DE10163817C1

DE10163817C1 - Side force determination device for automobile tyre uses deformation sensors incorporated in tyre running surface

Info

Publication number: DE10163817C1
Application number: DE2001163817
Authority: DE
Inventors: Adrian Cyllik; Patrik Hoefer; Martin Prenninger
Original assignee: Continental AG; Siemens Corp
Current assignee: Continental AG; Continental Automotive GmbH
Priority date: 2001-12-22
Filing date: 2001-12-22
Publication date: 2003-07-17
Anticipated expiration: 2021-12-23

Abstract

The device uses at least one surface wave deformation sensor (3) incorporated in the running surface (2) of the tyre (1), the sensor housing having a flexure beam (5) extending in the sensor longitudinal direction, which coincides with the tyre peripheral direction (7), the flexure beam exhibiting a deformation in the tyre transverse direction.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Bestimmung der Reifenseitenkraft von Fahrzeugreifen mittels mindestens eines in der Lauffläche des Fahrzeugreifens angeordneten Verformungssensors der Oberflächenwellen-Bauart, der einen sich in Sensorlängsrichtung erstreckenden Biegebalken in einem Sensorgehäuse aufweist.The invention relates to a device for determining the tire lateral force of Vehicle tires by means of at least one in the tread of the vehicle tire arranged deformation sensor of the surface wave type, which one in Bending beam extending in the sensor longitudinal direction in a sensor housing.

Es ist bekannt (DE 198 07 004 A1), Verformungssensoren der Oberflächenwellen-Bauart in Fahrzeugreifen einzubetten und als Funksensoren zu betreiben. Bei diesen bekannten Verformungssensoren, die üblicherweise aus Sensorelementen, aus auf letztere wirkende Verformungskörper und ggf. aus einem umgebenden Sensorgehäuse bestehen, sind die Verformungskörper der Verformungssensoren entweder unmittelbar in Profilelementen der Lauffläche eingebettet oder im Abstand dazu beispielsweise an der Reifeninnenseite angeordnet. Diese bekannten Einbauvarianten sind jedoch allenfalls für Versuchszwecke, nicht jedoch für den Praxisbetrieb geeignet.It is known (DE 198 07 004 A1), deformation sensors of the surface wave type embedded in vehicle tires and operated as radio sensors. With these known Deformation sensors, which usually consist of sensor elements, acting on the latter Deformation body and possibly consist of a surrounding sensor housing, are the Deformation body of the deformation sensors either directly in the profile elements of the Tread embedded or at a distance from it, for example, on the inside of the tire arranged. However, these known installation variants are at most for experimental purposes, however not suitable for practical use.

Bei der mechanischen Verformung des Verformungskörpers des Sensors werden elektrische Signale erhalten, aus denen auf die Reifenverformung zurückgeschlossen werden kann. In der Lauffläche des Fahrzeugreifens (wobei hier unter "Lauffläche" auch die die Lauffläche bildenden Profilelemente des Fahrzeugreifens verstanden werden sollen) sind die auftretenden Verformungen jedoch so groß, dass das aus einem Quarz mit hohem Elastizitätsmodul bestehende Sensorelement beschädigt oder zerstört würde. Um dies zu vermeiden und gleichwohl eine Verformungsmessung auch bei verhältnismäßig hohen Verformungen durchführen zu können, wie sie in der Lauffläche von Fahrzeugreifen auftreten, wird als Verformungskörper des Sensors ein Biegebalken gewählt, der in einem Sensorgehäuse angeordnet ist. Auf diesem Verformungskörper kann ein Sensorelement, beispielsweise ein OFW-Sensor-Chip, appliziert werden.During the mechanical deformation of the deformation body of the sensor receive electrical signals from which inferred the tire deformation can be. In the tread of the vehicle tire (here also under "tread" the tread elements forming the tread are understood the deformations that occur are so large that they are made of a quartz with high elastic modulus existing sensor element would be damaged or destroyed. Around to avoid this and nevertheless a deformation measurement even in the case of proportionality to be able to carry out high deformations, such as those in the tread of vehicle tires occur, a bending beam is selected as the deformation body of the sensor, which in one Sensor housing is arranged. A sensor element, for example, an SAW sensor chip can be applied.

