DE69312949T2

DE69312949T2 - Reifenzustandsüberwachung

Info

Publication number: DE69312949T2
Application number: DE69312949T
Authority: DE
Inventors: John Bann; Andrew Bromley; Andrew Derbyshire; Vincent Okehampton Cresc Lynch; Byron Parry; Nicholas Rank; Alexander Watters
Original assignee: Otter Controls Ltd
Current assignee: Otter Controls Ltd
Priority date: 1992-09-24
Filing date: 1993-09-24
Publication date: 1998-03-05
Anticipated expiration: 2013-09-25
Also published as: GB2285867B; DE69312949D1; GB2285867A; EP0662050B1; EP0662050A1; ES2107681T3; CA2145174A1; NZ256087A; JPH08507735A; GB9505958D0; GB9220234D0; WO1994006640A1; AU680428B2; AU4828893A

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Überwachen des Zustands einer oder mehrerer Reifen an einem Fahrzeug.
Die Sicherheit eines Fahrzeugs hängt in großem Ausmaß vom Zustand seiner Reifen ab, und tatsächlich zeigte die Forschung, dass an einem wesentlichen Anteil von Verkehrsunfällen Fahrzeuge mit Reifen in schlechtem Zustand beteiligt sind. Zusätzlich zur offensichtlichen Gefahr in Zusammenhang mit einem katastrophalen Fehler (Platzen eines Reifens), während das Fahrzeug fährt, existieren andere, weniger offensichtliche Nachteile in Zusammenhang mit schlecht gewarteten Reifen. Zum Beispiel führen Reifen, die bis auf wenig unter ihrem spezifizierten Arbeitsdruck aufgepumpt sind, zu einer Zunahme der Betriebskosten des Fahrzeugs durch eine Erhöhung des Rollwiderstands, was den Kraftstoffverbrauchs des Fahrzeugs erhöht. Reifen, die geringfügig zu wenig aufgepumpt sind, nutzen auch ungleichmäßig und damit schneller als korrekt aufgepumpte Reifen ab. Zu wenig aufgepumpte Reifen sind anfälliger für Beschädigung, und sie können die Handhabung des Fahrzeugs beeinflussen. Reifen, die auf ein Niveau deutlich unter ihrem spezifizierten Arbeitsdruck aufgepumpt sind, neigen ferner zu internen Schäden, z. B. hervorgerufen durch hohe, intern erzeugte Temperaturen. Interne Schäden können selbst dann zu einem späteren Ausfall führen, nachdem der Reifen korrekt aufgepumpt wurde.
In der Vergangenheit herrschte großes Interesse an der Überwachung von Reifen, und einige Beispiele jüngerer Vorschläge sind in den folgenden Dokumenten offenbart: US-A-4,703,650, US-A-4,737,761, US-A-4,823,107, US-A-4,837,553, US-A- 4,843,872, US-A-4,893,110, US-A-5,029,468 und US-A-5,054,315
Ein Hauptproblem beim Überwachen des Reifenzustands ist es, dass Reifen in einer erschwerenden Umgebung verwendet werden. Es existiert begrenzter Raum zwischen dem Reifen und dem Rad sowie zwischen dem Rad und der Achse, auf der es montiert ist, und die in einem drehenden Rad erzeugten Zentrifugalkräfte sind extrem groß. Ferner überdeckt die Umgebungstemperatur einen großen Bereich und kann selbst innerhalb eines korrekt gewarteten Reifens auf relativ hohe Werte ansteigen. Das Rad und andere Teile in seiner unmittelbaren Nähe unterliegen der Straße und dem Wetter, weswegen Korrosion ebenfalls ein Problem darstellen kann. Darüber hinaus existieren, da sich das Rad im Gebrauch dreht, Schwierigkeiten beim Entnehmen von Signalen von Sensoren im Rad zur Verarbeitung und Auswertung, und in der Praxis verwendet eine deutliche Mehrzahl von Reifensensoren eine Signalübertragung, die sich nicht auf eine Leitungsverbindung zwischen dem Sensor und der Einheit stützt, in der das Signal verarbeitet und analysiert wird.
Ein System zum Überwachen des Reifenzustands sollte eine Angabe zumindeste einiger der folgenden Zustände liefern: niedriger Druck; hoher Druck; hohe Temperatur; katastrophaler Ausfall; und Systemausfall. Das System sollte eine Angabe des Zustands und des Reifens, in dem er vorliegt, liefern.
Ein einfaches Reifendruck-Überwachungssystem ist im Dokument US-A-4,814,745 offenbart, das unter dem Namen "TireMate" vermarktet wird. Das System "TireMate" umfasst eine Überwachungseinheit mit einer Anzeigehilfe, die im Fahrgastraum eines Fahrzeugs unterbringbar ist. Die Einheit sorgt für eine optische Anzeige eines fehlerhaften Reifens, zusammen mit einem akustischen Alarm, wenn der Reifendruck unter einen vorbestimmten Wert fällt. Drucksensoren sind am Ventilschaft jedes Rads angebracht, um den Druck im Reifen kontinuierlich zu überwachen. Jeder Sensor umfasst einen Funksender, der ein druckbezogenes Signal zur Überwachungseinheit überträgt. Die Sensoren werden durch eine austauschbare Batterie betrieben.
Weitere Beispiele bisheriger Arbeiten auf diesem Gebiet sind in "Experience with a Tyre Monitoring System" von D.J. Myatt, I.Mech.E., 1989, C391/026, "Automotive Tyre Pressure Sensing" von J.D. Turner und USITT NEWS - Newsletter of the University of Southampton Institute of Transducer Technobgy, Vol 6, No. 1, Februar 1992 (ISSN 0964-850X).
Auch wurde während der Prüfung dieser Anmeldung durch die Behörde zur internationalen vorläufigen Prüfung das Dokument WO 92/14 620 genannt. Diese Zitatstelle beschreibt eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Reifenüberwachung, bei denen die Frequenz, mit der Signale vom Sensor abgetastet werden, abhängig von Änderungen des Werts der Signale zwischen Abtastvorgängen variiert wird. Daten werden mit ersten - regelmäßigen Zeitintervallen übertragen, wenn die Signale - einem ersten Satz von Bedingungen genügen, und sie werden mit zweiten regelmäßigen Zeitintervallen übertragen, wenn die Signale einem zweiten Satz von Bedingungen genügen.
Die Erfindung zielt darauf ab, ein verbessertes Verfahren und eine Vorrichtung zum Überwachen des Zustands einer oder mehrerer Reifen an einem Fahrzeug zu schaffen.
Gemäß einer Erscheinungsform der Erfindung ist eine Vorrichtung zur Überwachung des Zustands eines oder mehrerer Reifen an einem Fahrzeug geschaffen, mit einer Erfassungseinheit für jeden der zu überwachenden Reifen, die einen Sensor zur Ausgabe eines Signals, das mindestens einen den Reifenzustand betreffenden erfassten Parameter darstellt, einen Überträger zur Übertragung von Daten, die den erfassten Parameter darstellen, zu mit Abstand voneinander angeordneten Zeitintervallen und einer Zeitgeberschaltung, um Zeitspannen zwischen den genannten Zeitintervallen festzulegen und in diesen Zeitspannen die Erfassungseinheit in einen Bereitschaftsmodus zu setzen, aufweist, gekennzeichnet durch eine Einrichtung zur Überwachung des Signals von dem Sensor, um zu bestimmen, ob die Daten übertragen werden sollen.
Gemäß einer anderen Erscheinungsform der Erfindung ist ein Verfahren zur Überwachung des Zustands eines an einem Fahrzeug montierten Reifens mit folgendem geschaffen: dem Erfassen eines den Reifenzustand betreffenden Parameters, dem Ausgeben eines den erfassten Parameter darstellenden Signals, dem Erzeugen von Daten, die den erfassten Parameter darstellen, zur Übertragung zu mit Abstand voneinander angeordneten Zeitintervallen und mit dem Festlegen von Zeitspannen zwischen den mit Abstand angeordneten Zeitintervallen für die Übertragung von Daten, gekennzeichnet durch das Überwachen des Signals von dem Sensor, um zu bestimmen, ob die Daten übertragen werden sollen.
Die Erfindung schafft auch eine Erfassungsvorrichtung zur Erfassung des Zustands eines an einem Fahrzeug verwendeten Reifens, mit einem Sensor zur Lieferung eines den Reifenzustand darstellenden Signals, einer Signalverarbeitungsschaltung zur Aufbereitung des Signals von dem Sensor für eine Übertragung, und einer Stromversorgung, um die Signalverarbeitungsschaltung zu vorbestimmten Intervallen für die Übertragung des verarbeiteten Signals zu betreiben, gekennzeichnet durch eine Überwachungseinrichtung zur Überwachung des Signals von dem Sensor im Hinblick auf eine Änderung des dadurch erfassten Reifenzustands, und dadurch, dass die Stromversorgung eingerichtet ist, die Signalverarbeitungsschaltung in Reaktion darauf, dass die Überwachungseinrichtung eine vorbestimmte Änderung des Reifenzustands erfasst, für die Übertragung zu betreiben.
