DE4100442A1 - Anordnung zur ueberwachung von betriebsparametern von an radfelgen montierten luftreifen eines fahrzeugs - Google Patents
Anordnung zur ueberwachung von betriebsparametern von an radfelgen montierten luftreifen eines fahrzeugsInfo
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Description
Die Erfindung bezieht sich auf eine Anordnung zur Überwa
chung von Betriebsparametern von an Radfelgen montierten
Luftreifen eines Fahrzeugs, mit Fühlern für ausgewählte Be
triebsparameter und Übertragungsmitteln aus felgenseitig an
gebrachten Rotorteilen und damit gekoppelten karosseriesei
tig angebrachten Statorteilen zum Übertragen der von den
Fühlern erfaßten Betriebsparameter zu einer mit den Stator
teilen verbundenen Auswertungsanordnung in dem Fahrzeug.
Eine Anordnung dieser Art ist aus der DE-A-30 29 563 bekannt.
Bei dieser Anordnung ist zwischen den Fühlern, die Betriebs
parameter der Luftreifen erfassen, und den felgenseitig an
gebrachten Rotorteilen eine galvanische Verbindung vorhan
den, die über Steckkontakte aufgetrennt werden kann. Selbst
bei hochwertiger Ausbildung dieser Steckverbindung kann nicht
gewährleistet werden, daß stets eine einwandfreie Signal
übertragung stattfindet, wenn berücksichtigt wird, daß gerade
der Einsatzort der Überwachungsanordnung äußerst ungünstigen
Umgebungsbedingungen ausgesetzt ist. Feuchtigkeit, Schmutz
mit unter Umständen stark korrosiven Substanzen wie Streu
salz wirken auf die Steckverbindung ein, so daß die Qualität
der Verbindung über einen längeren Zeitraum betrachtet immer
schlechter wird. Wenn die zu überwachenden Betriebsparameter
aber dazu benutzt werden sollen, dem Fahrer Hinweise über
den Reifenzustand zu geben, dann kann es zu gefährlichen Si
tuationen kommen, wenn der Reifenzustand, beispielsweise
durch Druckverlust, ein Anhalten des Fahrzeugs erfordert,
die Überwachungsanordnung wegen der schlechten Übertragungs
qualität der Fühlersignale über die Steckverbindung diesen
gefährlichen Zustand dem Fahrer jedoch nicht melden kann.
Der Fahrer würde in einem solchen Fall mit unverminderter
Geschwindigkeit weiterfahren, da er sich auf die volle Funk
tionsfähigkeit der in sein Fahrzeug eingebauten Überwachungs
anordnung verläßt.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Anordnung der
eingangs angegebenen Art so auszugestalten, daß sie auch un
ter ungünstigsten Einsatzbedingungen über lange Zeiträume
mit großer Zuverlässigkeit arbeitet.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß in
einer Öffnung der Radfelge im Bereich des Felgenbetts ein
Meßmodul aus zwei miteinander lösbar verbundenen Bauteilen
angebracht ist, von denen eines auf der zum Reifen gewandten
Seite und das andere auf der vom Reifen abgewandten Seite
des Felgenbetts liegt, daß die Fühler an dem einen Bauteil
angebracht sind, daß das andere Bauteil elektrisch mit den
Rotorteilen verbunden ist und daß von den Fühlern abgegebe
ne, die Betriebsparameter repräsentierende Signale durch in
duktive Kopplung zu einem Aufnehmer in dem an der vom Reifen
abgewandten Seite des Felgenbetts liegenden Bauteil übertra
gen werden.
