DE60206667T2

DE60206667T2 - Reifenzustands- Überwachungsverfahren

Info

Publication number: DE60206667T2
Application number: DE2002606667
Authority: DE
Inventors: Robert Walter Medina Brown
Original assignee: Goodyear Tire and Rubber Co
Current assignee: Goodyear Tire and Rubber Co
Priority date: 2001-01-29
Filing date: 2002-01-22
Publication date: 2006-07-20
Anticipated expiration: 2022-01-23
Also published as: EP1227018A3; EP1227018B1; DE60206667D1; EP1227018A2; BR0200318A; JP2002324292A

Description

TECHNISCHES GEBIET DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung betrifft ein System und ein Verfahren zum Messen einer dynamischen Bedingung eines Pneumatikreifens und spezieller ein System und ein Verfahren zum Bestimmen zumindest einer dynamischen Bedingung eines Pneumatikreifens durch Messen der Drehwinkelposition des Reifens und/oder eines Rades oder Radträgers, woran der Reifen montiert ist.
HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung betrifft die Überwachung von Bedingungen eines beliebigen Drehelements, beschäftigt sich jedoch insbesondere mit der Überwachung von Bedingungen von Rädern und an Rädern montierten Pneumatikreifen. Als Drehelement sind Winkelposition, Dreh(winkel)geschwindigkeit und -beschleunigung, Veränderungswert der Beschleunigung und Umdrehungszählung eines Reifens wichtig bei der Bestimmung solcher Dinge wie Bremsen, Rutschen/Schleudern und stellen auch Faktoren beim Verschleiß des Reifens dar. Bestimmte dieser Elemente werden bei der Steuerung von Fahrzeugbremssystemen genutzt, wie etwa Automobil- und Flugzeug-ABS-Systemen (Anti-Blockiersystem). Bestehende Überwachungssysteme nehmen im allgemeinen die Herangehensweise an, dass die Reifen-/Radeinheit in tangentialer Richtung starr ist (tangential zur Rotationsrichtung, d.h. vorwärts oder rückwärts in Bezug auf einen rollenden Reifen). Die vorliegende Erfindung bewegt sich über diese starre Herangehensweise hinaus, um andere Rad- und/oder Reifenbetriebsmerkmale zu überwachen, wie beispielsweise das Drehmoment auf dem Reifen.
Zusätzlich zu Rotations-/Winkelmerkmalen sind Luftdruck und Temperatur andere in einem Reifen zu überwachende Merkmale. Der Druck (Luftdruck) ist als ein kritischer Faktor im Betrieb von Pneumatikreifen bekannt, am wichtigsten, wenn ein Verlust an ausreichendem Druck, um den Reifen sicher zu betreiben, beispielsweise ein "platter Reifen", vorliegt. Die (Luft)temperatur ist im allgemeinen von sekundärer Bedeutung. Obwohl sie verwendet werden kann, um eine Durchschnittstemperatur des den Lufthohlraum umgebenden Reifens und Rades anzugeben, wird die Temperatur meistens verwendet, um einen in einem warmen Reifen gegenüber einem "Kaltdruck"-Wert gemessenen Druck zu normieren, d.h. dem Druck, wie er in einem "kalten" Reifen vorläge.
Ein großer Teil des Standes der Technik ist Vorrichtungen und Verfahren zum Messen und Überwachen von Rotationselement- und Pneumatikbedingungen gewidmet, insbesondere, wenn sie Pneumatikreifenbedingungen betreffen.
Die stattfindenden Entwicklungsbemühungen der Erwerberin der Patentrechte
Beispiele für die Schritte, die Goodyear beim Vorantreiben von Reifen- und verwandten Technologien unternommen hat, beinhalten, sind jedoch nicht begrenzt auf, die folgenden patentierten Erfindungen:
Das in gemeinsamem Besitz befindliche US-A- 665 387 (Enabnit; 1972) mit dem Titel SIGNALLING SYSTEM FOR LOW TIRE CONDITION ON A VEHICLE (Signalisationssystem für Niederdruck-Reifenzustand an einem Fahrzeug) offenbart ein Warnsystem für niedrigen Reifendruck, das für jede Anzahl von Rädern eines Fahrzeug anpassbar ist und Armaturenbrettanzeigen von Systembetrieb und niedrigen Druckbedingungen, während das Fahrzeug in Bewegung ist, verschafft.
Das in gemeinsamem Besitz befindliche US-A-3 831 161 (Enabnit; 1974) mit dem Titel FAIL-SAFE MONITORING APPARATUS (Betriebssichere Überwachungsvorrichtung) offenbart das Überwachen des Fahrzeug-Reifendrucks, wobei die Bedienperson vor einem abnormalen oder unsicheren Zustand eines oder mehr der Reifen gewarnt wird.
Das in gemeinsamem Besitz befindliche US-A-3 872 424 (Enabnit; 1975) mit dem Titel APPARATUS AND METHOD FOR TRANSMITTING AUXILIARY SIGNALS ON EXISTING VEHICLE WIRING (Vorrichtung und Verfahren zur Übertragung von Hilfssignalen auf bestehender Fahrzeugverdrahtung) offenbart das Kommunizieren mit Reifenniederdrucküberwachungsschaltkreisen unter Verwendung von Strompulsen, die auf bestehender Fahrzeugverdrahtung weitergeleitet werden (beispielsweise den Abbiegesignalschaltkreisen).
Das in gemeinsamem Besitz befindliche US-A-4 052 696 (Enabnit; 1977) mit dem Titel TIRE CONDITION MONITOR (Reifenzustandsüberwachungsvorrichtung) offenbart einen den Reifenzustand erfassenden Schaltkreis, der ein Ferritelement enthält, das in Reaktion auf einen Temperaturanstieg über dem Material-Curiepunkt von einem ferromagnetischen zu einem nicht-ferromagnetischen Zustand übergeht.
Das in gemeinsamem Besitz befindliche US-A-4 099 157 (Enabnit; 1978) mit dem Titel SINGLE WIRE POWER/SIGNAL SYSTEM FOR VEHICLE AUXILIARY DEVICES (Einzeldrahtstrom-/Signalsystem für Fahrzeug-Hilfsvorrichtungen) offenbart sowohl die Zufuhr von Strom zu als auch den Empfang von Detektionssignalen von einer entfernt befindlichen Zustandsüberwachungsvorrichtung unter Verwendung eines Einzeldrahts mit Erdungsrücklauf durch den Fahrzeugrahmen.
Das in gemeinsamem Besitz befindliche US-A-4 911 217 (Dunn et al.; 1990) mit dem Titel INTEGRATED CIRCUIT TRANSPONDER IN A PNEUMATIC TIRE FOR TIRE IDENTIFICATION (Integrierter Schaltkreistransponder in einem Pneumatikreifen für Reifenidentifikation) offenbart einen HF-Transponder in einem Pneumatikreifen. 1a dieses Patents illustriert ein Identifikationssystem ("Leser") des Standes der Technik, das zum Abfragen und zur Energieversorgung des Transponders in dem Reifen verwendet werden kann. Das Identifikationssystem enthält ein tragbares Handgerät, das einen Erreger und zugehörige Schalttechnik beinhaltet, um einem Benutzer die numerische Identifikation des Reifens/Transponders in Reaktion auf ein Abfragesignal anzuzeigen.
Das in gemeinsamem Besitz befindliche US-A-5 181 975 (Pollack et al.; 1993) mit dem Titel INTEGRATED CIRCUIT TRANSPONDER WITH COIL ANTENNA IN A PNEUMATIC TIRE FOR USE IN TIRE IDENTIFICATION (Integrierter Schaltkreistransponder mit Rahmenantenne in einem Pneumatikreifen zur Verwendung bei der Reifenidentifikation) offenbart einen Pneumatikreifen, der einen integrierten Schaltkreis-(IC)-Transponder und Drucktransducer aufweist. Wie in diesem Patent beschrieben, kann der Transponder in einem bereits gefertigten Reifen mittels eines Reifenflickens oder anderen gleichartigen Materials oder dito Vorrichtung an einer Innenfläche des Reifens befestigt werden.
Das in gemeinsamem Besitz befindliche US-A-5 218 861 (Brown et al.; 1993) mit dem Titel PNEUMATIC TIRE HAVING AN INTEGRATED CIRCUIT TRANSPONDER AND PRESSURE TRANSDUCER (Pneumatikreifen mit einem integrierten Schaltkreistransponder und Drucktransducer) offenbart einen Pneumatikreifen, wobei ein integrierter Schaltkreis (IC)-Transponder und Drucktransducer in dem Pneumatikreifen montiert ist. Beim Abfragen (Befragen) durch ein von einem "Leser" bereitgestelltes externes HF-Signal überträgt der Transponder Reifenidentifikations- und Reifendruckdaten in digital kodierter Form. Der Transponder ist dadurch "passiv", dass er nicht selbst kraftgetrieben ist, sondern seinen Betriebsstrom von dem extern bereitgestellten HF-Signal erhält.
Dynamische Bedingungen
Dynamische Bedingungen, wie etwa Position und Winkelgeschwindigkeit eines rotierenden Elements sind leicht zu messen.
US-A-3 831 570 offenbart das Messen der Rotationsposition einer Kurbelwelle unter Verwendung einer magnetischen Abtastspule, eines rotierenden Zahnrads und eines Permanentmagneten. Das Zahnrad weist eine Anzahl Zähne auf, die der Anzahl Zündkerzen entspricht.
US-A-3 832 640 offenbart das Bestimmen einer großen Anzahl von Winkelverhältnissen (Rotationspositionen) in einem rotierenden Element, wie etwa einer Kurbelwelle.
Geradlinige Reifenumdrehungszähler sind wohlbekannt und sind beispielsweise in US-A-4 842 486 und 5 524 034 offengelegt.
US-A-5 218 862 offenbart eine Reifendrucküberwachungsvorrichtung, welche an den Rädern des Fahrzeugs befindliche Radgeschwindigkeitssensoren umfasst, um Information über die Radgeschwindigkeit zu einer elektrischen Steuervorrichtung zu übertragen. Dieses Patent merkt an, dass die Radgeschwindigkeitsdiskrepanz zwischen einem Reifen zu den anderen den relativen Reifendruck anzeigt, dass diese Diskrepanz jedoch auch anzeigen kann, ob das Fahrzeug abbiegt, beschleunigt oder langsamer wird, steile Steigungen hinauf- oder hinunterfährt, oder ob ein Rad rutscht, oder von auf das Fahrzeug einwirkendem Seitenwind.
US-A-5 274 355 offenbart ein System zur Überwachung von Druck und Temperatur rotierender Pneumatikreifen. Eine elastische Membran ist in die Seitenwand des Reifens eingebettet oder unlösbar damit verbunden. Reifendruckveränderungen verurschen eine messbare Ausdehnung und Kontraktion der Membranoberfläche. Die Membran umfasst ein Paar reflektierender Streifen, die in einem festen Abstand voneinander beabstandet sind, um eine Referenzabmessung zu definieren, und ein anderes Paar reflektierender Streifen, die sich in Bezug zueinander bewegen, wenn die Membran sich im Verhältnis zum Reifenfülldruck ausdehnt oder zusammenzieht. Das Zeitintervall zwischen den den reflektierenden Streifen zugeordneten Pulsen, erfasst durch an dem Fahrzeug befestigte Photodetektoren, zeigt die individuelle Reifengeschwindigkeit an. Die vom Reifen natürlicherweise ausgestrahlte Hintergrund-Infrarotstrahlung zeigt die Reifentemperatur an.
US-A-5 345 217 offenbart das Messen der Radgeschwindigkeit eines Kraftfahrzeugs mit einem Mehrzahn-Pulsgenerator an jedem Rad (wie bei elektronischen Antiblockiersystemen verwendet), um eine um gleiche Maßstufen der Winkelrotation jedes Rades beabstandete Serie von Pulsen zu erzeugen. Die Geschwindigkeit jedes Rades wird mit den anderen verglichen, um festzustellen, ob, und in welchem Umfang, ein Reifen abgelassen ist.
US-A-5 569 848 offenbart ein System zur Überwachung von Reifendruck, das gezahnte Ringsensoren, die an jeder Radeinheit befestigt sind, einen Sensor, der betriebsweise jedem jeweiligen gezahnten Ring zugeordnet ist und Signale produziert, welche ein Maßstab der Rotationsgeschwindigkeit der Räder sind, und einen Computer, der Signale von den Sensoren empfängt, umfasst. Der Computer überwacht die Radgeschwindigkeits-sensoren während des Fahrzeugbetriebs, wobei er Fahrzeuggeschwindigkeit, vom Fahrzeug zurückgelegten Abstand und Reifenniederdruck berechnet und anzeigt.
US-A-5 721 528 offenbart ein Reifenniederdruckwarnsystem, das Winkelbewegungssensoren an jedem Rad anwendet. Das System wendet Radbewegungssensoren an, die an Fahrzeugen, die ABS-Systeme enthalten, bereits an Ort und Stelle sind. Gewisse Fahrzeugbetriebsbedingungen, wie etwa übermäßige oder sehr niedrige Geschwindigkeiten, Bremsen und Abbiegemanöver werden aus den Sensorausgabewerten ermittelt.
US-A-3 588 814 offenbart eine elektrische Reifenfüllstandanzeigevorrichtung, welche den Füllzustand eines Reifens durch Überwachen der Rotationsweggeschwindigkeit des jeweiligen Rades des Reifens mittels eines stationären Reed-Schalters und eines mit dem Rad rotierenden Magneten ermittelt.
US-A-5 749 984 offenbart ein Reifenüberwachungssystem und -verfahren, das einen Sensor im Reifen nutzt, um die Durchbiegung der Reifenseitenwand zu detektieren und dadurch Reifendruck, Reifengeschwindigkeit und Anzahl von Reifenumdrehungen zu ermitteln.
Statische Bedingungen
Zusätzlich zu den oben erwähnten dynamischen Bedingungen (z.B. Position, Rotationsgeschwindigkeit und Beschleunigung) werden rotierenden Elementen, wie etwa Pneumatikreifen, auch statische Bedingungen zugeordnet – beispielsweise Druck und Temperatur. Ein Scheitern rascher Korrektur falschen Reifendrucks kann zu übermäßigem Reifenverschleiß, Platzern, schlechter Kraftstoff-Kilometerleistung und Lenkschwierigkeiten führen. Ein automatisches Reifenablasswarnsystem ist besonders wichtig für Reifen mit "Notlaufeigenschaften", wo der unbefüllte Zustand durch den Fahrer selbst kaum wahrgenommen werden kann. Sensoren für statische Parameter befinden sich typischerweise in dem rotierenden Reifen, und zugehörige Schalttechnik kann Daten, die einen erfassten Zustand anzeigen, zu einem an Bord befindlichen Empfänger im Fahrzeug übertragen.
Transpondersysteme für Pneumatikreifen
Ein "Transponder" ist ein elektronisches Gerät, das in der Lage ist, Hochfrequenz(HF)-Signale sowohl zu empfangen als auch zu übertragen. Transpondersysteme, die typischerweise eine Mehrzahl von Transpondern und eine einzelne Abfragevorrichtung enthalten, sind wohlbekannt und beispielsweise in US-A-5 339 073 offenbart.
Es ist bekannt, Transponder (und zugehörige Sensoren) in Pneumatikreifen von Kraftfahrzeugen anzubringen. Diese Transponder übertragen eine HF-Welle mit oder ohne variable Daten (z.B. Reifendruck, Temperatur, Position) und/oder feste Daten (z.B. Reifenidentifikation) nach außerhalb des Reifens und empfangen HF-Signale, mit oder ohne Daten, von außerhalb des Reifens. Typischerweise it jedem Reifen eines Kraftfahrzeugs ein separater Transponder zugeordnet, um reifenbezogene Daten zu überwachen und zu übertragen. Typischerweise wird eine "Abfragevorrichtung", die sowohl Übertragungs- als auch Empfangsfähigkeiten aufweist, zur Kommunikation mit den Transpondern verwendet. Die Abfragevorrichtung kann ein Handgerät oder "an Bord" des Fahrzeugs montiert sein oder entlang oder in einer Straße (z.B. "Drive-over" (zum Darüberfahren) oder "Drive by" (zum Vorbeifahren)) positioniert sein.
"Aktive" Transponder haben ihre eigene Stromversorgung (z.B. eine Batterie). Sie übertragen Signale und sind typischerweise auch in der Lage, Signale zu empfangen, um ihre Funktionalität zu steuern.
"Passive" Transponder werden von der Energie eines eintreffenden HF-Signals, wie etwa von einer Abfragevorrichtung, gespeist. Passive Transponder fallen in zwei allgemeine Kategorien, diejenigen, die nur passive Schalttechnik aufweisen, und diejenigen mit einiger aktiver Schalttechnik. Hierin werden hauptsächlich Transponder, die passive Transponder mit einiger aktiver Schalttechnik sind, erörtert.
US-A-5 612 671 offenbart ein Reifenniederdruckwarnsystem, das einen in jedem Rad montierten Drucksensor und Radioübertrager und einen einen Mikroprozessor enthaltenden, im Fahrzeug montierten Empfänger aufweist.
US-A-4 609 905 offenbart einen passiven Transponder, der nur passive Schalttechnik aufweist. Ein HF-Sender im Fahrzeug befragt den Transponder, der in Funktion des Status eines zugehörigen Druckschalters eine zuvor festgelegte Harmonische des HF-Signals zu einem Empfänger zurückreflektiert.
