DE20216290U1 - Pneumatic tire for vehicles, has electrical or electronic sensor in tread to indicate tread height and give warning of unacceptable wear - Google Patents
Pneumatic tire for vehicles, has electrical or electronic sensor in tread to indicate tread height and give warning of unacceptable wearInfo
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Abstract
Description
Continental AG 1 202-003-GDE.1 /WiContinental AG 1 202-003-GDE.1 / Wi
30.09.2002 Wi/pk30.09.2002 Wi/pk
BeschreibungDescription
FahrzeugreifenVehicle tires
Die Erfindung bezieht sich auf einen Fahrzeugreifen nach dem Oberbegriff des Patentanspruches 1. Demgemäß weist er eine Lauffläche mit Negativen einer Tiefe und Positiven einer Höhe auf.The invention relates to a vehicle tire according to the preamble of patent claim 1. Accordingly, it has a tread with negatives of a depth and positives of a height.
Bei zu kleiner Profiltiefe wird schon bei geringer Fahrgeschwindigkeit die Wasseraufnahme-Kapazität und Wasserabfuhrgeschwindigkeit der Negative zu gering, um ein Aufschwimmen der Lauffläche - welches mit nahezu vollständigem Verlust des Reibschlusses einherginge - zu vermeiden. Deshalb fordern die Rechtsordnungen für den öffentlichen Straßenverkehr eine Mindestprofiltiefe, in Deutschland.zum Beispiel 1,6 mm.If the tread depth is too low, the water absorption capacity and water drainage speed of the negatives are too low even at low driving speeds to prevent the tread from floating - which would result in almost complete loss of friction. This is why the legal systems for public road traffic require a minimum tread depth, in Germany for example 1.6 mm.
Leider schenken einige Kraftfahrer diesen Erfordernissen zu wenig Beachtung und gefährden damit sich, selbst und andere. Darum sind schon verschiedene Maßnahme vorgeschlagen worden, um dem Fahrer die Überprüfung der Profiltiefe zu erleichtern; besonders häufig würde vorgeschlagen,, im Bereich der Mindestprofiltiefe zumindest einen bunten Streifen anzuordnen, der im Unterschied zur ansonsten schwarzen Farbe mit Erreichen der Mindestprofiltiefe einen charakteristischen Farbwechsel im Erscheinungsbild der Lauffläche herbeiführt *Unfortunately, some drivers do not pay enough attention to these requirements and thereby endanger themselves and others. For this reason, various measures have already been proposed to make it easier for drivers to check the tread depth; a particularly common suggestion is to place at least one coloured stripe in the area of the minimum tread depth, which, in contrast to the otherwise black colour, causes a characteristic colour change in the appearance of the tread when the minimum tread depth is reached *
Solche Reifen haben sich aber nie durchgesetzt. Der erstrebte Farbwechsel führt zu einer erheblichen Verteuerung des Reifens, weil ein zusätzlicher Streifen gemischt, extrudiert, abgelängt und aufgelegt werden muss während des Aufbaues des Rohlinges und weil die Migration verfärbender Bestandteile aus den umgebenden Bauteilen in den bunten Streifen zumindest gedrosselt oder für ausreichende Zeit gepuffert werden muss.However, such tires never caught on. The desired color change leads to a significant increase in the cost of the tire because an additional strip has to be mixed, extruded, cut to length and applied during the construction of the blank and because the migration of discoloring components from the surrounding components into the colored strip has to be at least slowed down or buffered for a sufficient time.
Diese Probleme gibt es nicht nur auf der zur Karkasse weisenden Seite - wie bei den weißen Streifen von Weißwandreifen - sondern auch auf der gegenüberliegenden Seite, auf der der schwarze Restlaufstreifen zur Haftung zu bringen ist. Überdies liegen diese schwierigen Fügezonen bei einem zunächst verborgenen bunten Streifen in einer von der kühlenden Oberfläche weiter entfernten und somit heißeren Zone.These problems do not only occur on the side facing the carcass - as with the white stripes on whitewall tires - but also on the opposite side, where the remaining black tread has to be made to adhere. Moreover, in the case of a colored stripe that is initially hidden, these difficult joining zones are located in a zone that is further away from the cooling surface and is therefore hotter.
Und kaum ein Reifenkäufer mag einen erheblichen Mehrbetrag dafür bezahlen, dass er bei einer Unterschreitung der Mindestprofiltiefe mit höherer Wahrscheinlichkeit bestraft wird.And hardly any tire buyer wants to pay a significant additional amount because they are more likely to be penalized if the tread depth falls below the minimum.
Die Erfinder erstreben ein "loyales" Warnsystem, also ein solches, welches zumindest zuerst - und möglicherweise ausschließlich - den Fahrer informiert. Die Warnung soll im Fahrzeuginneren erkennbar sein, beispielsweise durch ein optisches Signal am Armaturenbrett, nicht aber nach außen. Vorzugsweise soll der Mangel nicht abrupt angezeigt werden, sondern in der Allmählichkeit seiner Entstehungsgeschichte analog dem überwiegend in den 1960er-Jahren vollzogenen Übergang von abrupt anzeigenden Kraftstoff-Mangel-Hinweisen (zum Beispiel durch Zuschalten eines Reservetanks) auf analog anzeigende Tankuhren, seit dem kaum noch ein Fahrzeug wegen Kraftstoff-Mangel liegen bleibt.The inventors are striving for a "loyal" warning system, i.e. one that at least first - and possibly only - informs the driver. The warning should be visible inside the vehicle, for example through a visual signal on the dashboard, but not on the outside. Preferably, the shortage should not be indicated abruptly, but rather gradually, analogous to the transition that took place mainly in the 1960s from abruptly indicating fuel shortage warnings (for example by switching on a reserve tank) to analogue fuel gauges, since which hardly any vehicle breaks down due to fuel shortages.
Dieser Aufgabe dient auch das System gemäß DE-OS 197 16 586, bei dem ausgenutzt wird, dass die Frequenz von Torsions-Eigenschwingungen sich entsprechend der Quadrat-Wurzel von Torsionssteifigkeit und Massen-Trägheitsmoment einstellt. Während die Torsionssteifigkeit von der Restprofiltiefe nahezu unabhängig ist, nimmt die Masse des LaufStreifens infolge des Abriebes allmählich ab und damit das Massenträgheitsmoment, die Eigenfrequenz steigt also. Diese Eigenfrequenzänderung soll als Korrelativ zur Restpositivhöhe und damit zur Restprofiltiefe herangezogen werden.The system according to DE-OS 197 16 586 also serves this purpose, taking advantage of the fact that the frequency of torsional natural vibrations is set according to the square root of torsional stiffness and mass moment of inertia. While torsional stiffness is almost independent of the remaining tread depth, the mass of the tread gradually decreases as a result of abrasion and with it the mass moment of inertia, so the natural frequency increases. This change in natural frequency should be used as a correlative to the residual positive height and thus to the remaining tread depth.
Unbeschadet seiner grundsätzlichen Funktionstüchtigkeit leidet dieses System daran, dass ein Großteil der Drehträgheit eines Reifens invariabel ist, insbesondere der Beitrag der Base, der Gürtellagen und des Innenliners. Demzufolge ist die Eichkurve recht flach, die Messgenauigkeit also eingeschränkt. Ferner ändert sich die Torsionssteifigkeit eines Luftreifens deutlich über einer Änderung des Reifenluftdruckes; fährt der Fahrer beispielsweise aus dem schon frühlingswarmen München in einen um 20°C kühleren Wintersportort, so fällt - bei Unterlassung einer Luftmengenanpassung - der Luftdruck und damit die Torsionseigenfrequenz deutlich ab. Ein in München als bedenklich angezeigter Reifen erscheint dann im Hochgebirge wieder als in Ordnung. Dies könnte zu Fehlurteilen führen und die Glaubwürdigkeit solcher Warnungen untergraben.Despite its basic functionality, this system suffers from the fact that a large part of the rotational inertia of a tire is invariable, in particular the contribution of the base, the belt layers and the inner liner. As a result, the calibration curve is quite flat, and the measurement accuracy is therefore limited. Furthermore, the torsional stiffness of a pneumatic tire changes significantly with a change in tire pressure; for example, if the driver drives from Munich, which is already warm in spring, to a winter sports resort that is 20°C cooler, the air pressure and thus the torsional natural frequency will drop significantly if the air volume is not adjusted. A tire that is indicated as questionable in Munich then appears to be OK again in the high mountains. This could lead to incorrect judgments and undermine the credibility of such warnings.