In der erfindungsgemäßen Anordnung sind in der Übertragungs
verbindung zwischen den Fühlern und den Rotorteilen keine
Kontaktmittel vorhanden, deren Übertragungsqualität durch
äußere Einflüsse oder mechanische Beanspruchungen beein
trächtigt werden können. Die Signalübertragung erfolgt aus
schließlich auf induktivem Weg, also kontaktlos, so daß die
Übertragungsqualität auch nach langen Betriebszeiten unver
ändert bleibt. Ferner eröffnet die Verwendung der induktiven
Kopplung auch noch die Möglichkeit der Beeinflussung der
übertragenen Signale beispielsweise hinsichtlich ihrer Si
gnalstärke und auch eine Anpassung von Impedanzen der betei
ligten elektrischen Schaltungsteile.
Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Un
teransprüchen gekennzeichnet.
Die im Unteranspruch 5 gekennzeichnete Weiterbildung ermög
licht die Überwachung des Reifendrucks, wobei durch das zu
sätzliche Vorsehen eines Temperaturfühlers die Abhängigkeit
des Reifendrucks von der Temperatur der Luft im Reifeninne
ren berücksichtigt werden kann. Auf diese Weise ist es mög
lich, dem Fahrer eines mit der erfindungsgemäßen Anordnung
ausgestatteten Fahrzeugs die maximale Geschwindigkeit anzu
zeigen, mit der er bei dem im Reifen vorhandenen Druck si
cher fahren kann.
Die Weiterbildung der erfindungsgemäßen Anordnung nach An
spruch 8 ermöglicht eine Temperaturkompensation des Druck
fühlers, da dieser weitere Temperaturfühler die Temperatur
erfaßt, auf der sich der Druckfühler selbst befindet. Auf
grund seiner besonderen Lage erfaßt dieser Temperaturfühler
die Temperatur der Felge, da er in unmittelbarer Nähe des
Druckfühlers und damit auch nahe der Felge angeordnet ist.
Auf diese Weise kann festgestellt werden, ob eine Erhöhung
der Luft im Reifeninneren auf eine Erwärmung von außen her
zurückzuführen ist, die beispielsweise durch häufiges Brem
sen hervorgerufen wird. Bei einem Fahrbetrieb, bei dem häu
figes Bremsen erforderlich ist, wird die Felge von der Brem
se erhitzt, so daß demnach auch die Luft im Reifeninneren
durch die erhöhte Felgentemperatur angehoben wird. Durch
Vergleich der von den beiden Temperaturfühlern angezeigten
Temperaturanstiege kann unterschieden werden, ob der Tempe
raturanstieg auf häufiges Bremsen oder auf eine hohe Fahrge
schwindigkeit zurückzuführen ist. Je nach den getroffenen
Feststellungen können dann unterschiedliche Algorithmen zur
Auswertung der erfaßten Parameter herangezogen werden, so
daß jederzeit eine zuverlässige Anzeige unter Berücksichti
gung des jeweiligen Fahrzustandes für den Fahrer geliefert
werden kann.
Die Erfindung wird nun anhand der Zeichnung beispielshalber
erläutert. Es zeigen
Fig. 1 eine schematische Schnittansicht einer auf einer
Radachse sitzenden Felge, an der die erfindungs
gemäße Anordnung angebracht ist,
Fig. 2 ein erstes Ausführungsbeispiel des an der Radfel
ge angebrachten Meßmoduls und
Fig. 3 eine weitere Ausführungsform des an der Felge an
gebrachten Meßmoduls.
In Fig. 1 ist ein Teil einer Radfelge 10 dargestellt, die
auf der Achse 12 eines Fahrzeugs angebracht ist. Auf der
Radfelge 10 ist ein schematisch dargestellter Luftreifen 14
montiert. Außerdem ist in Fig. 1 eine Bremsscheibe 16 mit
zugeordneten Bremsbelägen 18 erkennbar.
In einer Öffnung 20 der Radfelge 10 ist im Bereich des Fel
genbetts 22 ein Meßmodul 24 angebracht. Die Nabe 26 der Rad
felge 10 ist im innenliegenden Bereich von einer Ringspule
28 umgeben, die über eine Drahtleitung 30 mit dem Meßmodul
24 in Verbindung steht.
