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DE10227768A1 - Vorrichtung zur Ermittlung der Beschleunigung eines Fahrzeugrades - Google Patents

Vorrichtung zur Ermittlung der Beschleunigung eines Fahrzeugrades Download PDF

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DE10227768A1
DE10227768A1 DE2002127768 DE10227768A DE10227768A1 DE 10227768 A1 DE10227768 A1 DE 10227768A1 DE 2002127768 DE2002127768 DE 2002127768 DE 10227768 A DE10227768 A DE 10227768A DE 10227768 A1 DE10227768 A1 DE 10227768A1
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Christian Michael Dipl.-Kfm. Mayer
Andreas Dr. Schwarzhaupt
Gernot Dr. Spiegelberg
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DaimlerChrysler AG
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Abstract

Bei der vorliegenden Vorrichtung zur Ermittlung der Beschleunigung eines Fahrzeugrades (2) mit einem im Fahrzeugrad (2) angeordneten seine Beschleunigungsinformation als Funksignal an einen Empfänger weitergebenden Funksensor (6), weist der Funksensor (6) ein Oberflächenwellen(OFW)-Bauelement (4) mit wenigstens einer derart an ihm befestigten Masse m (8) auf, dass eine Fahrzeugbeschleunigung eine Längenänderung des Oberflächenwellen(OFW)-Bauelements (4) verursacht, welche als Laufzeitänderung mechanischer Wellen erfassbar ist, wobei die Laufzeitänderung als Beschleunigungsinformation an den Empfänger weitergegeben wird. Durch diese Maßnahme wird auf eine aufwendige Sensorik zur Ermittlung der Raddrehzahl verzichtet.