Die Erfinder haben sich die Aufgabe gestellt, die Restprofiltiefe und/oder Restprofilhöhe loyal und vom herrschenden Reifenluftdruck unbeeinflusst anzugeben mit besonders hoher Genauigkeit im Bereich zwischen 4 und 1 mm.The inventors have set themselves the task of specifying the remaining tread depth and/or remaining tread height loyally and unaffected by the prevailing tire pressure with a particularly high accuracy in the range between 4 and 1 mm.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch Reifen gemäß dem Anspruch 1. Ausgehend von den gattungsbildenden Merkmalen sind diese dadurch gekennzeichnet, dass zumindest eines der Positive (4) elektrische und/oder elektronische Mittel (10, 11, 12) enthält, die Informationen über die aktuelle Höhe (H) des betreffenden Positives verschaffen. Diese sollen dann einen Warner (W) aktivieren, vorzugsweise ein Warnlämpchen im Armaturenbrett des betreffenden Fahrzeuges. Möglich ist aber auch ein akustischer Warner; letzterer ist dann besonders sinnvoll, wenn der Mangel bereits gravierend geworden ist. Beispielsweise könnte bis zu einer Restprofiltiefe von 2,5 mm optisch und ab da zusätzlich akustisch bei jedem Starten des Fahrzeuges gewarnt werden. Bei weiter abnehmender Profiltiefe könnte die Penetranz des Warngeräusches gesteigert werden, beispielsweise zunächst nur alle paar Minuten ein Ton, dann jede Minute und etwa ab 1,6 mm Profiltiefe ein Dauerpiepen.This object is achieved according to the invention by tires according to claim 1. Based on the generic features, these are characterized in that at least one of the positives (4) contains electrical and/or electronic means (10, 11, 12) which provide information about the current height (H) of the positive in question. These should then activate a warning device (W), preferably a warning light in the dashboard of the vehicle in question. An acoustic warning device is also possible; the latter is particularly useful if the defect has already become serious. For example, up to a remaining tread depth of 2.5 mm, a visual warning could be given and from then on an acoustic warning could also be given each time the vehicle is started. As the tread depth continues to decrease, the penetrance of the warning sound could be increased, for example initially only a tone every few minutes, then every minute and from a tread depth of around 1.6 mm, a continuous beep.
Zur Auswahl der Warnart (optisch oder akustisch) und Warnheftigkeit empfiehlt sich die Mitberücksichtigung anderer Parameter, vor allem bezüglich Regens und Fahrgeschwindigkeit, ggf. noch Außentemperatur; schließlich sind 1,8 mm Profiltiefe bei Regen und 12 0 km/h weitaus gefährlicher als 1,6 mm Profiltiefe bei 180 km/h und völliger Trockenheit. Eine Information über Regen könnte ein Regensensor besorgen, wie bereits zur Steuerung von Scheibenwischern vorgeschlagen wurde. Es könnte aber auch - wo ein solcher Sensor fehlt - die Schaltstellung des Scheibenwischers herangezogen werden.When selecting the type of warning (visual or acoustic) and severity, it is advisable to take other parameters into account, especially those relating to rain and driving speed, and possibly also outside temperature; after all, 1.8 mm tread depth in the rain and at 120 km/h is far more dangerous than 1.6 mm tread depth at 180 km/h and completely dry. A rain sensor could provide information about rain, as has already been suggested for controlling windscreen wipers. However, where such a sensor is not available, the switch position of the windscreen wiper could also be used.
"Elektrische Mittel" sind in dieser Anmeldung Mittel, die in sich den Fluss elektrischen Stromes zulassen, wie Leiter, Widerstände, Kondensatoren und Spulen. Magnetische Marken, die beispielsweise aus der DE-OS 196 46 251 bekannt sind, gehören nicht dazu, weil sie in sich keinen Stromfluss zulassen. Gemäß Anspruch 7 gehört vorzugsweise auch keine Batterie und kein Akku dazu, sondern es wird an einer Spule eine Spannung abgegriffen, die dort mittels Induktion erzeugt wird.In this application, "electrical means" are means that allow the flow of electrical current, such as conductors, resistors, capacitors and coils. Magnetic marks, which are known from DE-OS 196 46 251, for example, are not included because they do not allow the flow of current. According to claim 7 , this preferably does not include a battery or accumulator, but rather a voltage is tapped from a coil, which is generated there by means of induction.
"Elektronische Mittel" heißen hier solche elektrischen Mittel, die die Stromstärke und/oder die Spannung und/oder die Phasenlage zwischen beiden mit anderen Mitteln als Induktivitäten, Kapazitäten und ohmschen Widerständen beeinflussen, z. Bsp. mit optischen oder mit mechanischen, insbesondere akustischen Effekten, sowie Schaltern, Transistoren, Dioden, Zusammenschaltungen davon wie Chips, Datenspeicher und Prozessoren etc. ."Electronic means" here means those electrical means which influence the current intensity and/or the voltage and/or the phase position between the two by means other than inductances, capacitances and ohmic resistances, e.g. with optical or mechanical, in particular acoustic effects, as well as switches, transistors, diodes, interconnections thereof such as chips, data storage devices and processors, etc.
Die elektrischen und/oder elektronischen Mittel im besagten Reifen-Positiv sind so auszubilden, dass sich irgendeine Eigenschaft zumindest eines dieser Mittel in eindeutiger Korrelation zur aktuellen Positiv-Höhe verändert.The electrical and/or electronic means in said tire positive are to be designed in such a way that some property of at least one of these means changes in clear correlation to the current positive height.
Anspruch 2 enthält die Lehre, dass als ein solches Element ein Kondensator (10) besonders geeignet ist, dessen Platten (10a, 10z) etwa senkrecht zur Laufflächenperipherie angeordnet sind und nach radial außen hin bis in die Peripherie reichen. Dann nämlich wird jede der Kondensatorplatten (10a, 10z) auf ihrer Stirnseite ähnlich abgerieben wie das umgebende Gummi. Der Abrieb der Kondensatorplatten führt zur Verkürzung ihrer radialen Erstreckung· Da alle sonstigen Abmessungen der Kondensatorplatten unverändert bleiben, wird also ihre Kapazität verkleinert. Der Verlust an Kondensator-Kapazität korreliert also mit dem Verlust von Laufflächengummi. Claim 2 contains the teaching that a capacitor (10) is particularly suitable as such an element, the plates (10a, 10z) of which are arranged approximately perpendicular to the tread periphery and extend radially outwards into the periphery. Then each of the capacitor plates (10a, 10z) is rubbed on its front side in a similar way to the surrounding rubber. The abrasion of the capacitor plates leads to a shortening of their radial extension. Since all other dimensions of the capacitor plates remain unchanged, their capacity is reduced. The loss of capacitor capacity therefore correlates with the loss of tread rubber.
Abgesehen vom Kondensator sollen natürlich die anderen elektrischen und/oder elektronischen Bauteile dem Abrieb nicht ausgesetzt sein.Apart from the capacitor, the other electrical and/or electronic components should of course not be exposed to abrasion.