Ferner schafft die Erfindung einen Messgrößenwandler zur Überwachung des Zustands eines Reifens, mit einer Erfassungseinrichtung zur Erfassung mindestens eines den Reifenzustand darstellenden Parameters, einer Codeerzeugungseinrichtung zur Erzeugung eines vorgewählten Codes, einer Schwingungseinrichtung, die zur Erzeugung eines mit einer Frequenz, die sich auf den Wert des erfassten Signals auf die Erfassungseinrichtung anspricht, wobei die Codeerzeugungseinrichtung und die Schwingungseinrichtung so zusammenarbeiten, dass der vorgewählte Code über eine Zeitspanne erzeugt wird, die den Wert des erfassten Parameters darstellt, und mit einer zeitgesteuerten Stromversorgung, die eingerichtet ist, die COdeerzeugungseinrichtung und die Schwingungseinrichtung so zu betreiben, dass der Code lediglich von Zeit zu Zeit erzeugt wird, gekennzeichnet durch eine Überwachungseinrichtung zur fortlaufenden Überwachung der Erfassungseinrichtung und zur vorrangigen Ansteuerung der Stromversorgung, so dass die Codeerzeugungseinrichtung und die Schwingungseinrichtung mit Strom versorgt werden, wenn von der Erfassungseinrichtung ein vorbestimmter Zustand erfasst wird.
Die Erfindung schafft auch einen Messgrößenwandler zur Überwachung des Zustands eines Reifens, mit einer Erfassungseinrichtung zur Erfassung mindestens eines den Zustand des Reifens darstellenden Parameters, einer Umwandlungseinrichtung zur Umwandlung des erfassten Parameters in digitale Daten, die diesen darstellen, einer Codiereinrichtung zur Codierung der digitalen Daten für, eine Übertragung, und einer Zeitgebereinrichtung, um mit Abstand angeordnete Zeitintervalle festzulegen, in denen der Parameter erfasst und die Daten zur Übertragung codiert werden, und um zu bewirken, dass während Zeitspannen zwischen den genannten mit Abstand angeordneten Zeitintervallen Strom von der Umwandlungseinrichtung und der Codiereinrichtung weggenommen wird, gekennzeichnet durch eine Überwachungseinrichtung, um die digitalen Daten zu überwachen und zu bestimmen, ob die Daten übertragen werden sollen.
Die obigen und andere Merkmale der Erfindung werden speziell in den beigefügten Ansprüchen dargelegt, und sie werden, zusammen mit zugehörigen Vorteilen, unter Berücksichtigung der folgenden detaillierten Beschreibung einer beispielhaften Ausführungsform der Erfindung deutlicher, die unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen erfolgt.
In den Zeichnungen ist folgendes dargestellt.
Fig. 1 ist ein schematisches Diagramm der Funktionseinheiten einer Schaltung zum Erfassen des Reifenzustands;
Fig. 2 zeigt Signalverläufe, wie sie in der Erfassungsschaltung von Fig. 1 erzeugt werden;
Fig. 3 zeigt einen Signalverlauf, wie er von der Erfassungsschaltung von Fig. 1 übertragen wird;
Fig. 4 zeigt Signalverläufe, wie sie von vier an einem Fahrzeug angebrachten Sensoren übertragen werden;
Fig. 5 ist ein schematische Diagramm der Funktionseinheiten eines Signalverarbeitungs- und -auswertungssystems;
Fig. 6 ist eine schematische, perspektivische Ansicht eines Reifenventils, das so ausgebildet ist, das es die Schaltung von Fig. 1 enthält;
Fig. 7 ist eine Schnittansicht des Ventils in Fig. 6;
Fig. 8 zeigt die Charakteristik einer Empfangsantenne;
Fig. 9 ist ein schematisches Diagramm, das eine Modifizierung der Schaltung von Fig. 1 zeigt; und
Fig. 10 ist ein schematisches Diagramm der Funktionseinheiten einer alternativen Schaltung zum Erfassen des Reifenzustands.
Es wird nun auf Fig. 1 der beigefügten Zeichnungen Bezug genommen, gemäß der eine Schaltung oder Einheit 1 zum Erfassen des Reifenzustands einen Sensor 2 zum Erfassen des Drucks und der Temperatur und zum Ausgeben jeweiliger Signale mit einer dafür repräsentativen Spannung umfasst. Im Gebrauch ist die Erfassungsschaltung 1 an einem Reifen angebracht, wie dies nachfolgend detaillierter beschrieben wird. Die Signale vom Sensor 2 werden über eine Auswähleinrichtung 3, die das eine oder andere der Signale, wie nachfolgend detaillierter beschrieben, auswählt, an einen spannungsgesteuerten Oszillator VCO 4 gegeben. Das Ausgangssignal des VCO 4 ist eine Reihe von Impulsen, von denen jeder eine Breite aufweist, die proportional zur am Eingang angelegten Spannung ist. So ist die Breite der vom VCO 4 ausgegebenen Impulse proportional zum Druck oder der Temperatur des Reifens, wie vom Sensor 2 erfasst. Das Impulsausgangssignal des VCO 4 wird in einen Codegenerator 5 eingegeben und sorgt dafür, dass dieser eine Reihe von Impulsen abstoppt, die einen vordefinierten Code repräsentieren.
Fig. 2 der beigefügten Zeichnungen zeigt (a) ein stilisiertes Signal 6, das das Ausgangssignal des VCO repräsentiert, und (b) ein stilisiertes Signal 7, das das Ausgangssignal des Codegenerators 5 repräsentiert. Das vom VCO 4 ausgegebene Signal 6 hat eine Zykluszeit t, die proportional zur an den VCO angelegten Spannung ist, wobei diese Spannung ihrerseits proportional zum Druck oder zur Temperatur, wie vom Sensor 2 erfasst, ist. Normalerweise bleibt der Druck oder die Temperatur in einem Reifen konstant; so wechselt z. B. ein Reifen in Gebrauch von einem Ruhezustand auf einen normalen Betriebszusta.nd. Demgemäß bleibt die Zykluszeit t des vom VCO 4 ausgegebenen Signals 6 über mehrere Zyklen im wesentlichen konstant.
Der vom Codegenerator erzeugte Code hat eine vorbestimmte, feste Anzahl von Bits, z. B. 18 Bits. Der Code wird im Signal 7 durch eine. beliebige der vielen geltenden Codiertechniken transportiert, z. B. mittels Manchester-, Rückkehr- auf-null(RTZ = return-to-zero)- oder Nichtrückkehr-auf-null- mit-Invertierung(NRTZI = non-return-to-zero-invert)-Codierung, und im allgemeinen wird jedes Bit des Codes in einer einzelnen Zykluszeit t im VCO-Ausgangssignal 6 ausgegeben. Da die Zykluszeit t proportional zum Druck oder zur Temperatur, wie vom Sensor 2 erfasst, ist, ergibt sich, dass die Zeit t, die dazu verwendet wird, den Code im Signal 7 auszugeben, ebenfalls proportional zur erfassten Temperatur oder zum Druck ist. So enthält das Signal 7 Information, die die Erfassungsschaltung 1 kennzeichnet (d.h. den Code) und die die erfasste Temperatur oder den Druck repräsentiert (d.h. die Dauer der Periode t, die zum Ausgeben des Codes verwendet wurde).
Es wird zur Fig. 1 der Zeichnungen zurückgekehrt, gemäß der die Erfassungsschaltung 1 ferner einen Wandler 8 mit akustischen Oberflächenwellen.(SAW = surface acoustic wave) zum Übertragen des codierten Signals 7 als Funksignal über eine Antenne 9 aufweist. Vom Übertrager 8 kann jede beliebige bekannte Technik dazu verwendet werden, das Signal 7 zur Übertragung über die Antenne 9 auf eine Funkträgerwelle zu modulieren. Für diese Aufgabe ist Frequenzmodulation (FM) in Form einer Freguenzumtastung (FSK = frequency shift keying) zum Repräsentieren des Binärcodes des Signals 7 gut geeignet. Das codierte Signal 7 vom Codegenerator 5 wird auch in zwei Zähler 10 und 11 eingegeben, die beide die Anzahl der Bits im Signal 7 zählen. Der Zähler 7 ist so ausgebildet, dass er erkennt, wenn alle 18 Bits des Codes vom Codegenerator 5 ausgegeben wurden, und daraufhin gibt dieser Zähler 10 ein Signal an die Auswähleinrichtung 3 aus. Anfangs verbindet die Auswähleinrichtung 3 das vom Sensor 2 ausgegebene Drucksignal mit dem VCO 4, und das Zeitintervall t des Signais 6 ist proportional zum vom Sensor 2 erfassten Druck. Wenn der Zähler 10 ein Signal ausgibt, trennt die Auswähleinrichtung 2 das Drucksignal ab und verbindet stattdessen das vom Sensor 2 ausgegebene Temperatursignal mit dem VCO 4. Danach wird der VCO 4 durch die Spannung des Temperatursignals angesteuert, und so repräsentiert das Zeitintervall t des VCO-Signals die erfasste Temperatur, wie dies für die Periode t des codierten Signals 7 gilt.
