflektierenden Fläche 26 ist, kann auf gleiche Weise festgestellt werden. Wiederum kann die Matrix der Pixel, die durch das CCD 28 erzeugt wird, eingesetzt werden, um die auf die Reifenabschnitte wirkenden Kräfte und ihre Bewegung, wie sie durch das CCD 28 gesehen werden, festzustellen.
In Übereinstimmung mit der Erfindung ist es wünschenswert, einen besonderen Interessenbereich festzulegen, von dem die Kraftdaten erhalten und analysiert werden können und ferner das Zentrum der Markierung 38 festzulegen und zu überwachen, um jeglichen Schlupf an diesem Bereich festzustellen, wenn die Markierung 38 in Eingriff mit der Tragfläche steht. In dieser Hinsicht wird ein interessierender Bereich 54 um die kreisförmige Pixelanordnung 46 herum entwickelt, die der Markierung 38 entspricht. Es dürfte einleuchten, daß der Mikroprozessor 32 eine Grauniveauschwelle erzeugt, so daß von allen Pixeln, die einen zugehörigen Grauniveauwert über dieser Schwelle besitzen angenommen werden kann, daß sie einen Teil der Markierung 38 umfassen. Es hat sich herausgestellt, daß eine solche Technik die schnelle Identifizierung der Anordnung der Markierung 38 durch Erzeugen des Bereiches 46 ermöglicht. Nachdem so die Stelle der annähernd kreisförmigen Pixelanordnung 46 festgelegt worden ist, kann das Zentrum ihrer Intensität leicht hervorgerufen und ein interessierender Bereich 54 darum entwickelt werden. In der bevorzugten erfindungsgemäßen Ausführungsform nimmt der interessierende Bereich 54 die Bereiche 46, 48 aus, und wird zwischen den äußeren und inneren Umfangsquadraten 56, 58, wie gezeigt, definiert. Das Grauniveau der Pixels innerhalb des interessierenden Bereiches 54 zeigt dementsprechend die Kraft der entsprechenden Teile des Reifens 20 an, die auf die Tragplatte 16 wirkt. Solche Daten gibt es für jedes Bild, das durch den CCD 28 und den Mikroprozessor 32 erzeugt wird. Auf jedem Bild kann die genaue Stellung der Markierung 38 festgestellt werden, indem die Stellung der kreisförmigen Anordnung der hellen Pixels 46 eingeschätzt bzw. festgelegt wird. Dementsprechend kann die auf das Reifenelement wirkende Kraft durch Aufnahme und Analyse der Grauniveauwerte der Pixels innerhalb des Umfangs 56 auf jedem Bild leicht festgestellt werden, indem der Durchschnitt über die Werte der Grauniveaus der Pixels, die den interessierenden Bereich 54 umfassen, gebildet wird, während jegliche Bewegung oder Schlupf dieses Reifenelements festgestellt werden kann, durch Überwachung der Bewegung des Zentrums des Bereiches 46. Es dürfte leicht einleuchten, daß der interessierende Bereich 54, von dem die Kraftberechnungen festgelegt werden, den Markierbereich 38 und den zugehörigen leeren Bereich 40 ausschließt, um sicherzustellen, daß die Kraftberechnungen und Festlegungen nicht durch die Gegenwart der Markierung 38 beeinflußt werden. Zusätzlich wird der interessierende Bereich 54 auf jedem Bild festgelegt, das um den Bereich 46 zentriert werden soll, der sich aufgrund des Schlupfes bewegt. Dementsprechend werden die Kraft- und Schlupfmessungen gleichzeitig vom gleichen Bereich der Lauffläche genommen, wie er innerhalb des Umfangs 56 festgelegt worden ist.
Es dürfte nunmehr deutlich geworden sein, daß die eben beschriebene Vorrichtung und das Verfahren dazu in der Lage sind, gleichzeitig Kraft- und Schlupfdaten vom gleichen Reifenbereich unter den gleichen Betriebsbedingungen zu erhalten, um genaue Daten vorzusehen, aus denen die Abnutzungsneigung aus dem Produkt solcher Daten festgestellt werden kann. Es dürfte weiter anerkannt werden, daß der Kraftwert festgelegt wird, indem über die Grauniveaus sämtlicher Pixels innerhalb des interessierenden Bereiches 54 der Durchschnitt gebildet wird, wobei solch ein Grauniveau in Bezug zur Kraft steht, wie es durch das zugehörige IRL angedeutet wird.
Unter Bezugnahme auf Fig. 8 ist ersichtlich, daß das Verfahren zum direkten Erfassen von Daten eines Reifens und Feststellen seiner Verschleißneigung, generell durch das Bezugszeichen 60 bezeichnet ist. Wie gezeigt, ermöglicht eine erste Stufe 62 die Kalibrierung des Systems 10 und insbesondere die Festlegung der Beziehungen zwischen der Pixelgröße und der tatsächlichen physikalischen Länge innerhalb des Gesichtsfeldes des CCD 28 und der gleichzeitigen Festlegung einer Beziehung zwischen dem Grauniveau und der Kraft. Nachdem die Pixelgröße und die physikalische Länge und Breite korreliert worden sind und eine gleiche Korrelierung zwischen dem Grauniveau des wahrgenommenen IRL's und der zugehörigen Kraft hergestellt worden ist, wird ein Reifen 20 auf die reflektierende Fläche 26 über die Glastrageplatte 16 bei Stufe 64 geladen. Bei Stufe 66 legt ein Arbeiter eine Grauniveauschwelle fest, oberhalb derer die Pixels der Markierung 38 typischerweise liegen. Wenn der Mikroprozessor 32 dementsprechend die digitalisierten Daten der Pixel empfängt, kann angenommen werden, daß sämtliche Pixels, die ein Grauniveau besitzen, das über der Schwelle liegt, einen Teil der Markierung 38 umfassen und dementsprechend typischerweise innnerhalb des Bereiches 46 liegen. Es hat sich herausgestellt, daß die Markierung 38 eine ausreichend hohe Intensitätskraft ergibt, damit die Auswahl einer geeigneten Schwelle zur schnellen Unterscheidung der Markierung 38 von dem übrigen des Reifens 20 durchgeführt werden kann.