Man kann auf verschiedene Weise die Kondensatorkapazität messen. Nach bisheriger Erkenntnis ist es am besten, einen solchen Kondensator in einen Reifen gemäß Anspruch 2 als Glied eines Schwingkreises einzubauen. Dessen Schwingungsfrequenz liefert ein besonders genau und zuverlässig mit der Restprofiltiefe korrelierendes Signal: Die Frequenz erhöht sich bei abnehmender Kapazität, also bei abnehmender Profiltiefe.The capacitor capacitance can be measured in various ways. According to current knowledge, it is best to install such a capacitor in a tire as claimed in claim 2 as part of an oscillating circuit. Its oscillation frequency provides a signal that correlates particularly precisely and reliably with the remaining tread depth: the frequency increases as the capacitance decreases, i.e. as the tread depth decreases.
Zweckmäßigerweise wird das radial innere Ende der Kondensatorplatten nur wenig radial innen von der Fläche entfernt angeordnet, die der Mindestprofiltiefe entspricht. So wird eine besonders große Steilheit der Eichkurve im Bereich der Mindestprofiltiefe erreicht, also die höchste Genauigkeit im interessantesten Bereich. Der Anspruch 13 enthält hierzu geeignete Bemessungen.It is expedient for the radially inner end of the capacitor plates to be arranged only a short distance radially inward from the surface corresponding to the minimum profile depth. In this way, a particularly steep calibration curve is achieved in the area of the minimum profile depth, i.e. the highest accuracy in the most interesting area. Claim 13 contains suitable dimensions for this.
Im ungedämpften Falle beträgt bekanntlich die Eigenfrequenz f eines elektrischen Schwingkreises:In the undamped case, the natural frequency f of an electrical oscillating circuit is known to be:
-i -I-i -I
f = (2pi) (LC) 2f = (2pi) (LC) 2
Eine kleine Dämpfung entsteht durch den kleinen ohmschen Widerstand in den Leitungen, insbesondere auch in den Leiterwicklungen der Spule. Diese Dämpfung führt im wesentlichen zu einer exponentiellen Amplitudenabnahme über der Zeit nach einer Schwingungserregung (sei es durch eine Schwingung, sei es durch einen Impuls oder Mischformen oder dergleichen), lässt aber die Eigenfrequenz im wesentlichen unverändert.A small amount of damping is caused by the small ohmic resistance in the lines, especially in the conductor windings of the coil. This damping essentially leads to an exponential decrease in amplitude over time after a vibration excitation (whether by a vibration, a pulse or mixed forms or the like), but leaves the natural frequency essentially unchanged.
Ein komplizierterer Verlust an Schwingungsenergie über der Zeit erfolgt auf feuchter Straße, insbesondere dann, wenn das dort befindliche Wasser stark salzhaltig ist, wodurch die ohnehin dem Wasser eigene Leitfähigkeit noch erhöht ist:A more complicated loss of vibrational energy over time occurs on wet roads, especially when the water there is highly saline, which increases the water's inherent conductivity:
Es kommt zum partiellen Plattenkurzschluss des Kondensators, nämlich an der vom Abrieb immer aus Neue freigelegten radial äußeren Stirnfläche. Der dortige Ladungsübergang zwischen beiden Kondensatorplatten wirkt sich auf das elektrische Schwingverhalten so aus, wie ein parallel zum Kondensator geschalteter Widerstand, was die Eigenfrequenz geringfügig - weil die im Kondensator gespeicherte Ladung geringfügig sinkt - steigert und die Dämpfung deutlicher erhöht. Ersteres lässt den Reifen auf nasser Straße geringfügig kritischer erscheinen als auf trockener, was tolerabel ist.This leads to a partial plate short circuit of the capacitor, namely on the radially outer face, which is always exposed from abrasion. The charge transfer there between the two capacitor plates affects the electrical vibration behavior in the same way as a resistor connected in parallel to the capacitor, which slightly increases the natural frequency - because the charge stored in the capacitor drops slightly - and significantly increases the damping. The former makes the tire appear slightly more critical on wet roads than on dry ones, which is tolerable.
Von den drei im Anspruch 14 genannten Varianten ist c) die beste (allerdings auch aufwendigste), weil hiermit die günstige Unempfindlichkeit der Eigenfrequenz gegenüber einer Änderung des elektrischen Straßenwiderstandes und zudem die Sicherheitserhöhende Orientierung des geringfügigen Messfehlers genutzt wird.Of the three variants mentioned in claim 14, c) is the best (but also the most complex) because it takes advantage of the favorable insensitivity of the natural frequency to a change in the electrical road resistance and also the safety-enhancing orientation of the minor measurement error.
Die Varianten a) und b) hingegen zeigen größere Messfehler über einer Varianz des elektrischen Straßenwiderstandes. Es kann sich darum empfehlen, dass gemäß Anspruch 19 die Anzeigeeinrichtung am Armaturenbrett immer nur das zuletzt erfasste Minimum der Profiltiefe anzeigt, also die auf nasser Straße erzeugten größeren Werte ignoriert. Entsprechend sollte sich natürlich auch eine akustische Warneinrichtung auf das Minimum beziehen. Solange der Reifen in einem Klima betrieben wird, in dem alle 2.000 km auch mal ein trockener Kilometer vorkommt, ist die hiermit erreichte Messgenauigkeit ausreichend hoch. Weitere Erklärungen und bevorzugte Ausgestaltungen folgen an späterer Stelle (ab Seite 12, unterer Absatz).Variants a) and b), on the other hand, show larger measurement errors over a variance in the electrical road resistance. It may therefore be advisable that, in accordance with claim 19, the display device on the dashboard only ever shows the last minimum tread depth recorded, thus ignoring the larger values generated on wet roads. Accordingly, an acoustic warning device should of course also refer to the minimum. As long as the tire is operated in a climate in which one dry kilometer occurs every 2,000 km, the measurement accuracy achieved is sufficiently high. Further explanations and preferred designs follow later (from page 12, bottom paragraph).
Zurück zur Variante c) nach Anspruch 14, dergemäß eine Schwingungsfrequenz zu ermitteln ist, was durch eine Zeitspannenmessung erfolgt.Back to variant c) according to claim 14, according to which an oscillation frequency is to be determined, which is done by a time span measurement.
Zwecks hoher Messgenauigkeit sollte eine Zeitspannenmessung nicht gleich mit dem ersten Nulldurchgang des schwingenden Stromes beginnen, sondern beispielsweise erst mit dem zweiten Nulldurchgang nach der Erregung und sie sollte beispielsweise mit dem sechsten Nulldurchgang stoppen. So erhält man in guter Reproduzierbarkeit ein Signal für 2T. Das Reziprokum davon mal 2 liefert die Eigenfrequenz f; diese mal 2pi liefert übrigens die Kreiseigenfrequenz "klein Omega".In order to achieve high measurement accuracy, a time span measurement should not start immediately with the first zero crossing of the oscillating current, but rather with the second zero crossing after excitation, for example, and it should stop with the sixth zero crossing, for example. This gives a signal for 2T with good reproducibility. The reciprocal of this times 2 provides the natural frequency f; this times 2pi provides the circular natural frequency "small Omega".
Bei diesem bevorzugten Beispiel muss also - auch bei einer Zusatzdämpfung durch partiellen Plattenkurzschluss durch Feuchtigkeit - mindestens noch die dritte Periode nach der Erregung eine so große Amplitude haben, dass der Nulldurchgang an deren Ende steil genug verläuft, um den dadurch markierten Zeitpunkt ausreichend scharf zu bestimmen. Es hat sich heraus gestellt, dass dies leicht gelingt bei ausreichend hoher Schwingungsfrequenz, sodass T ausreichend klein ist.In this preferred example, even with additional damping due to partial plate short-circuiting caused by moisture, at least the third period after excitation must have such a large amplitude that the zero crossing at the end of it is steep enough to determine the point in time marked by it with sufficient precision. It has been found that this is easily achieved with a sufficiently high oscillation frequency so that T is sufficiently small.