Wie es in Fig. 3 der beigefügten Zeichnungen dargestellt ist, besteht die Wirkung des Umschaltens durch die Auswähleinrichtung 3 zwischen dem von Sensor ausgegebenen Drucksignal und dem Temperatursignal darin, dafür zu sorgen, dass der Codegenerator 5 ein Signal 12 ausgibt, das zwei codierte Impulsbündel 13, 14 von Information enthält. Das erste Impulsbündel 13 dauert eine Periode Tp, d.h. eine Zeitperiode oder Zeitspanne, die mit dem erfassten Druck in Beziehung steht, und das zweite Impulsbündel 14 dauert eine Periode Tt, d.h. eine Zeitperiode, die mitder erfassten Temperatur in Beziehung steht. In beiden Impulsbündeln 13, 14 ist der Code derselbe, wobei es der im Codegenerator 5 vordefinierte ist. Die genaue Dauer der zwei Impulsbündel 13, 14 hängt selbstverständlich von den erfassten Werten der Temperatur und des Drucks ab, beträgt jedoch vorzugsweise ingesamt ungefähr 10 ms.
Der Zähler 11 ist so ausgebildet, dass er erkennt, wenn alle 18 Bits des Codes vom Codegenerator 5 doppelt ausgegeben wurden, einmal für den erfassten Druck und einmal für die erfasste Temperatur. Wenn der Code zweimal übertragen wurde, gibt der Zähler 11 ein Signal an eine Spannungsversorgung 15 aus.
Die Spannungsversorgung 15 umfasst eine kleine und leichte Batterie, z. B. eine Lithiumzelle, sowie eine Schaltungsanordnung (nicht dargestellt) zum Verbinden und Trennen der von der Batterie ausgegebenen Spannung mit bzw. von anderen Teilen der Schaltung 1. Eine der Spannungsversorgung 15 zugeordnete Zeitgeberschaltung 16 liefert an diese in regelmäßigen Zeitintervallen ein Freigabesignal, das dafür sorgt, dass von der Spannungsversorgung Spannung an die anderen Teile der Schaltung 1 ausgegeben wird. Die Zeitgeberschaltung 16 umfasst einen Zeitgeber vom Uhrzeittyp, der extrem genau ist und sehr wenig Energie benötigt. Die Spannungsversorgung 15 liefert kontinuierlich Spannung an die Zeitschaltung 16, jedoch existiert keine wesentliche Belastung hinsichtlich der Energie der Batterie, der der Energieverbrauch des Zeitgebers vom Uhrzeittyp so niedrig ist, dass er vernachlässigbar ist. Der Zeitgeber wird auf die übliche Weise durch einen Quarz 17 gesteuert.
Die Zeitgeberschaltung 16, dient in Kombination mit dem Doppellängenzähler dazu, dass die Schaltung 1 von der Spannungsversorgung 15 nur für eine kurze Zeitperiode betrieben wird, die dazu erforderlich ist, den Zustand des Reifens zu erfassen, an dem die Einheit angebracht ist, und die Information über die Antenne 9 zu übertragen. Die Zeitgeberschaltung 16 veranlasst, dass die Schaltung 1 in Betrieb gesetzt wird, und der Doppellängenzähler 11 veranlasst, dass die Einheit außer Betrieb gesetzt wird, wenn einmal Information zum Reifenzustand übertragen ist.
Wie es in Fig. 4 der beigefügten Zeichnungen dargestellt ist, werden die Impulsbündel 13, 14 mit regelmäßigen Intervallen von der Schaltung 1 übertragen. Das Intervall zwischen Impulsbündeln kann selbstverstndlich auf jede geeignete Periode eingestellt werden, jedoch hat sich eine Periode von 240 Sekunden (4 Minuten) als ausreichend häufig bei normalen Arbeitsbedingungen. erwiesen, um für eine vollständige Angabe des Zustands eines Autoreifens zu sorgen.
Bei dieser Übertragungsrate ist der Energieverbrauch der Schaltung ausreichend niedrig dafür, dass sich eine erwartete Batterielebensdauer von einigen Jahren ergibt, was deutlich über der mittleren Lebensdauer der meisten Reifen liegt, die sich in üblichem, täglichem Gebrauch befinden. Die Schaltung kann daher gleichzeitig mit dem Austauschens eines Reifens an einem Rad angebracht werden, und sie kann dann vergessen werden, bis der Reifen erneut gewechselt wird.
Es wird erneut auf Fig. 1 der beigefügten Zeichnungen Bezug genommen, gemäß der die Schaltung 1 ferner. eine Überwachungsschaltung 18 und eine Vorrangschaltung 19 umfasst. Die Überwachüngsschaltung 18 empfängt Signale unmittelbar vom Sensor 2, und sie überwacht diese Signale auf jede plötzliche Änderung im Reifenzustand hin. Es ist nicht unüblich, dass eine ausgeprägte Änderung des Zustands eines Reifens, z. B. ein schneller Temperaturanstieg, kurz bevor einem katastrophalen Ausfall des Reifens auftritt. Anders gesagt, ist es möglich, ein Platzen zu erkennen, bevor dies erfolgt, und den Fahrer zu warnen, damit er eine geeignet Maßnahme ergreifen kann, um sich selbst und das Fahrzeug zu schützen.
Wenn die Überwachungsschaltung 18 einen plötzlichen Temperaturanstieg, einen Druckabfall oder eine Kombination dieser beiden Fälle erkennt, gibt sie ein Signal an die Vorrangschaltung 19 aus. Die Vorrangschaltung 19 veranlasst ihrerseits die Spannungsversorgung 15 dazu, die Schaltung 1 zu betreiben, damit Druck- und Temperaturinformation vom Übertrager 8 unmittelbar dann übertragen wird, wenn im Reifen ein unzufriedenstellender Zustand erkannt wird. So dient die Überwachungsschaltung 18 als Vorranggeber in Notfällen, die dafür sorgt, dass die Einheit unmittelbar in Betrieb gesetzt wird, ohne dass bis zu vier Minuten darauf zu warten ist, dass der Zeitgeber 16 die Spannungsversorgung in Betrieb setzt, wenn ein möglicherweise gefährlicher Reifenzustand auftritt.
In der Praxis wird für jeden Fahrzeugreifen eine gesonderte Sensoreinheit 1 verwendet. Fig. 4 zeigt Signale 20 bis 23, wie sie von vier gesonderten Sensoreinheiten übertragen werden, für die zu Zwecken der Erläuterung angenommen ist, dass die an den Rädern eines vierräderigen Fahrzeugs wie eines Autos befestigt sind. Jede Einheit wird von ihrer eigenen Spannungsversorgung und Steuerungsschaltung unabhängig mit Spannung versorgt und gesteuert. Bei der Herstellung oder Installation der Einheiten werden die jeweiligen Zeitgeber so eingestellt, dass eine Einheit ihre Informations-Impulsbündel ungefähr 60 Sekunden (eine Minute), nachdem die vorige Einheit ihre Impulsbündel übertragen hat.
Um die Identifikation der verschiedenen Einheiten und der Räder, an denen sie angebracht sind, zu erleichtern, ist jede Einheit so ausgebildet, dass sie über ihr eigenes eindeutiges Codesignal 7 verfügt, das in den zwei Impulsbündeln 13, 14 ihres Signals 20 bis 23 übertragen wird. Außerdem, oder alternativ, kann die Reihenfolge, mit der die Datenimpulsbündeln in den Signalen 20 bis 23 übertragen werden, mit der Position der Einheiten am Fahrzeug in Beziehung stehen. Zum Beispiel kann die Einheit am Vorderrad auf der Fahrerseite als erste übertragen, gefolgt von der Fahrerseite hinten, der Beifahrerseite vorne und der Beifahrerseite hinten, und dann erneut wieder ab dem Vorderrad auf der Fahrerseite.
Durch die angebrachten Einheiten 1 übertragene Signale werden durch ein Verarbeitungs- und Auswertungssystem 24 empfangen, wie schematisch in Fig. 5 der beigefügten Zeichnungen veranschaulicht. Gemäß Fig. 5 umfasst das System 24 eine Empfangsantenne 25, die von einer Einheit oder Einheiten 1 übertragene HF-Signale empfängt und das Signal zu den Modulationszwecken an einen HF-Empfänger 26 weitergibt. Der Empfänger 26 gibt ein Signal aus, das dem Signal 12 in Fig. 3 der Zeichnungen entspricht und das vom Codegenerator 5 in der Einheit 1 erzeugt wird. So enthält das Signal vom Empfänger 26 Information betreffend die Identität der Einheit (den Code), den erfassten Druck (Tp) und die erfasste Temperatur (Tt), und diese Information wird durch eine Datendecodierschaltung 27 aus dem Signal entnommen.