US-A-4 067 235 offenbart einen passiven Transponder mit einem Reifendrucksensor. Von einem Energieübertrager generierte elektromagnetische Strahlung wird von einer einen Induktor und einem Kondensator umfassenden Empfangsantenne im Reifendrucksensor empfangen. Diese Strahlung wird von einem Gleichrichter-Filter in Elektrizität umgewandelt, um aktive Komponenten (Oszillator, Trennverstärker, Übertrager) des Transponders mit Energie zu versorgen.
US-A-4 724 427 offenbart einen passiven Transponder, der ein Trägersignal von einer Abfragevorrichtung empfängt. Das Trägersignal wird von einem Gleichrichtschaltkreis gleichgerichtet, der über die Antennenspule des Transponders angeschlossen ist, um Elektrizität zur Energieversorgung des Transponders zu generieren. Daten werden kodiert und in einem ausgeglichenen Modulatorschaltkreis mit dem Trägersignal vermischt. Die Ausgangsleistung des ausgeglichenen Modulatorschaltkreises wird zurück zur Abfragesendereinheit übertragen.
US-A-4 703 650 offenbart einen Schaltkreis, der für eines von vielen Verfahren der Kodierung der Werte von in einem Reifen gemessenen Variablen zur Übertragung geeignet ist, und eine Vorrichtung zur Überwachung von Reifen, die einen solchen Schaltkreis einsetzen. Ein astabiler Multivibrator wandelt die Messung der besagten Variablen, beispielsweise Druck und Temperatur, in eine Zeitmessung um. Der astabile Multivibrator gibt ein Pulssignal ab, dessen Pulsbreite eine Funktion der Temperatur ist und dessen Zyklusverhältnis eine Funktion des Drucks ist. Das Signal wird beispielsweise durch induktive Kopplung geeigneterweise vom Reifen zum Fahrzeug übertragen.
US-A-4 730 188 offenbart einen durch eine induktive Kopplung von einer Abfragevorrichtung erregten passiven Transponder. Der Transponder reagiert über die induktive Kopplung mit einem Signal, das einen Datenstrom darstellt, auf die Abfragevorrichtung. Der Transponder umfasst eine Induktionsspule, die als seine Antenne dient, und eine über die Antenne angeschlossene Vollweggleichrichterbrücke und einen Glättkondensator zur Bereitstellung von Gleichstrom (Spannung) für aktive Schalttechnik innerhalb des Transponders.
US-A-5 969 239 offenbart einige Antennenformen für das elektromagnetische Koppeln bewegender Transponder in Reifen an stationäre Antennen am Fahrzeug. Das Patent betrifft das Ersetzen eines ringförmigen Spulentyps von rotierender Antenne durch eine kleinere Antenne, die mit dem Messsensor (Transponder) in einem kleinen, fest am Rad befestigten Kasten integriert ist, plus einem geschlossenen kreisförmigen Bandeisen-Koppelring, der am Rad befestigt und koaxial dazu ist. Rotierende Antenne, stationäre Antenne und Koppelring sind so positioniert, dass durch Magnetfluss in einer beliebigen der Antennen elektrischer Strom in dem Koppelring induziert wird und umgekehrt. Alternative Ausführungen sind erwähnt, welche die Verwendung der "Metallumgebung" statt des Bandeisenrings in Betracht ziehen, beispielsweise das Rad selbst, oder zumindest einen der Metallwülste des Reifens. Die Übertragungsfrequenz beträgt 30 bis 100 Kilohertz.
US-A-5 824 891 offenbart "einen auf einem Rahmenelement ... montierten Übertragungsschaltkreis. Der Übertragungsschaltkreis enthält eine Senderspule und generiert elektrische Energie..." Ein "Empfänger ist induktiv an den Übertragungsschaltkreis gekoppelt. Der Empfängerschaltkreis enthält einen Sensor zum Generieren von Daten, die einem physikalischen Merkmal des Fahrzeugrades entsprechen, und einen drahtlosen Kommunikationsschaltkreis zum Empfangen der elektrischen Energie von der Übertragungsspule, um den Empfängerschaltkreis auf Abstand zu speisen, um das Datensignal vom Empfängerschaltkreis zum Übertragungsschaltkreis zu befördern".
US-A-4 911 217 offenbart einen HF-Transponder in einem Pneumatikreifen. 1a illustriert ein Identifikationssystem ("Leser") des Standes der Technik, das zum Abfragen und Speisen des Transponders im Reifen verwendet werden kann. Ein tragbares Handgerät weist darin einen Erreger und Schalttechnik zum Anzeigen der numerischen Identifikation des Reifens/Transponders auf.
US-A-5 181 975 und 5 218 861 offenbaren einen Pneumatikreifen, wobei sich ein passiver integrierter Schaltkreistransponder innerhalb der Struktur des Reifens befindet, zur Verwendung bei Reifenidentifikation und Druckdatenübertragung. Das Abfragesignal wird durch Schalttechnik in dem Transponder gleichgerichtet, welcher dann das gleichgerichtete Signal als seine Quelle für elektrischen Strom zur Verwendung bei seiner Übertragung digital kodierter Signale nutzt.
US-A-4 220 907 offenbart ein Alarmsystem für niedrigen Reifendruck für Fahrzeuge. Jedes Rad ist mit einem Sender versehen, und es liegt ein gemeinsamer Empfänger vor, der eine geeignete Antenne, wie etwa eine Ferritstabantenne, umfasst.
US-A-4 319 220 offenbart ein System zur Überwachung von Reifendruck, das Radeinheiten in den Reifen und einen gemeinsamen Empfänger umfasst. Jede Radeinheit weist eine Antenne, die eine am Innenumfang des Reifens angeordnete kontinuierliche Drahtschleife umfasst, zum Übertragen von Signalen und zum Empfangen von Strom auf. Es können mehrere Antennen für den Empfänger vorgesehen sein und können in der Form von Ferritstabantennen vorliegen.
US-A-5 319 354 offenbart eine Antennenstruktur zum Kommunizieren mit einer in einem Pneumatikreifen implantierten elektronischen Marke (Transponder). Dieses Patent erkennt an, dass die Orientierung des Transponders in Bezug auf die mit dem Transponder kommunizierende Antenne die Kopplung zwischen der Abfrageantenne und der Transponderantenne negativ beeinflussen kann. Es wird eine Konstruktion einer Abfrageantenne beschrieben, sodass, ungeachtet der Position des Transponders in dem Pneumatikreifen, wovon eine Position unbekannt ist, die Kopplung stets dieselbe Qualität hat.
Die folgenden US-Patente werden ebenfalls als interessant zitiert: 3,835,451; 4,755,345; 5,095,309; 5,235,326; 5,537,867; 5,559,507; 5,594,448; 5,731,754; 5,790,016; 5,824,891 und 5,826,207.
WO-A-99/52722 (21. Oktober 1999) offenbart ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Erfassen des Reifendrucks in einem Fahrzeugrad, das drahtlos ist. Es setzt "bekannte" Druck- und Temperatursensoren, "bekannte" Umdrehungsdetektoren (z.B. ABS) und "bekannte" Regler ein. Ein Transducer, die Sensoren, eine Stromquelle (z.B. Batterie) und ein Sender sind an der Fahrzeugfelge montiert, an der Innenseite des Reifens. Der Transducer misst einen Luftdruck und/oder eine Temperatur und/oder Radgeschwindigkeit, der bzw. die durch den Sender in ein drahtloses Datensignal umgewandelt wird. Eine Empfängerspule (Antenne) ist an einen Teil des Fahrzeugs angeschlossen, wie etwa ein Radkastenelement, vorzugsweise innerhalb von drei Zehnteln eines Meters von der Transducer-/Senderspule. Eine mit dem Fahrzeug verbundene andere Spule kann abgestimmt sein, um Radgeschwindigkeitssignale von dem "bekannten Typ" von Radgeschwindigkeitssensor zu empfangen, und diese Signale werden von dem Empfänger aufbereitet und zusammen mit dem Druck- und Temperatursignal an den Regler weitergeleitet. Das Druck-/Temperatursignal und das Radgeschwindigkeitssignal können durch verschiedene bekannte Mittel, wie etwa durch Frequenz- oder Modulationsgestaltung, unterschieden werden, oder es kann ein separater Empfänger verwendet werden.
Reifendruckregelung
Zusätzlich zum Erfassen, wenn nicht Messen/Überwachen, des Pneumatikreifendrucks ist eine Vielfalt von Systemen entwickelt worden, um das Pneumatikmedium (Luft) in einem Reifen zu regulieren, anzupassen und/oder aufzufüllen.
US-A-5 505 080 offenbart ein Reifendrucksteuersystem einschließlich einer mit dem Reifen verbundenen Reifenzustandsüberwachungsvorrichtung, um mit dem Luftdruck im Reifen zusammenzuwirken, um selektiv einen Druck in dem Reifen zu messen, eines Reglers und eines Displays. Die Reifenzustandsüberwachungsvorrichtung umfasst einen Sender und einen Empfänger. Der Regler weist ebenfalls einen Sender und einen damit verbundenen Empfänger auf, und die Zustandsüberwachungsvorrichtung und der Regler kommunizieren mittels Radiosignalen. Ein Luftkompressor ist an einem Rad des Reifens montiert, um einem Inneren des Reifens Luft zuzuführen, wenn der Druck des Reifens unter einen zuvor festgelegten Wert liegt. Ein Stromgenerator ist mit dem Rad des Reifens verbunden und enthält eine Wechselstromgenerator-Magneteinheit und eine Induktionsspuleneinheit, die so mit dem Rad des Reifens verbunden sind, dass dazwischen eine relative Rotation stattfindet, wenn der Reifen rotiert. 7 illustriert einen Reifendrucksensor, einen Temperatursensor und eine Abtastspule zur Umdrehungszählung, welche alle an den Mikroprozessorchip der Zustandüberwachungsvorrichtung angeschlossen sind. Es wird gesagt, dass der Umdrehungszähler "anstelle (eines) Achskappenzählers" verwendbar ist.
US-A-5 667 606 (auf das hier nachstehend als das "Renier/Cycloid '606-Patent" verwiesen wird) offenbart einen Reifendruckbeaufschlagungs- und Regelapparat, der eine axial an einem Fahrzeugrad montierte Luftpumpe vom Verdrängungstyp umfasst, mit einer Druckluftverbindungsleitung, welche von der Pumpe erzeugte Druckluft in den Pneumatikreifen einbringt. Ein konventioneller (mechanischer) Druckniveaumechanismus ist ebenfalls vorgesehen und mit der Pumpe verbunden, um einen gewünschten Luftdruck in dem Reifen herzustellen und auf einem zuvor festgelegten Niveau zu halten. Eine Nocken- und Nockenstößelanordnung ist in dem Gehäuse für die Pumpe montiert, und ein Pendel ist zur freien axialen Rotation in Bezug zu dem Pumpengehäuse montiert. Das Pendel ist mit einem der Nocken oder Nockenstößel verbunden, und der andere ist an dem Pumpengehäuse zur Rotation damit befestigt, um eine nockengetriebene Antriebsbewegung für die Pumpe vorzusehen.
US-A-4 742 857 offenbart einen Reifendrucksensor und eine Luftzufuhr zum Aufrechterhalten des gewünschten Reifendrucks. Das offenbarte System zum Detektieren des Luftdrucks in jedem Rad (mittels eines bewegbaren Magnetdrucksensors) und zum Bewirken von Befüllen oder Ablassen in jedem Rad (mittels eines mit dem bewegbaren Magnets verbundenen Ventils), während das Ventil in Betrieb ist, enthält einen Regler und einen an jedem Rad montiertes Hockdruckvorratsbehälter. Ein Datenprozessor zeigt der Fahrzeugbedienperson den Reifendruck an und gestattet eine manuelle Bedienung des Ventils zum Anheben oder Senken des Reifendrucks.
US-A-5 413 159 offenbart ein selbstregulierendes Reifendrucksystem und Verfahren, das ein bistabiles Ventil einsetzt, das es Luft aus einem Hockdruckvorratsbehälter (am Rad montiert) gestattet, den Druck in einem Reifen nachzufüllen, wenn er unter einen Auslösedruck gefallen ist, und seinen Betrieb erst einstellt, nachdem der Reifendruck bis auf einen Schließdruck angestiegen ist, der größer als der Auslösedruck ist. Das System ist in der Lage, die Frequenz, Anzahl und Dauer der Tätigkeiten des Ventils als Indikationen eines langsamen Reifenlecks, eines platten Reifens beziehungsweise eines niedrigen Vorratsbehälterdrucks zu erfassen.
In einer Variante, welche keine auf dem Reifen montierte Luftdruckzufuhr erfordert, offenbart BR-B-9603529 ein System mit einem oder mehr Minikompressoren mit Drucksensoren, die im Fahrzeug montiert und mittels rotierender Luftkupplungen an die Reifen gekoppelt sind.
KURZE ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Gemäß einem Aspekt der Erfindung ist ein System zur Überwachung von Pneumatikreifenbedingungen für eine oder mehr an einem Fahrzeug montierte Reifen-/Radeinheiten, wobei jede Reifen-/Radeinheit einen an einem Rad oder Radträger montierten Reifen umfasst, gekennzeichnet durch: einen an dem Rad oder Radträger der einen oder mehr Reifen-/Radeinheiten montierten Rad- oder Radträgertransponder mit einer Rad- oder Radträgerantenne zum Übertragen eines die Drehwinkelposition des Rades oder Radträgers anzeigenden Signals einen oder mehr Empfänger, die jeder eine oder mehr fest an dem Fahrzeug montierte Empfangsantennen aufweisen, wobei die eine oder mehr Antennen so positioniert sind, dass sie das Signal von einer spezifischen der Reifen-/Radeinheiten empfangen; und Schalttechnik zum Verarbeiten der von der einen oder mehr Empfangsantenne(n) empfangenen Signale, um die Drehwinkelposition des Rades oder Radträgers der einen oder mehr Reifen-/Radeinheiten zu bestimmen.
Gemäß einem Aspekt der Erfindung ist zumindest eine der Rad- oder Radträgerantennen im Wesentlichen kreisförmig und enthält eine Vielzahl reaktiver schaltkreisbeeinflussender Elemente, die in den Umfang der zumindest einen Rad- oder Radträgerantenne integriert und darüber beabstandet verteilt sind, um Blips zu erzeugen, die die Drehwinkelposition der Rad- oder Radträgerantenne anzeigen, um in dem Signal vorzukommen, das von der Empfangsantenne empfangen wird, die so positioniert ist, dass sie das Signal von der zumindest einen Rad- oder Radträgerantenne empfängt.
Gemäß einem Aspekt der Erfindung ist zumindest eine der Rad- oder Radträgerantennen ein an den Rad- oder Radträgertransponder gekoppelter leitfähiger Reif; und jede aus einem leitfähigen Reif bestehende Rad- oder Radträgerantenne enthält eine Vielzahl reaktiver schaltkreisbeeinflussender Elemente, die in den Umfang der Rad- oder Radträgerantenne in Form eines leitfähigen Reifs integriert und beabstandet darüber verteilt sind, um Blips zu erzeugen, die Indikativ für die Drehwinkelposition der aus einem leitenden Reif bestehenden Rad- oder Radträgerantenne sind, um in dem von der Empfangsantenne empfangenen Signal vorzukommen, das von der Empfangsantenne empfangen wird, die so positioniert ist, dass sie das Signal von der zumindest einen Rad- oder Radträgerantenne empfängt.
Gemäß einem Aspekt der Erfindung ist ein Verfahren zur Überwachung von Pneumatikreifenbedingungen für eine oder mehrere Reifen-/Radeinheiten, die jede einen auf einem Rad oder Radträger montierten Reifen umfassen, gekennzeichnet durch Vergleichen der Drehwinkelposition eines Reifens mit der Drehwinkelposition des Rades oder Radträgers in der Reifen-/Radeinheit des Reifens, um die Betriebsbedingungen des Reifens zu ermitteln.
Gemäß einem Aspekt der Erfindung kann das Verfahren weiterhin das Bestimmen von Pneumatikreifenbedingungen durch Überwachen von einem oder mehr eines Reifendrucks, einer Reifentemperatur und einer Zählung von Reifenumdrehungen enthalten.
Gemäß einem Aspekt der Erfindung kann das Verfahren weiterhin das Messen der Drehwinkelposition eines radial nach außen gerichteten Teils des Reifens mittels eines durch eine innerhalb des Reifens nächst dem Außenumfang des Reifens montierten Antenne übertragenen HF-Signals enthalten.
Gemäß einem anderen Aspekt der Erfindung ist ein System zur Überwachung von Pneumatikreifenbedingungen für eine oder mehr an einem Fahrzeug montierte Reifen-/Radeinheiten, wobei jede Reifen-/Radeinheit einen auf einem Rad oder Radträger montierten Reifen umfasst, gekennzeichnet durch: einen auf dem Rad- oder Radträger der einen oder mehreren Reifen-/Radeinheiten montierten Rad- oder Radträgertransponder mit einer Rad- oder Radträgerantenne zur Übertragung eines ersten, die Drehwinkelposition des Rades oder Radträgers anzeigenden Signals; einen an dem Reifen der einen oder mehreren Reifen-/Radeinheiten montierten Reifentransponder mit einer Reifenantenne zur Übertragung eines zweiten, die Drehwinkelposition des Reifens anzeigenden Signals; einen oder mehrere Empfänger, die jeder eine oder mehrere fest an dem Fahrzeug montierte Empfangsantennen aufweisen, wobei die eine oder mehreren Empfangsantennen so positioniert sind, dass sie das erste Signal und das zweite Signal von einer spezifischen der Reifen-/Radeinheiten empfangen und Schalttechnik zum Verarbeiten der von einer der einen oder mehreren Empfangsantennen empfangenen Signale, um die Drehwinkelposition des Reifens in Bezug zu dem Rad der einen oder mehreren Reifen-/Radeinheiten zu ermitteln.