Da die Größe des durch partiellen Plattenkurzschluss an den Stirnflächen hinzunehmenden Ladungs- und damit Schwingungsenergieverlustes von der Größe des Ladungsvorrates und der Schwingungszeit abhängt, kann man den Amplitudenabfall über der Nummer der Periode ausreichend klein halten bei Wahl einer ausreichend hohen Frequenz. Wegen des doppelten Einflusses des Ladungsvorrates sollte die Anfangskapazität des Kondensators möglichst groß gewählt werden; damit trotzdem die Schwingungseigenfrequenz ausreichend hoch ist, sollte die Induktivität klein gewählt werden. Gemäß Anspruch 8 sollte die Anfangskapazität des abzureibenden und im Schwingkreis eingebauten Kondensators mindestens 100 nF (NanoFarad) und die im Schwingkreis eingebaute Induktivität höchstens 20 &mgr;&EEgr; (MikroHenry) betragen. Weiter bevorzugt sollte gemäß Anspruch 9 die Anfangskapazität des abzureibenden und im Schwingkreis eingebauten Kondensators etwa 1000 nF (NanoFarad) und die im Schwingkreis eingebaute Induktivität etwa 10 &mgr;&EEgr; (MikroHenry) betragen.Since the amount of charge and thus vibration energy lost due to partial plate short-circuiting at the end faces depends on the amount of charge available and the time of oscillation, the drop in amplitude over the number of periods can be kept sufficiently small by selecting a sufficiently high frequency. Because of the double influence of the charge available, the initial capacitance of the capacitor should be as large as possible; so that the natural frequency of oscillation is nevertheless sufficiently high, the inductance should be small. According to claim 8, the initial capacitance of the capacitor to be abraded and built into the oscillating circuit should be at least 100 nF (nanoFarads) and the inductance built into the oscillating circuit should be at most 20 μΩ (microHenry). More preferably, according to claim 9, the initial capacitance of the capacitor to be abraded and built into the oscillating circuit should be about 1000 nF (nanoFarads) and the inductance built into the oscillating circuit should be about 10 μΩ (microHenry). (MicroHenry).
Wenn dereinst noch bessere Materialen und/oder Herstellungsverfahren für die Kondensatorherstellung zur Verfügung stehen, die eine noch höhere Ladungsdichte erlauben, dann wäre es noch besser, wenn die Kapazität noch höher und die Induktivität noch tiefer läge, besonders bevorzugt die Anfangskapazität 10.000 nF = 10 pF und die Induktivität 1 &mgr;&EEgr;.If even better materials and/or manufacturing processes for capacitor production become available in the future, allowing an even higher charge density, then it would be even better if the capacitance were even higher and the inductance even lower, particularly preferably the initial capacitance 10,000 nF = 10 pF and the inductance 1 μ�EEgr;.
In jedem der vorgenannten Fälle sollten die Anfangskapazität des abzureibenden und im Schwingkreis eingebauten Kondensators und die im Schwingkreis eingebaute Induktivität so aufeinander abgestimmt sein, dass der Schwingkreis im Neuzustande eine Eigenfrequenz zwischen 10 und 1.500 kHz aufweist, besonders bevorzugt gemäß Anspruch 12 zwischen 40 und 120 kHz aufweist.In each of the aforementioned cases, the initial capacitance of the capacitor to be abraded and built into the resonant circuit and the inductance built into the resonant circuit should be coordinated with one another in such a way that the resonant circuit in its new state has a natural frequency between 10 and 1,500 kHz, particularly preferably according to claim 12 between 40 and 120 kHz.
Dies stellt die Verwendung handelsüblicher Zeitmessglieder und Antennen sicher. Dabei sollte gemäß Anspruch 13 der im Schwingkreis eingebaute und abzureibende Kondensator so im Reifen positioniert sein, dass er bei Erreichen der zulässigen Restprofiltiefe noch mindestens 10 %, vorzugsweise noch 15 bis 20 %, seiner Anfangskapazität aufweist. Hierdurch wird sichergestellt, dass eine vom nicht-rotierenden Sender eingebrachte Schwingungsenergie nicht zu schnell abklingt.This ensures the use of commercially available timing elements and antennas. According to claim 13, the capacitor built into the oscillating circuit and to be rubbed off should be positioned in the tire in such a way that it still has at least 10%, preferably 15 to 20%, of its initial capacity when the permissible remaining tread depth is reached. This ensures that vibration energy introduced by the non-rotating transmitter does not decay too quickly.
Im übrigen führt die Abstimmung auf ein hohes Frequenzband zu einer vorteilhaften Miniaturisierung der elektrischen Elemente Kondensator und/oder insbesondere der Spule; es ist sogar möglich, ohne Ausbildung eines separaten Elementes "Spule" nur einen Leiter von der einen zur anderen Kondensatorplatte zu führen, wobei dieser Leiter als einzige Windung einer Spule wirkt oder sogar - bei direkter Verbindung - nur aufgrund seiner - noch geringeren - Eigeninduktivität. Die bevorzugten Frequenzen auch für einen solchen Schwingkreis liegen zwischen 10 kHz und 1.500 kHz, die ganz besonders bevorzugten zwischen 40 und 120 kHz.Furthermore, tuning to a high frequency band leads to an advantageous miniaturization of the electrical elements capacitor and/or in particular the coil; it is even possible to lead only one conductor from one capacitor plate to the other without forming a separate "coil" element, with this conductor acting as the only turn of a coil or even - in the case of a direct connection - only due to its - even lower - self-inductance. The preferred frequencies for such an oscillating circuit are between 10 kHz and 1,500 kHz, the most preferred between 40 and 120 kHz.
Zweckmäßig ist es, den Erreger des im rotierenden Reifen untergebrachten Schwingkreises in der nicht-rotierenden Umgebung dieses Rades zu platzieren. In der Sprache der Funktechnik könnte man diesen Erreger auch "Sender" nennen. In der gleichen Sprache könnte der Schwingkreis als frequenzselektiver Nachhall-Generator bezeichnet werden. Der von ihm ausgehende Nachhall wird in einem "Empfänger" empfangen, der zweckmäßigerweise wiederum in der nicht-rotierenden Umgebung des zu überwachenden Rades platziert ist, in einfachen Ausführungsformen im selben Gehäuse wie der Sender.It is advisable to place the exciter of the oscillating circuit housed in the rotating tire in the non-rotating environment of this wheel. In radio engineering terms, this exciter could also be called a "transmitter". In the same language, the oscillating circuit could be called a frequency-selective reverberation generator. The reverberation it emits is received in a "receiver" which is in turn conveniently placed in the non-rotating environment of the wheel to be monitored, in simple designs in the same housing as the transmitter.
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Falls im Bereich niedriger Frequenzen gearbeitet würde, beispielsweise bei 15 kHz, würde eine besonders hohe Signalausbeute erreicht, wenn der Empfänger im Drehsinn hinter dem Sender angeordnet ist; für eine Fahrgeschwindigkeit von beispielsweise 20 m/s (= 72 km/h), einem Reifenabrollumfang von 2 m und einem Messintervallende von 3T betrüge dieser optimale Phasenversatz 0,72°. Für den Bereich tatsächlich bevorzugter Frequenzen, beispielsweise 50 kHz, läge dieser Wert also bei 0,216°.If working in the low frequency range, for example at 15 kHz, a particularly high signal yield would be achieved if the receiver was positioned behind the transmitter in the direction of rotation; for a driving speed of, for example, 20 m/s (= 72 km/h), a tire rolling circumference of 2 m and a measurement interval end of 3T, this optimal phase shift would be 0.72°. For the range of actually preferred frequencies, for example 50 kHz, this value would therefore be 0.216°.
Bei Verzicht auf letztgenannte Weiterbildung ist es möglich, den Sender selber als Empfänger zu benutzen, insbesondere bei noch höheren Frequenzen.If the latter further development is dispensed with, it is possible to use the transmitter itself as a receiver, especially at even higher frequencies.
