Stand der Technik Der Reifen von Fahrzeugen stellt ein elastisches Bin- deglied zwischen den Rädern und somit dem Fahrzeug und der Fahrbahn dar. Dabei werden alle für das Fah- ren des Fahrzeuges aus dem Antreiben und Bremsen, aus der Richtungsänderung und aus der Spurhaltung resul- tierenden Kräfte über die Reifenaufstandsfläche zwi- schen dem Reifen und der Fahrbahn reibschlüssig über- tragen. Die bei dieser Übertragung auftretende Kraft hängt zwar zunächst von den an sich bekannten Parame- tern, insbesondere der Reifen und des Fahrzeuges, ab, wesentlich wird jedoch diese Kraft aber auch von der jeweils wirkenden Radlast und dem Reibwert pL be-

stimmt, der in Abhängigkeit von der Witterung sowie vom Fahrbahnzustand einer kurzfristigen Änderung un- terliegt.

Da im Wesentlichen die Profilelementverformung des Reifens und die Gleitbewegungen zwischen dem Gummi des Reifens und der Fahrbahn die Reibung bestimmen, die die Kraftübertragung vom Reifen auf die Straße sowohl in Längs-als auch in Querrichtung ermöglicht, ist es erforderlich, Aussagen über die übertragene Kraft aber auch über den Reibwert zu erhalten. Da- her ist es allgemein bekannt, die Verformung einzel- ner Stollenelemente des Reifens zu messen. Ausgehend von der Kenntnis der elastischen Eigenschaften des Reifens beziehungsweise der Stollenelemente kann so- mit auf die von dem jeweiligen Stollenelement über- tragene Kraft geschlossen werden. Gleichzeitig kann aber auch durch Beobachtung der Verformung eines Stollenelementes auf den Reibwert pt geschlossen wer- den, da während des Durchlaufs der jeweiligen Stol- lenelemente des Reifens über seine Radaufstandsfläche auf der Fahrbahn stets lokale Gleitvorgänge auftre- ten, die vom verfügbaren Kraftschlusspotential abhän- gen.

Um nun Aussagen über die übertragene Kraft und den Reibwert L von Reifen für Fahrzeuge zu erhalten, kom- men grundsätzlich Sensoren zur Anwendung. So kann beispielsweise die Verformung der Stollenelemente ei- nes Reifens durch die Detektion der Bewegung eines hier eingebrachten Magneten mittels Hall-Sensoren ge- messen werden. Gemäß der älteren Anmeldung DE 100 25

502.7 ist auch schon vorgeschlagen worden, Sensoren, die sowohl kapazitiv als auch induktiv sein können, zur Messung der Verformung des Profils des Reifens und damit der mechanischen Spannungen im Bereich der Reifenaufstandsfläche einzusetzen, indem eine Viel- zahl von Sensoren auf der Lauffläche, so auch inner- halb der Profilelemente des Reifens angeordnet bezie- hungsweise eingebettet sind. Den Sensoren ist dabei eine Antenne zugeordnet, über die die gewonnenen Messgrößen als Signale einer Auswerteeinheit zuge- führt werden. Da stets mehrere Sensoren im Aufnahme- bereich der Antenne liegen, ist es erforderlich, die Sensoren zu codieren, um gezielte Informationen über die Verformung in der Reifenaufstandsfläche zu erhal- ten.

Es hat sich aber auch gezeigt, dass trotz der vielen bekannten Anordnungen von Sensoren, auch unter Be- rücksichtigung ihrer Ausbildung, eine Onlinemessung der interessierenden Größen hinsichtlich der übertra- genen Kraft und des Reibwertes zut nicht möglich ist.

Vielmehr muss sowohl zur Bestimmung der übertragenen Kraft als auch des Reibwertes u. der Reifen die Reifenaufstandsfläche erst verlassen haben, so dass anschließend beispielsweise die in Längsrichtung übertragene Kraft mit Hilfe des orientierten Flächen- inhaltes unter der Kurve lokale Spannung im Stollen- element als Funktion des zurückgelegten Weges be- stimmbar ist. Dabei kann aus der speziellen Kurven- form, den Spannungsextremen und der Steigung der Kurve beim Spannungsnulldurchgang im Reifengummi der Reibwert t bestimmt werden. Erhebliche Schwierigkei-

ten ergeben sich jedoch trotzdem bei der Messung der übertragenen Kraft und des Reibwertes p bei kleinen Geschwindigkeiten. Im Stillstand des Fahrzeuges sind diese Messungen überhaupt nicht möglich.