Bei Stufe 68 wählt der Betreiber die physikalischen Umkreise des interessierenden Bereiches 54 aus, in dem die Länge der Seiten der entsprechenden inneren und äußeren Quadratumfänge 56,58 festgelegt werden. Es dürfte einleuchten, daß die Stufen 66, 68 mit dem belasteten Reifen 20 durchgeführt werden und das entstandene Bild auf dem Bildschirm 34 abgebildet wird. Dementsprechend kann die Festlegung der Schwelle und der Umfänge des interessierenden Bereiches 54 leicht und schnell eingerichtet werden. Bei Stufe 70 wird der Reifen 20 aus dem Gesichtsfeld des CCD 28 herausgerollt und dann in das Gesichtsfeld zurückgerollt, so daß das CCD 28 ein Videobild mit einer zugehörigen Videogeschwindigkeit bei 72 erlangt. Bei 74 wird festgestellt, ob die Markierung 38 mit der reflektierenden Fläche 26 in Kontakt gekommen ist. Die Überwachung wird über die Stufen 76,72,74 weitergeführt, bis die Markierung 38 ins Bild eintritt und in vollständigen Kontakt mit der reflektierenden Fläche 26 gelangt. An diesen Punkt stellt die Stufe 78 die Position der Markierung 38 entsprechend dem Bereich 46 fest und bestimmt die Kraft im interessierenden Bereich 54, in dem über die Grauniveaus der darin vorhandenen Pixels der Durchschnittswert gebildet wird. Eine Feststellung wird getroffen, ob die Position des Bereiches 46 sich gegenüber dem Bild verändert hat, das bei der früheren Rasterscannung erzeugt worden ist. Für die erste Abtastung oder Scannung tritt keine Veränderung ein, so daß ein Rücklauf durchgeführt wird, um Daten beim nächsten Bild, wie bei 72, zu erfassen. Das Verfahren wird bei jedem anschließenden Bild mit der Erfassung der Stellung der Markierung 38 und der an diesem interessierenden Bereich 54 verliehenen Kraft fortgeführt. Auf jedem Bild wird die genaue Stellung der Markierung 38 festgestellt, indem die Position des Intensitätszentrums des zugehörigen Bereichs 46 festgestellt wird. Falls sich die Position verändert hat, wird die Stufe 82 durchgeführt, wo der interessierende Bereich 54 neu definiert oder verschoben wird, so daß er ein gemeinsames Zentrum mit dem Bereich 46 und der Markierung 48 teilt. Dementsprechend werden Druck- und Kraftfeststellungen immer zentral um die Markierung 38 herum durchgeführt, wobei jedoch die Markierung 38 selbst ausgeschlossen wird. In der gleichen Weise wird der Schlupf des Bereiches des Reifens, der die Markierung 38 trägt, festgestellt, indem jegliche Verschiebung der Stellung des Zentrums des Bereiches 46 überwacht wird.
Das Verfahren wird fortgeführt, bis festgestellt wird, daß die Markierung 38 den Kontakt mit der reflektierenden Fläche 26 verläßt, wie es bei der Stufe 76 der Fall ist. Nachdem das Verfahren zur Datenerfassung beendet ist, werden die Daten bei 84 verarbeitet, um das Produkt der erhaltenen Kraft- und Schlupfdaten zu ermitteln, wobei solch Produkt eine direkte Funktion der Verschleißneigung des Reifens an dem Bereich darstellt. Die entstandene Information wird in einem geeigneten Memorybereich gespeichert und wird auf dem Bildschirm 34 angezeigt, als Nachweis der Stufe 86. Das Programm wird dann bei 88 abgeschlossen.
Eine leichte Veränderung des Themas des Verfahrens der Fig. 8 wird in Fig. 9 gezeigt, die generell durch das Bezugszeichen 90 angedeutet ist. Hier wird bei der Stufe 92 der Reifen 90 auf die reflektierende Fläche 26 gerollt, wobei eine Videoaufzeichnung desselben bei 94 durch den Videokassettenrecorder 30, wie er in Fig. 1 gezeigt wird, gemacht. Nach dem Verfahren 90 werden die Kraft- und Schlupfdaten danach vom Videobild des VCR 30 erhalten und nicht direkt vom Reifen selbst.
Die Kalibrierung der Pixelgröße und des Grauniveaus wird bei 96 in einer Weise erzielt, die der Stufe 62 der Fig. 8 gleicht. Nachdem die Kalibrierung durchgeführt worden ist, werden die Daten vom VCR bei 98 abgespielt und auf dem Bildschirm 44 gezeigt. Der Betreiber stellt die Schwelle bei 100 ein, um die Markierung 38 vom übrigen der Daten abzuheben. Bei 102 werden die Grenzen und die physikalische Größe des interessierenden Bereiches 54 festgelegt. Nachdem dieses Verfahren abgeschlossen ist, wird der VCR zurückgespult und wiederum bei 104 abgespielt, wobei der Mikroprozessor 32 die Daten vom VCR mit der zugehörigen Videogeschwindigkeit erhält, wie es bei 106 der Fall ist. Die übrigen Stufen, die mit 108 bis 122 bezeichnet sind, entsprechen direkt den oben beschriebenen Stufen 74 bis 78.
Die in Fig. 9 gezeigte Ausführungsform gestattet die ständige Aufrechterhaltung der Videodaten einer großen Vielzahl von Datenpunkten und/oder Reifen auf einer Videokassette, was eine Langzeitspeicherung und die anschließende Wiedererlangung ermöglicht.
Es dürfte nunmehr einleuchten, daß eine Vorrichtung und ein Verfahren vorgesehen worden sind, zum berührungsfreien Erhalten von Daten, die der Reibungsarbeit und dem Schlupf an einer Schnittstelle eines Reifens und einer Tragfläche entsprechen, wobei solche Daten danach eingesetzt werden können, um die Verschleißneigung des Reifens festzustellen. Der eben beschriebene Apparat und das Verfahren lösen die weiter oben stehenden Aufgaben der Erfindung in einer äußerst genauen und verläßlichen Art und Weise. Insbesondere werden die Daten, die der Kraft und dem Schlupf entsprechen, gleichzeitig unter den gleichen Betriebsbedingungen und aus den exakt gleichen Stellen am Reifen erhalten, um verläßliche Berechnungen sicherzustellen.