Nach dieser ausführlichen Darstellung, wie der Kondensator in eine elektrische Schaltung einzubinden ist, nun zurück zum Kondensator als solchen:After this detailed description of how the capacitor is to be integrated into an electrical circuit, now back to the capacitor itself:
Gemäß Anspruch 3 sollten die Kondensatorplatten (10a, 10z) aus einem solchen Material bestehen, dass deren Stirnabriebgeschwindigkeit etwa mit der Abriebgeschwindigkeit des umgebenden Gummis übereinstimmt. Dies lässt sich durch eine lockere Sinterung aus Metall erreichen oder durch eine Fertigung aus Graphit anstelle einer aus Metall. Besonders günstig ist es, in einem aus Silica-gefüllter Kautschukmischung gebildeten Klotz zwei dünne Platten aus ruß-gefüllter Kautschukmischung anzuordnen; dann ließen sich die Differenzen im Abrieb und in der Steifigkeit zwischen dem Sensor (man könnte ihn auch als Transponder bezeichnen) und dem umgebenden Gummi besonders gering halten.According to claim 3, the capacitor plates (10a, 10z) should be made of such a material that their front abrasion speed approximately matches the abrasion speed of the surrounding rubber. This can be achieved by loosely sintering them from metal or by manufacturing them from graphite instead of metal. It is particularly advantageous to arrange two thin plates made from a soot-filled rubber mixture in a block made from a silica-filled rubber mixture; then the differences in abrasion and rigidity between the sensor (which could also be called a transponder) and the surrounding rubber can be kept particularly small.
An den Kondensatorplatten kann in größerem Ausmaße eine erhöhte Abriebgeschwindigkeit gegenüber der des umgebenden Gummis eher toleriert werden als umgekehrt eine erhöhte Abriebbeständigkeit. In letzterem Falle nämlich würde der Kondensator allmählich vorstehen, würde unangenehme Geräusche produzieren, eine zu große Profiltiefe anzeigen und droht, nach allzu großem Hervorkragen zu brechen.The capacitor plates can tolerate a higher abrasion rate than the surrounding rubber to a greater extent than the reverse, an increased abrasion resistance. In the latter case, the capacitor would gradually protrude, produce unpleasant noises, indicate too great a tread depth and threaten to break if it protrudes too far.
Gemäß Anspruch 4 ist zumindest eine - ggf. die äußere (10a) der Kondensatorplatten rohrförmig. Die erforderliche zweite Platte (10z) und ggf. weitere Platten ist bzw. sind konzentrisch darin angeordnet. Dieser konzentrische Aufbau macht den Transponder-Sensor besonders kompakt und hat zudem den Vorteil, dass seine - bei der Übertragung jeglicher Tangentialkräfte erlittene - Verbiegung mangels Kanten zu keinen Kantenbelastungen und örtlichen Spannungsspitzen führt. Dabei kann die radial innerste Platte (10z) auch massiv - also nicht röhrenförmig - , vorzugsweise als Draht oder Drahtseil ausgebildet sein.According to claim 4, at least one - possibly the outer one (10a) of the capacitor plates is tubular. The required second plate (10z) and possibly further plates is or are arranged concentrically within it. This concentric structure makes the transponder sensor particularly compact and also has the advantage that its bending - suffered during the transmission of any tangential forces - does not lead to edge loads and local stress peaks due to the lack of edges. The radially innermost plate (10z) can also be solid - i.e. not tubular - preferably as a wire or wire rope.
Unter Inkaufnahme einer geringeren Kapazität pro Bauraum, dafür aber einer besseren mechanischen Werkstoffverträglichkeit ist es auch möglich, alle oder einige der üblicherweise aus Metall ausgeführten Schichten eines Kondensators aus einer rußhaltigen Gummimischung oder einem intrinsisch leitfähigen Polymer oder einem Gemisch daraus herzustellen und die isolierenden Schichten aus einer rußfreien, vorzugsweise mit Kieselsäure verstärkten Kautschukmischung herzustellen. Ein so aufgebauter Kondensator verspricht, erhebliche Verformungen schadlos aufnehmen zu können.Accepting a lower capacity per installation space but better mechanical material compatibility, it is also possible to manufacture all or some of the layers of a capacitor, which are usually made of metal, from a rubber mixture containing soot or an intrinsically conductive polymer or a mixture of these, and to manufacture the insulating layers from a rubber mixture that is free of soot and is preferably reinforced with silica. A capacitor constructed in this way promises to be able to absorb considerable deformations without damage.
Bei Verwendung steifer Kondensatoren empfiehlt es sich, diese zum Schütze vor mechanischer Überlastung in eine Kautschukmischung einzubetten, die weicher ist als der umgebende Laufflächengummi.When using rigid capacitors, it is recommended to embed them in a rubber compound that is softer than the surrounding tread rubber to protect them from mechanical overload.
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Um mit einer besonders geringen Induktivität auskommen zu können, empfiehlt sich die Erzeugung einer relativ großen Kapazität. Dazu werden gemäß Anspruch 5 bevorzugt Wickel-Kondensatoren verwendet. Bei "Wickel-Kondensatoren" ist auf eine erste Metalllage eine als Dielektrikum dienende, isolierende Folie, darauf eine zweite Metalllage und darauf schließlich eine zweite isolierende Folie aufgewickelt. In der Draufsicht zeigt ein solcher Kondensator ein Bild von vier ineinander gewickelten Spiralen, nämlich zwei Metallfolien und zwei Dielektrikumsschichten zwischen je zwei Metallschichten.In order to be able to manage with a particularly low inductance, it is recommended to generate a relatively large capacitance. For this purpose, wound capacitors are preferably used according to claim 5. In "wound capacitors" an insulating film serving as a dielectric is wound onto a first metal layer, then a second metal layer and finally a second insulating film. In the top view, such a capacitor shows an image of four spirals wound into one another, namely two metal foils and two dielectric layers between two metal layers each.
Eine hohe Kapazität kann aber auch dadurch platzsparend und besonders widerstandsarm erreicht werden, dass gemäß Anspruch 6 der Kondensator (10) aus einer geraden Vielzahl größer 2 von Platten (10a, 10b, 10c, 10z) aufgebaut ist, die alternierend mit der einen und der anderen Spulenseite verbunden sind. Dieses Prinzip der alternierenden Ineinanderschachtelung lässt sich nicht nur bei ebener Ausbildung der Kondensatorplatten verwirklichen sondern auch zusammen mit der zuvor genannten Konzentrizität der Platten. Beispielsweise könnte die Platten-Röhrchenabfolge von außen nach innen lauten: AaBbCc. Dabei bilden A, B und C den einen und a, b und c den anderen Pol.However, a high capacitance can also be achieved in a space-saving and particularly low-resistance manner by the capacitor (10) being constructed from a straight plurality of plates (10a, 10b, 10c, 10z) greater than 2, which are alternately connected to one and the other coil side. This principle of alternating nesting can be implemented not only with a flat design of the capacitor plates, but also together with the previously mentioned concentricity of the plates. For example, the plate-tube sequence from outside to inside could be: AaBbCc. A, B and C form one pole and a, b and c the other.
Gemäß Anspruch 14 ist ein erfindungsgemäßer Reifen wie bis hierher beschrieben zur Errichtung einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Überwachung der Positivhöhe eines Fahrzeugreifens zwar notwendig, aber noch nicht hinreichend; man braucht ferner eine Energie-Einspeisung in den Sensor im Reifen und irgendeine Art von Datenübertragung vom Sensor letztlich zum Warnlämpchen und/oder Warnlautsprecher oder dergleichen, wobei für die Datenübertragung die entscheidende Hürde der Übergang von einem rotierenden Körper (Reifen) in einen nicht-rotierenden (Karosserie oder Radaufhängungsteile davon) Körper ist; die Datenübertragung durch Kabel innerhalb der Karosserie bedarf keiner weiteren Beschreibung, da sie dem Durchschnittsfachmann hinlänglich bekannt ist.According to claim 14, a tire according to the invention as described up to this point is necessary for setting up a device according to the invention for monitoring the positive height of a vehicle tire, but is not yet sufficient; one also needs an energy supply to the sensor in the tire and some type of data transmission from the sensor ultimately to the warning light and/or warning loudspeaker or the like, the decisive hurdle for the data transmission being the transition from a rotating body (tire) to a non-rotating body (body or wheel suspension parts thereof); the data transmission by cable within the body does not require any further description, since it is sufficiently known to the average person skilled in the art.