Vorteile der Erfindung Durch die Erfindung wird eine Reifensensorik zur kon- tinuierlichen Messung der übertragenen Kraft und des Reibwertpotentials L geschaffen, durch die die dazu benötigten Messgrößen nicht nur bei relativ großen Geschwindigkeiten des rotierenden Reifens erfasst werden, sondern auch bei geringen Geschwindigkeiten, insbesondere aber auch im Stillstand des Reifens, wo- bei eine echtzeitfähige rauscharme Kraft-und t-Wert- messung ermöglicht wird, ohne dass dabei eine Verka- belung der Sensoren erforderlich ist.

Diese Vorteile werden dadurch erreicht, dass im Be- reich der äußeren Umfangsfläche des Reifens in jedem durch Unterteilung der Umfangsfläche gebildeten Sek- tor, der der Reifenaufstandsfläche entspricht, eine Vielzahl einzeln identifizierbarer Sensoren angeord- net ist, durch die mechanische Spannungen lokal in jeder Stellung des Reifens, so auch im Stillstand, messbar sind, so dass die augenblickliche Kraftver- teilung im Reifen bestimmbar ist.

Ausgehend hiervon ist nicht nur bei einem rotierenden Reifen, sondern auch im Stillstand des Reifens beim lokalen Messen der mechanischen Spannungen, eine Kurve erzeugbar, die sich aus der Spannung als Funk-

tion des Weges ergibt, und zwar aus so vielen Mess- punkten, wie Sensoren in dem jeweiligen Sektor der äußeren Umfangsfläche des Reifens angeordnet sind, der der jeweiligen Reifenaufstandsfläche entspricht.

Dabei wird an den einzelnen, aus der Anzahl der Sen- soren resultierenden Stützpunkten eine Kurve angefit- tet, aus deren Parametern die übertragene Kraft und das Reibwertpotential p berechenbar ist.

Damit wird durch die erfindungsgemäße Reifensensorik nicht nur bei allen Geschwindigkeiten des rotierenden Reifens, sondern auch im Stillstand des Reifens, eine kontinuierliche Messung sowohl der übertragenen Kraft als auch des Reibwertpotentials ermöglicht, so dass eine Ermittlung der übertragenen Kraft und des Reib- wertpotentials p mittels Beobachtung der Verformung eines einzelnen Stollenelements nach einem vollstän- digen Durchlauf des Stollenelements durch die Reifen- aufstandsfläche entfällt. Somit werden aber auch bis- her nicht immer vermeidbare Verfälschungen der Ergeb- nisse, die beispielsweise durch geringfügige lokale Unebenheiten in der Fahrbahn entstehen können, ausge- schaltet.

Gemäß einer bevorzugten Ausbildung der Erfindung sind bei einem Umfang des Reifens von etwa 2 m und einer Reifenaufstandsfläche, deren Länge 10 cm beträgt, 200 Sensoren an der äußeren Umfangsfläche des Reifens an- geordnet, so dass jedem Sektor, der der Reifenauf- standsfläche entspricht, 10 Sensoren, also 10 als Messpunkte dienende Stützpunkte zum Anfitten einer Kurve zugeordnet sind. Das schließt natürlich nicht

aus, dass die Anzahl der einem Sektor zugeordneten Sensoren, beispielsweise bei einer größeren Reifen- aufstandsfläche, auch erhöht werden kann, um zu ge- naueren Ergebnissen bei der Messung der übertragenen Kraft und des Reibwertpotentials u zu kommen. Ande- rerseits kann die Anzahl der einem Sektor zugeordne- ten Sensoren aber auch verringert werden, was dann gegeben ist, wenn der Reifen einen relativ kleinen Umfang besitzt. Das Eintreten der durch die Erfindung beabsichtigten Wirkungen wird hierdurch nicht beein- flusst.

Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung bestehen die Sensoren aus einem Material, dessen elektromagne- tische Eigenschaften durch mechanische Spannungen veränderbar sind, so dass in Abhängigkeit dieser Spannungen die Hysteresekurve und somit die Dämpfung des Materials veränderbar ist. Obwohl als Material jedes Material einsetzbar ist, das dazu geeignet ist, durch mechanische Spannungen die elektromagnetischen Eigenschaften des Materials zu verändern, hat sich gezeigt, dass als Material für die Sensoren Girant- Stress-Impedance-Material bevorzugt dazu geeignet ist, um die beabsichtigte Veränderung der elektro- magnetischen Eigenschaften zu erzielen.

Unter Berücksichtigung dieses Materials sollten die Sensoren vorteilhafter Weise aus Fäden bestehen, die bei Einwirkung von mechanischen Spannungen zu elek- tromagnetischen Schwingungen anregbar sind, derart, dass sie auf ihrer Eigenfrequenz weiterschwingen, die im Wesentlichen durch ihre Länge bestimmbar ist. Um

bei dieser Ausbildung der Sensoren als Fäden eine Identifikation der einzelnen, einem jeden Sektor der äußeren Umfangsfläche des Reifens zugeordneten Senso- ren zu ermöglichen, sind die einem jeden Sensor zuge- ordneten, als Fäden ausgebildeten Sensoren in ihrer Länge variiert, so dass über die daraus resultieren- den, unterschiedlichen Frequenzen der Antwortfunktio- nen die Sensoren identifizierbar sind. Dabei besteht beispielsweise die Möglichkeit, die als Fäden ausge- bildeten Sensoren innerhalb eines jeden Sektors der äußeren Umfangsfläche des Reifens so anzuordnen, dass die Länge der Fäden stetig ab-oder zunimmt, oder es kann auch eine derartige Anordnung vorgenommen wer- den, bei der wechselweise auf einen längeren Faden wieder ein kürzerer Faden folgt.

Damit auch nach der Übertragung der durch die Senso- ren ermittelten Messgrößen durch die Antennenanord- nung diese bei Abruf der Auswerteeinheit bereit ge- stellt werden können, ist der Empfangsantenne eine Speichereinheit nachgeordnet, die bei Anforderung die Messgrößen zur Verfügung stellt. Ist eine sofortige Bereitstellung der Messgrößen zweckmäßig, so kann die Speichereinheit auch entfallen, und die Empfangs- antenne übermittelt nach Empfang der Signale die Messgrößen unmittelbar an die Auswerteeinheit.

Eine vorteilhafte Anordnung der Sendeantenne der An- tennenanordnung wird durch ihre Anordnung in der Nähe der Achse des Reifens erreicht.

Kommt bei der erfindungsgemäß ausgebildeten Reifen- sensorik bei der Messung der übertragenen Kraft und des Reibwertpotentials p Lichtleittechnik zur Anwen- dung, so besteht sowohl die Sende-als auch die Emp- fangsantenne der Antennenanordnung zweckmäßigerweise aus opto-elektrischen Umsetzern.

In Abhängigkeit von der Ausbildung der Antennenanord- nung, insbesondere der Sendeantenne, weist diese eine Richtungscharakteristik nach Art einer Keule für das Senden von Signalen auf, die die an der äußeren Um- fangsfläche des Reifens angeordneten Sensoren er- fasst, die jeweils im Bereich der Reifenaufstands- fläche liegen.

Gleichzeitig kann durch die erfindungsgemäß ausgebil- dete und angeordnete Reifensensorik auch der Reifen- innendruck kontrolliert werden, indem der Einfederweg des Reifens und die Länge der Reifenaufstandsfläche messbar sind.

Zeichnungen Die Erfindung wird nachfolgend in einem Ausführungs- beispiel anhand der zugehörigen Zeichnungen näher er- läutert. Es zeigen : Figur 1 eine Teilansicht eines Reifens eines Fahr- zeuges bei seiner Auflage auf einer Fahr- bahn mit einer dem Reifen zugeordneten Rei- fensensorik ;

Figur 2 eine Abwicklung des Reifens nach Figur 1 im Bereich seiner Reifenaufstandsfläche und Figur 3 ein Blockschaltbild der Reifensensorik nach Figur 1.