In Zuordnung zur Ringspule 28 ist eine fest mit einem Karos
serieteil 31 verbundene Koppelspule 32 angebracht, die über
eine Drahtleitung 34 mit einer nicht dargestellten Auswer
tungselektronik verbunden ist. Über die Ringspule 28 und die
zugeordnete Koppelspule 32 können vom Meßmodul 24 kommende
Signale zur Auswertungselektronik übertragen werden.
Ein Ausführungsbeispiel des Meßmoduls 24 ist in Fig. 2 dar
gestellt. Wie zu erkennen ist, ist das Meßmodul 24 aus zwei
Bauteilen 36 und 38 zusammengesetzt. Das Bauteil 36 ist da
bei auf der zum Reifen 14 gewandten Seite des Felgenbetts 22
angebracht, während das Bauteil 38 an der vom Reifen 14 ab
gewandten Seite liegt. Das Bauteil 36 ist aus einem harten
Kunststoffmaterial hergestellt, das eine relativ geringe
Wärmeleitfähigkeit aufweist. Auch das Bauteil 38 besteht aus
einem solchen Material. Die Bauteile 36 und 38 sind mit Hil
fe von Schraubenbolzen 40, 42 miteinander verschraubt, wobei
ein Randflansch 44 des Bauteils 36 an dem die Öffnung 20 in
der Radfelge 10 umgebenden Bereich der Felgenbett-Innenflä
che anliegt. Zur Erhöhung der Dichtwirkung ist sowohl zwi
schen das Bauteil 24 und die nach innen gerichtete Fläche
des Felgenbetts 22 als auch zwischen das Bauteil 38 und die
nach außen gerichtete Fläche des Felgenbetts 22 jeweils eine
Dichtung 46, 48 eingefügt. Bei dieser Anordnung der beiden
Bauteile und ihrer Befestigung an der Radfelge 10 bewirkt
der im Reifeninneren herrschende Luftdruck eine Verstärkung
der Dichtwirkung, da das Bauteil 36 um so mehr gegen die In
nenfläche des Felgenbetts 22 gedrückt wird, je höher der
Luftdruck ist.
Im Bauteil 36 ist eine Trägerplatte 50 angebracht, die im
wesentlichen auf der vom Reifen 14 abgewandten Seite des
Bauteils 36 liegt. Auf dieser Trägerplatte 50 ist ein Druck
fühler 52 befestigt, der über eine im Bauteil 36 angebrachte
Durchführung 54 mit dem Reifeninneren in Verbindung steht.
Wie zu erkennen ist, verjüngt sich die Durchführung 54 vom
Reifeninneren in Richtung zum Druckfühler 52 hin. Durch die
se Ausgestaltung der Durchführung 54 wird erreicht, daß Eis,
das sich in der Durchführung 54 bilden kann, bei geringfügi
ger Erwärmung und damit verbundener Ausdehnung leicht wieder
aus der Durchführung 54 herausgelöst wird, so daß die Druck
messung nicht blockiert wird.
In die zum Reifen 14 gewandte Fläche des Bauteils 36 ist
eine Metallplatte 56 eingesetzt, die an ihrer Oberseite zur
Vergrößerung ihrer Fläche gerippt ist. Mit dieser Metall
platte steht ein Temperaturfühler 58 in Kontakt, der die
Temperatur der Metallplatte 56 mißt und der auf der Träger
platte 50 befindlichen elektronischen Schaltung zuführt. Da
das Bauteil 36 aus einen schlecht wärmeleitenden Kunststoff
besteht, entspricht die Temperatur der Metallplatte 56 im
wesentlichen der Temperatur der Luft im Reifen. In unmittel
barer Nähe des Druckfühlers 52 ist auf der Trägerplatte 50
ein weiterer Temperaturfühler 60 angebracht, der die Tempe
ratur mißt, der der Druckfühler 52 ausgesetzt ist. Ein Grund
für die Verwendung dieses Temperaturfühlers 60 besteht darin,
eine Temperaturkompensation für die vom Druckfühler 52 ge
messenen Druckwerte zu schaffen. Ungenauigkeiten der Druck
messung, die aufgrund verschiedener Temperaturen des Druck
fühlers 52 hervorgerufen werden, können auf diese Weise eli
miniert werden. Wie unten noch erläutert wird, wird der Tem
peraturfühler 60 auch noch zu einem anderen Zweck ausgenutzt.