Bei einer bekannten Vorrichtung zur Bestimmung von am Fahrzeugreifen angreifenden Kräften, beispielsweise auch der Reifenseitenkraft, gemäß der eingangs genannten Gattung (DE 198 38 638 A1) ist das Sensorgehäuse des Verformungssensors so in der Lauffläche des Fahrzeugreifens angeordnet, dass sich die Sensorlängsrichtung quer zur Reifenumfangsrichtung erstreckt. Der Biegebalken des Verformungssensors ist radial, d. h. senkrecht zur Reifenaufstandsfläche verformbar. Es hat sich jedoch gezeigt, dass mit dieser Anordnung Verformungen des Reifens in Querrichtung nur unzureichend erfaßt werden können, so dass eine Bestimmung der Reifenseitenkraft nicht oder nicht in ausreichendem Maße möglich ist.In a known device for determining attacking on the vehicle tire Forces, for example also the tire lateral force, according to the type mentioned at the beginning (DE 198 38 638 A1) is the sensor housing of the deformation sensor in the tread arranged of the vehicle tire that the sensor longitudinal direction transversely to Tire circumferential direction extends. The bending beam of the deformation sensor is radial, i. H. deformable perpendicular to the tire contact patch. However, it has been shown that with this Arrangement deformations of the tire in the transverse direction can only be detected insufficiently can, so that a determination of the tire lateral force is insufficient or not sufficient Dimensions is possible.

Aufgabe der Erfindung ist es daher, eine Vorrichtung der eingangs genannten Gattung so auszugestalten, dass die Bestimmung der Reifenseitenkraft wirksam ermöglicht wird, um Meßsignale zu erhalten, die beispielsweise für eine Fahrdynamikregelung verwertbar sind.The object of the invention is therefore a device of the type mentioned above To design that the determination of the tire lateral force is effectively enabled to To obtain measurement signals that can be used, for example, for driving dynamics control.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass der Verformungssensor so in der Lauffläche angeordnet ist, dass sich die Sensorlängsrichtung in Reifenumfangsrichtung erstreckt und der Biegebalken in Reifenquerrichtung verformbar ist.This object is achieved according to the invention in that the deformation sensor is in the tread is arranged so that the longitudinal direction of the sensor in the tire circumferential direction extends and the bending beam is deformable in the tire transverse direction.

Der Biegebalken des Verformungssensors wird ausschließlich oder nahezu ausschließlich durch in Reifenquerrichtung gerichtete Verformungen ausgelenkt. Aus dem erhaltenen Meßsignal läßt sich daher mit ausreichender Genauigkeit und Auflösung die Reifenseitenkraft bestimmen.The bending beam of the deformation sensor is exclusively or almost exclusively deflected by deformations directed in the transverse direction of the tire. From the received Measurement signal can therefore with sufficient accuracy and resolution Determine tire lateral force.

Hierbei kann es zweckmäßig sein, dass der Biegebalken des Verformungssensors an seinem aus dem Sensorgehäuse herausragenden Ende eine in der Lauffläche des Fahrzeugreifens kraftschlüssig eingebettete, laufflächenparallele Mitnahmefahne aufweist. Damit wird eine besonders flache Bauart des Verformungssensors erreicht. Gleichwohl ist aber eine gute und vollständige Kraftübertragung zwischen den sich verformenden Reifenteilen und dem Biegebalken des Verformungssensors gewährleistet. Außerdem ermöglicht die Anordnung der Mitnahmefahne die messtechnische Erfassung von Momenten, die am Ende des Biegebalkens angreifen.It may be expedient here for the bending beam of the deformation sensor to be on its protruding end from the sensor housing one in the tread of the Vehicle tire has frictionally embedded, parallel tread driving flag. A particularly flat design of the deformation sensor is thus achieved. Nevertheless is but a good and complete power transmission between the deforming ones Tire parts and the bending beam of the deformation sensor guaranteed. Moreover the arrangement of the carrier flag enables the measurement of Moments that attack at the end of the cantilever.