Claims

1. Vorrichtung zur Verschleisspotentialerfassung an Reifenlaufflächen, umfassend eine Glasplatte (16), eine Beleuchtungsquelle (18), die an diese Glasplatte (16) angrenzt und sie beleuchtet, ein erstes Mittel (22,24) zur Erzielung einer kräftigen Abrollberührung eines Reifens (20) auf der Glasplatte (16), sowie ein zweites Mittel zum Ansehen einer Kontaktzwischenfläche zwischen dem Reifen (20) und der Glasplatte (16), dadurch gekennzeichnet, daß eine reflektierende Fläche (26) zwischen dem Reifen (20) und der Glasstützplatte (16) angeordnet wird, und daß eine Markiereinrichtung (38) am Reifen (20) angebracht wird und einen ausgewählten Bereich bildet, und daß das zweite Mittel (28) ein digitalisiertes Videobild des davon ausgewählten Bereiches erzeugt, und daß das dritte Mittel (30) in Betriebsverbindung mit dem zweiten Mittel (28) das digitalisierte Videobild empfängt und daraus eine Kraft des Berührungskontaktes und des Schlupfausmaßes zwischen dem ausgewählten Bereich und der Glasplatte (16), sowie ein Verschleißpotential für den ausgewählten Bereich als eine Funktion dieser Kraft und dieses Schlupfes ermittelt.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die reflektierende Fläche (26) eine reflektierende Folie ist, die zwischen dem Reifen (20) und der Glasplatte (16) an ihrer gemeinsamen Kontaktfläche angeordnet wird.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das zweite Mittel (28) die Markiereinrichtung (38) innerhalb der gemeinsamen Kontaktfläche anordnet und den ausgewählten Bereich definiert, so daß er die Markiereinrichtung (38) in dessen Zentrum besitzt.

