DE4100442C2 - Anordnung zur Überwachung von Betriebsparametern von an Radfelgen montierten Luftreifen eines Fahrzeugs - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Anordnung zur Überwa­ chung von Betriebsparametern von an Radfelgen montierten Luftreifen eines Fahrzeugs gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Eine solche Anordnung ist aus der DE 38 28 163 A1 bekannt. Bei dieser bekannten Anordnung ist ein Geber, der druckempfindlich oder wärmeempfindlich sein kann, in einer Öffnung im Felgenbett der Radfelge befestigt, wobei die Befestigung so vorgenommen ist, daß der Geber mit Teilstücken auf beiden Seiten des Felgenmantels übersteht. Der Geber besteht dabei jedoch aus einem einteiligen Gebilde, das auf beiden Seiten des Felgenmantels mit jeweils einem Teil übersteht. Von einem zweiteiligen Aufbau mit einem am Felgenbett zum Reifeninneren vorstehenden Teil und einem am Felgenbett nach außen vorstehenden Teil ist dabei nicht die Rede.

Ferner ist aus der DE 30 29 563 A1 eine Anordnung bekannt, zwischen den Fühlern die Betriebs­ parameter der Luftreifen zu erfassen, dazu an den felgenseitig an­ gebrachten Rotorteilen eine galvanische Verbindung vorzusehen, 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 und die Möglichkeit der Beeinflussung der von den Fühlern gelieferten Signale eröffnet.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch die Merkmale im Kennzeichen des Anspruchs 1 gelöst.

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 6 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 weitere 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 zeigt

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 (Felge) 10 dargestellt, die auf der Achse 12 eines Fahrzeugs angebracht ist. Auf der Radfelge 10 ist ein schematisch dargestellter Luftreifen (Reifen) 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 eine Bauteil 36 ist da­ bei auf der zum Reifen 14 gewandten Seite des Felgenbetts 22 angebracht, während das andere Bauteil 38 an der vom Reifen 14 ab­ gewandten Seite liegt. Das eine Bauteil 36 ist aus einem harten Kunststoffmaterial hergestellt, das eine relativ geringe Wärmeleitfähigkeit aufweist. Auch das andere Bauteil 38 besteht aus einem solchen Material. Die beiden Bauteile 36 und 38 sind mit Hil­ fe von Schraubenbolzen 40, 42 miteinander verschraubt, wobei ein Randflansch 44 des einen Bauteils 36 an dem die Öffnung 20 in der Radfelge 10 umgebenden Bereich der Innenflä­ che des Felgenbetts 22 anliegt. Zur Erhöhung der Dichtwirkung ist sowohl zwi­ schen das eine Bauteil 36 und die nach innen gerichtete Fläche des Felgenbetts 22 als auch zwischen das andere Bauteil 38 und die nach außen gerichtete Fläche des Felgenbetts 22 jeweils eine Dichtung 46, 48 eingefügt. Bei dieser Anordnung der beiden Bauteile 36, 38 und ihrer Befestigung an der Radfelge 10 bewirkt der im Reifeninneren herrschende Luftdruck eine Verstärkung der Dichtwirkung, da das eine Bauteil 36 um so mehr gegen die In­ nenfläche des Felgenbetts 22 gedrückt wird, je höher der Luftdruck ist.

Im einen Bauteil 36 ist eine Trägerplatte 50 angebracht, die im wesentlichen auf der vom Reifen 14 abgewandten Seite des einen Bauteils 36 liegt. Auf dieser Trägerplatte 50 ist ein Druck­ fühler 52 befestigt, der über eine im einen 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 einen Bauteils 36 ist eine Metallplatte 56 eingesetzt, die an ihrer Oberseite zur Vergrößerung ihrer Fläche gerippt ist. Mit dieser Metall­ platte 56 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 eine Bauteil 36 aus einen schlecht wärmeleitenden Kunststoff besteht, entspricht die Temperatur der Metallplatte 56 im wesentlichen der Temperatur der Luft im Reifen 14. 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 weiteren 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 weitere 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 ersten Koppelspule (Kopplungsspule) 62 zugeführt, die in einem ersten Ferritkern 64 untergebracht ist, der von einer Hälfte eines Schalenkerns gebildet ist. In Zuordnung zu die­ ser ersten Koppelspule 62 ist im anderen Bauteil 38 als Aufnehmer eine zweite Koppelspule 66 angebracht, die sich ebenfalls in einem von einer Schalenkernhälfte gebildeten zweiten Ferritkern 68 befin­ det. Die zweite Koppelspule 66 im zweiten Ferritkern 68 steht über die Drahtleitung 30 mit der Ringspule 28 in Verbindung, über die die Signale aus dem Meßmodul 24 unter Mitwirkung der fahrzeugfesten Koppel­ spule 32 zur Auswertungselektronik im Fahrzeug übertragen werden.

