PINGEL, Martin (Venusweg 13, Marl, 45770, DE)
PINGEL, Ulrich (Venusweg 13, Marl, 45770, DE)
PINGEL, Martin (Venusweg 13, Marl, 45770, DE)
Patentansprüche
1. System zum Feststellen des Druckes in einem pneumatischen Fahrzeugreifen, der an einem Fahrzeug angebracht ist, und/oder der Geschwindigkeit des Fahrzeuges, mit:
einer Anordnung aus Lastsensoren, die Kraftsignale für ein zweidimensionales Muster der Kraftverteilung liefert, die von dem Fahrzeugreifen in Kontakt mit den Sensoren ausgeübt wird, wenn sich das Fahrzeug über die Anordnung bewegt;
einem Computer, der so programmiert ist, daß er den Reifendruck und/oder die Geschwindigkeit aus der Kraftverteilung unabhängig von der Herstellungsart oder dem Modell des Reifens und des Fahrzeugs bestimmt; und
einer Einrichtung zum Anzeigen des Druckes und/oder der Geschwindigkeit;
dadurch gekennzeichnet, daß
die Anordnung aus Lastsensoren mindestens zwei Reihen von Lastsensoren umfaßt, die in Fahrtrichtung hintereinander angeordnet sind, wobei zumindest eine Reihe der Lastsensoren gegen eine oder mehrere Reihen der Lastsensoren um einen vorbestimmten Betrag quer zur Fahrtrichtung versetzt sind.
2. System nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, daß der vorbestimmte Betrag kleiner als die Abmessung eines Lastsensors quer zur Fahrtrichtung ist.
3. System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß bei zumindest einer der Reihen der Lastsensoren die Länge der Lastsensoren größer ist als bei zumindest einer weiteren Reihe der Lastsensoren.
4. System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Lastsensoren parallel oder quasi-parallel gelesen werden.
5. System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine Recheneinheit vorgesehen ist, die das von den Lastsensoren erzeugte Kraftsignal in Längeneinheiten umrechnet und die genaue Auflagelänge des Reifens auf der Fläche jedes der Lastsensoren aus der Länge des Kraftsignals abzüglich der Länge des entsprechenden Lastsensors berechnet.
6. System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine Recheneinheit vorgesehen ist, die für Signale von einer ersten Reihe der Lastsensoren und für Signale von einer zweiten Reihe der Lastsensoren jeweils den Schwerpunkt gemäß
berechnet, wobei I p die Intensität am Ort p ist und wobei der Schwerpunkt p t zum Zeitpunkt t durchfahren wurde, und aus der Differenz von Schwerpunkt p t2 der zweiten Reihe der Lastsensoren und Schwerpunkt p tl der ersten Reihe der Lastsensoren die Geschwindigkeit v gemäß
v = Pn - Pn
I 1 - t λ
ermittelt.
7. System nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß für den Fall, daß die Auflagelänge des Reifens kleiner ist als die Länge eines oder mehrerer der Lastsensoren, eine Kompensationsrechnung durchgeführt wird.
8. System nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß eine Recheneinheit eine differentielle Analyse der ansteigenden Flanke der Kraftsignale durchfuhrt, um Profileffekte des Reifens zu erkennen und zu kompensieren.
9. System nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß unter Verwendung der Amplitude der Kraftsignale in Fahrtrichtung und/oder quer zur Fahrtrichtung eine Recheneinheit die Profiltiefe des Reifens bestimmt. |
System zum Feststellen des Druckes in einem Fahrzeugreifen und/oder der Geschwindigkeit des Fahrzeuges
Die Erfindung betrifft ein System zum Feststellen des Druckes in einem pneumatischen Fahrzeugreifen, der an einem Fahrzeug angebracht ist, und/oder der Geschwindigkeit des Fahrzeuges, mit einer Anordnung aus Lastsensoren, die Kraftsignale für ein zweidimensionales Muster der Kraftverteilung liefert, die von dem Fahrzeugreifen in Kontakt mit den Sensoren ausgeübt wird, wenn sich das Fahrzeug über die Anordnung bewegt, mit einem Computer, der so programmiert ist, daß er den Reifendruck und/oder die Geschwindigkeit aus der Kraftverteilung unabhängig von der Herstellungsart oder dem Modell des Rades und des Fahrzeuges bestimmt; und einer Einrichtung zum Anzeigen des Druckes und/oder der Geschwindigkeit.
