DE69628147T2

DE69628147T2 - Transponder und sensorvorrichtung zur detektierung und zur übermittlung von parametern von fahrzeugreifen

Info

Publication number: DE69628147T2
Application number: DE69628147T
Authority: DE
Inventors: J. Harvey KULKA; E. James LEE
Original assignee: Bridgestone Americas Tire Operations LLC
Current assignee: Bridgestone Americas Tire Operations LLC
Priority date: 1995-03-10
Filing date: 1996-03-08
Publication date: 2004-02-19
Anticipated expiration: 2016-03-09
Also published as: AU5186296A; EP0812270A4; CN1181039A; CA2214700C; US5731754A; JP3381194B2; EP0812270B1; MX9706909A; ATE240219T1; BR9607632A; WO1996028311A1; JPH11504585A; EP0812270A1; AU705274B2; CN1078143C; ES2193236T3; CA2214700A1; DE69628147D1

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung betrifft generell Kraftfahrzeugreifen, und insbesondere Transponder, die in oder an Kraftfahrzeugreifen zur Übertragung der Reifenidentifikation und/oder Betriebs-Zustandsdaten zu befestigen sind.
BESCHREIBUNG DES STANDES DER TECHNIK
Kürzlich hat sich Interesse bei der Befestigung von Transpondern und Antwortgerät in oder an einem Kraftfahrzeugreifen entwickelt, um Reifenidentifikationsdaten während der Herstellung und der Verwendung des Reifens vorzusehen. Weitere Entwicklungen haben zur Befestigung solcher Transponder im Reifen geführt, um Reifendruckdaten zusammen mit den Identifikationsdaten zu erfassen und zu übertragen, wie es in den US-Patenten Nr. US-A-4,911,217 und US-A-5,181,975 und US-A-5,218,861.
Diese Einrichtungen, die in diesen und weiteren zugehörigen Patenten offenbart sind, verwenden einen passiv integrierten Schaltungstransponder und Antwortgerät, das direkt innerhalb des Reifens während der Reifenherstellung oder unter einem Flicken befestigt wird, der an der äußeren Seitenwand des Reifens angebracht wird. Der Transponder antwortet auf ein Abfragesignal von einer Einheit, die außerhalb vom Reifen liegt, und verwendet ein Abfragesignal als Quelle elektrischer Energie, um digitale Signale, die sich auf einen Reifenidentifikationscode und/oder Reifendruckdaten bezieht, zu übertragen. Aufgrund der Befestigung des Transponders innerhalb des Reifens in enger Nähe zu den Stahlgürteln, die in den meisten Fahrzeugreifen vorliegen, wird eine speziell aufgebaute Antenne benötigt. Derartige Antennen besitzen die Form zweier beabstandeter Elektroden oder eine Spule von Drahtwicklungen. Ferner müssen solche Transponder an einer besonderen Stelle innerhalb des Reifens befestigt werden, um Signale mit ausreichenden Signalstärkeniveaus ohne Interferenz zu empfangen und zu übertragen.
Zusätzlich zu einem einzigartigen Reifenidentifikationscode für einen Reifen, der in einem Speicher am integrierten Schaltungstransponder gespeichert wird, besitzen solche Einrichtungen ferner einen Drucksensor, der befestigt ist und den Transponder enthält, um die Reifendruckdaten zum Zeitpunkt des Empfangs eines Abfragesignals vorzusehen. Derartige Drucksensoren liegen in Form eines elastomeren Materials vor, das eine variable Leitfähigkeit, sowie piezoresestive Wandler, silikonkapazitive Druckwandler oder ein variabel leitendes Laminat leitfähiger Tinte besitzt. Der Transponder umfaßt eine Schaltung zur Digitalisierung der Druckdaten zum Übertragen mit oder ohne den Reifenidentifikationsdaten zur externen Abfragequelle.
Das Patent Nr. US-A-4,695,823 offenbart einen Transponder oder Antwortgerät mit einer inneren oder bordeigenen Antriebsquelle in Form eines langlebigen Oszillators, der mit einer Batterie verbunden ist. Der Oszillator betätigt einen Temperatur- und/oder Drucksensor zu einer eingestellten Zeit, um die Temperatur und den Druck des Reifens zu erhalten. Die ermittelte Temperatur und der Druck werden mit den eingestellten Temperatur- und Druckschwellenwerten verglichen, und wenn die Schwellenwerte überschritten sind, überträgt der Transponder ein codiertes Signal, das für das aus den Bereich fallende Temperatur- oder Drucksignal repräsentativ ist, zu einer entfernten Stelle, wie z. B. einer Lichtanzeige, die am Kraftfahrzeug befestigt ist, um eine Anzeige vorzusehen, daß mindestens einer der Temperatur- und Druckschwellenwerte überschritten worden ist.