Der Druck, die Temperatur und die Identitätsinformation wird durch eine Verarbeitungseinheit 28 auf Änderungen, Trends und andere nützliche Hinweise zum Zustand der Reifen des Fahrzeugs ausgewertet. Eine Anzeige 29 und eine akustische Warnvorrichtung 30, z. B. ein Lautsprecher, werden durch die Verarbeitungseinheit 28 angesteuert, um einen optischen Hinweis auf den Zustand der Fahrzeugreifen und eine akustische/optische Warnung hinsichtlich eines gefährlichen Zustands auszugeben.
Die Fig. 6 und 7 der beigefügten Zeichnungen zeigen schematische perspektivische und geschnittene Ansichten eines Ventils 32, das so ausgebildet ist, dass es die Einheit 1 aufnimmt. An der Hinterseite des Ventils 32 ist ein Gehäuse 33 angebracht, das den Sensor 2, eine Lithiumzelle 34 und die gesamte andere Schaltungsanordnung der Einheit 1 in Form einer oder mehrerer spezifischer integrierter Schaltungen 35 enthält. Die Antenne 9 des Übertragers besteht aus einem Stück Draht, das um die Außenseite des Gehäuses 33 gewickelt oder in dessen Innerem untergebracht ist.
Der Sensor 2 kann eine beliebige geeignete Vorrichtung sein, die dazu in der Lage ist, sowohl die Temperatur als auch den Druck in der relativ feindseligen Umgebung innerhalb eines Reifens zu messen. In der Vergangenheit wurden zum Messen des Drucks in einem Reifen Differenzdrucksensoren verwendet. Derartige Sensoren stützen sich auf den Luftdruck, wie er auf eine Seite des Sensors einwirkt, während die andere Seite des Sensors zur Atmosphäre hin offen ist. Bei der Verwendung eines Differenzsensors besteht ein Problem dahingehend, dass dann, wenn der Sensor ausfällt, ein entsprechender Luftverlust des Reifens auftritt, da der Sensor die Sperre zwischen der Luft innerhalb dem Reifen und der Atmosphäre bildet. Dieses Problem wird dadurch vermieden, dass ein Absolutdrucksensor verwendet wird, der ein für den Druck repräsentatives Signal liefern kann, ohne dass ein Vergleich mit einem Bezugsdruck erforderlich ist. Daher ist der Sensor 2 vorzugsweise ein piezoresistiver Sensor, der sowohl druckals auch temperatur-bezogene Signale liefert, ohne eine Bezugsnahme auf die Atmosphäre zu benötigen. Ascom Microelectronics in der Schweiz stellt einen geeigneten Sensor her. Die Temperatur kann auch oder alternativ mittels eines Thermistors von z. B. einem normalen Widerstand von 100 kX bei 25 ºC erfasst werden.
Die Verwendung eines derartigen Sensor vereinfacht den Aufbau der Einheit, da das Gehäuse 33 an einem handelsüblichen Standardventil montiert werden kann, ohne dass zunächst das Ventil umfangreich zu modifizieren ist, so dass das Ventil in einen sicheren Zustand verfällt (d.h., dass es schließt), wenn der Sensor ausfällt.
Das Gehäuse bildet lediglich einen nicht beschränkenden Pfad zwischen dem Ventil und dem Inneren des Reifens. Alternativ kann die Schaltung 1 in einem Gehäuse (nicht dargestellt) vorhanden sein, das so ausgebildet ist, dass es durch jede beliebige geeignete Befestigungsvorrichtung, wie ein Band, das sich um die Innenseite des Rads erstreckt, im Radbett befestigt werden kann.
Es sind verschiedene Sensoren erforderlich, um verschiedenen Fahrzeugen zu genügen, da die Betriebsbedingungen von Reifen deutlich zwischen verschiedenen Fahrzeugtypen variieren. Zum Beispiel beträgt der Druck in den Reifen der meisten Straßenfahrzeuge weniger als 50 psi und die Betriebstemperatur steigt normalerweise nicht über ungefähr 85 ºC an. Der Druck in Straßentransportfahrzeugen und anderen Industriefahrzeugen kann den hohen Wert von 150 psi einnehmen. Diese beiden Betriebsdruckbedingungen liegen gut innerhalb der Fähigkeiten handelsüblicher Komponenten. Jedoch kann dasselbe nicht von Sensoren zur Verwendung bei Reifen gesagt werden, die bei extremen Temperaturen arbeiten. Am einen Ende des Temperaturbereichs befinden sich Fahrzeuge, die bei arktischen Bedingungen arbeiten, wo die Betriebstemperatur der Reifen nicht über -40 ºC ansteigt. Am anderen Ende befinden sich hoch-leistungsfähige Fahrzeuge wie Rennwagen, wo Reifen bei Temperaturen bis zu 150 ºC arbeiten. Wenn es wahrscheinlich ist, dass sich im normalen Gebrauch Temperaturextreme ergeben, sollten selbstverständlich geeignet stabile Sensoren und Schaltungsanordnungen verwendet werden.
Die Hochfrequenz, mit der die Daten übertragen werden, hängt von zwei Faktoren ab. Erstens muss das Funksignal außerhalb des Reifens empfangen werden können - es ist nutzlos, wenn das Signal zwischen dem Rad und dem Reifen eingesperrt bleibt. Zweitens werden Funkübertragungen in vielen Ländern durch die Verwaltung geregelt, was den Bereich verfügbarer Frequenzen begrenzt. Eine Übertragungsfrequenz im Bereich von 418 MHz ist gut dazu geeignet, durch einen Radialreifen auf einem Stahlrad hindurchzudringen und sich auszubreiten, und dies ist, zumindest im Vereinigten Königreich, eine Frequenz, die benutzt werden kann. Ein anderer Faktor, der die Übertragungsfähigkeit beeinflusst, ist die Übertragungsleistung. Im Vereinigten Königreich beträgt die maximal zulässige Leistung für diese Gebrauchsart 250 mW, jedoch ist dies wegen der kleinen betroffenen Distanzen viel mehr als tatsächlich erforderlich ist.
Von der Antenne 9 übertragene Signale sind zirkular polarisiert, da der die Antenne bildende Kreis um das Gehäuse 23 oder in diesem aufgewickelt ist. Dies trägt dazu bei, Störungen von anderen Quellen zu verringern. Die Empfangsantenne 25 muss selbstverständlich dazu in der Lage sein, zirkular polarisierte Signale zu empfangen, jedoch besteht ansonsten keine Beschränkung hinsichtlich der Form oder der Position der Empfangsantenne. Tatsächlich könnte die Empfangsantenne einen Teil des Verdrahtungsschlauchs des Fahrzeugs umfassen, mit einer Isolierung von anderen Teilen des Schlauchs durch Leiter in Reihe im Schlauch. Um die Empfindlichkeit zu erhöhen und um dadurch die Erfordernisse betreffend die Übertragungsleistung der Einheit 1 zu verringern, kann die Empfangsantenne mit Richtwirkung ausgebildet sein, wie es in Fig. 8 der beigefügten Zeichnungen dargestellt ist. Wie hier dargestellt, sind die Eigenschaften der Empfangsantennen dergestalt, dass für jedes der Fahrzeugräder 40 - 43 eine Keule 36 - 39 hoher Verstärkung existiert. Das Design und die Konstruktion von Antennen mit derartigen Eigenschaften sind für sich wohlbekannt und erfordern hier keine weitere Erläuterung.
Der Übertrager 8 kann ein beliebiger von wohlbekannten Hochfrequenzübertragern sein, wie sie leicht verfügbar sind. Zum Beispiel kann der SAW-Resonator durch einen koaxialen Keramikresonator ersetzt werden. Alternativkann der Übertrager 8 durch eine Variation der Schaltung realisiert sein, wie in Fig. 9 der Zeichnungen dargestellt. Gemäß Fig. 9 ist der VCO 4 so modifiziert, dass er doppelt so schnell schwingt, wie bei der Anordnung gemäß Fig. 1. Das Ausgangssignal des VCO 4 wird einer durch zwei teilenden Einheit 44 und einem Gate eines Doppelgate-MOSFET 45 zugeführt. Das durch zwei geteilte Ausgangssignal steuert den Codegenerator 5 mit derselben Rate wie zuvor an, und zusätzlich zu.den Verbindungen zu den zwei Zählern 10, 11 (siehe Fig. 1) ist der Ausgang des Codegenerators mit dem anderen Gate des MOSFET 45 verbunden. Der VCO 4 erzeugt so einen HF-Träger, der mit dem Ausgangssignal des Codegenerators 5 aufsummiert (amplitudenmoduliert) ist, und das so erzeugte Signal wird vom MOSFET 45 zur Übertragung über die Antenne 9 ausgegeben.