Gemäß einem Aspekt der Erfindung ist zumindest eine der Reifenantennen im Wesentlichen kreisförmig und umfasst eine Vielzahl reaktiver schaltkreisbeeinflussender Elemente, die in den Umfang der aus einem leitfähigen Reif bestehenden Rad- oder Radträgerantenne integriert und darüber beabstandet verteilt sind, um Blips zu erzeugen, die die Drehwinkelposition der aus einem leitenden Reif bestehenden Rad- oder Radträgerantenne anzeigen, um in dem zweiten Signal vorzukommen, das von der Empfangsantenne empfangen wird, die so positioniert ist, dass sie das zweite Signal von der zumindest einen Reifenantenne empfängt. Vorzugsweise ist die zumindest eine Reifenantenne, die eine Vielzahl reaktiver schaltkreisbeeinflussender Elemente enthält, nahe dem Außenumfang des Reifens montiert.
Gemäß einem Aspekt der Erfindung ist zumindest eine der Rad- oder Radträgerantennen im Wesentlichen kreisförmig und enthält eine Vielzahl reaktiver schaltkreisbeeinflussender Elemente, die in den Umfang der zumindest einen Rad- oder Radträgerantenne integriert und darüber beabstandet angebracht sind, um Blips zu erzeugen, die die Drehwinkelposition der Rad- oder Radträgerantenne anzeigen, um in dem ersten Signal vorzukommen, das von der Empfangsantenne empfangen wird, die so positioniert ist, dass sie das erste Signal von der zumindest einen Rad- oder Radträgerantenne empfängt.
Gemäß einem Aspekt der Erfindung ist zumindest eine der Reifenantennen ein an den Transponder gekoppelter leitfähiger Reif; und jede aus einem leitfähigen Reif bestehende Reifenantenne enthält eine Vielzahl reaktiver schaltkreisbeeinflussender Elemente, die in den Umfang der aus einem leitfähigen Reif bestehenden Reifenantenne integriert und darüber beabstandet angebracht sind, um Blips zu erzeugen, die die Drehwinkelposition der aus einem leitfähigen Reif bestehenden Reifenantenne anzeigen, um in dem zweiten Signal vorzukommen, das von der Empfangsantenne empfangen wird, die so positioniert ist, dass sie das zweite Signal von der zumindest einen Reifenantenne empfängt. Vorzugsweise ist die zumindest aus einem leitfähigen Reif bestehende Reifenantenne, die eine Vielzahl reaktiver schaltkreisbeeinflussender Elemente enthält, nahe dem Außenumfang des Reifens montiert.
Gemäß einem Aspekt der Erfindung ist zumindest eine der Rad- oder Radträgerantennen ein an den Rad- oder Radträgertransponder gekoppelter leitfähiger Reif; und jede aus einem leitfähigen Reif bestehende Rad- oder Radträgerantenne enthält eine Vielzahl reaktiver schaltkreisbeeinflussender Elemente, die in den Umfang der aus einem leitfähigen Reif bestehenden Rad- oder Radträgerantenne integriert und darüber beabstandet sind, um Blips zu erzeugen, die die Drehwinkelposition der aus einem leitfähigen Reif bestehenden Rad- oder Radträgerantenne anzeigen, um in dem ersten Signal vorzukommen, das von der Empfangsantenne empfangen wird, die so positioniert ist, dass sie das erste Signal von der zumindest einen Rad- oder Radträgerantenne empfängt.
Gemäß einem Aspekt der Erfindung ist jeder der einen oder mehr Empfangsantennen ein Nebenempfänger zugeordnet; und die Nebenempfänger assistieren einem Einzelempfänger bei der Verarbeitung der Signale.
Gemäß einem Aspekt der Erfindung kann eine Empfangsantenne für jede spezifische Reifen-/Radeinheit vorliegen; und jede Empfangsantenne ist so konfiguriert, dass sie das erste Signal auf einer ersten Frequenz von der Rad- oder Radträgerantenne der spezifischen Reifen-/Radeinheit empfängt, und ist so konfiguriert, dass sie das zweite Signal auf einer zweiten Frequenz von der Reifenantenne der spezifischen Reifen-/Radeinheit empfängt. Alternativ kann eine Reifenempfangsantenne für jede spezifische Reifenantenne vorhanden sein, wobei die Reifenempfangsantenne positioniert ist, indem sie fest an einem Radgehäuse in nächster Nähe der Reifenantenne am Reifen montiert wird; und es gibt eine Rad- oder Radträgerempfangsantenne für jede spezifische Rad- oder Radträgerantenne, wobei die Rad- oder Radträgerempfangsantenne positioniert ist, indem sie fest an einem Achsgehäuse in nächster Nähe der Rad- oder Radträgerantenne an dem Rad oder Radträger montiert wird.
Gemäß einem Aspekt der Erfindung ist einer oder mehrere der Reifentransponder und der Rad- oder Radträgertransponder ein Passivtransponder; und der bzw. die jedem der einen oder mehrere Passivtransponder zugeordnete Empfänger und Empfangsantenne übertragen ein Abfragesignal an den zugeordneten Passivtransponder.
Andere Objekte, Aspekte, Eigenschaften und Vorteile der Erfindung werden im Licht ihrer nachfolgenden Beschreibung deutlich.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Es wird im einzelnen auf bevorzugte Ausführungen der Erfindung verwiesen, wovon Beispiele in den begleitenden Zeichnungsfiguren illustriert sind.
Bestimmte Elemente in ausgewählten der Zeichnungen können zwecks illustrativer Deutlichkeit nicht maßstabsgetreu dargestellt sein. Die hierin dargestellten Querschnittsansichten, falls vorhanden, können in Form von "Scheiben" oder "kurzsichtiger" Querschnittsansichten vorliegen, wobei bestimmte Hintergrundlinien, die ansonsten in einer wahren Querschnittsansicht sichtbar wären, zwecks illustrativer Deutlichkeit weggelassen werden.
Elemente der Figuren sind typischerweise wie folgt numeriert. Die wichtigste Ziffer (Hunderter) der Referenzziffer entspricht der Figurennummer. Elemente von 1 sind typischerweise im Bereich von 100–199 numeriert. Elemente von 2 sind typischerweise im Bereich von 200–299 numeriert. Auf gleichartige Elemente in allen Zeichnungen kann mittels gleichartiger Referenzziffern verwiesen werden. Beispielsweise kann das Element 199 in einer Figur gleichartig zu und möglicherweise identisch mit dem Element 299 in einer anderen Figur sein. In manchen Fällen kann auf gleichartige (einschließlich identische) Elemente in einer einzigen Zeichnung mit gleichartigen Ziffern verwiesen werden. Beispielsweise kann auf jedes von einer Vielzahl von Elementen 199 individuell als auf 199a, 199b, 199c, 199d verwiesen werden, oder auf die Vielzahl kann kollektiv als 199 oder als 199a ... 199d verwiesen werden. Solche Verhältnisse, falls vorliegend, zwischen gleichartigen Elementen in denselben oder verschiedenen Figuren werden in der Beschreibung deutlich, einschließlich, falls anwendbar, in den Ansprüchen und der kurzen Zusammenfassung.
1 ist ein vereinfachtes Blockdiagramm eines Reifendrucküberwachungssystems gemäß dem Stand der Technik;
1A ist ein vereinfachtes Blockdiagramm eines Reifenüberwachungs- und Regelsystems mit erfindungsgemäßen Merkmalen;
1B ist eine Querschnittsansicht eines am Rad montierten Teils des Reifenüberwachungs- und Regelsystems von 1A;
2 ist ein vereinfachtes Blockdiagramm eines Passivtransponders gemäß dem Stand der Technik;
3A ist eine teilweise im Schnitt dargestellte Seitendraufsicht eines Reifens, worin ein Transponder montiert ist, gemäß dem Stand der Technik;
3B ist eine Querschnittsansicht des Reifens von 3A, genommen an einer Linie 3B-3B durch 3A, gemäß dem Stand der Technik;
3C ist eine Querschnittsansicht des Reifens von 3A, um 180 Grad rotiert, genommen an einer Linie 3C-3C durch 3A, gemäß dem Stand der Technik;
4 ist ein Graph der Kopplungsstärke zwischen der Abfragesenderantenne und dem Transponder von 3A;
5 ist ein vereinfachtes Blockdiagramm eines erfindungsgemäßen passiven Transponders;
6A ist eine seitliche Draufsicht, teilweise im Schnitt dargestellt, eines Reifens, worin ein Transponder und ein Reifkoppelelement angeordnet sind;
6B ist ein Querschnittsansicht des Reifens von 6A, genommen an einer Linie 6B-B durch 6A;
6C ist eine Querschnittsansicht des Reifens von 6A, um 180 Grad rotiert, genommen an einer Linie 6C-6C durch 6A;
7 ist ein Diagramm der Kopplungsstärke zwischen der Abfragesenderantenne und dem Transponder von 6A;
8 ist ein Blockdiagramm eines Reifendrucküberwachungssystems gemäß der vorliegenden Erfindung;
9 ist eine seitliche Draufsicht eines Reifens mit einem darin angeordneten Transponder und einem Reifkopplungselement, wobei der Reifen in Phantomdarstellung gezeigt ist;
9A ist ein Diagramm der Kopplungsstärke zwischen der Abfragesenderantenne und dem Transponder von 9;
10 ist ein Blockdiagramm eines Zustandsüberwachungs- und Steuersystems gemäß der Erfindung;
11 ist ein schematisches Diagramm der Schalttechnik für eine am Rad montierten Reifenzustandsüberwachungsvorrichtung;
12 ist ein schematisches Diagramm der Schalttechnik eines im Zusammenwirken mit der Reifenzustandüberwachungsvorrichtung von 11 verwendeten Senderteil;
13 ist ein schematisches Diagramm der Schalttechnik für einen Reifenzustandsüberwachungs-system-Empfänger;
14 ist ein Blockdiagramm der Schalttechnik für einen beispielhaften integrierten Schaltkreischip zur Reifenzustandsüberwachung, der durch die Reifenzustandsüberwachungsvorrichtung von 11 verwendet werden soll;
15 ist ein vereinfachtes Blockdiagramm eines erfindungsgemäßen Zustandsüberwachungssystems;
16A ist eine seitliche Draufsicht, teilweise in Schnittdarstellung, eines Reifens, worin ein Transponder und ein Reifkoppelelement angeordnet sind, plus eines am Rad oder Radträger montierten Senders und einer Antenne, gemäß der Erfindung; und
16B ist eine Querschnittsansicht des Reifens und Rades von 16A, genommen an einer Linie 16B-16B durch 16A, gemäß der Erfindung.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
1 illustriert ein typisches Reifendrucküberwachungssystem 100 des Standes der Technik, installiert an einem Kraftfahrzeug 102 (in Strichlinien dargestellt) mit an vier jeweiligen Rädern (nicht dargestellt) installierten vier Pneumatikreifen 104a ... 104d (104). Ein Transponder ("MARKE") 106a, 106b, 106c, 106d (106) ist jeweils innerhalb jedem der Reifen 104 angeordnet. Die Transponder 106 sind vorzugsweise Passivtransponder, die ihre Betriebsenergie von einem HF-Signal erhalten, wie dies typischerweise von einem an Bord befindlichen Abfragesender 108 erzeugt wird, der in dem Fahrzeug montiert ist.
Der Abfragesender 108 umfasst einen HF-Sender 112 (z.B. zur Energieversorgung von Passivtranspondern), einen HF-Empfänger 114, Steuerlogik 116, die einen Mikroprozessor (μP) und eine Displayvorrichtung 118, wie etwa eine visuelle Anzeige und optionsweise einen hörbaren Alarm enthaltend, enthalten kann. Die Antennen (_ANT_ 110a ... 110d sind an dem Fahrzeug 102 angeordnet, vorzugsweise jeweils benachbart zu den Reifen 104a ... 104d, wie etwa in den Radkästen des Fahrzeugs. Die Antennen 110 sind geeigneterweise Ferritstabantennen.
Die Verwendung mehrerer Fahrzeugantennen 110a ... 110d, welche jede in einer festen Position am Fahrzeug, benachbart einem jeweiligen Reifen 104a ... 104d sind, ist wohlbekannt und wird bevorzugt und ist in US-A-3 553 060; 3 810 090; 4 220 907; 5 541 574 und 5 774 047 offenbart.
Im Gebrauch speist der Abfragesender 108 die Transponder 106a ... 106d, die ihrerseits Daten, die einen gemessenen Zustand (z.B. Luftdruck) anzeigen, zurück zum Abfragesender übertragen. In einem solchen System ist es wünschenswert, eine effiziente und effektive Kopplung von Signalen zwischen den festen Antennen 110a ... 110d (alternativ einer zentral angeordneten festen Antenne) und den bewegenden (d.h., wenn das Fahrzeug in Bewegung ist) Transpondern (wovon jeder seine eigene, nicht dargestellte, Antenne hat) zu haben.
1A illustriert ein Reifenüberwachungs- und Reguliersystem 150 mit Eigenschaften gemäß einer Ausführung der Erfindung. Das System 150 ist an einem Kraftfahrzeug 152 (in Strichlinien dargestellt) installiert, das vier an vier jeweiligen (nicht dargestellten) Rädern installierte Pneumatikreifen 104a ... 104d (104) aufweist, um vier jeweilige Reifen-/Radeinheiten 105a ... 105d (105) zu bilden. An dem Rad oder Radträger jeder Rad-/Reifeneinheit 105 ist eine Reifenüberwachungs- und Reguliervorrichtung 156a ... 156d (156) montiert, die zumindest eine Reifenzustandüberwachungsvorrichtung 157a ... 157d (157) enthält, die in vieler Hinsicht gleichartig dem in den Reifen 104 angeordneten Transponder 106 ist, wie in 1 illustriert. Jede Überwachungsvorrichtung 157 ist vorzugsweise ein aktiver (d.h. batteriebetriebener) Schaltkreis, der in der Lage ist, den Pneumatikdruck (Luftdruck) (und optionsweise die Temperatur) seines jeweiligen Reifens 104 zu messen, die Rotation des Rades oder Radträgers der Einheit 105 zu messen, und mittels einer Antenne (nicht dargestellt) HF-Signale zu übertragen, die Daten, wie etwa Druck, enthalten. An dem Fahrzeug 152, vorzugsweise in oder dicht bei der Fahrerkabine des Fahrzeugs, ist ein Empfänger 166 montiert, der eine Anzeigevorrichtung 162, wie etwa ein visuelles Display, und optionsweise einen hörbaren Alarm umfassend, enthalten kann.
Der Empfänger 166 hat vorzugsweise eine Einzelantenne 160, wie etwa eine Antenne vom Typ eines innen angebrachten Flickens, die auf die Elektronik-PC-Karte des Empfängers geätzt ist, oder wie etwa eine externe Antenne vom Dipoltyp. Eine Variante dieser bevorzugten Ausführung ist in 1A illustriert, welche ein verteiltes Empfangssystem zeigt, wobei die Antenne 160 als vier Antennen 160a ... 160d (z.B. Stabantennen) gezeigt ist, wobei jede Antenne 160a ... 160d optionsweise ein zugehöriges Nebenempfängermodul 161a ... 161d (161) hat und jede Antenne 160a ... 160d fest an dem Fahrzeug 152 montiert ist, in nächster Nähe zu den Sendern der am Rad oder Radträger montierten Überwachungsvorrichtungen 157a ... 157d, z.B. am Achsgehäuse in Nähe der Radnabe montiert. Es liegt innerhalb der Reichweite der Erfindung, dass die Nebenempfänger 161 mittels verschiedener Mittel, wie beispielsweise entweder mittels individueller Kabel 163a ... 163d (163) oder mittels drahtloser HF-Übertragung, mit dem Empfänger 166 kommunizieren. Die Kabel 163 können beispielsweise auch ein serieller Multiplex-Datenbus (z.B. der hierin nachfolgend unter Verweis auf 10 beschriebene RS-485 oder äquivalente Fahrzeug-Datenbus 1006) sein. In der Vorrichtung mit einer Einzelempfangsantenne 160 enthält jede der Überwachungsvorrichtungen 157a ... 157d einen eindeutigen Identifikationskode (ID), z.B. eine 10-Bit-Nummer, als Teil der Daten, die in dem von der Überwachungsvorrichtung 157 übertragenen HF-Signal enthalten sind. Der Empfänger 166 ist so abgestimmt, dass er nur ID-Kode von Überwachungsvorrichtungen 157 erkennt, die an dem bestimmten Fahrzeug 152 montiert sind, und jeden erkannten ID-Kode der entsprechenden Reifen-/Radposition an dem Fahrzeug 152 zuordnet. In dem System mit Antennen 160a ... 160d kann eine einfachere Überwachungsvorrichtung 157 eingesetzt werden, die keinen ID-Kode anwendet, da die Reifen-/Radposition an dem Fahrzeug 152 einfach dadurch bestimmt wird, welche Antenne 160a ... 160d das Signal empfängt. Es ist ersichtlich, dass diese Mehrfach-Antennenanordnung auch jede Reifenrotations- oder -wechselprozedur vereinfacht.
Das Kraftfahrzeug 152 des Systems 150 ist als ein vierrädriges Fahrzeug, wie etwa ein Personenkraftwagen, beschrieben worden. Es versteht sich jedoch, dass die Reichweite der Erfindung andere Ausführungen mit mehr oder weniger Reifen-/Radeinheiten enthält, beispielsweise einen Lastkraftwagen mit 16 oder mehr Reifen-/Radeinheiten, oder beispielsweise eine oder mehr Reifen-/Radeinheiten am Fahrgestell eines Flugzeugs.