... &ggr;3 ... &ggr; 3
Um mit einer besonders geringen Induktivität auskommen zu können, empfiehlt sich die Erzeugung einer relativ großen Kapazität. Dazu werden gemäß Anspruch 5 bevorzugt Wickel-Kondensatoren verwendet. Bei "Wickel-Kondensatoren" ist auf eine erste Metalllage eine als Dielektrikum dienende, isolierende Folie, darauf eine zweite Metalllage und darauf schließlich eine zweite isolierende Folie aufgewickelt. In der Draufsicht zeigt ein solcher Kondensator ein Bild von vier ineinander gewickelten Spiralen, nämlich zwei Metallfolien und zwei Dielektrikumsschichten zwischen je zwei Metallschichten.In order to be able to manage with a particularly low inductance, it is recommended to generate a relatively large capacitance. For this purpose, wound capacitors are preferably used according to claim 5. In "wound capacitors" an insulating film serving as a dielectric is wound onto a first metal layer, then a second metal layer and finally a second insulating film. In the top view, such a capacitor shows an image of four spirals wound into one another, namely two metal foils and two dielectric layers between two metal layers each.
Eine hohe Kapazität kann aber auch dadurch platzsparend und besonders widerstandsarm erreicht werden, dass gemäß Anspruch 6 der Kondensator (10) aus einer geraden Vielzahl größer 2 von Platten (10a, 10b, 10c, 10z) aufgebaut ist, die alternierend mit der einen und der anderen Spulenseite verbunden sind. Dieses Prinzip der alternierenden Ineinanderschachtelung lässt sich nicht nur bei ebener Ausbildung der Kondensatorplatten verwirklichen sondern auch zusammen mit der zuvor genannten Konzentrizität der Platten. Beispielsweise könnte die Platten-Röhrchenabfolge von außen nach innen lauten: AaBbCc. Dabei bilden A, B und C den einen und a, b und c den anderen Pol.However, a high capacitance can also be achieved in a space-saving and particularly low-resistance manner by the capacitor (10) being constructed from a straight plurality of plates (10a, 10b, 10c, 10z) greater than 2, which are alternately connected to one and the other coil side. This principle of alternating nesting can be implemented not only with a flat design of the capacitor plates, but also together with the previously mentioned concentricity of the plates. For example, the plate-tube sequence from outside to inside could be: AaBbCc. A, B and C form one pole and a, b and c the other.
Gemäß Anspruch 14 ist ein erfindungsgemäßer Reifen wie bis hierher beschrieben zur Errichtung einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Überwachung der Positivhöhe eines Fahrzeugreifens zwar notwendig, aber noch nicht hinreichend; man braucht ferner eine Energie-Einspeisung in den Sensor im Reifen und irgendeine Art von Datenübertragung vom Sensor letztlich zum Warnlämpchen und/oder Warnlautsprecher oder dergleichen, wobei für die Datenübertragung die entscheidende Hürde der Übergang von einem rotierenden Körper (Reifen) in einen nicht-rotierenden (Karosserie oder Radaufhängungsteile davon) Körper ist; die Datenübertragung durch Kabel innerhalb der Karosserie bedarf keiner weiteren Beschreibung, da sie dem Durchschnittsfachmann hinlänglich bekannt ist.According to claim 14, a tire according to the invention as described up to this point is necessary for setting up a device according to the invention for monitoring the positive height of a vehicle tire, but is not yet sufficient; one also needs an energy supply to the sensor in the tire and some type of data transmission from the sensor ultimately to the warning light and/or warning loudspeaker or the like, the decisive hurdle for the data transmission being the transition from a rotating body (tire) to a non-rotating body (body or wheel suspension parts thereof); the data transmission by cable within the body does not require any further description, since it is sufficiently known to the average person skilled in the art.
tfft ··· · - ttfft ··· · - t
Gemäß Anspruch 14 erfolgt die Energieeinspeisung als elektromagnetische Schwingungserregung, wobei der elektro-magnetische Schwingungserreger nicht-rotierend möglichst nahe am zu versorgenden Rade in der Karosserie angeordnet ist, bevorzugt an einem Radaufhängungsteil, z. B. einem Längslenker. Der Schwingungserreger, der bei solcher Fernwirkung auch als Sender bezeichnet werden könnte, muss eine Resonanz im Sensor-Schwingkreis hervorrufen; dazu muss er eine Erregungsfrequenz in der Nähe der Eigenfrequenz des elektrischen Schwingkreises im Reifen (1) aufweisen. Die unscharfen Worte "in der Nähe" meinen eine so gute Übereinstimmung beider Frequenzen, dass eine ausreichende Signalausbeute erreicht wird; dies ist in der Regel der Fall bei einer Frequenzabweichung von weniger als 2 %.According to claim 14 , the energy is fed in as electromagnetic vibration excitation, with the electromagnetic vibration exciter being arranged non-rotating as close as possible to the wheel to be supplied in the body, preferably on a wheel suspension part, e.g. a trailing arm. The vibration exciter, which could also be referred to as a transmitter in the case of such a remote effect, must cause a resonance in the sensor oscillating circuit; to do this, it must have an excitation frequency close to the natural frequency of the electrical oscillating circuit in the tire (1). The vague words "close" mean such a good match between the two frequencies that a sufficient signal yield is achieved; this is usually the case with a frequency deviation of less than 2%.
Gemäß Anspruch 14 erfolgt die Datenübertragung auf den nichtrotierenden Körper dadurch, dass das Resonanzsignal des Sensors im Reifen zu einen Sensor im nicht-rotierenden Körper gelangt, der analog auch als Empfänger bezeichnet werden könnte. Dieser Empfänger kann so ausgebildet sein, dass erAccording to claim 14, the data transmission to the non-rotating body takes place in that the resonance signal of the sensor in the tire reaches a sensor in the non-rotating body, which could also be referred to as a receiver. This receiver can be designed in such a way that it
a) die Abdämpfung der Erregungsschwingung durch den im Reifen platzierten Schwingkreis (10, 11, 12) odera) the damping of the excitation vibration by the oscillating circuit (10, 11, 12) placed in the tyre or
b) die Schwingungsamplitude des im Reifen platzierten Schwingkreises (10, 11, 12) oderb) the oscillation amplitude of the oscillating circuit (10, 11, 12) placed in the tyre or
c) die Eigenfrequenz des im Reifen platzierten Schwingkreises (10, 11, 12) erfasst.c) the natural frequency of the oscillating circuit (10, 11, 12) placed in the tyre is recorded.
Die Variante nach c) wird zweckmäßigerweise gemäß Anspruch 15 ausgeführt, wozu der Schwingungserreger oder Sender eine solche Selbstregelungsvorrichtung enthalten muss, dass er die Erregerfrequenz passend zur Resonanzfrequenz des im Reifen angeordneten Schwingkreises (10, 11, 12) nachführt. Dies kann zum Beispiel dadurch geschehen, dass ausgehend von einer solchen Erregerfrequenz f^, die etwa zur Profiltiefe eines Neureifens passt, die Erregerfrequenz zunächst um 3 % auf eine Erregerfrequenz f^ gesenkt wird und die Stärke des Sensor-Resonanz-Signales als SRSi aufgezeichnet wird.The variant according to c) is expediently carried out according to claim 15, for which the vibration exciter or transmitter must contain such a self-regulating device that it adjusts the excitation frequency to match the resonance frequency of the oscillating circuit (10, 11, 12) arranged in the tire. This can be done, for example, by starting from such an excitation frequency f^, which approximately matches the tread depth of a new tire, the excitation frequency is initially reduced by 3% to an excitation frequency f^ and the strength of the sensor resonance signal is recorded as SRSi.