Steuerung durch eine Person, die die Einheit 1 installiert und/oder durch den Besitzer eines Fahrzeugs, an dem die Einheit angebracht ist, erfolgt durch eine Handeinheit (nicht dargestellt) und einen induktiven Sensor 46, der mit der Vorrangschaltung 19 verbunden ist, wie in Fig. 1 der Zeichnungen dargestellt. Die Handeinheit kann eine durch einen Oszillator betriebene Spule sein, die dafür sorgt, dass im Induktor 46 ein Strom induziert wird, wenn die Handeinheit nahe an den Induktor 46 gebrachtwird. Es können verschiedene Frequenzen ausgewählt werden, um die Vorrangschaltung dazu zu veranlassen, verschiedene Vorgänge zu realisieren. Während der Installation kann eine Stimulation des Induktors 46 dazu verwendet werden, die Vorrangschaltung 19 dazu zu veranlassen, den Zeitgeber 16 zurückzusetzen Auf diese Weise kann für jedes Rad der Abstand von 60 Sekunden zwischen den Übertragungen der Signalbündel (siehe Fig. 4) voreingestellt werden. Im täglichen Gebrauch veranlasst eine Stimulation des Induktors 46 die Vorrangschaltung 19, die Spannungsversorgung 15 in Betrieb zu setzen, um dadurch die weitere Schaltungsanordnung mit Energie zu versorgen und zu veranlassen, dass Druck- und Temperaturdaten übertragen werden.
Die von jeder Einheit 1 übertragene Information ist selbstverständlich für eine Interpretation auf mehrere verschiedene Arten offen, abhängig von den Betriebseigenschaften des Fahrzeugs, in dem das System verwendet wird, und von den Erfordernissen des Benutzers. Zum Beispiel kann es erforderlich sein, dass das System eine der folgenden Funktionen ausübt. Da die Einheit 1 intern mit Energie. versorgt wird, überträgt sie kontinuierlich Information mit Intervallen von vier Minuten betreffend den Zustand des zugehörigen Reifens. Das Auswertungssystem 24 sollte dazu in der Lage sein, dies zu nutzen, und es sollte daher dazu in der Lage sein, Information immer zu empfangen und auszuwerten, wenn solche übertragen wird. Auf diese Weise zeigt das System, wenn das Fahrzeug eingeschaltet wird (z. B. erstmals am Morgen) einen aktuellen Hinweis zum Zustand der Reifen an, bevor das Fahrzeug verwendet wird. Wenn der Druck in einem Reifen unter einem vorbestimmten Niveau liegt, wird der Benutzer vor dem Fahren des Fahrzeugs gewarnt, was es ihm ermöglicht, vor dem Beginn einer Reise eine geeignete Maßnahme zu ergreifen.
Die Informationsanzeige kann ein einfaches Hinweissystem sein, z. B. eine Lichtemissionsdiode für jeden Reifen, die für eine Leuchtwarnung sorgt, wenn der Druck in einem Reifen unter einen Pegel fällt, wie er während der Installation im Prozessor 28 voreingestellt wurde. Bei einem ausgeklügelteren System kann eine Zahlenanzeige dazu verwendet werden, eine Zahlenangabe zum erfassten Druck und/oder der Temperatur in einem ausgewählten Reifen oder der Reihe nach in jedem Reifen zu liefern. Bei einem ausgeklügelten System könnte die oben erörterte Handsteuerung dazu verwendet werden, den Zeitgeber in einer Einheit zu übergehen, während ein Reifen aufgepumpt wird, damit Druckinformation kontinuierlich zur zugehörigen Zahlenanzeige übertragen wird. Auf diese Weise würde das System als Druckmesseinrichtung wirken, um dadurch Fehler zu beseitigen, wie sie unter Verwendung anderer Messeinrichtungen mit unbekannter Genauigkeit hervorgerufen werden, wie durch Messeinrichtungen in Garagenvorplätzen, die bekanntlich ungenau sind. Es könnte ein akustischer Hinweis ausgegeben werden, wenn der Druck einmal den korrekten Pegel erreicht hat.
Wenn Erfassungseinheiten 1 und ein Auswertungssystem 24 das erste Mal in einem Fahrzeug installiert werden, fehlt es dem System 24 an erforderlicher Information dafür, dass es dazu in der Lage ist, die Übertragungen von einer Einheit von denjenigen von anderen zu unterscheiden. Der Prozessor 28 muss mit der erforderlichen Information versehen werden und zu diesem Zweck umfasst das Auswertungssystem eine Tastatur 24. Das System 24 kann mittels der Tastatur 47 in einen Initialisierungsmodus versetzt werden, damit die installierende Person das System an das Fahrzeug anpassen kann, in das es eingebaut wird. Dem Initialisierungsmodus kann die Empfindlichkeit des Empfängers 26 auf ein Niveau eingestellt werden, auf dem es unwahrscheinlich ist, dass Übertragungen von anderen Quellen mit denen von am Fahrzeug angebrachten Einheiten wechseiwirken. Dann wird jede am Fahrzeug angebrachte Einheit mittels der oben erörterten Handeinheit mit vorbestimmter Reihenfolge aktiviert, wobei der Prozessor 28 den Code jedesmal dann aufzeichnet, wenn durch ihn eine Übertragung empfangen wird. Alternativ kann jede Einheit mit einem Hinweis auf ihren Code an die installierende Person geliefert werden und der Code jeder Einheit kann von Hand mittels der Tastatur 47 eingegeben werden. Es wird ein ähnlicher Ablauf verwendet, wenn eine Sensoreinheit in einem Rad ausgetauscht wird oder wenn Räder an neue Positionen am Fahrzeug bewegt werden.
Während der Installation wird jede Einheit so voreingestellt, dass sie Information zu vorbestimmten Zeitpunkten bezogen auf andere Einheiten überträgt. Jede Einheit 1 ist unabhängig, und während Zeitgeber vom Uhrentyp hochgenau sind, kann die zeitliche Lage der Übertragungsvorgänge, wie zwischen einer Einheit und der nächsten, über eine lange Zeitspanne driften. Die Übertragungs-Signalbündel von jeder Einheit sind so kurz, dass es unwahrscheinlich ist, dass eine Übertragungsdrift zu Wechselwirkungen zwischen Einheiten führt. Dennoch kann der Prozessor 28 eine zeitbezogene Drift dadurch meistern, dass er relative Driftraten aufzeichnet, damit er zu jedem beliebigen Zeitpunkt Information dazu hat, welche Einheit die nächstsendende ist, und wann dies der Fall ist. Im unwahrscheinlichen Fall, dass wegen der Drift eine Kollision von übertragungen auftritt, ignoriert der Prozessor eintreffende Daten, bis die Kollision behoben ist, und er liefert auf der Anzeige 29 einen Hinweis, dass Daten wegen einer Kollision nicht berücksichtigt werden. Wenn die Kollision behoben ist, wird die normale Datenauswertung durch den Prozessor wiederaufgenommen.
Fig. 10 der beigefügten Zeichnungen zeigt eine Erfassungsschaltung 10, wie sie alternativ in der Einheit zum Erfassen des Reifenzustands vorhanden sein kann. Zusätzlich zum Sensor 2, dem Übertrager 8, der Antenne 9 und der Spannungsversorgung 15, die den gleichbezifferten Einheiten in Fig. 1 entsprechen, umfasst die Schaltung eine integrierte Signalverarbeitungs- und Steuerungsschaltung 51, die Signale von einer Verstärkungseinheit 52 empfangt, mit der der Sensor verbunden ist.
Die integrierte Schaltung 51 ist die als PIC16LC71 bezeichnete, von Microchip hergestellte Schaltung. Diese Schaltung 51 umfasst eine Analog-Digital(A/D)-Umsetzereinheit 53 mit einem A/D-Umsetzer für das verstärkte Drucksignal und das verstärkte Temperatursignal, wie von jeweiligen Verstärkern in der Verstärkungseinheit 52 ausgegeben. Digitale Druckund Temperaturdaten von der Umsetzereinheit 53 werden zusammen mit digitalen Adressendaten von einem Adressenregister 55 in einen Codierer 54 eingegeben. Die Adressendaten werden voreingestellt, und sie umfassen eine Nummer, die dazu dient, die Erfassungseinheit zu identifizieren. Die Adressendaten dienen daher zu einem ähnlichen Zweck wie der durch den Codegenerator 5 in der in Fig. 1 der Zeichnungen dargestellten Schaltung erzeugte Code.
In den Codierer eingegebene Druck-, Temperatur- und Adressendaten werden dadurch in Vorbereitung zur Übertragung durch den Übertrager 8 codiert. Daten werden nur in einer Richtung übertragen, nämlich von der Erfassungseinheit zu einer entfernten Auswertungseinheit, und um sicherzustellen, dass während der Übertragung keine Information keine Information verlorengeht, werden zu den Druck-, Temperatur- und Adressendaten durch den Codierer Fehlerprüfbits hinzugefügt. Jede geeignete bekannte Fehlerprüfungs- und Codiertechnik, von denen viele existieren, kann verwendet werden, wobei jedoch Faltungscodes bevorzugt sind. Faltungscodes wie der sogenannte Hagelbargercode sind Paritätsprüfcodes, bei denen die Datenziffern mit Prüfziffern abwechseln. Diese Technik ist für diese Aufgabe gut geeignet, da sie mit der Absicht entwickelt wurde, Fehler in weit voneinander getrennten Datenimpulsbündeln zu behandeln. Da Fehlercodierung für sich bekannt ist und für die Erfindung nebensächlich ist, wird sie hier nicht detaillierter beschrieben.