1B ist eine Querschnittsansicht eines am Rad montierten Teils des Reifenüberwachungs- und Reguliersystems von 1A. Das Reifenüberwachungs- und Reguliersystem 156 ist an dem Rad 172 montiert, und sowohl die Vorrichtung 156 als auch das Rad 172 sind mittels Standardmitteln, wie etwa Radmuttern 174, an der Achsnabe 170 befestigt. Die Reifenüberwachungs- und Reguliervorrichtung 156 hat ein Schutzgehäuse 180 und enthält zumindest die Reifenzustandsüberwachungs vorrichtung 157, die als eine gedruckte Leiterplatte 185 mit daran befestigten Schaltungselementen gezeigt ist. In dem dargestellten System enthält das Gehäuse 180 auch eine Reifen-Druckbeaufschlagungs- und Regulier-vorrichtung 183, wie etwa die Vorrichtung des im Hintergrund hierin vorangehend beschriebenen Renier-/Cycloid-'606-Patents. Wichtige Eigenschaften der Vorrichtung 183 beinhalten eine Luftpumpe 182 zur Druckbeaufschlagung eines Hohlraums 181, der mittels einer Druckluft-Verbindungsleitung 190 mit dem Inneren des auf dem Rad 172 montierten Reifens 104 (nicht dargestellt) verbunden ist; und ein Pendel 184, das die Antriebskraft für die Pumpe 182 bereitstellt (durch eine nicht dargestellte Nockenanordnung), indem es vertikal hängt, während die Pumpe 182 und die Überwachungsvorrichtung 157 mit dem Rad 172 und der Achsnabe 170, woran sie montiert sind, mitrotieren.
Die Reifenzustandsüberwachungsvorrichtung 157 umfasst die PC-Platine 185 (mit hierin nachfolgend zu beschreibender Schalttechnik) und Elemente, die eine oder mehr Spulen 186 und einen Transponderschaltkreischip 188 enthalten. Eine Antenne 192 ist vorzugsweise eine teilweise Antenne vom Schleifentyp, die als eine Spur (nicht dargestellt) auf die Außenseite der PC-Platine 185 geätzt ist, jedoch optionsweise eine an dem Rad oder Radträger montierte externe Antenne (z.B. die in 16A und 16B illustrierte Antenne 1650) ist. Dem Transponderschaltkreischip 188 sind Zustandssensoren 187 und 189 zugeordnet, wo der Sensor 187 ein Drucksensor ist und in dem Hohlraum 181 montiert ist oder damit kommuniziert, um den Druck der Luft in dem Hohlraum 181 (und somit im Reifen 104) zu erfassen. Der Sensor 189 ist optionsweise ein Temperaturfühler, wie etwa ein Thermistor, und kann in dem Hohlraum 181 montiert sein, wie gezeigt, oder kann in dem Transponderschaltkreischip 188 eingebaut sein oder irgendwo sonst montiert sein, wie etwa auf der gedruckten Leiterplatte 185 oder am Rad 172.
Offensichtlich wird die Montagestelle des optionsweisen Temperaturfühlers 189 bestimmen, wie präzise der Sensor 189 die aktuelle Temperatur der Luft innerhalb des Reifens 104 bestimmen kann.
Die eine oder mehr Spulen 186 werden angewendet, um die Rotation des Rades 172 anzudeuten, unter Verwendung bekannter Mittel, wie etwa Generieren eines Pulses, wann immer eine Spule 186 unter dem Pendel 184 durchläuft, welches geeigneterweise einen Magneten oder geeigneten Metallgehalt enthält. Bei einer einzelnen Spule 186 und einem Pendel 184 mit einem einzelnen Arm, der über der Spule 186 durchläuft, ist ersichtlich, dass nur ein Puls pro Umdrehung des Rades 172 generiert wird, und solche Pulse können gezählt und zeitlich erfasst werden, um die Umdrehungszahl und Umdrehungsgeschwindigkeit zu bestimmen. Es können andere Mittel als Spulen 186 verwendet werden, um die Umdrehung des Rades 172 (und der PC-Platine 185) in Relation zu dem Pendel 184 zu erfassen, beispielsweise ein optischer Sensor. Durch Einsatz mehrfacher Spulen 185, oder durch Hinzufügen mehrfacher Blätter zu dem Pendel (z.B. ein Sternrad oder Zahnrad) kann jede gewünschte Auflösung des Umdrehungswinkels erhalten werden, wie in einem Drehpositionskodierer.
2 illustriert im allgemeinen einen beispielhaften passiven HF-Transponder 200 (vergleiche 106, 188) des Standes der Technik. Eine Antenne 202, wie etwa eine Rahmenantenne, empfängt ein Trägersignal von der Abfragevorrichtung 108 (mittels Antennen 110a ... 110d). Das Trägersignal mit der Frequenz F wird von einem an die Antenne 202 des Transponders angeschlossenen Gleichrichtschaltkreis 204 gleichgerichtet, um Betriebsstrom für aktive Schalttechnik in dem Transponder zu generieren – in diesem Beispiel für die Taktgeber- und Steuerlogikschalttechnik 206 und für die Sensorschnittstellen- und Datengenerierungsschalttechnik 208. Von einem oder mehr Zustandssensor(en) 210, wie etwa einem Temperaturfühler und einem Druckfühler, erhaltene Daten werden optionsweise im Speicher 212 gespeichert und werden kodiert (z.B. digitalisiert) und in einem Modulatorschaltkreis 214 mit dem Trägersignal gemischt. Die Ausgangsleistung des Modulatorschalt-kreises 214 wird mittels der Antenne 202 zurück zu der Abfragevorrichtung 108 (vergleiche Empfänger 161, 166) übertragen. Es versteht sich, dass die Taktgeber- und Steuerlogikschalttechnik 206 ein Taktsignal auf direkte Weise aus dem durch die Abfragevorrichtung 108 übertragenen HF-Trägersignal ableiten kann. Beispielsweise kann das den Transponder beleuchtende (speisende) Trägersignal auf 125 kHz sein und kann es durch einen "durch 10 teilen"-Teilschaltkreis (nicht dargestellt) geleitet werden, um Taktpulse bei 12,5 kHz zu generieren. Es versteht sich auch, dass Taktsignale von einem Zähler (nicht dargestellt) gezählt werden können, und dass eine angehäufte Zählung in einem Zähler digitalisiert und von einem Transponder übertragen werden kann.
14 illustriert die allgemeine Schalttechnik eines beispielhaften Transponderschaltkreischips 1400 (vergleiche 106, 188, 200), der besonders zur Verwendung als der Transponder 188 geeignet ist, welcher in der in den 1A und 1B illustrierten Überwachungsvorrichtung 157 integriert ist. Der Transponder 1400 ist der Goodyear/Phase IV "RFIG-D" anwendungsspezifische ASIC, der im einzelnen in der gleichfalls noch nicht verbeschiedenen Patentanmeldung WO-A-01/112453 beschrieben ist und mit der vorliegenden Erfindung einen gemeinsamen Erwerber der Patentrechte teilt. Auf dem IC-Chip 1402 sind die Schnittstellenabschnitte 1422 und Modulationsabschnitte 1446 (vergleiche 214) und Verbindungsflächen VA und VB für eine externe Antenne (vergleiche 202, 192) enthalten. Die Gleichrichtabschnitte 1422 und Regulierabschnitte 1423 (vergleiche 204) stellen Betriebsstrom bereit, und ein Zeitschalt-/Taktgeberabschnitt 1424 arbeitet mit Spaltendekodierer 1440, Spalten-zu-Daten-Umwandler 1441 und Zeilendekodierer-/Steuerabschnitten 1442 zur Bereitstellung von Steuerlogik (vergleiche 206). Von externen Zustandssensoren (vergleiche 210) für Temperatur 416 (vergleiche 189), Druck 418 (vergleiche 187) und übermäßige Temperatur 1419 abgeleitete Daten werden in einem Sensorschnittstellen-/Datengenerierungsabschnitt 1406 (vergleiche 208) verarbeitet, im Speicher 138 (vergleiche 212) gespeichert und durch den Modulationsabschnitt 1446 (vergleiche 214) für die Übertragung kodiert. In Fällen, wo der Transponder als Teil eines größeren Schaltkreises, wie etwa der Schalttechnik der Überwachungsvorrichtung 157, die hierin nachfolgend beschrieben wird, verwendet wird, kann statt HF-Übertragung ein Teststeuerabschnitt 1484 für einen direkten Datenausgang mittels des DATEN-Terminals verwendet werden. Es ist anzumerken, dass das primäre Mittel der Erfassung der Temperatur der Basis-Emitter-Spannungs-Stromwandler 1450 ist, der in dem IC-Chip 1402 integriert ist und einen externen Präzisionswiderstand Rext nutzt, obwohl der externe "Temperaturfühler" 1416 auch temperaturempfindlich sein kann, wobei er einen Thermistor beispielsweise anstelle oder in Kombination mit dem Präzisionswiderstand Rext nutzt. Der externe Drucksensor 1418 ist geeigneterweise ein kapazitiver Drucksensor, beispielsweise ein Delco TCAP-4 oder ein Fujikura FCAP-4.
11 (Schaltkreisteil 1100) und 12 (Schaltkreisteil 1200) illustriert Schalttechnik der Überwachungsvorrichtung 157, wie sie auf der gedruckten Leiterplatte 185 verwirklicht ist. In dieser Verwirklichung liegt eine Einzelspule L3 (vergleiche 186) vor, welche zum Zählen von Umdrehungen der gedruckten Leiterplatte 185 relativ zu dem Pendel 184 verwendet wird. Der Schaltkreis 1100 setzt zwei Mikrokontroller U3, U4 und den RFIQ-D-Transponder U5 (vergleiche 1400) zur Steuerung des Sammelns von Eingangsdaten von den Sensoren CP (1418) und REXT (1416) und der Spule L3 (186) ein. Die Ausgabedaten werden zu dem HF-Schaltkreisteil 1200 zur HF-Übertragung mittels einer Antenne ANT1 (vergleiche 192) gesendet. Die Überwachungsvorrichtung 157 setzt eine Batterie BT1 (geeigneterweise eine Lithium-Thionalchloridbatterie, wie etwa eine Eagle Picher LTC-3PN-Batterie, 350 mA-Hr, 3,6 V nominal) für die Stromversorgungen VCC und VDD zur Schalttechnik 1100 ein und ist durch das Schaltkreiselement US (geeigneterweise ein NDS0610CT-Chip) angeschlossen, um der HF-Schalttechnik 1200 die HF-ENERGIE zuzuführen. Die Verwendung einer solchen Batterie BT1 gestattet die Verwendung des Transponderchips U5 in aktivem Betrieb, statt sich auf HF-Übertragungen zu verlassen, um intern Energie zu generieren, sodass der Transponderchip U5 geeigneterweise angeschlossen ist, wobei Strom durch den Mikrokontroller U3 zu allen Spannungsanschlussklemmen Va, VCC, VXX, VPP und VDD zugeführt wird.
Im Betrieb während der Bewegung des Fahrzeugs (wie von der Spule L3 erfasst) läuft der Taktgeber-Mikrokontroller U4 (z.B. ein Mikrochip PIC 12CLC509A, der auf 32 kHz im Zusammenwirken mit einem Oszillator Y1 läuft) kontinuierlich und alarmiert periodisch den überwachenden Mikrokontroller U3 (z.B. einen Mikrochip PIC 16LC622A, der auf 4 MHz im Zusammenwirken mit einem Oszillator U1 läuft). Der Taktgeber-Mikrokontroller U4 überwacht die Spule L3, sammelt und speichert eine Drehzahlzählung und verschafft die grundlegende Systemzeiterfassung einschließlich eines Taktgebersignalausgangs an dem GP0-Anschlussstift 7 zu dem überwachenden Mikrokontroller U3 (Anschlussstift 1) und zu dem Transponder U5 (VB-Anschlussklemme). Wenn der überwachende Mikrokontroller U3 von einer Unterbrechung am Anschlussstift 7 "RB0/INT" geweckt wird, schaltet er den Strom an den Anschlussstiften 9 und 10, "RB2" und "RB3" ein, um den Transponder U5 für Sensorablesungen zu aktivieren. Die Daten von dem Transponder U5 (einschließlich Druck, Temperatur und eines Identifikationskodes) wird als eine serielle Datenreihe an der DATEN-Anschlussklemme des Transponders U5 ausgegeben und an der Anschlussstift"RB1"-Klemme des überwachenden Mikrokontrollers U3 empfangen. Der überwachende Mikrokontroller U3 kombiniert die Sensordaten von dem Transponder U4 und die Umdrehungszählung von dem Taktgeber-Mikrokontroller U4, um eine Übertragungsdatenreihe zu bilden, die an der Anschlussstift 2-"RA3/AN2"-Klemme zur DATEN-Leitung der HF-Schalttechnik 1200 abgegeben wird.
Die Übertragungsdatenreihe wird beispielsweise unter Verwendung gerader NRZI zur Bitbestimmung zu Mitteilungspaketen im 4B/5B-Format geformt. Jedes Paket beginnt mit einem 10-Bit-Synchronisierungsmuster, das nicht weiter kodiert wird. Das Synchronisierungsmuster ist 1101001010. Dem Synchronisierungsmuster folgt eine 10-Bit-Identifikationsnummer, deren letzte zwei Bits die Rad- oder Radträgerposition bestimmen. Als nächstes folgen 6 Bits Druckdaten (0–63 PSI-Innendruck), 7 Bits Temperaturdaten (Grad C, vorangegangen durch ein Zeichen) und eine 16-Bit gesammelte Umdrehungszählung. Am Ende des Pakets steht eine 8-Bit CRC. Dies ergibt eine Gesamtsumme von 48 Bits (unter Ausschluss der Synchronisierungsbits), welche von dem 4B/5B-Kodierschema zu 60 Bit kodiert werden. Die gesamte Paketlänge einschließlich Synchronisierung beträgt 70 Bits, sodass ein Paket mit einer Geschwindigkeit von 3600 Bit pro Sekunde (BPS) in 19,44 msec übertragen werden kann.
12 illustriert eine Ausführung der HF-Senderschalttechnik 1200. Der Schaltkreis 1200 setzt Standard-HF-Schaltkreisgestaltungselemente ein, mit Komponentenwerten, die geeignet sind, um die gewünschten HF-Übertragungsmerkmale zur Übertragung des Übertragungsdatenpakets, das auf der DATEN-Leitung ist, wie von der Schalttechnik 1100 von 11 zugeführt, zu erzielen. Der HF-Sender arbeitet beispielsweise auf 315 MHz oder 418 MHz in den Vereinigten Staaten und Kanada, 433,92 MHz in Europa und 303,825 MHz in Japan; mit einer HF-Stromausgangsleistung von annähernd 0 dBM am Antennenanschluss (außer beträchtlich weniger in Japan), unter Einsatz eines Oberflächenwellenresonators (SAW-Resonators) als grundlegendes HF-Frequenz-generierendes Element. Die Sender sind in den Vereinigten Staaten unter FCC-Teil 15.231 zur Verwendung als unlizensierte Sender zertifizierbar, und unter gleichartigen Vorschriften in anderen Ländern. Die Frequenzstabilität ist +/– 75 kHz bei 25 Grad Celsius, mit einem Temperaturkoeffizienten nicht höher als 0,032 ppm/Grad Celsius.
13 illustriert eine Ausführung des Empfängers 1366 (vergleiche 166), wie er für ein Einzelantennensystem (z.B. das System 150 von 1A mit einer einzigen, zentral angeordneten Antenne 160 und keinem optionsweisen Unterempfänger 161) konfiguriert wäre. Der Empfänger 1366 wird von einem Mikrokontroller U15 (z.B. einem Mikrochip PIC16C73B, der auf 4 MHz läuft, zusammenwirkend mit einem keramischen Resonator Y11) gesteuert, der mittels einer Antenne ANT2 (vergleiche 160) ein Seriendatenstrang-Mitteilungspaket empfängt, die Paketdaten dekodiert, ein Gesamtumdrehungszählung für jede Reifen-/Radeinheit 104 sammelt und diese Zählungen in einem EEPROM-Speicherchip U16 speichert, einen temperaturkorrigierten Druck aus den Paketdaten berechnet und geeignete Information zu einem Display 1362 (vergleiche 162, beispielsweise ein LCD-Display von 2 Zeilen mal 16 Buchstaben) ausgibt, zu einem Verbindungselement WP4 für eine serielle RS-232-Leitung (beispielsweise zur Verbindung mit einem optionsweisen externen PC-Computer) und zu einem Verbindungselement J3 für einen Alarm (z.B. einem Piepser, der in das Display 162 integriert sein kann). Der Mikrokontroller U15 empfängt auch einen Eingang von einem nichtrastenden Drucktaster SW1 und stellt jedesmal, wenn der Schalter von Drucktaster SW1 geschlossen wird, alle Umdrehungszählungen auf Null zurück. Die RS-232-serielle Verbindung WP4 ist ein Zwei-Wege-Glied, das Kommunikation von einem externen PC in den Mikrokontroller U15 (z.B. zum Programmieren des Mikrokontrollers U15), sowie Kommunikation heraus (z.B. zum Ausgeben von aus den Paketdaten dekodierten Rohdaten) gestattet.