Die von der elektronischen Schaltung auf der Trägerplatte 50
erzeugten Signale, die die erfaßten Druck- und Temperatur
werte repräsentieren, werden einer Koppelspule 62 zugeführt,
die in einem Ferritkern 64 untergebracht ist, der von einer
Hälfte eines Schalenkerns gebildet ist. In Zuordnung zu die
ser Koppelspule 62 ist im Bauteil 38 als Aufnehmer eine wei
tere Koppelspule 66 angebracht, die sich ebenfalls in einem
von einer Schalenkernhälfte gebildeten Ferritkern 68 befin
det. Die Koppelspule 66 im Ferritkern 68 steht über die
Drahtleitung 30 mit der Ringspule 28 in Verbindung, über die
die Signale aus dem Meßmodul 24 unter Mitwirkung der Koppel
spule 32 zur Auswertungselektronik im Fahrzeug übertragen
werden.
Aufgrund der induktiven Kopplung über die Koppelspulen 62
und 66 sind keine mechanischen Kontakte erforderlich, um die
Verbindung zwischen der elektronischen Schaltung im Bauteil
36 und der Ringspule 28 auf der Felgennabe 26 herzustellen.
Das Meßmodul 24 kann daher leicht montiert und demontiert
werden, ohne daß mechanische Kontakte aufgetrennt werden
müssen, die verschmutzen oder beschädigt werden könnten und
so die übertragenen Signale beeinträchtigen könnten.
Die Verwendung der Koppelspulen 62, 66 ist besonders günstig,
wenn die Signalübertragung unter Anwendung der HF-Trägerfre
quenztechnik erfolgt. Dabei kann die Koppelspule 62 als Spu
le eines Resonanzkreises mit hoher Güte benutzt werden, an
die die Koppelspule 66, die niederohmig ausgelegt ist, lose
angekoppelt werden kann. Die notwendige Impedanztransforma
tion wird dabei durch die beiden Koppelspulen 62 und 66 er
zielt.
Die Kombination aus einem Kreis mit hoher Güte und einer
niederohmigen Koppelspule, die lose mit dem Kreis gekoppelt
ist, erlaubt eine mechanisch unkritische Anordnung, die im
praktischen Einsatz trotz möglicherweise vorhandener mecha
nischer Herstellungs- und Einbautoleranzen zuverlässig ar
beitet.