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Kurze Zeit später, beispielsweise 3 Sekunden später, wird eine Erregerfrequenz f2 eingestellt, die nur um 1,5 % unterhalb £3 liegt und die Stärke des Sensor-Resonanz-Signales als SRS2 aufgezeichnet. Analog wird eine weitere kurze Zeitspanne später eine Erregerfrequenz fq. eingestellt, die um 1,5 % oberhalb f^ liegt und die Stärke des so erregten Sensor-Resonanz-Signales als SRS4 aufgezeichnet. Danach wird eine weitere kurze Zeitspanne später wird eine Erregerfrequenz f5 eingestellt, die um 3 % oberhalb fß liegt und die Stärke des so provozierten Sensor-Resonanz-Signales als SRS5 gespeichert.A short time later, for example 3 seconds later, an excitation frequency f2 is set which is only 1.5% below £3 and the strength of the sensor resonance signal is recorded as SRS2. Similarly, a further short period of time later, an excitation frequency fq. is set which is 1.5% above f^ and the strength of the sensor resonance signal thus excited is recorded as SRS4. Then a further short period of time later, an excitation frequency f5 is set which is 3% above fß and the strength of the sensor resonance signal thus provoked is stored as SRS5.
Durch die so gewonnenen fünf Messpunkte in einem Diagramm der Sensor-Resonanz-Signalstärke über der Erregerfrequenz wird zweckmäßigerweise sodann - zur Eliminierung eventueller zufälliger Messfehler - nach der Fehler-Quadrat-Methode im Logikteil des Empfängers ein Polynomzug geringeren Grades als die Anzahl der Messpunkte gelegt, vorzugsweise einer dritten Grades, also gemäß der Formel:Using the five measurement points thus obtained in a diagram of the sensor resonance signal strength over the excitation frequency, a polynomial train of lower degree than the number of measurement points, preferably of third degree, is then conveniently placed in the logic part of the receiver according to the error-square method in order to eliminate any random measurement errors, i.e. according to the formula:
SRS(f) = a + bf + cf2 + df3 SRS(f) = a + bf + cf 2 + df 3
Von dieser Funktion bestimmt man dann das Maximum. Liegt die Frequenz fmax dieses Maximums im Intervall zwischen ±2 und f4, so wird sie als die Resonanzfrequenz des Sensors erkannt. Liegt diese Frequenz aber außerhalb dieses Intervalles, stellt sie also ein Randmaximum dar, so wird die Messreihe wiederholt mit einer neuen mittleren Frequenz f^; in dem Falle, in dem fmax größer oder gleich f$ ist, wählt man die neue Frequenz f3 größer als die alte, vorzugsweise um 1 % größer und dem entsprechend auch die vier anderen Frequenzen in der Umgebung; im umgekehrten Falle, in dem fmax kleiner oder gleich f2 ist, wählt man die neue Frequenz f3 kleiner als die alte, vorzugsweise um 1 % kleiner und dem entsprechend auch die vier anderen Frequenzen in der Umgebung. Gegebenenfalls werden die Messreihen solange wiederholt, bis die Frequenz des Resonanz-Maximums größer f2 und kleiner fq ist.The maximum is then determined from this function. If the frequency f max of this maximum is in the interval between ±2 and f4, it is recognized as the resonance frequency of the sensor. If, however, this frequency is outside this interval, i.e. it represents an edge maximum, the series of measurements is repeated with a new average frequency f^; in the case where f max is greater than or equal to f$ , the new frequency f3 is chosen to be greater than the old one, preferably 1% greater, and the four other frequencies in the vicinity are also selected accordingly; in the opposite case, where f max is less than or equal to f2, the new frequency f3 is chosen to be smaller than the old one, preferably 1% smaller, and the four other frequencies in the vicinity are also selected accordingly. If necessary, the series of measurements are repeated until the frequency of the resonance maximum is greater than f2 and less than fq .
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• ··
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• *• *
Mit den gewählten Abfrageschritten in einer 1,5%-Staffeiung erfolgt die Iteration ausreichend schnell und ausreichend genau; die Resonanzfrequenz wird etwa auf 0,8 Prozent genau bestimmt. Natürlich ist es aber auch möglich, zur Erhöhung der Genauigkeit die Staffelung noch dichter, beipielsweise in 0,5%-Schritten, zu wählen und/oder die Anzahl der betrachteten Messpunkte zu vergrößern innerhalb eines jeden Iterationsschrittes, zum Beispiel von 5 auf 7, sodass die mittlere Frequenz dann nicht fß sondern f$ lautet und dann die Toleranzbedingung zu verschärfen, zum Beispiel zu fordern fmax größer f3 und kleiner f$'f dafür ist dann aber eine größere Zahl von Iterationsschritten nötig.With the selected query steps in 1.5% increments, the iteration is sufficiently fast and sufficiently accurate; the resonance frequency is determined to an accuracy of about 0.8 percent. Of course, it is also possible to increase the accuracy by selecting an even closer increment, for example in 0.5% increments, and/or to increase the number of measurement points considered within each iteration step, for example from 5 to 7, so that the average frequency is then not fß but f$ and then to tighten the tolerance condition, for example to require f max greater than f3 and less than f$' f, but this then requires a larger number of iteration steps.
Zur Entspannung des Konfliktes zwischen dem Wunsch nach noch höherer Genauigkeit einerseits und dem Wunsch nach einer nur geringen Anzahl von Iterationsschritten andererseits ist es außerdem möglich, zunächst in gröberen Schritten zu iterieren und am Ende in feineren.To ease the conflict between the desire for even greater accuracy on the one hand and the desire for only a small number of iteration steps on the other, it is also possible to iterate in coarser steps first and then in finer ones at the end.
Die wie im Detail auch immer bestimmte Erregerfrequenz, die das maximale Resonanz-Signal vom Sensor zur Antwort bekommt, wird gemäß Anspruch 16 spätestens nach Vollendung der Iteration als Korrelativ zur Positivhöhe (H) herangezogen unter Verwertung einer Eichkurve oder eines Rechenprogrammes. Letzteres könnte zunächst das Reziprokum der Erregerfrequenz bilden, dann hieraus die Quadratwurzel und diese mit einem geeichten Proportionalitätsfaktor multiplizieren.The excitation frequency, however determined in detail, which receives the maximum resonance signal from the sensor as a response, is used as a correlative to the positive height (H) according to claim 16 at the latest after completion of the iteration using a calibration curve or a calculation program. The latter could first form the reciprocal of the excitation frequency, then the square root of this and multiply this by a calibrated proportionality factor.
Die Verfahrensvariante b) des Anspruches 14 ist als Einzelschritt im Verfahren nach c) enthalten. Die Beschränkung auf eine einzige Amplitudenmessung führt naturgemäß zum geringstmöglichen Aufwände. Um aber eine noch ausreichende Genauigkeit zu erreichen, ist ein erhöhter Aufwand bei der Eichung erforderlich; möglicherweise ist sogar eine Eichung jeder individuellen Sender-Sensor-Empfänger-Paarung nötig.The method variant b) of claim 14 is included as a single step in the method according to c). The restriction to a single amplitude measurement naturally leads to the lowest possible expenditure. However, in order to achieve sufficient accuracy, increased expenditure is required for calibration; calibration of each individual transmitter-sensor-receiver pairing may even be necessary.
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Im Unterschied zur Frequenz reagiert nämlich die Amplitude sehr empfindlich auf Änderungen in der Dämpfung.In contrast to frequency, amplitude is very sensitive to changes in attenuation.