Es sei darauf hingewiesen, dass es, da die Druck-, Temperatur-und Adressendaten digital codiert sind, nicht erforderlich ist, die Impulsbreite-Modulationstechniken der Schaltung gemäß Fig. 1 zu verwenden, um die Daten zu übertragen. Stattdessen können die codierten Daten zur Übertragung an einen entfernten Empfänger unmittelbar auf einen HF-Träger gegeben werden.
Codierte Daten vom Codierer 54 werden an einen Zeitgeber und Steuerungsprozessor 56 ausgegeben, wo sie ausgewertet werden, bevor sie an den Übertrager 8 ausgegeben werden. Der Zeitgeber- und Steuerungsprozessor 56 steuert den Betrieb des Systems durch das Bestimmen von Zeitpunkten, zu denen Ablesewerte für den Druck und die Temperatur vom Sensor 2 erfasst werden sollten. In manchen Fällen, z. B. während der Überwachung eines Reifens eines Rennwagens ist es erforderlich, kontinuierlich auch Änderungen des Drucks und der Temperatur zu überwachen. In einem solchen Fall würde die Schaltung 50 so eingestellt, dass Ablesewerte für die Temperatur und den Druck mit regelmäßigen Intervallen, z. B. alle 5 Sekunden, erfasst würden und die codierten Daten durch den Übertrager übertragen würden, sobald, und jedesmal wenn dieser verfügbar wird. Jedoch verbraucht eine derartige Einstellung viel Energie, da die Verstärkungseinheit 52, die Umsetzereinheit 53, der Codierer 54 und der Übertrager 8 relativ große Energiemengen für ihren Betrieb benötigen, was die Energie einer kleinen Spannungsquelle wie einer Lithiumzelle schnell erschöpft.
In den meisten Fällen ist es nicht erforderlich, Änderungen des Reifendrucks und der Temperatur kontinuierlich zu überwachen, und tatsächlich ist eine Periode von einigen Minuten zwischen Ablesungen annehmbar. In einem derartigen Fall ist es überflüssig, dem Sensor 2, der Verstärkungseinheit 52, der Umsetzereinheit 53 und dem Codierer 54 Energie zuzuführen, außer dann, wenn Ablesungen zur Übertragung vorgenommen werden. Die integrierte Schaltung 51 umfasst eine Ausgabeeinrichtung 57 für wahlfreies Auslesen, die so ausgebildet werden kann, dass sie die Umsetzereinheit 53 und den Codierer 54 über Leitungen (nicht dargestellt) innerhalb der integrierten Schaltung 51 in einen Bereitschaftsmodus versetzt. Eine auf die Ausgabeschaltung 58 für wahlfreies Auslesen reagierende Freigabeschaltung 58 ist ebenfalls vorhanden, um die Verstärkungsschaltung 52 und den Sensor 2 in einen Bereitschaftsmodus zu versetzen. Im Bereitschaftsmodus wird diesen Einheiten nur wenig oder keine Energie zugeführt, wodurch die Lebensdauer der Energiezelle beträchtlich verlängert wird. Energie wird dem Übertrager 8 kontinuierlich zugeführt, da der Energieverbrauch dieser Einheit niedrig ist, außer zu solchen Zeitpunkten, zu denen durch den Zeitgeber- und Steuerungsprozessor 56 eine Datenübertragung erzwungen wird.
Die Schaltung 50 verbleibt für eine durch den Zeitgeber- und Steuerungsprozessor 56 vorbestimmte Periode im Bereitschaftmodus, und am Ende der Periode veranlasst der Prozessor 56 die Ausgabeschaltung 57 für wahlfreies Auslesen, Freigabesignale an die Umsetzereinheit 53 und den Codierer 54 sowie die Freigabeeinheit 58 auszugeben, was bewirkt, dass diese den Sensor 2 und die Verstärkungseinheit 52 freigibt. Dann werden vom Sensor 2 Druck- und Temperaturablesewerte erfasst. Die codierten Druck-, Temperatur- und Adressendaten vom Codierer 54 werden durch den Prozessor 56 untersucht, bevor sie an den Übertrager ausgegeben werden. Der Prozessor 56 kann so aufgebaut sein, dass er auf mehrere verschiedene Arten auf die Daten reagiert. Wenn eine deutliche Änderung des gemessenen Drucks und/oder der Temperatur vorliegt, werden die codierten Daten zur Übertragung an den Übertrager 8 gegeben. Wenn die Änderung nicht nur wesentlich sondern auch groß ist, kann der Prozessor 56 so ausgebildet sein, dass er so reagiert, dass er die Zeit zwischen Übertragungen verringert. Wenn dagegen keine deutliche Änderung vorlag, kann der Prozessor 56 so ausgebildet sein, dass er so reagiert, dass er die Daten verwirft, so dass sie nicht zur Übertragung ausgegeben werden, und/oder er kann die Zeit zwischen Ablesewerten bis auf eine vorbestimmte Maximalperiode erhöhen, die einige Minuten betragen kann. Die genaue Weise, gemäß der der Prozessor 56 auf die Daten reagiert, ist ein spezielles Realisierungsdetail für eine vorgegebene Anwendung. Derartige Details liegen innerhalb des Kenntnisumfangs der Fachleute und werden daher hier nicht weiter erörtert.
Die integrierte Schaltung 51 umfasst sogenannte Watchdogschaltungen (nicht dargestellt), die dazu vorhanden sind, die integrierte Schaltung zurückzusetzen, falls während der Ausführung einer Routine durch dieselbe ein Fehler auftreten sollte. Ein Merkmal der Watchdogschaltungen ist die Fähigkeit, die gesamte integrierte Schaltung in einen Bereitschaftsmodus zu versetzen, in dem nur den Watchdogschaltungen Energie zugeführt wird. Dieses Merkmal kann dazu genutzt werden, den Energieverbrauch der Schaltung 50 in solchen Fällen weiterzuverringern, in denen sehr niedriger Energieverbrauch erforderlich ist. Ein Zufalls- oder ein Pseudozufallsgenerator 59 kann unmittelbar mit der Spannungsversorgung 15 sowie über eine Eingangsleitung 60 mit den Watchdogschaltungen der integrierten Schaltung 51 verbunden sein. Der Zufallsgenerator 59 erzeugt ein Freigabesignal, das zu zufällig beabstandeten Zeitpunkten an die Leitung 60 ausgegeben wird. Die Watchdogschaltungen können so konfiguriert sein, dass sie dadurch auf das Freigabesignal reagieren, dass sie Spannung an den Zeitgeber- und Steuerungsprozessor 56 und die Ausgabe für wahlfreies Auslesen anlegen, die ihrerseits den Rest der Schaltung 50 aktiviert, um das Erfassen eines Ablesewerts zu ermöglichen, mit, falls zweckdienlich, einer Übertragung, bevor die Schaltung 50 erneut in den Bereitschaftsmodus versetzt wird.
Obwohl es in Fig. 10 nicht dargestellt ist, kann die Schaltung 50 auch die in Fig. 1 dargestellte Überwachungs- und Vorrangschaltung beinhalten, um es zu ermöglichen, dass ein Bereitschaftsmodus dann übergangen wird, wenn eine plötzliche Änderung des Drucks oder der Temperatur vorliegt, oder auf eine externe Steuerung hin, wie oben in Zusammenhang mit Fig. 1 erörtert.
Die oben beschriebenen Ausführungsbeispiele sind selbständige Radzustands-Überwachungssysteme. Es ist ersichtlich, dass die Systeme in größere Analysesysteme integriert werden können, um Information als Teil eines Gesamtsystems zum Überwachens eines ordentlichen Fahrzeugzustands zu liefern.
Die Systeme können auch z. B. dazu verwendet werden, den Zustand der Reifen von Fahrzeugen, wie Lastwagen oder Bussen, zu überwachen, wenn sie einen Fahrzeugpark verlassen. Eine Einheit, ähnlich der oben erörterten Handeinheit, die an der Ausfahrt des Fahrzeugparks angeordnet ist, sorgt dafür, dass die Einheiten in den Rädern eines Fahrzeugs Information übertragen, die sofort durch ein zentrales Auswertungssystem analysiert wird, um sicherzustellen, dass unsichere oder möglicherweise unsichere Fahrzeuge den Fahrzeugpark nicht verlassen.
Nachdem die Erfindung auf diese Weise unter Bezugsnahme auf bevorzugte Ausführungsbeispiele beschrieben wurde, ist deutlich zu beachten, dass die fraglichen Ausführungsformen nur beispielhaft sind und das Modifizierungen und Variationen, wie sie vom Fachmann mit entsprechenden Kenntnissen und Fähigkeiten vorgenommen werden, ohne. Abweichung vom Schutzumfang der Erfindung erfolgen, wie sie in den beigefügten Ansprüchen dargelegt sind und wie sie Äquivalenten entsprechen.