Beschreibung des Ausführungsbeispiels Gemäß Figur 1 ist der Reifen 1 eines Fahrzeuges im Bereich seiner äußeren Umfangsfläche 2 in Sektoren 3 unterteilt, wobei jeder Sektor 3 der Reifenaufstands- fläche 4 des Reifens 1 auf der Fahrbahn 5 entspricht.

Wird von einem Reifen 1 mit einem Umfang von 2 m und von einer Reifenaufstandsfläche 4, deren Länge 10 cm beträgt, ausgegangen, so ergeben sich im Bereich der äußeren Umfangsfläche 2 des Reifens 1 zwanzig Sekto- ren 3.

Um nun eine Aussage über die übertragene Kraft und das Reibwertpotential pL des Reifens 1 in jeder Stel- lung des Reifens 1, und zwar nicht nur bei großen oder kleinen Geschwindigkeiten des rotierenden Rei- fens 1, sondern auch bei seinem Stillstand, zu erhal- ten, sind im Bereich der äußeren Umfangsfläche 2 des Reifens 1 in jedem Sektor 3 zehn einzeln identifi- zierbare Sensoren 6 angeordnet, durch die mechanische Spannungen lokal messbar sind und die im Wesentlichen die Reifensensorik 7 (Figur 3) bilden. Ausgehend von der Anordnung von zehn Sensoren 6 in einem Sektor 3 ergeben sich somit zehn Messpunkte für das lokale Messen der mechanischen Spannungen, durch das eine Kurve angefittet wird, aus deren Parametern die über-

tragene Kraft und das Reibwertpotential p berechnet werden kann.

Erreicht wird das, indem die Sensoren 6 aus einem Ma- terial bestehen, dessen elektromagnetische Eigen- schaften durch mechanische Spannungen veränderbar sind, so dass in Abhängigkeit von diesen Spannungen die Hysteresekurve und somit die Dämpfung des Mate- rials veränderbar ist. Dieses wird ermöglicht, indem die Sensoren 6 aus Girant-Stress-Impedance-Material bestehen. Das bedeutet, dass die Sensoren 6 bei Ein- wirkung von mechanischen Spannungen, die sich aus der Auflage des Reifens 1 über die Reifenaufstandsfläche 4 auf die Fahrbahn 5 ergeben, zu elektromagnetischen Schwingungen angeregt werden, die dann auf ihrer Ei- genfrequenz weiterschwingen.

Um dabei unterschiedliche Frequenzen zu erhalten, was angestrebt wird, um durch die daraus resultierenden Antwortfunktionen eine Identifikation der einzelnen Sensoren 6 zu ermöglichen, sind diese, wie aus Figur 2 hervorgeht, als Fäden 9 unterschiedlicher Länge ausgebildet, wobei die Sensoren 6 innerhalb eines je- den Sektors 3 der äußeren Umfangsfläche 2 des Reifens 1 derart angeordnet sind, dass ihre Länge, also die der Fäden 9, stetig abnimmt.

Aus Figur 1 in Verbindung mit Figur 2 ist weiterhin ersichtlich, dass der im Wesentlichen aus den Senso- ren 6 bestehenden Reifensensorik 7 eine Antennenan- ordnung 10 zugeordnet ist, die aus einer Sendeantenne 11 und aus einer Empfangsantenne 12 besteht, die aus

opto-elektrischen Umsetzern 13,14 bestehen können.

Dabei ist gemäß Figur 1 die Sendeantenne 11 in der Nähe der Achse 15 des Reifens 1 angeordnet und be- sitzt eine Richtungscharakteristik 16 nach Art einer Keule für das Senden von Signalen, die die an der äußeren Umfangsfläche 2 des Reifens 1 angeordneten Sensoren 6 erfasst, die im Bereich der Reifenauf- standsfläche 4 liegen.

Aus Figur 3 ist aber auch ersichtlich, dass die durch die Sensoren 6 der Reifensensorik 7 ermittelten Mess- größen über die Antennenanordnung 10 einer Speicher- einheit 17 zugeführt werden, die der Empfangsantenne 12 nachgeordnet ist. Bei Abruf können die ermittelten Messgrößen durch die Speichereinheit 17 der Auswerte- einheit 18 bereit gestellt werden.