Ein derartiges System zum Feststellen des Druckes in einem pneumatischen Fahrzeugreifen ist aus der US 5 396 bekannt. Hier wird eine Zeilenanordnung von Kraftsensoren beschrieben, über die der Fahrzeugreifen rollt. Die Geschwindigkeit kann dabei aus dem Signalanstieg und dem Signalabfall bestimmt werden, während der Reifen über die Lastsensoranordnung läuft. Allerdings hängt die Messung der Geschwindigkeit über die Steigung der Flanken des Signals vom Reifendruck ab und wird durch Profileinflüsse sehr ungenau.
Störende Effekte des Reifenprofils können hierbei jedoch nicht berücksichtigt werden. Insbesondere der Signalanstieg wird durch Querprofilierung der Reifen, zum Beispiel Querrillen oder schräg verlaufende Profilrillen, wesentlich verändert, und es ist davon auszugehen, daß der Signalanstieg nicht mehr linear verläuft.
Es ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein System zum Feststellen des Druk- kes in einem pneumatischen Fahrzeugreifen und/oder der Geschwindigkeit eines Fahrzeuges zur Verfügung zu stellen, bei dem die Einflüsse des Reifenprofils soweit als möglich reduziert werden.
Diese Aufgabe wird durch ein System mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind Gegenstand der Unteransprüche.
Das erfindungsgemäße System zum Feststellen des Druckes in einem pneumatischen Fahrzeugreifen, der an einem Fahrzeug angebracht ist, und/oder der Geschwindigkeit des Fahrzeuges umfaßt eine Anordnung aus Lastsensoren, die Kraftsignale für ein zweidimensionales Muster der Kraftverteilung liefert, die von dem Fahrzeugreifen in Kontakt mit den Lastsensoren ausgeübt wird, wenn sich das Fahrzeug über die Anordnung bewegt; einen Computer, der so programmiert ist, daß er den Reifendruck und/oder die Geschwindigkeit aus der Kraftverteilung unabhängig von der Herstellungsart oder dem Modell des Reifens und des Fahrzeugs bestimmt; einer Einrichtung zum Anzeigen des Druckes und/oder der Geschwindigkeit; und ist dadurch gekennzeichnet, daß die Anordnung aus Lastsensoren mindestens zwei Reihen von Lastsensoren umfaßt, die in Fahrtrichtung hintereinander angeordnet sind, wobei zumindest eine Reihe der Lastsensoren gegen eine oder mehrere Reihen der Lastsensoren um einen vorbestimmten Betrag quer zur Fahrtrichtung versetzt sind.
Der vorbestimmte Betrag sollte kleiner als die Abmessung eines Lastsensors quer zur Fahrtrichtung sein. Im allgemeinen werden in einer Reihe baugleiche Lastsensoren verwendet.
Ferner kann vorgesehen sein, daß bei zumindest einer der Reihen der Lastsensoren die Länge der Lastsensoren größer ist als bei zumindest einer weiteren Reihe der Lastsensoren. Dabei mildert ein kurzer Lastsensor den Kompensationsaufwand, der betrieben werden muß, wenn ein hoher Reifendruck bei gleichzeitig geringer Last vorliegt. Mit einem langen Sensor werden die Querrillen besser ausgemittelt.
Insgesamt ist es vorteilhaft, mehrere Reihen mit relativ kurzen Lastsensoren vorzusehen, obwohl sich dadurch die Anzahl der erforderlichen Lastsensoren erhöht und die Kosten ansteigen. Man erhält allerdings auch mehr auswertbare Information.
Das erfindungsgemäße Meßprinzip ist physikalisch gesehen ein Kompromiß zwischen einer möglichst langen Sensorfläche, die wünschenswert ist, da sie Profileinflüsse minimiert, und einer möglichst kurzen Sensorfläche. Die Auflagelänge des Reifens in Längsrichtung bei hohem Luftdruck und geringer Last ist nur sehr kurz. Eine geringere Auflagelänge als die Länge der Sensorfläche führt, wenn keine zusätzliche Kompensation vorgenommen wird, zu erheblichen Fehlmessungen. Dies limitiert den Bereich für die Sensorlänge erheblich.
Die einzelnen Sensorflächen sollten so eng wie möglich aneinanderliegen, vorzugsweise sowohl in Fahrtrichtung als auch quer dazu dicht an dicht.
Durch das versetzte Anordnen der Sensorelemente können die einzelnen Sensorflächen auch breiter ausgestaltet werden als der eigentliche Sensorabstand quer zur Fahrtrichtung, ohne jedoch die Ortsauflösung wesentlich zu reduzieren.