Aufgrund der induktiven Kopplung über die beiden Koppelspulen 62, 66 sind keine mechanischen Kontakte erforderlich, um die Verbindung zwischen der elektronischen Schaltung im einen 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 beiden Koppelspulen 62, 66 ist besonders günstig, wenn die Signalübertragung unter Anwendung der HF-Trägerfre­ quenztechnik erfolgt. Dabei kann die erste Koppelspule 62 als Spu­ le eines Resonanzkreises mit hoher Güte benutzt werden, an die die zweite Koppelspule 66, die niederohmig ausgelegt ist, lose angekoppelt werden kann. Die notwendige Impedanztransforma­ tion wird dabei durch die beiden Koppelspulen 62, 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 14 als auch die Lufttem­ peratur im Reifen 14 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 14 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 10 auf den Reifen 14 übertragen wird. Damit diese beiden Zustände (Erhitzung aufgrund schneller Fahrt und Erhitzung aufgrund häufigen Bremsens) unterschieden werden können, wird der Auswertungselektronik auch die vom weiteren Temperaturfühler 60 gemessene Temperatur zugeführt.

Aufgrund der besonderen Anordnung der beiden Temperaturfüh­ ler 58, 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 14 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 Metallplatte 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 10 erwärmt, die dann die Wärme auf die Luft im Reifen 14 überträgt, dann spricht auf die über die Felge 10 herbeigeführte Temperaturerhöhung zuerst der weitere Temperaturfüh­ ler 60 an, da dieser der Felge 10 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 24 nach Fig. 2 nur dadurch unterscheidet, daß die beiden Bauteile 36, 38 von der Innenseite des Felgenbetts 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 (Reifen) eines Fahrzeugs,

• - mit einem Meßmodul, das Fühler für ausgewählte Betriebsparameter enthält, Übertragungsmitteln, die aus felgenseitig angebrachten Rotorteilen und damit gekoppelten karosserieseitig angebrachten Statorteilen, zum Übertragen der von den Fühlern erfaßten, ausgewählten Betriebsparameter zu einer mit den Statorteilen verbundenen Auswertungsanordnung in dem Fahrzeug, und
• - mit einer Öffnung im Felgenbett der Radfelge, in der der Meßmodul angeordnet ist,
  dadurch gekennzeichnet, daß
• - der Meßmodul (24) aus zwei miteinander lösbar verbundenen Bauteilen (36, 38) besteht, von denen das eine Bauteil (36) auf der zum Reifen (14) gewandten Seite und das andere Bauteil (38) auf der vom Reifen (14) abgewandten Seite des Felgenbetts (22) liegt,
• - die Fühler (58, 60) an dem einen Bauteil (36) angebracht sind,
• - das andere Bauteil (38) elektrisch mit den Rotorteilen (28) verbunden ist und
• - von den Fühlern (58, 60) abgegebene, die ausgewählten Betriebsparameter repräsentierende Signale durch eine induktive Kopplung von dem einen Bauteil (36) auf das andere Bauteil (38) des Meßmoduls (24) übertragen werden.

2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,

• - daß zur induktiven Kopplung
  • - das eine Bauteil (36) einen ersten Ferritkern (64) mit einer ersten Kopplungsspule (62) und
  • - das andere Bauteil (38) einen zweiten Ferritkern (68) mit einer zweiten Kopplungsspule (66) aufweist, und
• - daß die beiden Kopplungsspulen (62, 66) lose miteinander gekoppelt sind.

3. Anordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß

• - die erste Kopplungsspule (62) Teil eines Resonanzkreises mit hoher Güte ist, und
• - die zweite Kopplungsspule (66) niederohmig ausgelegt ist.

4. Anordnung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet,

• - daß jeder der beiden Ferritkerne (64, 68) eine Hälfte eines Schalenkerns bildet und
• - daß die beiden Hälften des Schalenkerns so in das Meßmodul (24) eingebaut sind, daß zur Erzielung der losen Kopplung ein vorbestimmter Luftspalt zwischen ihnen vorhanden ist.

5. Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das auf der zum Reifen (14) gewandten Seite des Felgenbetts (22) liegende Bauteil (36) einen Randflansch (44) aufweist, mit dem es auf einem die Öffnung (20) in der Radfelge (10) umgebenden Bereich der Innenfläche des Felgenbetts (22) aufliegt und eine dazwischen eingefügte Dichtung (46) festklemmt.

6. Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet,

• - daß die ausgewählten, zu überwachenden Betriebsparameter der Druck und die Temperatur im Reifen (14) sind,
• - daß an dem zum Reifen (14) gewandten einen 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 (14) gewandte Bauteil (36) eine Trägerplatte (50) aufweist, die auf der vom Reifen (14) abgewandten Seite des Bauteils (36) angebracht ist und den Druckfühler (52) trägt, und
• - daß eine Durchführung (54) in dem einen Bauteil (36) eine Verbindung zwischen dem Druckfühler (52) und dem Reifeninneren herstellt.

8. Anordnung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß sich die Durchführung (54 zum Druckfühler (52) hin konisch verjüngt.

9. Anordnung nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß auf der Trägerplatte (50) in unmittelbarer Nähe des Druckfühlers (52) ein weiterer Temperaturfühler (60) angebracht ist.