Der Empfänger 1366 wird von einer Verbindung durch die Stromanschlusselemente WP1, WP3 mit dem elektrischen System des Fahrzeugs 152 mit Strom versorgt, auf einem nominellen Gleichspannungsniveau VP (typischerweise 12 V Gleichstrom). Ein Gleichspannungswandler U12 wandelt VP zu dem VCC-Spannungsniveau (z.B. 5 V Gleichstrom) zur Verwendung durch das meiste der Schalttechnik, außer wo angegeben. Ein HF-Demodulator U13 schließt die Antenne ANT2 an den Mikrokontroller U15 an. Der beispielhafte HF-Demodulator U13 erfordert eine getrennte 3,3 V Gleichstromversorgung, welche von einem Gleichspannungswandler U14 bereitgestellt wird.
Die Anschlussstiftnummern P1 ... P14 für das Display 1362 sind gezeigt, wie sie an die Anschlussstifte 1 ... 10 des Verbindungselements JP3 angeschlossen sein sollten. Die RS-232-Leitung (Anschlusselement WP4) ist durch einen seriellen Anschlusschip U11 an den Mikrokontroller U15 angeschlossen, wobei die TX-Leitung (Stift 17) des Mikrokontrollers U15 Daten hinaus zu dem Übertragungseingang T1in (Stift 11) des seriellen Anschlusschips U11 überträgt, der dann die Daten gemäß dem RS-232-Protokoll konvertiert und sie aus dem T1out (Stift 14) zu Stift 2 (P2) von Anschlusselement WP4 überträgt.
Eintreffende serielle Mitteilungen werden an Stift 3 (P3) des Anschlusselements WP4, der zu dem Empfangseingang R1in (Stift 13) führt, empfangen, der dann die RS-232-Protokolldaten zu einem seriellen Datenstrang konvertiert, der von dem U11-Empfangsausgang R1out (Stift 12) ausgesendet und zu der empfangenden RX-Leitung (Stift 18) des Mikrokontrollers U15 gesendet wird.
Die hierin obenstehend für die Schalttechnik von 11, 12 und 13 angegebenen spezifischen Komponenten und Werte sind beispielhaft für die Integration innerhalb einer bevorzugten Ausführung der Erfindung. Zweifellos wird der Fachmann in der Lage sein, diese Lehren zu nutzen und Varianten dieser Einzelheiten zu erstellen, die gleichfalls die Ziele dieser Erfindung erfüllen; solche Varianten werden jedoch als innerhalb der Reichweite der Erfindung liegend betrachtet.
Ein Beispiel normalen Betriebs des Empfängers 1366, 166 ist wie folgt. Jedesmal, wenn der Empfänger eine gültige Nachricht dekodiert, piept er und zeigt Information an, die sich auf die in der Nachrichtenidentifikation identifizierte Rad- oder Radträgerposition bezieht. Der angezeigte Druck ist in PSIG-Einheiten (Überdruck in Pfund je Quadratzoll) angegeben; die Temperatur wird als Plus- oder Minus-Celsiusgrade angezeigt und Rad- oder Radträgerumdrehungen werden gesammelt und bis auf eine Gesamtzahl von 10 Millionen angezeigt, worauf die Gesamtsumme weiterrollt und wieder bei Null beginnt. Die erste Zeile des Displays zeigt Rad- oder Radträgerposition, Druck und Temperatur an. Die zweite Zeile zeigt die Gesamtumdrehungszahl (Umdrehungen "ROT"). Beispielsweise:
LF_P:35_T: +65C
ROT: 08,555,444
Die 3A, 3B und 3C illustrieren ein HF-Transpondersystem 300 des Standes der Technik, das einen Passivtransponder 302 (vergleiche einen beliebigen von 106a ... 106d, 200) umfasst, der innerhalb eines Pneumatikreifens 304 (vergleiche einen beliebigen von 104a ... 104d) untergebracht ist. In diesem Beispiel ist der Transponder 302 ein Passivtransponder und ist auf jede geeignete Weise an einer Innenfläche 306 des Reifens 304 montiert. Eine Antenne 320 (vergleiche eine beliebige von 110a ... 110d) ist an dem Fahrzeug nächst dem Reifen 304 untergebracht, wie etwa in einem Radkasten, zur Bereitstellung von elektromagnetischer Strahlung, um den Transponder 302 (im Fall eines Passivtransponders) mit Energie zu versorgen, sowie für den Empfang von Signalen von dem Transponder 302.
Wie in den 3A, 3B und 3C illustriert, ist die Fahrzeugantenne 320 fest in der "12 Uhr"-Orientierung in Bezug auf den Reifen 304 untergebracht (positioniert), wie etwa auf gleicher Höhe mit einem oberen Teil des Reifens. Es versteht sich, dass die Antenne 320 in jeder Position angeordnet sein kann, die zur elektromagnetischen Kopplung mit dem Transponder 302 geeignet ist, ohne die Bewegung (z.B. Rotation, Lenken, Rückprall) des Reifens 304 zu stören.
Wenn der Reifen 304 rotiert (wie durch den Pfeil 330 angedeutet), befindet sich der Transponder 302 abwechselnd dichter bei und weiter entfernt von der Antenne 320. Wie in den 3A und 3B illustriert, ist der Reifen 304 so ausgerichtet, dass der Transponder 302 sich in Bezug auf die Antenne 320 in der "6 Uhr"-Position befindet. Da dies der größtmögliche Abstand des Transponders 302 von der Antenne 320 ist, wird die Kopplung eines HF-Signals zwischen der Antenne 320 und dem Transponder 302 im Vergleich zu der Kopplung zwischen der Antenne 320 und dem Transponder 302, wenn der Reifen um 180 Grad rotiert hat und der Transponder 302 sich in der "12 Uhr"-Position befindet, wie in 3C illustriert, relativ schwach sein. Somit ist deutlich, dass, wenn der Reifen 304 rotiert, zyklische Schwankungen in der HF-Energiekopplung zwischen der Antenne 320 und dem Transponder 302 vorliegen werden.
4 ist ein Diagramm 400, das Schwankungen in der Kopplung von HF-Energie zwischen einer Antenne (z.B. 320) einer an Bord befindlichen Abfragevorrichtung (z.B. 108) und einem innerhalb eines Pneumatikreifens befindlichen Transponder (z.B. 302), wie hierin voranstehend beschrieben, illustriert. Die x-Achse ist der Winkel (in Grad) zwischen dem Transponder 302 und der Fahrzeugantenne 320, wenn der Reifen rotiert. Null Grad ist dort, wo der Transponder 302 sich am dichtesten bei der Antenne 320 (wie in 3C) befindet, und 180 Grad ist dort, wo der Transponder 302 am weitesten von der Antenne 320 (wie in 3B) entfernt ist. Die Y-Achse ist Kopplungsgröße, in willkürlichen Einheiten. Im allgemeinen schwankt die Kopplungsstärke zyklisch und umgekehrt zu dem Abstand zwischen der Abfragesenderantenne (z.B. 320) und dem Transponder (z.B. 302), wie durch Linie 402 illustriert. Es kann beobachtet werden, dass die Kopplungsstärke am höchsten ist, wenn das Rad oder der Radträger sich unter Betriebsbedingungen dreht, sodass der Transponder nächst der Antenne 320 ist, und rasch abnimmt, wenn der Transponder sich von der Antenne weg bewegt.
Erfassen von Schwankungen am Transponder
Das vorgenannte US-A-5 219 354 erkennt an, dass Kopplungsschwankungen vorliegen können, wie sie in Bezug auf 4 beschrieben wurden, und lehrt, dass eine solche Kopplungsstärkenschwankung schädlich für die Energieversorgung des Transponders und die Kommunikation damit ist und beschreibt eine Konstruktion einer Abfrageantenne, sodass, ungeachtet der Position des Transponders in dem Pneumatikreifen, die Kopplung stets dieselbe Qualität hat.
Es ist ein Gegenstand der vorliegenden Erfindung, diese Kopplungsschwankungen vorteilhaft einzusetzen.
5 illustriert größere funktionelle Komponenten eines beispielhaften passiven HF-Transponders 500 (vergleiche 200) der vorliegenden Erfindung. Auf eine Weise, gleichartig der in Bezug auf den Transponder 200 beschriebenen, empfängt eine Antenne 502 (vergleiche 202), wie etwa eine Rahmenantenne, ein Trägersignal von der Abfragevorrichtung 108 (mittels Antennen 110a ... 110d). Das Trägersignal, mit der Frequenz F, wird von einem Gleichrichterkreis 504 (vergleiche 204) gleichgerichtet, um Betriebsstrom zu erzeugen. Taktgeber- und Steuerlogikschalttechnik 506 (vergleiche 206) und Sensorschnittstellen- und Datengenerierungs-schalttechnik 508 (vergleiche 208) sind vorgesehen. Von einem oder mehr Zustandssensor(en) 510 (vergleiche 210) abgeleitete Daten werden optionsweise im Speicher 512 (vergleiche 212) gespeichert und werden von einem Modulatorschaltkreis 514 (vergleiche 214) zur Übertragung zurück zu der Abfragevorrichtung 108 auf die Antenne 502 angelegt.
Der passive HF-Transponder 500 der vorliegenden Erfindung enthält auch einen Stromüberwachungs-schaltkreis 520, der in der Lage ist, die Größe und/oder Phase des Signals auf der Antenne 502 zu überwachen, vorzugsweise vor dem Gleichrichten und Regulieren.
Zum Detektieren (Erfassen) von Schwankungen in der Größe des von der Transponderantenne 502 empfangenen Signals ist der Stromüberwachungsschaltkreis 520 geeigneterweise eine Kombination eines Hüllkurvendetektors und Schwellendetektors, wie in US-A-4 285 236 offengelegt.
Auf diese Weise können Schwankungen in dem den Transponder ansteuernden Signal erfasst werden. Die Aufmerksamkeit wird auch auf Schalttechnik gerichtet, um eine Spannungsveränderung über eine Spule zu überwachen, die proportional zu Spitze-Spitze-Veränderungen von Stromverbrauch und Stromabgabe ist, wie in US-A-5 559 507 offenbart.
Im Licht der hierin erläuterten Lehren wird jemand mit normalem Wissen in der Technik, der die vorliegende Erfindung am nächsten liegt, erkennen, dass es relativ geradlinig ist, "Ereignisse", wie etwa Maxima, Minima und Nullpunkte in einem überwachten Signal zu erfassen und Information in Bezug auf die Dauer oder Beabstandung der Ereignisse zu entwickeln. Beispielsweise kann ein Zeitintervall zwischen einer Serie von Ereignissen durch Zählen von Taktgeberpulsen bestimmt werden, und Information in Bezug auf das Zeitintervall kann zwecks Übertragung einem Signal eingeprägt werden, wie etwa durch Umwandeln einer Zählung zu einer binären Zahl, und Modulieren einer HF-Übertragung. Die Zeit- oder Winkeleinheiten zwischen solchen "Ereignissen" können verwendet werden, um Torsionseffekte über eine oder mehr der Reifenachsen zu erfassen. In diesem Kontext könnte beispielsweise die Veränderung der Winkelbeabstandung oder Zeit zwischen "Ereignissen" eine Veränderung der Torsion anzeigen, die über die seitliche Rotationsachse des Reifens wirkt.
Integrieren eines Kopplungselements
Wie oben erwähnt, ist es im allgemeinen wünschenswert, eine gleichförmige, oder zumindest adäquate Kopplung von HF-Signalen zwischen einer an Bord befindlichen Abfragevorrichtung und einem am Reifen montierten Transponder sicherzustellen, ungeachtet der Orientierung des Rades oder Radträgers gegenüber der am Fahrzeug montierten Antenne. Gleichermaßen ist, wenn ein handgehaltenes Gerät zum Ablesen (einschließlich optionsweiser Speisung) eines am Reifen montierten Transponders verwendet wird, eine effiziente Kopplung ungeachtet der Reifenorientierung, manchmal als "360 Grad-Lesbarkeit" bezeichnet, allgemein wünschenswert. Schlimmstenfalls könnte die Orientierung eines Reifens in Bezug zu einer am Fahrzeug montierten Antenne einen "Unterspannungs"-Zustand während eines Teils der Umdrehung des Reifens hervorrufen. Das vorgenannte US-A-5 319 354 schlägt eine Antennenkonstruktion vor, um diesem "Problem" abzuhelfen. Die vorgenannten gemeinschaftlich besessenen US-A 5 181 975 und 5 218 861 sprechen die Verbesserung der Kopplung an einen am Reifen montierten Transponder an und offenbaren einen ringförmigen Wulst (REIF) des Reifens, der als Primärwicklung eines Transformators wirkt. Ein Transponder ist in Nähe des REIFs angeordnet und weist eine Rahmenantenne auf, die locker an den REIF gekoppelt ist und die Sekundärwicklung des Transformators ist.
Die 6A, 6B und 6C illustrieren ein HF-Transpondersystem 600 (vergleiche 300), das einen in einem Pneumatikreifen 604 (vergleiche 304) angeordneten Passivtransponder 602 (vergleiche 302) umfasst. Das Transpondersystem 600 ist, in den folgenden Punkten, gleichartig dem zuvor beschriebenen Transpondersystem 300. Ein Transponder 602 ist auf jede geeignete Weise an einer Innenfläche 606 (vergleiche 306) des Reifens 604 montiert. Eine Antenne 620 (vergleiche 320) ist an dem Fahrzeug, benachbart dem Reifen 604, wie etwa in einem Radkasten des Fahrzeugs direkt nächst dem Reifen 604, angeordnet. Die Antenne 620 verschafft elektromagnetische Strahlung zur Energieversorgung des Transponders 602 und empfängt Signale von dem Transponder 602. Diese Ausführung eines Transpondersystems 600 weist einen Reif 630 auf, der sich umfangsgerichtet um die Innenfläche 606 des Reifens 604 erstreckt. Der Reif 630 ist ein elektrisch leitendes Bauelement, das als eine Primärwicklung eines Kopplungstransformators funktionieren kann, wobei eine Rahmenantenne des Transponders als eine Sekundärwicklung des Kopplungstransformators funktioniert, wie in den vorgenannten Dokumenten US-A-5 181 975 und 5 218 861 beschrieben. Im allgemeinen beeinflusst (verbessert) der Reif 630 die Kopplung zwischen dem Transponder 602 und der externen Antenne 620 auf günstige Weise und kann in dieser Hinsicht als ein "Kopplungselement" betrachtet werden. Der Reif 630 ist geeigneterweise eine einzige Drahtwindung, deren Enden miteinander verbunden (kurzgeschlossen) sind, kann jedoch mehrere Windungen oder Lagen von Draht oder leitendem Material umfassen. Der Reif 630 sollte einen niedrigen elektrischen Widerstand aufweisen, vorzugsweise weniger als 10 Ohm. Der Einschluss eines Reifs erhöht die "360 Grad"-Lesbarkeit des Transponders 602.
In Bezug auf den eigentlichen Standort des Reifs 630 versteht es sich, dass der Reif 630, nur zu illustrativen Zwecken, so dargestellt ist, dass er sich umfangsgerichtet um die Innenfläche 606 des Reifens 604 erstreckt, etwas versetzt zur Äquatorebene (EP) des Reifens 604. Es liegt innerhalb der Reichweite der Erfindung, dass der Reif 630 an der axialen Mittellinie (Äquatorebene) des Reifens 604 angeordnet sein kann, wobei er direkt unter dem Transponder 602 durchläuft, und auch im Körper des Reifens 604 "begraben" sein kann.
In Bezug auf den Reif 630 selbst versteht es sich, dass der Reif eine bespielhafte vollständige, endlose, Kurzschlussschleife aus einem beliebigen elektrisch leitenden Material, das geeignet ist, um als Koppelelement zu fungieren, ist. Der Reif 630 ist geeigneterweise messingplattierter Stahl mit hoher Zugstärke, der, wenn er in dem Milieu eines Inneren eines Pneumatikreifens plaziert ist, eine gute mechanische Stärke und Korrosionsbeständigkeit aufweist. Der Reif 630 kann mehrere Stränge solchen Drahts umfassen, die optionsweise (z.B. mit Nickel oder Gold) plattiert sein können.
Es liegt innerhalb der Reichweite der Erfindung, dass das Reifelement 530 als zwei oder mehr Drahtstücke ausgebildet sein kann, die an ihren Enden auf jede geeignete Weise (etwa durch Umwickeln oder Löten) miteinander verbunden sind, um einen vollständigen Reif zu bilden, der sich um den gesamten Umfang des Reifens 604 erstreckt, oder als eine Schleife mit zwei Enden gebildet sein kann, oder als länglicher Leiter, der sich teilweise um einen Umfang des Reifens erstreckt, einschließlich an oder in dessen Seitenwand, einschließlich einer Schleife, worin eine Kopplungsspule integriert ist. Weiterhin liegt es innerhalb der Reichweite der Erfindung, dass das Reifelement 630 als mehrfache Lagen von Reifenkordmaterial, eingeschlossen innerhalb leitenden Gummis, ausgebildet sein kann.
Zusätzlich zu seinen elektrischen Merkmalen als Kopplungselement kann der Reif, wenn er geeigneterweise starr ist, dem zusätzlichen Zweck der Verbesserung der Notlaufeigenschaften (z.B. radialer Starrheit in abgelassenem Zustand) des Reifens dienen.
Wie in den 6A, 6B und 6C illustriert, ist die Fahrzeugantenne 620 fest an der "12 Uhr"-Orientierung in Bezug auf den Reifen angeordnet, wie etwa auf gleicher Höhe mit einem oberen Bereich des Reifens. Es versteht sich, dass die Antenne 620 in jeder für die elektromagnetische Kopplung mit dem Transponder 602 ohne Stören der Bewegung (z.B. Rotation, Lenken, Rückprall) des Reifens 604 geeigneten Position angeordnet sein kann.