Insgesamt lassen sich die störenden Einflüsse von Längsrillen des Profils zuverlässig minimieren, da der von den Längsrillen hervorgerufene Effekt herausgemittelt werden kann. Dazu ist eine flächige Abdeckung mit Lastsensoren optimal, da dann eine Längsrille jedenfalls erfaßt wird.
Vorteilhaft ist eine Recheneinheit vorgesehen, die für Signale von einer ersten Reihe der Lastsensoren und für Signale von einer zweiten Reihe der Lastsensoren jeweils den Schwerpunkt gemäß
berechnet, wobei I p die Intensität am Ort p ist und wobei der Schwerpunkt p t zum Zeitpunkt t durchfahren wurde, und aus der Differenz von Schwerpunkt p t2 der zweiten Reihe der Lastsensoren und Schwerpunkt p tl der ersten Reihe der Lastsensoren die Geschwindigkeit v gemäß
v = Pn - Pn
ermittelt. Aus der Zeitdifferenz der Signale der beiden Reihen lassen sich nun die Geschwindigkeit des Fahrzeuges und seine Beschleunigung so sehr genau rechnen.
Dabei ist bevorzugt, daß die Lastsensoren parallel oder quasi-parallel gelesen werden. Bei der quasi-parallelen Methode geschieht das Einlesen der Daten so schnell, daß keine nennenswerten Verzögerungen oder Meßfehler entstehen, oder es werden entsprechende Korrekturmaßnahmen getroffen.
Die genaue Auflagelänge des Reifens auf jeder Sensorlänge kann unter Nutzung der Geschwindigkeitsinformation berechnet werden, indem das Kraftsignal in Längeneinheiten umgerechnet wird und die Sensorlänge subtrahiert wird. Für den Fall, daß die Auflagelänge kleiner ist als die Sensorlänge oder in den Bereich der Sensorlänge kommt, wird zweckmäßigerweise eine Kompensationsrechnung durchgeführt. Dabei reicht in vielen Fällen eine lineare Kompensation aus.
Es sollte angemerkt werden, daß die Geschwindigkeitsmessung zur Bestimmung des Reifendrucks nicht unbedingt nötig ist. Sie kann auch eigenständig durchgeführt werden. Bei der erfindungsgemäßen Vorgehensweise zur Bestimmung der Geschwindigkeit reduzieren sich die Einflüsse von Profil, Spur und Sturz.
Durch differentielle Betrachtung insbesondere der ansteigenden Flanke der Signale werden Profüeffekte sichtbar und können berücksichtigt werden.
Insbesondere die Profiltiefe hinterläßt bei dem typischen, konischen Profileinschnitt ein charakteristisches Signal. Bei großer Profiltiefe sind die Profilrillen sehr tief und breit und hinterlassen hohe Signalpegel in Quer- als auch Längsrichtung. Mit sinkender Profiltiefe wird auch die Profilrille schmaler, welches die Signalamplitude reduziert. Hieraus läßt sich die Profiltiefe einfach ableiten. Somit ist vorgesehen, daß unter Verwendung der Amplitude der Kraftsignale in Fahrtrichtung und/oder quer zur Fahrtrichtung eine Recheneinheit die Profϊltiefe des Reifens bestimmt.
Eine zusätzliche Funktionalität des Systems ist die Gewichtsmessung des Fahrzeuges. Die Last, die jeder einzelne Reifen zu tragen hat, kann durch die Integration der gemessenen Reifendrücke über die Fahrstrecke und Breite des Reifens ermittelt werden. Das Achsgewicht oder das Gesamtgewicht des Fahrzeugs wird durch Aufaddierung der Lasten der einzelnen Reifen der Achse oder des Fahrzeuges ermittelt.
Eine einfache Installationsart ist für das System die direkte Aufbringung auf der Fahrbahnoberfläche, meist geschützt durch eine Auf- und Abfahrrampe. Diese Montageweise ist einfach und schnell durchzuführen, besitzt jedoch Nachteile, die durch die vertikale Beschleunigung der Achse hervorgerufen werden. Insbesondere treten hierbei sprunghafte Laständerungen oder ein teilweise überspringen des Sensors auf und führen - neben erhöhter Belastung und Verschleiß der Sensorplatten - zu erhöhten Meßabweichungen.
Besonders hohe Genauigkeit und eine Minimierung der Belastung des Meßsystems erreicht man dadurch, daß man die Sensorplatten bündig so in den Boden einläßt, so daß die Fahr- zeugachse keine durch eine Rampe o. ä. hervorgerufene vertikale Bewegung ausführen muß und es zu keinen störenden Schwingungen des Reifens oder der Achse kommt.