Um den Fahrer eines mit der beschriebenen Anordnung ausge
stattenen Fahrzeugs zuverlässig und sicher mit einer Infor
mation über die jeweils mögliche sichere Höchstgeschwindig
keit bei den gerade vorliegenden Reifenbetriebsparametern zu
versorgen, genügt es nicht, nur den Reifendruck mit Hilfe
des Druckfühlers 52 zu erfassen und der Auswertungselektro
nik zuzuführen. Die Erfassung der Temperatur im Reifeninne
ren mit Hilfe des Temperaturfühlers 58 trägt bereits zu einer
Verbesserung der Sicherheit bei, da mit Hilfe der Erfassung
der Lufttemperatur im Reifeninneren auch berücksichtigt wer
den kann, wenn das Fahrzeug über einen längeren Zeitraum mit
höherer Geschwindigkeit bewegt worden ist, so daß sich die
Reifentemperatur stark erhöht hat. Besonders tritt diese
Reifentemperaturerhöhung bei starker Beladung des Fahrzeugs
auf. Wenn sowohl der Druck im Reifen als auch die Lufttem
peratur im Reifen erfaßt werden, kann die sichere Höchstge
schwindigkeit unter Berücksichtigung dieser beiden Meßwerte
berechnet werden. Es ist jedoch auch möglich, daß sich die
Luft um Innern des Reifens stark erwärmt, ohne daß eine hohe
Fahrgeschwindigkeit vorliegt, was nämlich bei einem Fahrbe
trieb eintritt, bei dem häufig gebremst werden muß, so daß
sich die Bremsen erhitzen und die Bremswärme über die Rad
felge auf den Reifen übertragen wird. Damit diese beiden
Zustände (Erhitzung aufgrund schneller Fahrt und Erhitzung
aufgrund häufigen Bremsens) unterschieden werden können,
wird der Auswertungselektronik auch die vom Temperaturfühler
60 gemessene Temperatur zugeführt.
Aufgrund der besonderen Anordnung der beiden Temperaturfüh
ler 58 und 60 sprechen diese Temperaturfühler 58, 60 auf die
oben geschilderten Betriebszustände in unterschiedlicher
Weise an, so daß die gewünschte Unterscheidung ermöglicht
wird. Wenn die Erhöhung der Lufttemperatur im Innern des
Reifens auf eine hohe Fahrgeschwindigkeit zurückzuführen
ist, reagiert der Temperaturfühler 58 zuerst auf diese Tem
peraturerhöhung, da er unmittelbar die Temperatur der mit
der Luft im Reifen 14 in Kontakt stehenden Platte 56 mißt.
Daß der Temperaturanstieg zuerst vom Temperaturfühler 58
festgestellt wird, kann von der Auswertungselektronik dazu
benutzt werden, einen bestimmten Algorithmus zur Berechnung
der dem Fahrer anzuzeigenden sicheren Höchstgeschwindigkeit
anzuwenden.
Ist die Temperaturerhöhung im Innern dagegen darauf zurück
zuführen, daß die durch häufiges Bremsen erzeugte Bremswärme
zunächst die Felge erwärmt, die dann die Wärme auf die Luft
im Reifen überträgt, dann spricht auf die über die Felge
herbeigeführte Temperaturerhöhung zuerst der Temperaturfüh
ler 60 an, da dieser der Felge wesentlich näher liegt. Die
Auswertungselektronik im Fahrzeug kann daher erkennen, daß
nicht eine hohe Fahrgeschwindigkeit, sondern häufiges Brem
sen die Ursache für die Temperaturerhöhung der Luft im Rei
fen 14 ist. Sie kann daher einen anderen Algorithmus zur Be
rechnung der sicheren Höchstgeschwindigkeit anwenden. Würde
der gleiche Algorithmus wie im zuvor genannten Fall angewen
det, würde die Auswertungselektronik dem Fahrer eine falsche
sichere Höchstgeschwindigkeit nennen, da die Elektronik
allein aufgrund der gemessenen Temperatur und des Drucks da
von ausgehen müßte, daß ein Betrieb mit hoher Fahrgeschwin
digkeit zur Druck- und Temperaturerhöhung im Reifen 14 ge
führt hat.
In Fig. 3 ist eine weitere Ausführungsform des Meßmoduls 24
dargestellt, das sich vom Meßmodul nach Fig. 2 nur dadurch
unterscheidet, daß die beiden Bauteile von der Felgenbett-
Innenseite her miteinander verschraubt sind. Abgesehen von
diesem Unterschied stimmen die beiden Ausführungsformen völ
lig überein, so daß für die entsprechenden Teile auch die
gleichen Bezugszeichen verwendet worden sind.