Generell ändert sich die Resonanzamplitude über der Frequenz umso stärker und begünstigt damit die Messgenauigkeit, umso geringer die Dämpfung und damit das logarithmische Dekrement ist. Dabei sollte die Erregerfrequenz nahe bei, aber nicht exakt auf der Resonanzfrequenz liegen. Am günstigsten wird die Erregerfrequenz so gewählt, dass sie bei 1,0 mm Profiltiefe mit der Sensor-Resonanzfrequenz übereinstimmt. Dann bleibt man immer auf einer - in diesem Falle auf der linken - Seite des Amplitudenganges, sodass die Eichkurve streng monoton ist. Damit ist das Problem vermieden, dass im Resonanzmaximum selbst die Kurve des Amplitudenganges über der Frequenz die Steigung Null hat, also keine Messgenauigkeit besteht. Mit dieser einfachen Variante ist zwar die Messgenauigkeit bei großen Profiltiefen gering, in der Nähe der kritischen Profiltiefe aber ausreichend hoch und auf letztere kommt es für Fahrzeuge für den Verbraucher an.In general, the resonance amplitude changes over frequency more strongly and thus improves measurement accuracy the lower the damping and thus the logarithmic decrement. The excitation frequency should be close to, but not exactly at, the resonance frequency. The best way to choose the excitation frequency is to select it so that it matches the sensor resonance frequency at a tread depth of 1.0 mm. Then you always stay on one side - in this case the left - of the amplitude response, so that the calibration curve is strictly monotonic. This avoids the problem that at the resonance maximum even the curve of the amplitude response over frequency has a slope of zero, meaning there is no measurement accuracy. With this simple variant, measurement accuracy is low at large tread depths, but sufficiently high near the critical tread depth, and the latter is what matters for consumer vehicles.
Die Verfahrensvariante a) nach Anspruch 14 setzt einen sehr geringen Abstand zwischen Sender und Sensor und zwischen Sensor und Empfänger voraus, um sicherzustellen, dass die Senderdämpfung durch den Sensor signifikant wird gegenüber sonstigen Dämpfungseinflüssen.The method variant a) according to claim 14 requires a very small distance between transmitter and sensor and between sensor and receiver in order to ensure that the transmitter attenuation by the sensor becomes significant compared to other attenuation influences.
Ausgehend von der Variante c) des Anspruches 14 und der Selbstregelungsvorrichtung gemäß Anspruch 15 lehrt Anspruch 17, dass die Vorrichtung - ggf. nach Erreichung grober Übereinstimmung - mittels einer anderen Verfahrensvariante, etwa b) (Amplitudenvergleich) von Anspruch 14 oder eines ganz anderen Verfahrens die Regelabweichung, also den Unterschied zwischen der Eigenfrequenz des im Reifen platzierten Schwingkreises und der Erregerfrequenz des Erregers, anhand eines Vergleiches zwischen beiden Nachhällen ermittelt.Based on variant c) of claim 14 and the self-regulating device according to claim 15 , claim 17 teaches that the device - if necessary after achieving a rough match - determines the control deviation, i.e. the difference between the natural frequency of the oscillating circuit placed in the tire and the excitation frequency of the exciter, by means of a comparison between the two reverberations by means of another method variant, such as b) (amplitude comparison) of claim 14 or a completely different method.
» t * C» t * C
Es soll also der Nachhall des Erregersignales mit dem Nachhall des Schwingkreissignales verglichen werden. Der Nachhall des Erregersignales wird deutlich nach dem Verlassen der Erregerzone oder nach Abschaltung der Erregung.The reverberation of the excitation signal should therefore be compared with the reverberation of the resonant circuit signal. The reverberation of the excitation signal becomes clear after leaving the excitation zone or after the excitation is switched off.
Die beiden Nachhälle haben dicht beieinander liegende Frequenzen und bilden deshalb eine Schwebung aus. Die Frequenz dieser Schwebung liegt deutlich niedriger als die so indirekt miteinander verglichenen Signale. Für die weitere Angleichung der Erregerfrequenz an die Schwingkreisfrequenz eignet sich am besten die Frequenzbetrachtung der Schwebung: Eine hohe Schwebungsfrequenz deutet auf eine höhere Abweichung beider Frequenzen voneinander hin als eine niedrigere Schwebungsfrequenz. Zusätzlich oder alternativ kann die Schwebung aber auch anhand ihrer Phasenlage zum Schwingkreisnachhall oder Erregernachhall und/oder ihrer Amplitude bestimmt werden.The two reverberations have frequencies that are close to each other and therefore form a beat. The frequency of this beat is significantly lower than the signals that are indirectly compared. The best way to further adjust the excitation frequency to the resonant circuit frequency is to consider the frequency of the beat: a high beat frequency indicates a greater deviation between the two frequencies than a lower beat frequency. Additionally or alternatively, the beat can also be determined based on its phase position to the resonant circuit reverberation or excitation reverberation and/or its amplitude.
nignig
Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispieles mit zugehörigen Figuren näher erläutert. Es zeigt:The invention is explained in more detail below using an embodiment with associated figures. It shows:
Fig. 1 schematisch einen Fahrzeugluftreifen mit einer Lauffläche und einem in der Lauffläche angeordneten elektrischen Schwingkreis,Fig. 1 shows schematically a pneumatic vehicle tire with a tread and an electrical oscillating circuit arranged in the tread,
Fig. 2 als schematische Einzelheit den elektrischen Schwingkreis,Fig. 2 shows a schematic detail of the electrical oscillating circuit,
Fig. 3 Resonanzkurven dieses Schwingkreises für verschieden hoch angenommene Nebenschlusswiderstände R2, die die schwankende Straßenleitfähigkeit (insbesondere infolge schwankender Feuchtigkeit) simulieren,Fig. 3 Resonance curves of this resonant circuit for different assumed shunt resistances R2, which simulate the fluctuating road conductivity (especially due to fluctuating humidity),
Fig. 4 Resonanzkurven des gleichen Schwingkreises, wobei jedoch die Kapazität des Kondensators auf 50 % des ursprünglichen Wertes abgerieben ist, wiederum über die gleichen, verschieden hoch angenommenen Nebenschlusswiderstände R2,Fig. 4 Resonance curves of the same resonant circuit, but with the capacitance of the capacitor worn down to 50 % of the original value, again over the same, assumed different values of shunt resistors R2,
Fig. 5 Resonanzkurven des gleichen Schwingkreises, wobei jedoch die Kapazität des Kondensators auf 15 % des ursprünglichen Wertes abgerieben ist, wiederum über die gleichen, verschieden hoch angenommenen Nebenschlusswiderstände R2 undFig. 5 Resonance curves of the same resonant circuit, but with the capacitance of the capacitor worn down to 15 % of the original value, again over the same, differently assumed shunt resistors R2 and
Figur 1 zeigt eine schematische Zeichnung des schwingfähigen Elements, das im Profilklotz 3 eingebracht wird mit einer Induktivität 1, den Gürtellagen 2 und einer Kapazität 4.Figure 1 shows a schematic drawing of the oscillating element that is inserted in the profile block 3 with an inductance 1, the belt layers 2 and a capacitance 4.
Figur 2 zeigt als schematische Einzelheit den elektrischen Schwingkreis. Die Anfangskapazität des abzureibenden und im Schwingkreis eingebauten Kondensators beträgt hier exakt 1000 nF (NanaFarad). Diese hohe Kapazität ist nur mit einer Ausführung gemäß Anspruch 6 möglich. Die im Schwingkreis eingebaute Induktivität beträgt genau 10&mgr;&EEgr; (MikroHenry). Die unvermeidlichen Leitungswiderstände sind mit 1 Ohm angenommen.Figure 2 shows a schematic detail of the electrical oscillating circuit. The initial capacitance of the capacitor to be abraded and built into the oscillating circuit is exactly 1000 nF (nanaFarad). This high capacitance is only possible with a design according to claim 6. The inductance built into the oscillating circuit is exactly 10μ�EEgr; (microHenry). The unavoidable line resistances are assumed to be 1 Ohm.
R2 ist ein variabeler Nebenschlusswiderstand. Für den Fall R2 = 0 läge praktisch ein Plattenkurzschluss vor, für den Fall R 2 = Inf trockene Straße. Es wird im Folgenden angenommen, dass der Übergangswiderstand auf nasser Straße oberhalb von 10 Ohm liegt.R2 is a variable shunt resistance. If R2 = 0, there would practically be a plate short circuit, if R 2 = Inf, there would be a dry road. In the following, it is assumed that the contact resistance on wet roads is above 10 ohms.
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