Auf eine Weise, gleichartig der hierin voranstehend beschriebenen, wird sich der Transponder 602, wenn der Reifen 604 rotiert (wie durch Pfeil 632 angedeutet) abwechselnd näher zu (wie in 6C) und weiter weg von (wie in 6B) der Antenne 620 befinden. Von daher wird die "direkte" Kopplung zwischen der Antenne 620 und dem Transponder 602 zyklisch schwanken.
Zusätzlich zu der direkten Kopplung zwischen dem Transponder 602 und der Antenne 620 koppelt der Reif 630" indirekt" Energie zwischen dem Transponder 602 und der Antenne 620. Diese indirekte elektromechanische Kopplung zwischen Transponder-zu-Reif-zu-Antenne bleibt relativ konstant, da sowohl der Abstand zwischen Reif und Antenne als auch der Abstand zwischen Reif und Transponder derselbe bleibt, selbst wenn der Abstand zwischen Transponder und Antenne zyklisch schwankt.
Der Reifenwulst in US-A-5 181 975 dient einem gleichartigen Zweck wie Reif 630, kann jedoch unter seiner Nähe zu einer Metall-Reifenfelge leiden. Die vorliegende Erfindung spricht diese Situation an, indem sie den Reif so weit, wie dies praktisch ist, von der Felge anordnet.
7 ist ein Diagramm 700 (vergleiche 400), das Schwankungen in der Kopplung von HF-Energie zwischen einer Antenne (z.B. 620) einer an Bord befindlichen Abfragevorrichtung (z.B. 108) und einem in einem Pneumatikreifen angeordneten Transponder (z.B. 602), wie hierin voranstehend beschrieben, illustriert. Die X-Achse ist der Winkel (in Grad) zwischen dem Transponder 602 und der Fahrzeugantenne 620, wenn der Reifen rotiert. Null Grad ist dort, wo der Transponder 602 sich am dichtesten bei der Antenne 620 befindet, und 180 Grad ist dort, wo der Transponder 602 am weitesten von der Antenne 620 entfernt ist. Die Y-Achse ist die Kopplungsgröße/Phase, in willkürlichen Einheiten.
Wie deutlich werden wird, schwankt die Kopplung sowohl in Größe als auch in Phase, wie durch die Linie 702 angedeutet. Eine Anzahl von Punkten 704, 706, 708, 710, 712, 714, 716 und 718 sind auf der Linie zur Unterstützung bei der nachfolgenden Beschreibung von Kopplungs(strom)schwankung angedeutet.
Der Transponder 602 und die Abfrageantenne 620 sind "indirekt" durch den Reif 630 gekoppelt, und diese indirekte Kopplung ist über die gesamte Umdrehung des Reifens (zwischen 0 Grad und 360 Grad) relativ konstant. Wenn jedoch der Transponder 602 nah an die Antenne 620 kommt, werden sie "direkt" aneinandergekoppelt. Diese direkte Kopplung ist stärker als die indirekte Kopplung und ist von entgegengesetzter Phase. Das folgende kann beobachtet werden.
Zwischen 0 Grad (Punkt 704) und annähernd 270 Grad (Punkt 706) ist das Koppeln von Energie an den Transponder 602 indirekt und relativ konstant – beispielsweise von einer Größe "A" mit einer "+"-Phase.
Bei annähernd 270 Grad (Punkt 706) beginnt die direkte Kopplung aufzutreten und, da sie von entgegengesetzter Phase zu der indirekten Kopplung ist, die indirekte Kopplung auszuschalten. Bei annähernd 280 Grad (Punkt 708) liegt ein "Nulldurchgang" oder eine "Nullsenke" in dem von dem Transponder empfangenen Signal vor, wenn es von der "+"-Phase zur "–"-Phase übergeht.
Wenn der Reifen weiter rotiert, so steigt die Größe des von dem Transponder empfangenen Signals auf eine Größe von 2A bei annähernd 290 Grad (Punkt 710) an. Zwischen annähernd 290 Grad (Punkt 710) und annähernd 330 Grad (Punkt 712) ist die Größe des Signals bei einer Größe/Phase von –2A relativ konstant.
Bei annähernd 330 Grad (Punkt 712) beginnt die direkte Kopplung schwächer zu werden, und der Strom nimmt ab. Bei annähernd 340 Grad (Punkt 714) liegt ein anderer "Nulldurchgang" oder eine "Nullsenke" in dem von dem Transponder empfangenen Signal vor, wenn es von der "+"-Phase zur "–"-Phase übergeht.
Wenn der Reifen weiter rotiert, so steigt die Größe des von dem Transponder empfangenen Signals auf eine Größe von A bei annähernd 350 Grad (Punkt 716) an. Zwischen annähernd 350 Grad (Punkt 717) und 360 Grad (Punkt 718) ist die Größe des Signals bei einer Größe/Phase von +A relativ konstant. (Der Punkt 718 ist äquivalent zu dem Punkt 704).
Die Punkte 708 und 714 stellen "Nulldurchgänge" oder "Nullsenken" dar und werden von einer Netzspannungsüberwachung (z.B. 520) in dem Transponder leicht erfasst. Daher ist es beispielsweise eine relativ geradlinige Sache, Taktpulse (z.B. mit Taktgeber- und Steuerlogik 506) während eines Intervalls 720 zwischen den beiden Nulldurchgängen 708 und 714 zu zählen und eine Zählung in einem Register oder anderem geeigneten Speicherelement (z.B. 512) zur Übertragung in einem digitalen Datenstrom zu einer an Bord befindlichen Abfragevorrichtung (z.B. 108) zu speichern. Die Dauer des Intervalls 720 ist repräsentativ für die Rotationsgeschwindigkeit des Reifens – je kürzer das Intervall, desto weniger Taktpulse werden während des Intervalls gezählt, und desto größer ist die Rotationsgeschwindigkeit des Reifens. Ein typischer Reifen an einem typischen Personenfahrzeug, das mit 60 Meilen/h (100 km/h) fährt, wird in annähernd 60 Millisekunden (ms) eine vollständige Umdrehung ausführen. Die an den Punkten 708 und 714 stattfindenden Phasenverschiebungen werden geeigneterweise durch Schalttechnik, wie diese in US-A-5 764 138 offengelegt ist, erfasst.
Es versteht sich, dass, da die Nulldurchgänge (708, 714) implizieren, dass bei bestimmten Reifenorientierungen kein Strom an den Transponder 602 gekoppelt wird, in der Transponderstromzufuhr (z.B. Gleichrichter 504) ein Speicherelement, wie etwa ein Kondensator, integriert sein sollte. Auf gleichartige Weise wird, selbst wenn Strom verfügbar ist, um "über den Buckel" (über die Nulldurchgänge hinaus) zu kommen, jedes von dem Transponder zu der an Bord befindlichen Abfragevorrichtung übertragene Signal bei gewissen Reifenpositionen ebenfalls Ausfällen unterworfen sein.
Erfassen von Schwankungen an der Abfragevorrichtung
Wie hierin vorangehend beschrieben, können gewisse Probleme das Erfassen von Strom(kopplungs)schwankungen am Transponder begleiten. Es wird nun eine Technik zum Erfassen von Stromschwankungen an der an Bord befindlichen Abfragevorrichtung beschrieben.
8 illustriert ein Reifendrucküberwachungssystem 800, darin vergleichbar zu dem in Bezug auf 1 beschriebenen, dass ein Transponder ("MARKE") 806a ... 806d (vergleiche 106a ... 106d) jeweils in jedem der Reifen 804a ... 804d (vergleiche 104a ... 104d) eines Kraftfahrzeugs 802 (vergleiche 102) angeordnet ist. Eine an Bord befindliche Abfragevorrichtung 808 (vergleiche 108) umfasst einen HF-Sender 812 (vergleiche 112), einen HF-Empfänger 814 (vergleiche 114), Steuerlogik 816 (vergleiche 116) und eine Anzeigevorrichtung 818 (vergleiche 118). Eine oder mehr Antennen ("ANT") 810a ... 810d (vergleiche 110a ... 110d), wie etwa Ferritstabantennen, sind an dem Fahrzeug 802 angebracht.
In diesem Beispiel ist die an Bord befindliche Abfragevorrichtung 808 mit einer Netzspannungsüberwachung 820 versehen, vergleichbar der Stromüberwachungsvorrichtung 520 des Transponders 500, um Schwankungen in der Kopplung eines HF-Signals zu detektieren (erfassen), das von einem Reifentransponder zu der an Bord befindlichen Abfragevorrichtung übertragen wird. Das Überwachen von Stromschwankungen an der Abfragevorrichtung statt am Transponder gestattet die Verwendung eines einfachen Transponders (z.B. 200) des Standes der Technik. Es gestattet auch die Verwendung eines aktiven (z.B. batteriebetriebenen) Transponders (z.B. Überwachungsvorrichtung 157) oder eines einfachen Senders statt eines Transponders. Wenn es nicht erforderlich ist, den Transponder durch die Abfragevorrichtung mit Energie zu versorgen, so könnte die Abfragevorrichtung einfach ein Empfänger (z.B. 161, 166) sein.
Feinere Maßsprünge usw.
Wie hierin vorangehend beschrieben, ist es möglich, gewisse Ereignisse (unterscheidbare/messbare Kopplungsschwankungen, wie etwa Nullpunkte 708 und 714) zu überwachen und die verstrichene Zeit während eines Intervalls (z.B. 720) zwischen den zwei Ereignissen zu bestimmen. Auf diese Weise ist es möglich, die Winkelgeschwindigkeit des Reifens Umdrehung für Umdrehung zu ermitteln. Offensichtlich kann die Beschleunigung auch auf geradlinige Weise durch die Geschwindigkeitsveränderung ermittelt werden, und die Veränderungsgeschwindigkeit der Beschleunigung kann ebenfalls erhalten werden, wo die weitere Ableitung der Winkelposition wünschenswert ist, wie beispielsweise bei einem Mechanismus für die elektronische Steuerung eines Antiblockiersystems.
Die Winkelposition des Reifens kann ebenfalls bestimmt werden. In dem oben ausgeführten Beispiel finden die Nullpunkte 708 und 714 an Reifenwinkelpositionen von 280 Grad beziehungsweise 340 Grad statt. Es ist deutlich, dass die ungleiche Beabstandung der Nullpunkte bei der Bestimmung dessen, welcher Nullpunkt welcher ist, günstig ist. (Wenn der Reifen rotiert, wäre ein "Blips"-Muster unterscheidbar wie folgt: "Blip, blip, Pause, blip, blip, Pause...".) Wenn die Nullpunkte 708 und 714 180 Grad auseinander auftreten würden, müsste eine Phasenumkehr aufgespürt werden, um festzustellen, welcher Nullpunkt welcher ist.
Blips sind im allgemeinen als eine Veränderung im Signalcharakter definiert, die durch den Empfänger detektiert werden kann, und sind typischerweise eine kurze sinusförmige oder unidirektionale Größenveränderung in dem empfangenen Signal während des Verlaufs der relativen Rotation zwischen dem Empfänger und dem Sender. Beispielsweise beschreiben viele der angeführten Referenzen Pulsgeber, die passive, reaktive elektrische Komponenten zum Detektieren spezifischer Punkte (unterscheidbare Schwankungen) in dem den Transponder speisenden Signal (alternativ, in dem von dem Transponder kommenden Signal) verwenden, welche bekannte diskrete Winkelpunkte des Reifens anzeigen, die sich in Funktion von Torsionseffekten in dem Reifen ändern können. Beispielsweise wird jede 180 Grad der Reifenrotation ein 'Blip' oder anderes Signalmerkmal detektiert (z.B. ein Maximum und Minimum, wie in Bezug auf 4 erläutert). Das Zeitintervall zwischen diesen 'Blips' kann ermittelt werden (wie etwa durch Zählen von Taktpulsen, die in dem Transponder in der Periode zwischen 'Blips' erfolgen). Dieses Zeitintervall kann dann verwendet werden, um das nächste Zeitintervall vorhersagbar in eine feste Anzahl diskreter Intervalle aufzuteilen, beispielsweise 256, wovon jedes dann 1/256 (ein Zweihundertsechsundfünfzigstel) von 180 Grad oder etwa 0,704 Grad der Reifenrotation darstellen würde. Mit anderen Worten, es wird angenommen, dass die Zeitspanne zwischen 'Blips' alle 180 Grad relativ konstant für die Zeitspanne zwischen dem letzten 'Blip' und dem nächsten bleibt. Diese angenommene oder vorhergesagte Zeitspanne wird auf Basis der Taktfrequenz des Transponders in gleiche Zeitintervalle aufgeteilt, da jedoch zwischen 'Blips' in nur einer halben Umdrehung des Reifens wenig aktuelle Zeitänderung stattfinden kann, ungeachtet seiner Beschleunigung, stellen die beispielhaften 256 Pulse oder Zeitintervalle in der Tat gleichförmige Intervalle der Reifenwinkelrotation dar. Wenn die 'Blips' nicht gleichmäßig beabstandet, ihre Positionen jedoch bekannt sind (siehe z.B. 7), so können auch Winkelpositionen zwischen unterscheidbaren Kopplungs-schwankungen auf gleichartige Weise festgestellt werden.
Da der Reifen 104, 604 in alle Richtungen flexibel ist und daher flexibel an das starre Rad 172 und die Achse 170 des Fahrzeugs 102, 152 gekoppelt ist, ist ersichtlich, dass Torsion an dem Reifen 104, 604 relativ zu Achse/Rad 170/172 (wie etwa während des Bremsens oder Antreiben des Rades) zumindest momentane Änderungen in der Winkelposition des Außenumfangs des Reifens 104, 604 (z.B. der Reifenlauffläche, die mit einer Straßenfläche in Kontakt kommt) relativ zu der Achse/dem Rad 170/172 verursachen kann, insbesondere, während die Torsion sich ändert (d.h. während des Bremsens oder während Beschleunigung und Verlangsamen eines angetriebenen Rades). Dieser Torsionseffekt wird eine Verschiebung im Auftreten von Blips in Bezug zu einem Referenzpunkt an dem Rad, woran der Reifen 604 montiert ist, hervorrufen. Der Torsionseffekt ist im allgemeinen von kleiner Größe und auch von vorübergehender Natur, wenn der Reifen 104, 604 nicht tatsächlich um das Rad rutscht, – ein Ereignis, das im allgemeinen durch die Gestaltung von Reifen und Radfelge und durch Passung verhindert wird. Unter Anwendung einer Ausführung der Erfindung, die hierin nachstehend erläutert wird, statt Fehler zu produzieren, wird die Torsionseffektverschiebung detektiert und gemessen, um weitere Information über Faktoren wie etwa Torsion auf dem Reifen und Durchbiegung des Reifens zu gewinnen.
In einer Ausführung der Erfindung können feinere Maßstufen der Winkelposition durch Interpolieren zwischen die vorgenannten wenigen unterscheidbaren Kopplungsschwankungen bestimmt werden. Dies setzt vernünftigerweise voraus, dass die Rotationsgeschwindigkeit des Reifens während einer gegebenen Umdrehung ziemlich konstant sein wird. Eine Person mit normalem Fachwissen in der Technik, der die vorliegende Erfindung am nächsten liegt, wird erkennen, wie die Interpolation im Licht der hierin ausgeführten Lehren entweder in Software oder Hardware zu verwirklichen ist. Ein Beispiel einer Hardware-Interpolationstechnik ist in dem vorgenannten US-A-3 832 640 offenbart.
In einer alternativen Ausführung der Erfindung können feinere Maßsprünge der Winkelposition ermittelt werden, indem die Anzahl unterscheidbarer Kopplungsschwankungen (Ereignisse), die pro Reifenumdrehung erfasst werden, erhöht wird.
9 ist gleichartig zu 6A und illustriert einen Transponder 902 (vergleiche 602), der an einer Innenfläche eines Reifens 904 (in Strichlinien dargestellt, vergleiche 604) angeordnet ist, und einen Kopplungselementreif 930 (vergleiche 630) innerhalb des Reifens. Eine Antenne 920 (vergleiche 620) für eine an Bord befindliche Abfragevorrichtung (nicht dargestellt, vergleiche 108) ist illustriert. Die Antenne 920 ist benachbart zu der "12 Uhr"-Position des Reifens 904 gezeigt, und der Transponder 902 ist an der 0 Grad-Orientierung des Reifens gezeigt.
In dieser Ausführung der Erfindung kann eine Vielzahl reaktiver schaltkreisbeeinflussender Elemente an verschiedenen Punkten um den Umfang des Reifs in den Reif integriert werden. Die Elemente enthalten typischerweise induktive Elemente, kapazitive Elemente oder magnetische Elemente. Jedes der reaktiven schaltkreisbeeinflussenden Elemente reagiert auf unterschiedliche Weise, jedoch werden alle Schwankungen in der Kopplung verursachen, die eine bestimmte Orientierung des Reifens anzeigen. Beispielsweise können zwei Scheiben, die magnetische oder kapazitive Elemente an verschiedenen Punkten um den Umfang der Scheiben aufweisen, in Bezug zueinander rotiert werden, sodass die von jeder davon erzeugten elektrischen Felder gekoppelt werden und Feldschwankungen verursachen, die gemessen werden können, um eine bestimmte Orientierung des Reifens zu bestätigen. Die Vielzahl reaktiver schaltkreisbeeinflussender Elemente enthält typischerweise induktive Elemente 910, 912 und 914, die an verschiedenen Punkten um den Umfang des Reifs in den Reif integriert dargestellt sind. Solche induktiven Elemente können Ferritringe oder Stahlvorsprünge, oder auch nur eine Verbreiterung oder Verschmälerung des Reifs selbst sein. Diese induktiven Elemente werden Schwankungen ("Blips") in der HF-Kopplung verursachen, wenn jedes induktive Element an der Antenne 920 vorbeiläuft. Wie illustriert, sind die induktiven Elemente 910, 912 und 914 nicht gleichmäßig um den Umfang des Reifs 930 beabstandet. Vielmehr ist das Element 910 bei Null Grad angeordnet, das Element 912 ist bei 90 Grad angeordnet und das Element 914 ist bei 270 Grad angeordnet. (Der Transponder 902 ist bei 180 Grad angeordnet). Bei rotierendem Reifen wird ein Muster von 'Blips' unterscheidbar sein wie folgt: "Blip, blip, Pause, blip". Diese ungleiche Beabstandung der induktiven Elemente, und folglich ungleiche Blip-Beabstandung, kann vorteilhaft zur Bestätigung einer bestimmten Orientierung des Reifens sein, statt nur seiner Rotationsgeschwindigkeit. Es liegt innerhalb der Reichweite der Erfindung, dass induktive Elemente zur Verursachung unterscheidbarer Kopplungsschwankungen in den Reifen integriert werden können, um den Umfang des Reifens herum, ohne dass dort ein Reif vorhanden ist, einschließlich mit oder ohne Vorhandensein eines "Antennen"kopplungselements, wie hierin nachstehend beschrieben.