Claims

1. Vorrichtung zur Überwachung des Zustands eines oder mehrerer Reifen an einem Fahrzeug, mit einer Erfassungseinheit (1, 50) für jeden der zu überwachenden Reifen, die einen Sensor (2) zur Ausgabe eines Signals, das mindestens einen den Reifenzustand betreffenden erfaßten Parameter darstellt, einen Übertrager (8) zur Übertragung von Daten, die den erfaßten Parameter darstellen, zu mit Abstand voneinander angeordneten Zeitintervallen und eine Zeitgeberschaltung (10, 11, 16, 17, 56), um Zeitspannen zwischen den genannten Zeitintervallen festzulegen und in diesen Zeitspannen die Erfassungseinheit in einen Bereitschaftsmodus zu setzen, aufweist, gekennzeichnet durch eine Einrichtung (18, 56) zur Überwachung des Signals von dem Sensor, um zu bestimmen, ob die Daten übertragen werden sollen.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Erfassungseinheit außerdem einen Oszillator (4) zur Erzeugung eines Schwingungssignals mit einer auf den erfaßten Parameter bezogenen Frequenz aufweist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, wobei die Erfassungseinheit (1) außerdem einen Codegenerator (5) aufweist, der in Zusammenarbeit mit dem Oszillator (4) eingerichtet ist, in einer Zeitspanne, deren Dauer sich auf den mindestens einen erfaßten Parameter bezieht, einen vorbestimmten Einheiten-Identifikationscode zu erzeugen.

4. Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei der Sensor (2) zur Erfassung zweier Parameter eingerichtet ist.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, wobei die Zeitgeberschaltung einen Voll-Längenzähler (10), um die Codeausgabe des Codegenerators zu zählen und zu bestimmen, wann der gesamte Code übertragen wurde, und eine auf den Voll-Längenzähler (10) ansprechende Auswahleinrichtung (3) zur Auswahl des einen oder des anderen der beiden erfaßten Parameter aufweist.

6. Vorrichtung nach Anspruch 5, wobei die Zeitgeberschaltung außerdem einen Doppellängenzähler (11) zum Zählen der Codeausgabe des Codegenerators (5) aufweist, um zu bestimmen, wann der gesamte Code für beide erfaßten Parameter übertragen worden ist.

7. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Zeitgeberschaltung einen Zeitgeber (16) zur Ausgabe eines die genannten Zeitspannen angebenden Signals aufweist.

8. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Einrichtung zur. Überwachung des Signals von dem Sensor eine Überwachungsschaltung (18) zur fortlaufenden Überwachung des Signals und eine auf diese ansprechende Vorrangschaltung (19), die bewirkt, daß der Übertrager in Reaktion auf einen von dem Sensor (2) erfaßten vorbestimmten Zustand zwischen den Zeitintervallen zur Datenübertragung betrieben wird, umfaßt.

9.. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Vorrangschaltung. außerdem auf einen extern erzeugten Reiz (46) anspricht.

10. Vorrichtung nach Anspruch 9, wobei der externe Reiz in einem von einem Benutzer bedienbaren Handapparat erzeugt wird.

11. Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Erfassungseinheit (50) außerdem eine Aufbereitungseinrichtung (52) zur Aufbereitung des Signals des Sensors, eine Umwandlungseinrichtung (53) zur Umwandlung des aufbereiteten Signals in digitale Daten, die den erfaßten Parameter darstellen, und eine Codiereinrichtung (54) zur Codierung der digitalen Daten für die Ausgabe zur Übertragung durch den Übertrager umfaßt.

12. Vorrichtung nach Anspruch 11, wobei die Einrichtung zur Überwachung des Signals des Sensors einen Prozessor (51) zur Verarbeitung der digitalen Daten aufweist, um zu bestimmen, ob die Daten zur Übertragung ausgegeben werden sollen.

13. Vorrichtung nach Anspruch 12, wobei der Prozessor (51) auf der Grundlage von Daten, die den zu unterschiedlichen Zeitpunkten erfaßten gleichen Parameter darstellen, die genannten Zeitspannen festlegen kann.

14. Vorrichtung nach Anspruch 12 oder 13, wobei der Prozessor (51) als die genannte Zeitgeberschaltung betrieben werden kann und bewirken kann, daß die Aufbereitungseinrichtung, die Umwandlungseinrichtung (53) und die Codiereinrichtung (54) lediglich während eines Zeitintervalls betrieben werden, dessen Dauer ausreichend ist, die genannten codierten digitalen Daten zu erzeugen.

15. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 11 bis 14, wobei der Sensor (2) zwei Parameter erfaßt und zwei entsprechende die Parameter darstellende Signale erzeugt und wobei die Aufbereitungseinrichtung (52), die Umwandlungseinrichtung (53) und die Codiereinrichtung (54) mit beiden Signalen arbeiten können, um codierte digitale Daten zu erzeugen, die beide erfaßten Parameter darstellen.

16. Vorrichtung nach Anspruch 15, wobei die Erfassungseinheit (50) außerdem eine Einrichtung (55) zur Lieferung von Identifikationsdaten, die die Erfassungseinheit identifizieren, aufweist und die Codiereinrichtung (54) mit den Identifikationsdaten betrieben werden kann, um codierte Daten zu erzeugen, die beide erfaßten Parameter und die Identifikation darstellen.

17. Vorrichtung nach Anspruch 12, wobei die Umwandlungseinrichtung (53), die Codiereinrichtung (54) und der Prozessor (51) in einer einzigen, in einem Bereitschaftsmodus betreibbaren integrierten Schaltung vorgesehen sind und die Zeitgeberschaltung einen Zufallsgenerator (59) zur Erzeugung eines Signals aufweist, aufgrund dessen die integrierte Schaltung arbeitet.

18. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, mit einer Auswertungseinheit (24), die unter Auswertung der genannten Daten zur Bestimmung des Reifenzustands auf die Übertragungen von der Erfassungseinheit (1, 50) anspricht.

19. Vorrichtung nach Anspruch 18, wobei die Auswertungseinheit einen Datendecoder (27) zur Decodierung von in den von der Erfassungseinheit empfangenen Übertragungen enthaltenen Daten beinhaltet.

20. Vorrichtung nach Anspruch 18 oder .19, wobei die Auswertungseinheit eine Verarbeitungseinrichtung (28) umfaßt, um zur Bestimmung des Zustands des bzw. der jeweiligen Reifen die übertragenen Daten mit vorbestimmten Daten zu vergleichen.

21. Vorrichtung nach Anspruch 18, 19 oder 20, wobei die Auswertungseinheit eine Anzeige (29) aufweist, um eine Angabe des Zustands des bzw. der jeweiligen Reifen anzuzeigen.

22. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 18 bis 21, wobei die Auswertungseinheit eine akustische Ausgabe aufweist, um eine akustische Warnung zu liefern, wenn sich einer oder mehrere Reifen in einem bestimmten Zustand befinden.

23. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 18 bis 22, wobei die Auswertungseinheit eine Eingabeeinrichtung (47) zur Eingabe von Daten aufweist, die vorbestimmte Zustände für den bzw. die jeweiligen Reifen festlegen.

24. Verfahren zur Überwachung des Zustands eines an einem Fahrzeug montierten Reifens, mit: dem Erfassen eines den Reifenzustand betreffenden Parameters, dem Ausgeben eines den erfaßten Parameter darstellenden Signals, dem Erzeugen von Daten, die den erfaßten Parameter darstellen, zur Übertragung zu mit Abstand voneinander angeordneten Zeitintervallen und mit dem Festlegen von Zeitspannen zwischen den mit Abstand angeordneten Zeitintervallen für die Übertragung von Daten,

gekennzeichnet durch das Überwachen des Signals von dem Sensor, um zu bestimmen, ob die Daten übertragen werden sollen.

25. Verfahren nach Anspruch 24, mit dem Erzeugen eines Schwingungssignals einer Frequenz, die von dem den erfaßten Parameter darstellenden Signal bestimmt wird, und dem Verwenden des Schwingungssignals,. um in einer Zeitspanne, die sich auf den Wert des erfaßten Parameters bezieht, einen vorbestimmten Code zu erzeugen und ihn als die genannten Daten zu übertragen.

26. Verfahren nach Anspruch 25, mit dem Erfassen zweier Parameter, dem Erzeugen eines Schwingungssignals mit zunächst einer Frequenz, die von dem den ersten der beiden Parameter darstellenden Signal bestimmt wird und dann einer Frequenz, die von dem den zweiten der genannten beiden Parameter darstellenden Signal bestimmt wird, und Verwenden des Schwingungssignals zur Erzeugung des genannten vorbestimmten Codes über eine erste und eine zweite Zeitspanne, die sich entsprechenderweise auf die zwei erfaßten Parameter beziehen.