Erfindungsgemäß ist die Verwendung der beschriebenen Vorrichtung zur Bestimmung des Schräglaufwinkels des Fahrzeugreifens vorgesehen. Aus der charakteristischen Laufflächenverformung gemäß Fig. 1 kann auf den Schräglaufwinkel zurückgeschlossen werden. Die ermittelte Reifenseitenkraft und der Schräglaufwinkel können als Eingangsgrößen für Regeleinrichtungen zur Verbesserung der Fahrdynamik verwendet werden. Insbesondere kann aus dem so ermittelten Schräglaufwinkel festgestellt werden, ob das Fahrzeug untersteuert oder übersteuert. Daher kann gezielt in die Fahrdynamik eingegriffen werden.According to the invention, the use of the described device for determining the slip angle of the vehicle tire is provided. From the characteristic tread deformation according to FIG. 1, one can draw conclusions about the slip angle. The determined tire lateral force and the slip angle can be used as input variables for control devices to improve driving dynamics. In particular, it can be determined from the slip angle thus determined whether the vehicle is understeered or oversteered. It is therefore possible to intervene specifically in the driving dynamics.

Nachfolgend wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung näher erläutert, das in der Zeichnung dargestellt ist. Es zeigt:An exemplary embodiment of the invention is explained in more detail below Drawing is shown. It shows:

Fig. 1 in schematischer Darstellungsweise einen auf einer Fahrbahn unter einem Schräglaufwinkel abrollenden Fahrzeugreifen, einschließlich der lokalen Reifenverformung des Reifenlatsches bei Schräglauf. Fig. 1 shows a schematic representation of a vehicle tire rolling on a roadway at a slip angle, including the local tire deformation of the tire patch when skewing.

Fig. 2 einen vergrößerten Teilschnitt längs der Linie II-II in Fig. 1 durch die Lauffläche des Fahrzeugreifens und Fig. 2 is an enlarged partial section along the line II-II in Fig. 1 by the tread of the vehicle tire and

Fig. 3 eine vereinfachte Draufsicht in Richtung des Pfeils III in Fig. 2. Fig. 3 is a simplified plan view in the direction of arrow III in Fig. 2.

Der in der Zeichnung dargestellte Fahrzeugreifen 1 enthält in seiner Lauffläche 2 mindestens einen Verformungssensor 3.The vehicle tire 1 shown in the drawing contains at least one deformation sensor 3 in its tread 2 .

Der Verformungssensor 3 der Oberflächenwellen-Bauart weist ein Sensorgehäuse 4 auf, in dem ein das Verformungsbauteil des Sensors bildender Biegebalken 5 angeordnet und mit seinem einen Ende gehäusefest biegesteif eingespannt ist. Das andere, aus dem Sensorgehäuse 3 herausragende Ende 5a des Biegebalkens 5 trägt eine in der Lauffläche 2 des Fahrzeugreifens 1 kraftschlüssig eingebettete laufflächenparallele Mitnahmefahne 6 und ist am Sensorgehäuse 4 nach Art eines Loslagers so abgestützt, dass dort keine Momente übertragen werden. Auf dem Biegebalken 5 (innerhalb des Gehäuses) ist ein hier nicht näher dargestelltes Sensorelement angenommen, nämlich ein OFW-Sensor-Chip.The deformation sensor 3 of the surface wave type has a sensor housing 4 in which a bending beam 5 forming the deformation component of the sensor is arranged and one end of which is clamped rigidly against the housing. The other end 5 a of the bending beam 5 protruding from the sensor housing 3 carries a driving parallel flag 6 embedded in the tread 2 of the vehicle tire 1 and is supported on the sensor housing 4 in the manner of a floating bearing so that no moments are transmitted there. A sensor element, not shown here, is assumed on the bending beam 5 (within the housing), namely an SAW sensor chip.