9A ist ein Diagramm 950 (vergleiche 400), das Schwankungen in der Kopplung von HF-Energie zwischen der Antenne 920 und dem Transponder 902 illustriert. Die X-Achse ist der Winkel (in Grad) zwischen dem Transponder 902 und der Fahrzeugantenne 920, wenn der Reifen rotiert. 0 Grad ist dort, wo der Transponder 902 sich am dichtesten bei der Antenne befindet, und 180 Grad ist dort, wo der Transponder 902 am weitesten von der Antenne 920 entfernt ist. Die Y-Achse ist Kopplungsgröße, in willkürlichen Einheiten. Im allgemeinen schwankt die Kopplung zyklisch, aufgrund der Reifenrotation, und schwankt auf eine gewisse Weise, wie durch die Linie 952 illustriert, wo die Schwankung zu illustrativen Zwecken vergrößert ist. In dieser Figur sind die von den induktiven Elementen 910, 912 beziehungsweise 914 verursachten "Blips" 960, 962 und 964 illustriert.
Alternative Ausführungen
Hierin voranstehend sind verschiedene Ausführungen beschrieben worden, wobei ein Reif (z.B. 630) in einem Reifen (z.B. 604) angeordnet ist, zusammen mit einem Transponder (z.B. 602), um eine 360 Grad-Lesbarkeit zu verschaffen. In diesen Ausführungen ist der Transponder induktiv an den Reif gekoppelt, wie in den vorgenannten US-A-5 181 975 und 5 218 861 beschrieben.
In einer alternativen Ausführung der Erfindung wäre ein nahezu vollständiger Kreis aus Draht (oder anderem geeigneten elektrisch leitendem Material) anstelle des vollständig kreisförmigen Reifs in dem Reifen angeordnet. Der nahezu vollständige Kreis aus Draht hätte zwei Enden und eine zwischen den zwei Enden befestigte Kopplungsspule, und wäre eine "Ringantenne". Ein Transponder mit einer innerlichen Antenne in Form einer Kopplungsspule wäre dicht benachbart der Kopplungsspule der Ringantenne angeordnet, um eine Kopplung vom Transformatortyp zwischen den zwei Kopplungsspulen zu bewirken. Ein Vorteil davon wäre, dass die Kopplung von Spule zu Spule dazu neigen wird, stärker zu sein als die Kopplung von Ring zu Spule. In noch einer anderen Ausführung der Erfindung könnte eine Ringantenne (ein nahezu vollständiger Kreis aus Draht) direkt an den Transponder angeschlossen ("festverdrahtet") sein. In jedem der Fälle (Kopplungsspule oder direkte Verbindung) funktioniert die Ringantenne auf nahezu dieselbe Weise wie der vorgenannte Reif bzw. Reife als ein Kopplungselement.
Ein beispielhaftes System
10 zeigt eine Ausführung eines Zustandsüberwachungs- und Steuersystems 1000, installiert an einem Fahrzeug 1002 (in Strichlinien dargestellt), wie etwa einem typischen Personenkraftwagen mit vier Pneumatikreifen 1004a, 1004b, 1004c und 1004d, die an vier jeweiligen Rädern (nicht dargestellt) installiert sind.
Das Fahrzeug 1002 ist vorzugsweise mit einem RS-485 (oder äquivalenten) seriellen Multiplex-Datenbus 1006 ausgerüstet, gesteuert von einem Fahrzeug-Bordcomputer 1008 mit einer RS-485-Schnittstelle 1010. Vorzugsweise ist eine zentrale Anzeigeeinheit 1012 entweder direkt an den Computer 1008 angeschlossen oder ist mittels des Datenbus 1006 operativ an den Computer 1008 angeschlossen (wie dargestellt). Der Datenbus 1006 ist geeigneterweise ein verdrilltes Paar isolierter Drähte (mit "A" und "B" bezeichnet), vorzugsweise mit einem Minimum von einer Verdrehung pro Zoll.
Es liegt innerhalb der Reichweite der Erfindung, dass, wenn kein Datenbus an dem Fahrzeug vorgesehen ist, einer hieran zugefügt werden kann. Beispielsweise kann bei Nichtvorhandensein eines bestehenden Fahrzeugdatenbus ein speziell angefertigter Datenbus vorgesehen werden, wie etwa ein bidirektionaler Datenbus, der konform ist mit RS-485 oder anderen geeigneten seriellen Kommunikationsnormen.
Jeder der vier Reifen 1004a ... 1004d ist mit einem jeweiligen elektronischen Modul ("MARKE") 1020a ... 1020d und zugehörigem Sensor (nicht dargestellt, wohlbekannt) ausgestattet, der in der Lage ist, eine oder mehr Bedingungen, wie etwa Luftdruck und Lufttemperatur innerhalb des Reifens, zu überwachen, und ein Hochfrequenz(HF)-Signal zu übertragen, das die überwachte Bedingung(en) in dem jeweiligen Fahrzeugreifen anzeigt (z.B. in Funktion davon moduliert ist). Die Marken 1020a ... 1020d sind geeigneterweise Transponder, können alternativ jedoch einfach einen oder mehr Zustandssensoren und einen Hochfrequenzsender umfassen, wie hierin vorangehend beschrieben.
Das System 1000 umfasst vier Überwachungsvorrichtungen (oder "Abfrageeinheiten") 1030a ... 1030d, die jede einem jeweiligen der Reifen 1004a ... 1004d zugeordnet sind und vorzugsweise in dessen Nähe angeordnet sind, wie etwa innerhalb der Radkästen des Fahrzeugs montiert.
Jede Überwachungsvorrichtung 1030a ... 1030d ist an eine Kraftquelle angeschlossen (wie durch die in Kreisen und Dreiecken endenden Linien angedeutet) und ist zur individuellen Kommunikation mit dem Bordcomputer 1008 mit dem seriellen Multiplexer-Datenbus 1006 verbunden.
Jede Überwachungsvorrichtung 1030a ... 1030d ist im allgemeinen jeder der hierin vorangehend beschriebenen Abfragevorrichtungen (z.B. 108, 808) vergleichbar. Jede Überwachungsvorrichtung 1030a ... 1030d umfasst jeweils eine Antenne 1032a ... 1032d (vergleiche 110a ... 110d, 810a ... 810d), einen Empfänger (nicht dargestellt, vergleiche 114, 814) zum Empfangen von Übertragungen von der Marke, und einen Sender (nicht dargestellt, vergleiche 112, 812) zum Übertragen zu (und optionsweise zur Energieversorgung) einer jeweiligen der Marken 1020a ... 1020d. Im Fall der Erfassung von Kopplungsschwankungen an der Abfrageeinheit, statt an dem Transponder, ist jede Überwachungsvorrichtung 1030a ... 1030d mit jeweils einer geeigneten Stromüberwachungsvorrichtung 1034a ... 1034d (vergleiche 820) versehen.
Jede Überwachungsvorrichtung 1030a ... 1030d umfasst einen geeigneten Datentransceiver (wie etwa den DS36277 Dominantmodus-Mehrfachpunkttransceiver von National Semiconductor) zur Erleichterung von Zweiweg-Datenübertragung mittels des Datenbus 1006.
Die Übertragungen einer Überwachungsvorrichtung zu der jeweiligen Marke können ein Trägersignal zur Energiebeaufschlagung einer passiven Marke sein und können Signale zum "Wecken" einer aktiven Marke, die in einem Schlafmodus mit niedrigem Stromverbrauch ist, sein. Es liegt innerhalb der Reichweite der Erfindung, dass alle Komponenten der Überwachungsvorrichtung (1030), einschließlich der Antenne (1032), in einer einzigen Verpackung eingekapselt sein können. Alternativ kann die Antenne (1032) außerhalb einer solchen Verpackung angeordnet sein.
Die von den HF-Signalen von den jeweiligen Marken 1020a ... 1020d getragene überwachte Zustandsinformation kann dekodiert (z.B. demoduliert) und dem Bordcomputer 1008 zur anschließenden Anzeige (1012) für die Bedienperson des Fahrzeugs zugeleitet werden. Es liegt innerhalb der Reichweite der Erfindung, dass geeignete unterscheidbare visuelle und/oder hörbare Warnungen auf Wunsch des Fahrzeugherstellers verwendet werden können. Zusätzlich kann die Information in Bezug auf dynamische Bedingungen der Reifen bei der Steuerung des Fahrzeugs genutzt werden, wie etwa bei dem Leiten relevanter Eingabedaten zu einem "intelligenten" Aufhängungssystem.
Dynamische Bedingungen eines Pneumatikreifens zusätzlich zur Reifenwinkelposition, wie etwa Rotationsgeschwindigkeit, Beschleunigung und Veränderungswert der Beschleunigung, seitliche Beschleunigung, radiale Unrundheit, Torsionseffekte über eine oder mehr der Reifenachsen, Lenkwinkel und dergleichen werden auch unterscheidbare Kupplungs(energie)schwankungen verursachen.
Das Energieniveau zu dem Transponder kann von einem Frequenzstandpunkt aus analysiert werden, um dynamische Daten zu erhalten. Fourieranalyse der Wellenform wird Daten produzieren, die Harmonische der Grundfrequenz enthalten. Diese Daten können verwendet werden, um Aufhängung, Lenkung oder andere frequenzbezogene Merkmale diskreter Fahrzeugsysteme zu steuern. Die Vibrationsmerkmale dieser Fahrzeugsysteme bestimmen die Handhabung, das subjektive "Gefühl" für das Fahrzeug und Lärm, sowohl im Inneren als auch außerhalb. Die Steuerung dieser frequenzbezogenen Merkmale innerhalb der verschiedenen Fahrzeugsysteme kann auf einer dynamischen Basis verwendet werden, um harmonische Amplituden, Resonanzen und ästhetische Parameter zu steuern. Beispielsweise können die Transpondersignal- oder Stromniveaus im Zusammenwirken mit einem Fahrzeuggeräuschfrequenzgenerator (Lautsprecher) verwendet werden, um eine aktive Lärmausschaltung in Reaktion auf harmonische Amplitudenanalyse zu verschaffen.
Messen relativer Effekte von Reifen/Rad
Wie hierin vorangehend erwähnt, rufen Torsionseffekte eine (im allgemeinen vorübergehende) Bewegung des Reifens (insbesondere des Reifen-Außenumfangs oder des Laufflächenbereichs) relativ zu dem Rad oder Radträger, woran der Reifen aufgrund der flexiblen Natur des Reifens montiert ist, hervor. Es wird nun eine Ausführung der Erfindung erläutert, worin eine solche relative Bewegung erfasst und gemessen wird, um zusätzliche Information für den Betriebszustand des Reifens zu ermitteln, wie beispielsweise Torsion am Reifen, tangentiale Durchbiegung des Reifens (insbesondere an seinem Außenumfang), und selbst Rutschen des Reifens auf der Radfelge.
15 illustriert ein Zustandsüberwachungssystem 1550, das gewisse Eigenschaften von Reifenüberwachungs-systemen umfasst, wie etwa der Systeme 100, 800 und 1000 (siehe 1, 8 und 10), kombiniert mit gewissen Eigenschaften eines Rad- oder Radträgerüberwachungssystems, wie etwa des Systems 150 von 1A. Das System ist auf einem Fahrzeug 1552 (in Strichlinien dargestellt) installiert, wie etwa einem typischen Personenkraftwagen mit vier Pneumatikreifen 1504 (1504a, 1504b, 1504c und 1504d), die auf vier jeweilige Räder (nicht dargestellt) aufgezogen sind, um vier jeweilige Reifen-/Radeinheiten 1505a ... 1505d zu bilden. Jeder der vier Reifen 1504 ist mit einem ersten elektronischen Modul (Reifentransponder) 1506 (1506a, 1506b, 1506c und 1506d) ausgestattet, das in der Lage ist, ein HF-Reifensignal mittels einer zuordneten Antenne (nicht dargestellt) zu übertragen. Der Reifentransponder 1506 kann zusätzlich die Fähigkeiten von Transpondern oder MARKEn wie etwa den Transponder 106, 200, 302, 602, 806, 902 und 1400 enthalten, wobei solche Fähigkeiten beispielsweise das Überwachen (mittels zugehöriger Sensoren) von einer oder mehr Bedingungen, wie etwa Luftdruck und Lufttemperatur innerhalb des Reifens 1504, und Einschließen von Daten in das HF-Signal, das die überwachte(n) Bedingung(en) anzeigt (z.B. in Funktion davon moduliert ist), wie hierin vorangehend beschrieben, beinhalten. Auf dem jedem Reifen 1504 zugeordneten Rad oder Radträger ist ein zweites elektronisches Modul (Rad- oder Radträgertransponder) 1557 (1557a, 1557b, 1557c und 1557d) montiert, das in der Lage ist, ein HF-Rad- oder Radträgersignal mittels einer zugehörigen Antenne (nicht dargestellt) zu übertragen. Der Rad- oder Radträgertransponder 1557 ist in einem Schutzgehäuse 1556 (1556a, 1556b, 1556c und 1556d) eingeschlossen, das auch die Fähigkeiten einer Reifenüberwachungs- und Reguliervorrichtung, wie etwa der Vorrichtung 156 (siehe 1A und 1B) integrieren kann, welche letztere den Druck der Luft in dem Reifen 104, 1504 überwacht und/oder reguliert.
An dem Fahrzeug 1552 (an Bord) ist ein Empfänger 1566 (vergleiche 166, 114/112/116, 814/820/812/816) montiert, der zugehörige Antennen 1510, 1560 (vergleiche 110, 160, 620, 810, 920, 1032) und ein optionsweises Display 1562 (vergleiche 118, 162, 818, 1012) aufweist. Eine getrennte Rad- oder Radträgerempfangsantenne 1560a ... 1560d ist fest an dem Fahrzeug montiert, in nächster Nähe zu einem entsprechenden Rad- oder Radträgertransponder 1557a ... 1557d (z.B. an jedem Achsgehäuse des Fahrzeugs 1552 dicht bei der Radnabe montiert), und ist geeigneterweise beispielsweise eine Ferritstabantenne. Eine getrennte Reifenempfangsantenne 1510a ... 1510d ist fest an dem Fahrzeug montiert, in nächster Nähe (benachbart) zu einem entsprechenden Reifentransponder 1506a ... 1506d (z.B. in jedem Radkasten des Fahrzeugs 1552 montiert) und ist geeigneterweise beispielsweise eine Ferritstabantenne. Optionsweise sind den Empfangsantennen 1560 und/oder 1510 Nebenempfänger 1561 und/oder 1571 zugeordnet, wie etwa die hierin vorangehend in Bezug auf die in 1A illustrierten, verteilten Empfangssystem-Nebenempfänger 161 beschrieben. Alternativ könnten die Nebenempfänger 1561 und/oder 1571 gleichartig den hierin vorangehend in Bezug auf das in 10 illustrierte verteilte Empfangssystem beschriebenen Überwachungsvorrichtungen 1030 sein; eine Anordnung, die die Verwendung von Passivtranspondern in dem Reifen 1504 und/oder seinem zugehörigen Rad- oder Radträger erleichtern würde.
Der Empfänger 1566, optionsweise im Zusammenwirken mit Nebenempfängern 1561 und/oder 1571, umfasst einen oder mehr Mikrokontroller (z.B. U15 in 13), die in der Lage sind, Datenbearbeitungen wie etwa die Druck-/Temperaturberechnungen und Umdrehungszählung des Empfängers 1366 durchzuführen plus geeignete Stromüberwachungsfunktionen (vergleiche Stromüberwachungsvorrichtungen 820, 1034) zum Bestimmen der Winkelposition jedes Reifens 1504 und des jedem Reifen 1504 zugeordneten Rades oder Radträgers; plus einen oder mehr Mikroprozessoren (vergleiche 816, 1008, U15), die in der Lage sind, relative Reifen- und Rad- oder Radträgerwinkelpositionen zu vergleichen, um Torsionseffekte zu ermitteln und entsprechende Displayinformation und Daten auszugeben. Alternativ kann die Stromüberwachungsfähigkeit in dem Reifentransponder 1506 und dem Rad- oder Radträgertransponder 1557 (z.B. 520) enthalten sein, und/oder andere Mittel von Winkelpositionskodierung können eingesetzt werden (z.B. ein ABS-System), und es kann sein, dass der bzw. die Empfänger 1566, 1561, 1571 keine Stromüberwachung durchführen müssen.