Claims (9)
1. Anordnung zur Überwachung von Betriebsparametern von an
Radfelgen montierten Luftreifen eines Fahrzeugs, mit Fühlern
für ausgewählte Betriebsparameter und Übertragungsmitteln
aus felgenseitig angebrachten Rotorteilen und damit gekop
pelten karosserieseitig angebrachten Statorteilen zum Über
tragen der von den Fühlern erfaßten Betriebsparameter zu
einer mit den Statorteilen verbundenen Auswertungsanordnung
in dem Fahrzeug, dadurch gekennzeichnet, daß in einer Öff
nung (20) der Radfelge (10) im Bereich des Felgenbetts (22)
ein Meßmodul (24) aus zwei miteinander lösbar verbundenen
Bauteilen (36, 38) angebracht ist, von denen eines auf der
zum Reifen (14) gewandten Seite und das andere auf der vom
Reifen (14) abgewandten Seite des Felgenbetts (22) liegt,
daß die Fühler (58, 60) an dem einen Bauteil (36) angebracht
sind, daß das andere Bauteil (38) elektrisch mit den Rotor
teilen (28) verbunden ist und daß von den Fühlern (58, 60)
abgegebene, die Betriebsparameter repräsentierende Signale
durch induktive Kopplung zu einem Aufnehmer (68) in dem an
der vom Reifen (14) abgewandten Seite des Felgenbetts (22)
liegenden Bauteil (38) übertragen werden.
2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß
zur induktiven Kopplung der von den Fühlern (58, 60) abge
gebenen Signale jeweils ein Ferritkern (64, 68) mit einer
Kopplungsspule in jedes der beiden Bauteile (36, 38) des
Meßmoduls (24) eingebaut ist und daß die beiden Kopplungs
spulen (62, 66) lose miteinander gekoppelt sind.
3. Anordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß
die Kopppelspule (62) Teil eines Resonanzkreises mit hoher
Güte ist, und daß die Koppelspule (66) niederohmig ausgelegt
ist.
4. Anordnung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeich
net, daß jeder Ferritkern (64, 68) von einer Hälfte eines
Schalenkerns gebildet ist und daß die Schalenkernhälften so
eingebaut sind, daß zur Erzielung der losen Kopplung ein
vorbestimmter Luftspalt zwischen ihnen vorhanden ist.
5. Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, da
durch gekennzeichnet, daß das auf der zum Reifen (14) ge
wandten Seite des Felgenbetts (22) liegende Bauteil (36)
einen Randflansch (44) aufweist, mit dem es auf dem die Öff
nung (20) in der Radfelge (10) umgebenden Bereich der Fel
genbett-Innenfläche aufliegt und eine dazwischen eingefügte
Dichtung (46) festklemmt.
6. Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, da
durch gekennzeichnet, daß die zu überwachenden Betriebspara
meter der Druck und die Temperatur im Reifen sind, daß an
dem zum Reifen gewandten Bauteil (36) ein Druckfühler (52)
und wenigstens ein Temperaturfühler (58) angebracht sind und
daß der Temperaturfühler (58) so angeordnet ist, daß er auf
die Temperatur der Luft im Reifen (14) anspricht.
7. Anordnung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß
das zum Reifen gewandte Bauteil (36) eine Trägerplatte (50)
aufweist, die auf der vom Reifen abgewandten Seite des Bau
teils (36) angebracht ist und den Druckfühler (52) trägt,
und daß eine Durchführung (54) in dem Bauteil (36) eine Ver
bindung zwischen dem Druckfühler (52) und dem Reifeninneren
herstellt.
8. Anordnung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß
sich die Durchführung (54), die eine Verbindung zwischen dem
Druckfühler (52) und dem Reifeninneren herstellt, zum Druck
fühler (52) hin konisch verjüngt.
9. Anordnung nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeich
net, daß auf der Trägerplatte (50) in unmittelbarer Nähe des
Druckfühlers (52) ein weiterer Temperaturfühler (60) ange
bracht ist.
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