Der Verformungssensor 3 ist so in der Lauffläche 2 des Fahrzeugsreifens 1 eingebettet, dass sich die Sensorlängsrichtung und somit die Längsrichtung des Biegebalkens 5 in der jeweils durch einen Pfeil 7 angedeuteten Reifenumfangsrichtung erstreckt.The deformation sensor 3 is embedded in the tread 2 of the vehicle tire 1 such that the longitudinal direction of the sensor and thus the longitudinal direction of the bending beam 5 extend in the circumferential direction of the tire indicated by an arrow 7 .

Da die Mitnahmefahne 6 kraftschlüssig in der Lauffläche 2 des Fahrzeugreifens eingebettet ist, wird der Biegebalken 5 des Verformungssensors 3 in der durch einen Doppelpfeil 8 angedeuteten Reifenquerrichtung verformt, wenn der Verformungssensor 3 den Reifenlatsch durchläuft.Since the driving flag 6 is non-positively embedded in the tread 2 of the vehicle tire, the bending beam 5 of the deformation sensor 3 is deformed in the tire transverse direction indicated by a double arrow 8 when the deformation sensor 3 passes through the tire patch.

Der Verformungssensor 3 ist als Funksensor ausgeführt. In der aus dem Stand der Technik bekannten Weise wird das Meßsignal des Verformungssensors 3 berührungslos auf eine (nicht dargestellte) Auswerteschaltung übertragen, in der aus dem verformungsabhängigen Meßsignal die Reifenseitenkraft ermittelt wird. Zur drahtlosen Signalübertragung ist im Reifen vorzugsweise der Lauffläche und den Gürtellagen eine mit dem Verformungssensor 3 elektrisch verbundene (nicht dargestellte) Antenne eingebettet.The deformation sensor 3 is designed as a radio sensor. In the manner known from the prior art, the measurement signal of the deformation sensor 3 is transmitted without contact to an evaluation circuit (not shown) in which the tire lateral force is determined from the deformation-dependent measurement signal. An antenna (not shown) electrically connected to the deformation sensor 3 is preferably embedded in the tire of the tread and the belt layers for wireless signal transmission.

Aus dem verformungsabhängigen Meßsignal bzw. dessen Signalverlauf kann in der Auswerteschaltung auch der Schräglaufwinkel α geschlossen werden. Die Reifenseitenkraft und/oder der Schräglaufwinkel können als Eingangsgröße für eine Fahrdynamikregelung verwendet werden.From the deformation-dependent measurement signal or its signal profile can in the Evaluation circuit, the slip angle α are closed. The Tire lateral force and / or the slip angle can be used as an input variable for a Driving dynamics control can be used.

Claims

1.Device for determining the tire lateral force of vehicle tires by means of at least one deformation sensor of the surface wave type which is arranged in the tread of the vehicle tire and which has a bending beam extending in the longitudinal direction of the sensor in a sensor housing, characterized in that the deformation sensor ( 3 ) is arranged in the tread ( 2 ) it is arranged that the longitudinal direction of the sensor extends in the tire circumferential direction ( 7 ) and the bending beam ( 5 ) is deformable in the transverse direction of the tire ( 8 ).

2. Device according to claim 1, characterized in that the bending beam ( 5 ) of the deformation sensor ( 3 ) at its end protruding from the sensor housing ( 4 ) ( 5 a) is a non-positively embedded in the tread ( 2 ) of the vehicle tire ( 1 ), Carrying flag ( 6 ) parallel to the tread.

3. Use of a device according to claims 1 or 2 for determining the slip angle (α) of the vehicle tire ( 1 ).