Description

  • Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zur Ermittlung der Beschleunigung eines Fahrzeugrades mit einem im Fahrzeugrad angeordneten seine Beschleunigungsinformation als Funksignal an einen Empfänger weitergebenden Funksensor.
  • Eine exakte Geschwindigkeitsbestimmung für Fahrzeuge ist von genereller Bedeutung. Die Geschwindigkeitsmessung erfolgt üblicherweise durch Betrachtung und Auswertung der Umdrehungsfrequenz einer oder mehrerer Fahrzeugräder. Über den durchschnittlichen Umfang der Fahrzeugräder wird auf die pro Zeiteinheit zurückgelegte Weglänge geschlossen.
  • Aus der nachveröffentlichten deutschen Patentanmeldung 101 31 205.9 ist eine Vorrichtung zum Erfassen von Drehzahlen eines Rotors mit einem Drehzahlfühler bekannt, der seine Drehzahlinformation drahtlos an eine elektrische Steuereinrichtung abgibt. Während der Drehung werden induktive Drehzahlsignale erzeugt, deren zeitliche Abstände der Raddrehzahl proportional sind. Der Drehzahlfühler weist einen passiven Funksensor auf, dessen induktiv erzeugte Funksignale in der Raddrehzahl proportionalen Zeitabständen an einen Empfänger der Steuereinrichtung gesendet werden, wobei die Funksignale den jeweiligen Rädern zugeordnete Codierungen aufweisen.
  • In der DE 100 10 846 A1 sind drahtlos abfragbare, passive Sensormodule beschrieben, welche ein Oberflächenwellenelement enthalten. Hinsichtlich der technischen Grundlagen zu Oberflächenwellenelementen wird auf diese Schrift verwiesen.
  • Zur Erzeugung der Funksignale werden mehrere Magnetpole und der Funksensor mit einer der Raddrehzahl proportionalen Geschwindigkeit relativ zueinander bewegt. Die Magnetpole sind auf einem Polrad in gleichen Winkelabständen voneinander angeordnet. Beim Vorbeidrehen der Magnetpole am Funksensor werden Anregungspulse mit der Raddrehzahl proportionalen Zeitabständen mittels einer Induktivität in den Funksensor induziert, an welchen ein Signalgeber angeschlossen ist.
  • Der Funksensor besitzt als Codiereinrichtung eine als Oberflächenwellen (OFW)-Bauelement ausgebildete Verzögerungsleitung. Die vom Signalgeber in das Oberflächenwellen (OFW)-Bauelement eingespeisten Impulse werden von einem Interdigitalwandler in sich an der Oberfläche eines piezoelektrischen Kristalls des Bauelements sich ausbreitende mechanische Wellen gewandelt. Im Strahlengang dieser Oberflächenwellen sind teilreflektierende Elektrodenstrukturen entsprechend der zu übermittelnden Codierung in einer charakteristischen Reihenfolge als Reflektoren eingebracht. Diese teilreflektierenden Strukturen bilden aus dem einzelnen Anregungsimpuls mehrere Impulse, die zum Interdigitalwandler zurückreflektiert werden. Dort werden sie in elektromagnetische Wellen gewandelt und als Funksignal abgestrahlt.
    •
  • Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zur Ermittlung der Beschleunigung eines Fahrzeugrades bereitzustellen, wobei auf eine aufwendige Sensorik zur Ermittlung der Raddrehzahl und hieraus zu berechnender Beschleunigung des Fahrzeugrades verzichtet werden soll.
  • Die Aufgabe wird gelöst durch eine Vorrichtung zur Ermittlung der Beschleunigung eines Fahrzeugrades mit einem im Fahrzeugrad angeordneten seine Beschleunigungsinformation als Funksignal an einen Empfänger weitergebenden Funksensor, der ein Oberflächenwellen (OFW)-Bauelement mit wenigstens einer derart an ihm befestigten Masse m aufweist, dass eine Fahrzeugbeschleunigung eine Längenänderung des Oberflächenwellen (OFW)-Bauelements verursacht, welche als Laufzeitänderung mechanischer Wellen erfassbar ist, wobei die Laufzeitänderung als Beschleunigungsinformation an den Empfänger weitergegeben wird.
  • Durch die auf die Masse m während der Fahrzeugbeschleunigung einwirkende Kraft F wird eine Längenänderung des Oberflächenwellen (OFW)-Bauelements in Richtung oder Gegenrichtung der befestigten Masse m verursacht. Je nach Richtung der Längenänderung handelt es sich hierbei um eine Dehnung oder Stauchung (Zusammendrückung) des Oberflächenwellen (OFW)-Bauelements.
  • Der als Oberflächenwellensensor ausgebildete Funksensor funktioniert derart, dass eine Dehnung oder Stauchung des Oberflächenwellen (OFW)-Bauelements ein Signal, das durch das Bauelement geschickt und reflektiert wird, proportional zur Längenänderung des Bauelements ebenfalls gedehnt oder gestaucht wird. Unter Dehnung und Stauchung des Signals wird hier die Laufzeitänderung einer mechanischen Welle aufgrund der Änderung der Weglänge verstanden, welche die mechanische Welle zurückzulegen hat.
  • Über die gemessenen Laufzeitänderungen der mechanischen Wellen im Oberflächenwellen (OFW)-Bauelement, die proportional zur Längenänderung des Bauelements sind, ist somit die während der Fahrzeugbeschleunigung auf die Masse m wirkende Kraft F und damit die Beschleunigung des Fahrzeugrades berechenbar.
  • Das Beschleunigungssignal des einzelnen Fahrzeugrades kann vom ABS-System verwendet werden, um die Fahrzeugradbeschleunigung, die Fahrzeugradgeschwindigkeit und die Fahrzeugradstellung einfach zu bestimmen. Die aufwendige ABS-Sensorik, die die Raddrehzahl ermittelt und daraus einen Beschleunigungswert berechnet, kann entfallen.
  • Vorzugsweise sind die Masse m und das Oberflächenwellen (OFW)-Bauelement in Umfangsrichtung des Fahrzeugrades nacheinander angeordnet. Hierbei gibt es zwei Ausführungsformen. Die Masse m kann in Drehrichtung des Fahrzeugsrads vor oder nach dem Oberflächenwellen (OFW)-Bauelement angeordnet sein. Die Beschleunigung in Umlaufrichtung wird aus der während des Beschleunigungsvorgangs in tangentialer Richtung zum Fahrzeugrad wirkenden Kraft F bestimmt. Aufgrund der Massenträgheit kann über die Formel F = ma die tatsächliche Tangentialbeschleunigung des Fahrzeugrads berechnet wird.
  • In einer anderen Ausgestaltung können die Masse m und das Oberflächenwellen (OFW)-Bauelement in radialer Richtung zur Radachse nacheinander angeordnet sein. Auch hierbei gibt es zwei Ausführungsformen. Die Masse m kann in radialer Richtung sowohl vor als auch nach dem Oberflächenwellen (OFW)-Bauelement angeordnet sein. In dieser Ausführungsform sorgt die Zentrifugalkraft für die Längenänderung des Oberflächenwellen (OFW)-Bauelements während der Beschleunigungsphase und kann zur Berechnung der Radialbeschleunigung des Fahrzeugrades herangezogen werden.
  • Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen wiedergegeben.
    •
  • Die Erfindung wird anhand mehrerer Ausführungsbeispiele in den Figuren näher erläutert. Die 1 und 2 zeigen jeweils eine Vorrichtung zur Ermittlung der Beschleunigung eines Fahrzeugrades mit einem Fahrzeugrad und einem in ihm angeordneten Funksensor in schematischer Darstellung und unterschiedlicher Anordnung.
  • Die in 1 veranschaulichte Vorrichtung zur Ermittlung der Beschleunigung eines Fahrzeugrades 2 umfasst einen im Fahrzeugrad 2 angeordneten, ein Oberflächenwellen (OFW)-Bauelement 4 enthaltenden Funksensor 6. Eine Masse m 8 ist am Oberflächenwellen (OFW)-Bauelement 4 des Funksensors 6 so befestigt, dass Oberflächenwellen (OFW)-Bauelement 4 und Masse m 8 in tangentialer Richtung oder Umfangsrichtung zum Fahrzeugrad 2 angeordnet sind. Zu der angegebenen Drehrichtung 10 des Fahrzeugsrads 2 ist die Masse m 8 in Drehrichtung 10 vor dem Oberflächenwellen (OFW)-Bauelement 4 angeordnet. Die Reihenfolge bzgl. der Drehrichtung 10 ist nicht von Bedeutung.
  • Während der Beschleunigung des Fahrzeugs wird eine Längenänderung des Oberflächenwellen (OFW)-Bauelements 4 verursacht. Bei Drehrichtung 10 wird aufgrund der Trägheit der Masse m 8 eine Stauchung des Oberflächenwellen (OFW)-Bauelements 4 erzielt. Die Stauchung, also die dementsprechende Längenänderung, ist ein Maß für die auf die Masse m 8 während der erfolgenden Beschleunigung des Fahrzeugs einwirkende Kraft und wird als Beschleunigungsinformation an einen zentral im Fahrzeug angeordneten, nicht weiter dargestellten Empfänger einer nicht weiter dargestellten Steuereinrichtung weitergegeben.
  • Die im Oberflächenwellen (OFW)-Bauelement 4 von einem nicht weiter dargestellten Interdigitalwandler generierten mechanische Wellen werden von im Strahlengang dieser mechanischen Oberflächenwellen in einer charakteristischen Reihenfolge eingebrachten teilreflektierende Elektrodenstrukturen 12 reflektiert. Diese teilreflektierenden Elektrodenstrukturen bilden aus dem einzelnen Anregungsimpuls mehrere Impulse, die zum Interdigitalwandler zurückreflektiert werden. Dort werden sie in elektromagnetische Wellen gewandelt und als Funksignal, welches die Beschleunigungsinformation enthält, abgestrahlt. Durch die charakteristische Reihenfolge der Reflektoren, welche gechirpte oder dispersive Strukturen haben können, wird zusätzlich dem Funksignal eine bestimmte dem jeweiligen Fahrzeugrad zugeordnete Codierung aufgeprägt, wie dies in der eingangs genannten Anmeldung beschrieben ist. Die Elektrodenstrukturen 12 können beispielsweise als Metallstreifen ausgeführt sein. Auch eine Verwendung des Oberflächenwellen (OFW)-Bauelements 9 ohne Elektrodenstrukturen ist möglich, da die Oberflächenwellen ebenso an den Stirnflächen des Oberflächenwellen (OFW)-Bauelements 4 reflektiert werden.
  • Eine Dehnung oder Stauchung des Oberflächenwellen (OFW)-Bauelements 4, was einer Beschleunigung des Fahrzeugs in verschiedene Richtungen entspricht, bewirkt, dass die mechanischen Signale, welche im Verhältnis zur zeitlichen Länge des Beschleunigungsvorganges durch das Oberflächenwellen (OFW)-Bauelement 4 geschickt und reflektiert werden, proportional zur Längenänderung des Oberflächenwellen (OFW)-Bauelements 4 ebenfalls gedehnt oder gestaucht werden. Mit der Längenänderung des Oberflächenwellen (OFW)-Bauelements 4 verändert sich die freie Weglänge zwischen Interdigitalwandler und teilreflektierender Elektrodenstruktur 12. Die Laufzeitdifferenz enthält somit die benötigte Beschleunigungsinformation.
  • Über die gemessenen Laufzeitänderungen der mechanischen Wellen im Oberflächenwellen (OFW)-Bauelement 4 ist somit die während der Fahrzeugbeschleunigung auf die Masse m wirkende Kraft F und damit die Beschleunigung des Fahrzeugrades berechenbar.
  • Die Masse m 8 wird dabei so groß gewählt, dass sich bei dem zu erwartenden Beschleunigungsbereich für das Kraftfahrzeug ein Längenänderungsbereich des Oberflächenwellen (OFW)-Bauelements 4 ergibt, der eine einfache Auswertung der Laufzeitdifferenzen der mechanischen Wellen ermöglicht.
  • Während des Fahrzeugradumlaufs wird der beschleunigungsbedingten Längenänderung des Oberflächenwellen (OFW)-Bauelements 4 aufgrund der einwirkenden Gravitationskraft ein Sinusverlauf aufgeprägt. Hieraus lässt sich in bekannter Weise die Radstellung und/oder die Winkelgeschwindigkeit und/oder die Raddrehzahl ermitteln.
  • Die Vorrichtung zur Ermittlung der Beschleunigung eines Fahrzeugrades 2 gemäss 2 weist einen Funksensor 4 mit den technischen Merkmalen entsprechend den Ausführungen zu 1 auf. Die Masse m 8 und das Oberflächenwellen (OFW)-Bauelement 4 sind in radialer Richtung zur Radachse 14 nacheinander angeordnet. Es ist sowohl möglich, dass die Masse m 8 auf der der Radachse 14 zugewandten als auch auf der der Radachse 14 abgewandten Seite am Oberflächenwellen (OFW)-Bauelement 4 angebracht ist. In dieser Ausführungsform sorgt die Zentrifugalkraft für die Längenänderung des Oberflächenwellen (OFW)-Bauelements 4 während der Beschleunigungsphase und kann zur Berechnung der Radialbeschleunigung des Fahrzeugrades 2 herangezogen werden.
  • Je nach Ausführungsform kann der Funksensor 6 in den Reifen oder in die Felge des Fahrzeugrades 2 integriert werden. Das gilt für alle Ausführungsformen des Funksensors 6.
  • In einer weiteren nicht dargestellten Ausgestaltung der Vorrichtung ist die Längenänderung des Oberflächenwellen (OFW)-Bauelements in zwei zueinander orthogonal verlaufenden Richtungen messbar. Aufgrund der orthogonalen Werkstoffstruktur des Oberflächenwellen (OFW)-Bauelements 4 können Oberflächenwellen senkrecht zueinander durch das Oberflächenwellen (OFW)-Bauelement 4 laufen, ohne einander zu beeinflussen. Dadurch wird ermöglicht wenigstens zwei Messgrößen, wie Raddrehzahl, Reifendruck oder Beschleunigung zugleich zu messen.
  • Ist in jede der beiden zueinander senkrechten Richtungen jeweils eine Masse am Oberflächenwellen (OFW)-Bauelement angeordnet, so kann die Radbeschleunigung redundant ermittelt werden.