27. Verfahren nach Anspruch 24, mit dem Umwandeln des Signals zur Übertragung in digitale Daten, die das Signal darstellen.

28. Verfahren nach Anspruch 27, mit dem Verarbeiten der digitalen Daten, um die festgelegten Zeitspannen zu bestimmen.

29. Verfahren nach Anspruch 27 oder 28, wobei das Überwachen des Signals von dem Sensor das Verarbeiten der digitalen Daten zur Bestimmung, ob die Daten übertragen werden sollen, umfaßt.

30. Verfahren nach einem der Ansprüche 24 bis 29, mit dem Übertragen von Daten, die den überwachten Reifen identifizieren.

31. Erfassungsvorrichtung zur Erfassung des Zustands eines an einem Fahrzeug verwendeten Reifens, mit einem Sensor (2) zur Lieferung eines den Reifenzustand darstellenden Signals, einer Signalverarbeitungsschaltung (4, 5, 8, 52, 53, 54) zur Aufbereitung des Signals von dem Sensor für eine Übertragung, und einer Stromversorgung (15), um die Signalverarbeitungsschaltung zu vorbestimmten Intervallen für die Übertragung des verarbeiteten Signals zu betreiben,

gekennzeichnet

durch eine Überwachungseinrichtung (18, 56) zur Überwachung des Signals von dem Sensor im Hinblick auf eine Änderung des dadurch erfaßten Reifenzustands, und

dadurch, daß die Stromversorgung eingerichtet ist, die Signalverarbeitungsschaltung in Reaktion darauf, daß die Überwachungseinrichtung eine vorbestimmte Änderung des Reifenzustands erfaßt, für die Übertragung zu betreiben.

32. Vorrichtung nach Anspruch 31, wobei die Stromversorgung einen Zeitgeber (16) aufweist, um diese von Zeit zu Zeit in Betrieb zu setzen, und die Verarbeitungsschaltung (4, 5, 8, 52, 53, 54) eingerichtet ist, die Versorgung außer Betrieb zu setzen, sobald das verarbeitete Signal übertragen worden ist.

33. Vorrichtung nach Anspruch 31 oder 32, wobei die Verarbeitungsschaltung (4, 5, 8, 52, 53, 54) eingerichtet ist, in einer Zeitspanne, die von dem den Reifenzustand darstellenden Signal bestimmt wird, einen Code zu erzeugen, der als das genannte verarbeitete Signal übertragen wird.

34. Vorrichtung nach Anspruch 31, 32 oder 33, wobei das Signal von dem Sensor wahlweise entweder den Druck oder die Temperatur des Reifens darstellt und die Vorrichtung eine Einrichtung (33) zur Auswahl entweder des sich auf den Druck oder die Temperatur beziehenden Signals zur Verarbeitung durch die Signalverarbeitungsschaltung aufweist.

35. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 31 bis 34, wobei die Verarbeitungseinrichtung eine Überwachungsschaltung (18) aufweist, um das Signal von dem Sensor fortlaufend zu überwachen und die Stromversorgung (15) in Betrieb zu setzen, wenn der vorbestimmte Zustand erfaßt wird.

36. Meßgrößenwandler zur Überwachung des Zustands eines Reifens, mit einer Erfassungseinrichtung (2) zur Erfassung mindestens eines den Reifenzustand darstellenden Parameters, einer Codeerzeugungseinrichtung (5) zur Erzeugung eines vorgewählten Codes, einer Schwingungseinrichtung (4), die zur Erzeugung eines mit einer Frequenz, die sich auf den Wert des erfaßten Parameters bezieht, schwingenden Signals auf die Erfassungseinrichtung anspricht, wobei die Codeerzeugungseinrichtung (5) und die Schwingungseinrichtung (4) so zusammenarbeiten, daß der vorgewählte Code über eine Zeitspanne erzeugt wird, die den Wert des erfaßten Parameters darstellt, und mit einer zeitgesteuerten Stromversorgung (15), die eingerichtet ist, die Codeerzeugungseinrichtung (5) und die Schwingungseinrichtung (4) so zu betreiben, daß der Code lediglich von Zeit zu Zeit erzeugt wird,

gekennzeichnet durch eine Überwachungseinrichtung (18) zur fortlaufenden Überwachung der Erfassungseinrichtung und zur vorrangigen Ansteuerung der Stromversorgung, so daß die Codeerzeugungseinrichtung (5) und die Schwingungseinrichtung (4) mit Strom versorgt werden, wenn von der Erfassungseinrichtung ein vorbestimmter Zustand erfaßt wird.

37. Wandler nach Anspruch 36, wobei die Erfassungseinrichtung (2) eingerichtet ist, zwei Parameter zu erfassen und die Codeerzeugungseinrichtung (5) sowie die Schwingungseinrichtung (4) unter zweimaliger Erzeugung des vorgewählten Codes zusammenarbeiten, wobei die zur erstmaligen Erzeugung des Codes genommene Zeitspanne den Wert eines erfaßten Parameters und die zur zweiten Erzeugung des Codes genommene Zeitspanne den Wert des anderen erfaßten Parameters darstellt.

38. Wandler nach Anspruch 36 oder 37, mit einer Übertragungseinrichtung (8), die von der Stromversorgung zur Übertragung des erzeugten Codes betrieben wird.

39. Wandler nach Anspruch 38, wobei die Übertragungseinrichtung (8) eingerichtet ist, den genannten Code als Funksignal zu übertragen.

40. Wandler nach einem der Ansprüche 36 bis 39, wobei die Stromversorgung eine Zeitgebereinrichtung (16) aufweist, um die Versorgung (15) von Zeit zu Zeit anzuschließen.

41. Wandler nach einem der Ansprüche 36 bis 40, mit einer Steuereinrichtung (10, 11), die auf die Codeerzeugungseinrichtung (5) anspricht, um die Stromversorgung (15) abzuklemmen, sobald der Code übertragen worden ist.

42. Wandler nach einem der Ansprüche 36 bis 41, wobei die Überwachungseinrichtung (18) eine Einrichtung (19) aufweist, die auf einen externen Reiz anspricht, um die Stromversorgung vorrangig zu steuern.

43. Wandler nach Anspruch 38 oder 39, wobei die Übertragungseinrichtung einen akustischen Oberflächenwellen-Übertrager (8) aufweist.

44. Wandler nach Anspruch 38, 39 oder 43, wobei die Übertragungseinrichtung eine Summenbildungseinrichtung (45) mit einem mit der Schwingungseinrichtung (4) verbundenen einen Eingang und einem mit der Codeerzeugungseinrichtung (5) verbundenen anderen Eingang aufweist, wobei die Ausgabe der Schwingungseinrichtung (4) von der Ausgabe des Codeerzeugers (5) moduliert wird.

45. Meßgrößenwandler zur Überwachung des Zustands eines Reifens, mit einer Erfassungseinrichtung (2) zur Erfassung mindestens eines den Zustand des Reifens darstellenden Parameters, einer Umwandlungseinrichtung (53) zur Umwandlung des erfaßten Parameters in digitale Daten, die diesen darstellen, einer Codiereinrichtung (54) zur Codierung der digitalen Daten für eine Übertragung, und einer Zeitgebereinrichtung (56), um mit Abstand angeordnete Zeitintervalle festzulegen, in denen der Parameter erfaßt und die Daten zur Übertragung codiert werden, und um zu bewirken, daß während Zeitspannen zwischen den genannten mit Abstand angeordneten Zeitintervallen Strom von der Umwandlungseinrichtung (53) und der Codiereinrichtung (54) weggenommen wird,

gekennzeichnet durch eine Überwachungseinrichtung (56), um die digitalen Daten zu überwachen und zu bestimmen, ob die Daten übertragen werden sollen.

46. Wandler nach Anspruch 45, wobei die Verarbeitungseinrichtung (28) und die Zeitgebereinrichtung (56) zur Zusammenarbeit eingerichtet sind, um die genannten Zeitspannen in Abhängigkeit von der Beziehung zwischen Daten, die den zu unterschiedlichen Zeitpunkten erfaßten gleichen Parameter darstellen, festzulegen.

47. Wandler nach Anspruch 45 oder 46, wobei die Erfassungseinrichtung (2) eingerichtet ist, zwei Parameter zu erfassen und zwei entsprechende die Parameter darstellende Signale zu erzeugen und wobei die Umwandlungseinrichtung (53) und die Codiereinrichtung (54) mit beiden Signalen arbeiten können, um codierte digitale Daten zu erzeugen, die beide erfaßten Parameter darstellen.

48. Wandler nach Anspruch 47, mit einer Einrichtung (55) zur Lieferung von Identifizierungsdaten zur Identifizierung des Wandlers, wobei die Codiereinrichtung (54) anhand der Identifizierungsdaten codierte Daten erzeugen kann, die beide erfaßten Parameter und die genannte Identifizierung darstellen.