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der ausgewählte Bereich einen mittigen Teil besitzt, von dem das dritte Mittel (30) den Schlupf ermittelt.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der ausgewählte Bereich einen Umfangsteil besitzt, der die Markiervorrichtung (38) umgibt, jedoch ausschließt, und daß das dritte Mittel (30) die Kraft des Berührungskontaktes vom Umfangsteil ermittelt.

6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das zweite Mittel (28) das digitalisierte Videobild durch wiederholte Abtastzyklen erzeugt, wobei die Kraft des Berührungskontaktes und des Schlupfes durch das dritte Mittel (30) aus Daten ermittelt wird, die aus den gleichen Abtastzyklen erhalten wird.

7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Markiereinrichtung (38) einen Bereich der Nichtberührung von Reifen (20) und Glasplatte (16) in Form eines Kegelstumpfes bildet.

8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Markiereinrichtung (38) eine Scheibe umfaßt, die an einer Fläche des Reifens anhaftet.

9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Scheibe einen Durchmesser besitzt, der geringer als 0,10 inch und eine Dicke geringer als 0,0254 cm (0,01 inch) besitzt.

10. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das zweite Mittel (28) die Markiereinrichtung (38) lokalisiert, und daß das dritte Mittel die Kraft des Berührungskontaktes aus dem grauen Niveau der Pixels/Bildpunkte (44) innerhalb des digitalisierten Videobildes ermittelt.

11. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß das zweite Mittel (28) bestimmt, daß die Markiereinrichtung (38) sämtliche zusammenhängenden Pixels/Bildpunkte (44) innerhalb des digitalisierten Videobildes umfaßt, die ein bestimmtes Schwellenniveau überschreiten.

12. Verfahren zur Verschleißpotentialerfassung an Reifenlaufflächen, bei dem der Reifen auf einer beleuchteten Glasplatte abgerollt wird, gekennzeichnet durch folgende Stufen:

Plazieren einer Markiereinrichtung (38) auf einem Reifen (20) an einem interessierenden Bereich, bevor er auf der Glasplatte (10) abgerollt wird;

Dazwischenlegen einer reflektierenden Fläche (26) zwischen den Reifen (20) und der Glasstützplatte (16);

Erhalten eines digitalisierten Videobildes eines Bereiches des Berührungskontaktes bzw. -eingriffes zwischen dem Reifen (20) und der Glasplatte (16);

Anordnen der Markiereinrichtung (38) innerhalb des Videobildes und Bestimmen eines interessierenden Bereiches um die Markiereinrichtung herum;

Überwachen des Schlupfes der Markiereinrichtung (38) im Bereich des Berührungskontaktes;

Bestimmen der Kraft des Berührungskontaktes zwischen dem Reifen (20) und der Glasplatte (10) im interessierenden Bereich; und

Erfassung eines Abrieb- oder Verschleißpotentials für den Reifen (20) am interessierenden Bereich als Funktion der genannten Kraft und des Schlupfes.

13. Verfahren nach Anspruch 12, gekennzeichnet durch die Stufe des Festlegens der Markiereinrichtung (38) innerhalb des Videobildes durch eine erste Anordnung von Pixeln, die ein Grauniveau haben, das über einer Schwelle liegt und durch eine zweite Anordnung von Pixeln umgeben wird, die ein Grauniveau besitzen, das unterhalb dieser Schwelle liegt.

14. Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Anordnung als ein Kreis ausgebildet ist, und daß die zweite Anordnung als ein Ring um den Kreis herum definiert ist.

15. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß der interessierende Bereich um die Markiereinrichtung (38) herum die Markiereinrichtung (38) selbst ausschließt.

16. Verfahren nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß der Schlupf und die Kraft kontinuierlich während einer Zeitspanne des Kontaktes zwischen der Markiereinrichtung (38) und der Glasplatte (16) überwacht werden und daß die entsprechenden Schlupf- und Kraftdaten gleichzeitig erhalten werden.

17. Verfahren nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß die Daten des digitalisierten Videobildes gespeichert und anschließend vor der Stufe der Anordnung der Markiereinrichtung (38) und des Festlegens des interessierenden Bereiches wieder erhalten werden.

18. Verfahren nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß die Stufe der Erfassung des Verschleißpotentials eine Stufe des Erzeugens eines Produktes dieses Schlupfes und dieser Kraft umfaßt.

19. Verfahren nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß der interessierende Bereich kontinuierlich als eine Funktion des Schlupfes der Markiereinrichtung (38) im Bereich des Berührungskontaktes wiederbestimmt wird, wobei ein Zentrum der Markiereinrichtung (38) ein Zentrum des interessierenden Bereiches bildet.