Claims (8)

  1. Vorrichtung zur Ermittlung der Beschleunigung eines Fahrzeugrades (2) mit einem im Fahrzeugrad (2) angeordneten seine Beschleunigungsinformation als Funksignal an einen Empfänger weitergebenden Funksensor (6), der ein Oberflächenwellen (OFW)-Bauelement (4) mit wenigstens einer derart an ihm befestigten Masse m (8) aufweist, dass eine Fahrzeugbeschleunigung eine Längenänderung des Oberflächenwellen (OFW)-Bauelements (4) verursacht, welche als Laufzeitänderung mechanischer Wellen erfassbar ist, wobei die Laufzeitänderung als Beschleunigungsinformation an den Empfänger weitergegeben wird.
  2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Masse m (8) und das Oberflächenwellen (OFW)-Bauelement (4) in Umfangsrichtung des Fahrzeugrades (2) nacheinander angeordnet sind.
  3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Masse m (8) und das Oberflächenwellen (OFW)-Bauelement (4) in radialer Richtung zur Radachse (14) nacheinander angeordnet sind.
  4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Längenänderung des Oberflächenwellen (OFW)-Bauelements (4) in zwei zueinander orthogonal verlaufenden Richtungen erfassbar ist.
  5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass für jede Richtung jeweils eine Masse am Oberflächenwellen (OFW)-Bauelement (4) befestigt ist.
  6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass für die mechanischen Wellen teilreflektierende Elektrodenstrukturen (12) im Oberflächenwellen (OFW)-Bauelements (4) vorgesehen sind.
  7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass über den der Längenänderung aufgrund der während des Fahrzeugradumlaufs einwirkenden Gravitationskraft aufgeprägten Sinusverlauf die Radstellung und/oder die Winkelgeschwindigkeit und/oder die Raddrehzahl bestimmbar ist.
  8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Reifendruck erfassbar sind.
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