Die 16A und 16B illustrieren in Seitenbeziehungsweise in Querschnittsansichten eine bevorzugte Ausführung 1600 des Reifen-/Rad- oder Radträgereinheit 1505-Teils des Zustandsüberwachungssystems 1550, mit einem beispielhaften Reifentransponder 1602 (vergleiche 1506) und einem beispielhaften Rad- oder Radträgertransponder 1657 (vergleiche 1557).
Der Reifentransponder 1602 ist beispielsweise ein Transponder (z.B. 602, 902), der auf jede geeignete Weise an einer Innenfläche 1606 (vergleiche 606) des Reifens 1604 montiert ist, vorzugsweise so dicht bei dem radial äußersten Umfang des Reifens 1604, wie praktisch ist. Für die dem Reifentransponder 1602 zugeordnete Antenne integriert diese Ausführung eines Transponder-systems 1600 einen Reif 1630 (vergleiche 930), der sich umfangsgerichtet um die Innenfläche 1606 des Reifens 1604 erstreckt. Der Reif 1630 ist ein elektrisch leitendes Element, das als eine Primärwicklung eines Kopplungstransformators funktionieren kann, wobei eine Rahmenantenne (nicht dargestellt) des Transponders 1602 als eine Sekundärwicklung des Kopplungstransformators funktioniert, wie hierin vorangehend beschrieben. Die Reifantenne 1630 ist im Wesentlichen in Gestaltung und Funktion äquivalent zu der hierin vorangehend in Bezug auf 9 beschriebenen Reifantenne 930 und weist als solche eine Vielzahl induktiver Elemente 1614 (vergleiche 910, 912, 914) auf, die an verschiedenen Punkten um den Umfang des Reifs in den Reif integriert sind. Solche induktiven Elemente 1614 können Ferritringe oder Stahlvorsprünge, oder nur eine Verbreiterung oder Verschmälerung des Reifs 1630 selbst sein. Diese induktiven Elemente 1614 werden Schwankungen ("Blips") in der HF-Kopplung zwischen der Antenne 1630 und einer Reifenempfangsantenne 1610 (vergleiche 1510) hervorrufen, wenn jedes induktive Element 1614 an der Reifenempfangsantenne 1610 vorbeiläuft. Obwohl nur drei der Vielzahl induktiver Elemente 1614 (1614a, 1614b, 1614c) illustriert sind, können viel mehr induktive Elemente 1614 regelmäßig um die Antenne 1630 beabstandet sein, wie für die Verschaffung ausreichender Auflösung bei der Anzeige der Reifenwinkelposition erforderlich. Es liegt innerhalb der Reichweite dieser Erfindung, dass induktive Elemente zum Hervorrufen unterscheidbarer Kopplungsschwankungen in den Reifen 1604, über den Umfang des Reifens, integriert sein können, ohne dass dort ein Reif 1630 vorhanden ist. Alternativ kann die Antenne 1630 mit induktiven Elementen 1614 direkt an den Transponder 1602 angeschlossen sein, als die einzige dem Transponder 1602 zugeordnete Antenne, und die Antenne 1630 kann eine andere als ein Endlosreif sein; beispielsweise kann die Antenne 1630 eine Dipolantenne sein, die sich in zwei Richtungen um den Umfang des Reifens 1604 erstreckt (d.h. eine kreisförmige Dipolantenne). Durch Nutzung der letztgenannten alternativen Ausführung könnte ein regelmäßig beabstandetes Muster von Blips (z.B. 962, 960, 964) erzielt werden, ohne die Gesamtschwankung der Kopplungsgröße (z.B. Kurve 952) anzutreffen, die von einer an dem Transponder 902, 1602 befindlichen getrennten rotierenden Antenne verursacht wird.
Der Rad- oder Radträgertransponder 1657 ist beispielsweise ein an dem Rad oder Radträger 1672, vorzugsweise in einem Schutzgehäuse 1580, das von Radmuttern 1674 (vergleiche 174) an Ort und Stelle gehalten wird, montierter Transponder (z.B. 1400). Optionsweise kann der Rad- oder Radträgertransponder 1657 in eine Reifenüberwachungs- und Reguliervorrichtung 1656 (vergleiche 156) integriert sein (z.B. 188). Für die dem Rad- oder Radträgertransponder 1657 zugeordnete Antenne umfasst diese Ausführung eines Transpondersystems 1600 eine kreisförmige Dipolantenne 1650, die an einer praktischen Stelle an dem Rad oder Radträger 1672 befestigt dargestellt ist. Obwohl sie als an der axial nach außen gerichteten Seite des Rads 1672 montiert dargestellt ist, versteht es sich, dass die Antenne 1650 überall an dem Rad 1672 montiert sein könnte, einschließlich an der axial nach innen gerichteten Seite des Rades 1672. Ein Antennenkabel 1692 (vergleiche 192) verbindet die Rad- oder Radträgerantenne 1650 mit dem Rad- oder Radträgertransponder 1657. Alternative Ausführungen enthalten beispielsweise das Ätzen der Antenne auf eine dem Rad- oder Radträgertransponder (z.B. 185) zugehörige Leiterplatine; oder beispielsweise das Endenlassen der Antenne 1692 in einer kleinen Kopplungsspule benachbart zu der Antenne 1650, die als ein Endlosreif geformt ist, gleichartig zu der hierin vorangehend beschriebenen Reif-Reifenantenne 1630. Ungeachtet ihrer Form und Plazierung integriert die Rad- oder Radträgerantenne 1650 vorzugsweise eine Vielzahl induktiver Elemente 1612, gleichartig den hierin vorangehend für die Reifenantenne 1630 beschriebenen induktiven Elementen 1614. Diese induktiven Elemente 1612 werden Schwankungen ("Blips") in der HF-Kopplung zwischen der Antenne 1650 und einer Radoder Radträgerempfangsantenne 1660 (vergleiche 1560) verursachen, wenn jedes induktive Element 1612 an der Reifenempfangsantenne 1660 vorbeiläuft. Obwohl nur vier der Vielzahl induktiver Elemente 1612 (1612a, 1612b, 1612c, 1612d) illustriert sind, können viel mehr induktive Elemente 1612 regelmäßig um die Antenne 1650 beabstandet sein, wie erforderlich, um eine ausreichende Auflösung bei der Anzeige der Rad- oder Radträgerwinkelposition zu verschaffen.
Es ist anzumerken, dass die in den 16A und 16B illustrierte Ausführung einfachere Ausführungen integriert, die ebenfalls als innerhalb der Reichweite der Erfindung liegend betrachtet werden sollten. Insbesondere könnten beispielsweise die am Rad oder Radträger montierten Elemente (z.B. 1657, 1680, 1612, 1692, 1656, 1650) und die entsprechende Rad- oder Radträgerempfangsantenne 1660 Teil eines Systems sein, wie etwa eines in 1A dargestellten Systems 150, wobei das System 150 zur Überwachung von Bedingungen wie etwa Rad- oder Radträgerrotation verwendet wird.
Alternative Ausführungen des Zustandsüberwachungssystems 1550 beinhalten die Verwendung von Reifentranspondern 1506, 1602, welche auf einer spezifischen Frequenz senden, die sich identifizierbar von der spezifischen Frequenz unterscheidet, auf der die Rad- oder Radträgertransponder 1557, 1657 senden. Mit einem solchen System wäre es möglich, die Signale von sowohl Rad- oder Radträger- als auch Reifentranspondern unter Verwendung einer in nächster Nähe jeder Reifen-/Radeinheit 1505 montierten einzigen Empfangsantenne 1510, 1560, 1610, 1660 zu empfangen.
In einer anderen alternativen Ausführung wird die Drehwinkelpositionskodierung für jedes Rad oder jeden Radträger durch Verwendung eines Fahrzeug-ABS-Systems, oder durch Verwendung des Pumpenpendels 184 mit einem Stern- oder Zahnrad oder anderen Kodierungstechniken, wie oben beschrieben, ermittelt. Diese Techniken würden auch ein vereinfachtes System mit beispielsweise einer einzigen zentralisierten Antenne 1560 zum Empfangen von Übertragungen von allen Rad- oder Radträgertranspondern 1557, 1657 gestatten.
Mit dem System 1550 ist es möglich, die Drehwinkelposition eines Reifens 1604 relativ zu seinem Rad oder Radträger 1672 zu überwachen und daher eine Vielzahl von Torsionseffekten zu ermitteln, die sich auf die Betriebsbedingungen und Leistung der Reifen-/Radeinheit 1505 auswirken.
Abschließende Bemerkungen
Somit wurden Verfahren und Vorrichtungen zum Überwachen eines dynamischen Zustandes eines rotierenden Elements, wie etwa eines Pneumatikreifens, beschrieben. Im allgemeinen wird die Größe und/oder Phase von zwischen einer Fahrzeugantenne und einem am Reifen montierten oder einem am Rad montierten Transponder überwacht und werden Schwankungen als dynamische Bedingungen des Reifens und/oder Rades anzeigend genutzt. Die Verwendung kreisförmiger Dipol-, Reif- und Ringantennen in dem Reifen und an dem Rad oder Radträger wurde beschrieben.
Es liegt innerhalb der Reichweite der Erfindung, dass kreisförmige Dipole, Reife, Ringe und dergleichen in der Karkasse des Reifens eingebettet sein können, statt an einer Innenfläche davon angeordnet zu sein.
Es liegt innerhalb der Reichweite der Erfindung, dass Reife, Ringe und dergleichen, die eine nicht-planare "serpentinförmige" Bahn beschreiben, an der Innenfläche des Reifens angeordnet (oder in der Karkasse des Reifens eingebettet) sein können.
Es liegt innerhalb der Reichweite der Erfindung, dass andere Phänomene als Nullpunkte, Senken, Impulsspitzen und dergleichen als dynamische Reifenbedingungen anzeigend überwacht werden können. Beispielsweise kann das durchschnittliche Niveau der HF-Kopplung abnehmen, wenn der Reifen gelenkt (seitlich gedreht) wird, wodurch der Lenkwinkel des Reifens angezeigt wird.
Es liegt innerhalb der Reichweite der Erfindung, dass die Fahrzeugempfangsantenne anders dann in annähernd der 12 Uhr-Position in Bezug auf den Reifen angeordnet sein kann. Beispielsweise könnte eine Fahrzeugantenne in Bezug auf den Reifen an der 9 Uhr-Position angeordnet werden, in welchem Fall das Lenken (Wenden) des Reifens die Signalkopplung beeinflussen würde.
Es liegt innerhalb der Reichweite der Erfindung, dass Transponder und Antennen zum Zweck des Überwachens der Drehwinkelposition (und verschiedener Ableitungen der Drehposition) eines Reifens in Bezug auf sein Rad oder seinen Radträger sowohl im Reifen als auch dem Rad oder Radträger angeordnet werden können, wodurch beispielsweise Torsionseffekte auf den Reifen angezeigt werden.

Claims

Ein System (600) zur Überwachung von Pneumatikreifenbedingungen für eine oder mehrere an einem Fahrzeug (802) montierte Reifen-/Radeinheiten, wobei jede Reifen-/Radeinheit einen an einem Rad oder Radträger montierten Reifen (604) umfasst, umfassend: einen an dem Rad oder Radträger der einen oder mehreren Reifen-/Radeinheiten montierten Rad- oder Radträgertransponder (902) mit einer Rad- oder Radträgerantenne (930) zum Übertragen eines ersten, die Drehwinkelposition des Rades oder Radträgers anzeigenden Signals; einen oder mehrere Empfänger, die jeder eine oder mehrere fest an dem Fahrzeug montierte Empfangsantennen (920) aufweisen, wobei die eine oder mehreren Empfangsantennen so positioniert sind, dass sie das erste Signal von einer spezifischen der Reifen-/Radeinheiten empfangen; und Schalttechnik zum Verarbeiten der von der einen oder mehreren Empfangsantennen empfangenen ersten Signale zur Bestimmung der Drehwinkelposition des Rades oder Radträgers der einen oder mehr Reifen-/Radeinheiten; dadurch gekennzeichnet, dass zumindest eine der Rad- oder Radträgerantennen im Wesentlichen kreisförmig ist und eine Vielzahl reaktiver schaltkreisbeeinflussender Elemente (910, 912, 914) aufweist, die in den Umfang der zumindest einen Rad- oder Radträgerantenne integriert und beabstandet darüber verteilt sind, um Signale zu verursachen, die Indikativ für die Drehwinkelposition der Rad- oder Radträgerantenne sind, und die in dem ersten Signal stattfinden, das von der Empfangsantenne empfangen wird, die so positioniert ist, dass sie das erste Signal von der zumindest einen Rad- oder Radträgerantenne empfängt, wobei die reaktiven Elemente zumindest eines von induktiven Elementen, kapazitiven Elementen oder magnetischen Elementen umfassen.
Das System gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest eine der Rad- oder Radträgerantennen ein an den Rad- oder Radträgertransponder gekoppelter leitender Reif (930) ist; und jede aus einem leitenden Reif bestehende Rad- oder Radträgerantenne eine Vielzahl induktiver Elemente enthält, die in den Umfang der aus einem leitenden Reif bestehenden Rad- oder Radträgerantenne integriert und über diesen beabstandet verteilt sind, um Signale zu verursachen, die Indikativ für die Drehwinkelposition der Rad- oder Radträgerantenne sind, und die in dem ersten Signal vorkommen, das von der Empfangsantenne empfangen wird, die so positioniert ist, dass sie das Signal von der zumindest einen Rad- oder Radträgerantenne empfängt.
Das System gemäß Anspruch 1, gekennzeichnet durch ein an dem Rad oder Radträger montiertes Pumpensystem (183) zur Reifendruckregulierung und einen mit dem Rad oder Radträgertransponder verbundenen Reifendrucksensor (187) zum Messen des Reifendrucks.
Das System gemäß Anspruch 1, gekennzeichnet durch einen an dem Reifen der einen oder mehreren Reifen-/Radeinheiten montierten Reifentransponder (602) mit einer Reifenantenne zum Übertragen eines zweiten, die Drehwinkelposition des Reifens anzeigenden Signals; wobei der eine oder die mehreren Empfänger so montiert ist, dass er das zweite Signal von einer spezifischen der Reifen-/Radeinheiten empfängt; und Schalttechnik zum Verarbeiten der von der einen oder mehreren Empfangsantennen empfangenen zweiten Signale, um die Drehwinkelposition des Reifens relativ zu dem Rad oder Radträger der einen oder mehreren Reifen-/Radeinheiten zu ermitteln.
Das System gemäß Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest eine der Reifenantennen im Wesentlichen kreisförmig ist und eine Vielzahl reaktiver schaltkreisbeeinflussender Elemente enthält, die in den Umfang der zumindest einen Reifenantenne integriert und beabstandet darüber verteilt sind, um Signale zu verursachen, die indikativ für die Drehwinkelposition der Rad- oder Radträgerantenne sind, und in dem zweiten Signal vorkommen, das von der Empfangsantenne empfangen wird, die so positioniert ist, dass sie das zweite Signal von der zumindest einen Reifenantenne empfängt.
Das System gemäß Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest eine der Rad- oder Radträgerantennen im Wesentlichen kreisförmig ist und die Vielzahl reaktiver schaltkreisbeeinflussender Elemente eine Vielzahl induktiver Elemente enthält, die in den Umfang der zumindest einen Rad- oder Radträgerantenne integriert und beabstandet darüber verteilt sind, um Signale zu verursachen, die indikativ für die Drehwinkelposition der Rad- oder Radträgerantenne sind, und in dem ersten Signal vorkommen, das von der Empfangsantenne empfangen wird, die so positioniert ist, dass sie das erste Signal von der zumindest einen Rad- oder Radträgerantenne empfängt.
Das System gemäß Anspruch 1, wobei zumindest eine der Rad- oder Radträgerantennen ein an den Rad- oder Radträgertransponder gekoppelter leitender Reif ist; und jede aus einem leitenden Reif bestehende Rad- oder Radträgerantenne eine Vielzahl induktiver Elemente enthält, die in den Umfang der aus einem leitenden Reif bestehenden Rad- oder Radträgerantenne integriert und beabstandet darüber verteilt sind, um Signale zu verursachen, die indikativ für die Drehwinkelposition der aus einem leitenden Reif bestehenden Rad- oder Radträgerantenne sind, und in dem ersten Signal vorkommen, das von der Empfangsantenne empfangen wird, die so positioniert ist, dass sie das erste Signal von der zumindest einen Rad- oder Radträgerantenne empfängt.
Das System gemäß Anspruch 1, wobei das System einen mit dem Reifentransponder verbundenen Reifendrucksensor zum Messen des Reifendrucks umfasst.
Das System gemäß Anspruch 1, wobei eine Empfangsantenne für jede spezifische Reifen-/Radeinheit vorliegt; und jede Empfangsantenne so konfiguriert ist, dass sie das erste Signal auf einer ersten Frequenz von der Rad- oder Radträgerantenne der spezifischen Reifen-/Radeinheit empfängt und so konfiguriert ist, dass sie das zweite Signal auf einer zweiten Frequenz von der Reifenantenne der spezifischen Reifen-/Radeinheit empfängt.
Das System gemäß Anspruch 1, wobei ein oder mehrere der Reifentransponder und der Rad- oder Radträgertransponder ein Passivtransponder ist bzw. sind; und der Empfänger und die Empfangsantenne jedem der ein oder mehreren Passivtransponder zugeordnet sind; und der bzw. die jedem der ein oder mehreren Passivtransponder zugeordnete Empfänger und Empfangsantenne ein Abfragesignal zu dem zugeordneten Passivtransponder übertragen.