Im folgenden soll die Erfindung anhand der beigefügten Zeichnung näher erläutert werden. Es zeigt:
Figur 1 ein erstes Beispiel einer Anordnung von Lastsensoren, bei denen Lastsensoren einer ersten Reihe zu den Lastsensoren einer zweiten Reihe in Fahrtrichtung A eines Fahrzeuges zueinander versetzt sind;
Figur 2 ein zweites Beispiel einer Anordnung von Lastsensoren; und
Figur 3 ein drittes Beispiel einer Anordnung von Lastsensoren; und
Figur 4 ein viertes Beispiel einer Anordnung von Lastsensoren.
Die Fahrtrichtung ist in der Zeichnungsfigur dabei durch den Pfeil A angegeben. Eine erste Reihe 10 von Lastsensoren, z.B. 1, 3, 5, ... ist gegenüber einer zweiten Reihe 20 von Lastsensoren, z.B. 2, 4, 6, ... um einen Betrag x quer zur Fahrtrichtung versetzt. Der durch die Geschwindigkeit des Fahrzeuges erzeugte Zeitversatz beim Auftreffen des Reifens auf die beiden Reihen 10, 20 ermöglicht somit die Erfassung eben dieser Geschwindigkeit. Der Vorteil liegt darin, daß man nur die Anzahl Sensoren benötigt, die im Stand der Technik in einer Rei-
he verwendet werden, jedoch zusätzlich noch der Vorteil der Geschwindigkeitsinformation hinzukommt. Dabei sind die Lastsensoren nicht elektrisch seriell geschaltet, sondern parallel oder werden zumindest datentechnisch parallel ausgelesen.
Die Sensorflächen müssen einen Abstand zueinander einhalten, damit sie sich nicht gegenseitig überlappen. Somit bleiben zwischen den Sensorflächen schmale Spalte ungemessen.
Die versetzte Anordnung erlaubt die Vergrößerung bzw. Verbreiterung der einzelnen Sensorflächen bis zum Doppelten des Abstandes zwischen den Lastsensoren. Hierdurch kann der störende Einfluß des Reifenprofils ohne wesentliche Auflösungsverluste wesentlich reduziert werden.
Figur 2 zeigt ein Beispiel einer Anordnung aus zwei Reihen 10', 20' von Lastsensoren, die sowohl in Fahrtrichtung A als auch quer dazu dicht an dicht angeordnet sind. Somit werden die schmalen Spalte, die bei der Ausführungsform nach Figur 1 vorliegen, vollständig vermieden, und der Einfluß von Längsrillen kann erfaßt und gegebenenfalls kompensiert werden.
Figur 3 zeigt ein Beispiel einer Anordnung von Lastsensoren, bei der eine erste Reihe 10" der Lastsensoren und eine zweite Reihe 20" der Lastsensoren unterschiedliche Sensorlängen in Fahrtrichtung haben. Hierdurch kann der Profileinfluß stark reduziert werden, andererseits kann die tatsächliche Auflagelänge eines Reifens mit geringer Last und hohem Druck genau bestimmt werden.
Figur 4 zeigt ein Beispiel einer Anordnung von Lastsensoren, bei der drei Reihen 10'", 20'", 30'" von Lastsensoren mit gleicher Sensorlänge angeordnet sind. Es ist unbedingt vorteilhaft, zwei oder mehr Reihen aus Lastsensoren vorzusehen. Durch die redundante Information, die damit erlangt wird, wird das Ergebnis sicherer. Die Anordnung würde dann allerdings entsprechend teurer.
Weitere Abänderungen der Anordnungen von Lastsensoren sind möglich. Wenn hier redundante Information erforderlich ist, können auch vier oder mehr Reihen von Lastsensoren vor-
gesehen sein, wobei die Sensorlängen in den einzelnen Reihen gleich oder unterschiedlich sein können. In den Zeichnungen ist lediglich dargestellt, daß zwei Reihen um eine halbe Sensorbreite voneinander versetzt sind. Auch andere Versetzungen sind möglich, beispielsweise um 1 A der Sensorbreite oder irgendeinen anderen Bruchteil von dieser.
Die in der vorstehenden Beschreibung, in der Zeichnung sowie in den Ansprüchen offenbarten Merkmale der Erfindung können sowohl einzeln als auch in beliebiger Kombination für die Verwirklichung der Erfindung wesentlich sein.