Das Patent Nr. US-A-5,335,540 zeigt den Oberbegriff des Anspruchs 1.
Solche am Reifen befestigten Transponder sind jedoch nicht ohne Beschränkung, obwohl sie effektiv die Reifenidentifikation und gewissen Reifendrücke oder Temperaturdaten übertragen. Die meisten der bisher entwickelten reifenbefestigten Transponder sind passiv und empfangen elektrische Energie aus einer externen Abfragesignalquelle. Dieses beschränkt den wirksamen Entfernungsbereich zwischen der externen Abfragesignalquelle und dem Transponder. Tatsächlich sind solche externen Abfragequellen als Handlesekopf eingesetzt worden, der unmittelbar angrenzend an den Reifen plaziert werden muß, um das Abfragesignal zum Transponder am Reifen zu übertragen und Datensignale davon zu empfangen.
Solche am Reifen befestigten Transponder erforderten ebenfalls spezielle Antennenkonfigurationen und Befestigungspositionen am Reifen, um eine ausreichende Datensignalstärke vorzusehen. Ferner übertragen solche Transponder lediglich die verzögerungsfreien Druck- und Temperaturdaten zur Zeit des Empfangs des Abfragesignals oder des Aktivierungssignals vom bordeigenen Oszillator, da solche Transponder lediglich nach Empfang eines Abfragesignals oder zu einer durch den bordeigenen Oszillator eingestellten Zeit betätigt werden. Solche Transponder sind nicht dazu in der Lage, aktiv die Druck- und Temperaturdaten zu sammeln, z. B. wie die maximalen oder minimalen Reifendruck- und Temperaturdaten über eine eingestellte Zeitspanne der Verwendung des Reifens. Solche am Reifen befestigten Transponder sind ferner nicht dazu in der Lage, die tatsächliche Verwendung des Reifens im Hinblick auf Verwendungsmeilen festzustellen. Die vorstehend erwähnten maximalen und minimalen Temperatur- und Druckwerte, sowie das Ausmaß der Verwendung des Reifens, sind jedoch äußerst nützliche Parameter bei der Feststellung des Zustands des Reifens, um die Abnutzung, die übrig bleibende nutzbare Lebensdauer, den sicheren oder unsicheren Reifenzustand etc. auszudehnen.
Es ist deshalb wünschenswert, einen Transponder und Reifenparametersensorvorrichtung zu schaffen, die in einer großen Anzahl unterschiedlicher Positionen innerhalb oder am Kraftfahrzeugreifen befestigt werden kann, ohne daß eine spezielle Antennenkonfiguration erforderlich ist. Es würde ferner wünschenswert sein, solch einen bzw. eine am Reifen befestigten Transponder und Sensorvorrichtung vorzusehen, die in einer semiaktiven Weise arbeitet, um automatisch und kontinuierlich Reifenbetriebsparameter während der Verwendung des Reifens an einem Kraftfahrzeug zu erfassen, aufzuzeichnen und zu übertragen. Es würde ferner wünschenswert sein, einen am Reifen befestigten Transponder und Sensorvorrichtung zu schaffen, die dazu in der Lage ist, solche Reifenbetriebsparameter zur anschließenden Übertragung zu einer externen Steuerquelle nach Empfang eines Abfragesignals von der externen Steuerquelle zu speichern. Es würde ferner wünschenwert sein, einen reifenbefestigten Transponder und Sensorvorrichtung zu schaffen, die dazu in der Lage ist, verschiedenartige Reifenbetriebsparameter zu überwachen, einschließlich Druck, Temperatur und Anzahl der Umdrehungen des Reifens über eine vorbestimmte Zeitspanne und die maximalen und minimalen Werte zumindest von gewissen derartigen Parametern zu ermitteln. Es würde ferner wünschenswert sein, einen am Reifen befestigten Transponder und Sensorvorrichtung zu schaffen, die ohne Reparatur oder teilweisen Austausch für die gesamte erwartete Lebensdauer des Reifens betriebsfähig ist. Schließlich würde es wünschenswert sein, einen am Reifen befestigten Transponder und Sensorvorrichtung zu schaffen, die dazu in der Lage ist, Abfragesignale von einer externen Steuerquelle zu empfangen und Reifenbetriebsparameterdaten zur externen Steuerquelle über längere Entfernungen zu übertragen im Vergleich zu vorher entwickelten reifenbefestigten Transpondern.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung ist eine Transponder und Sensor umfassende Vorrichtung zum Erfassen und Übertragen von Kraftfahrzeugreifenzustandsparametern zu einer entfernten Stelle außerhalb eines Kraftfahrzeugs nach Anspruch 1.
Nach einer bevorzugten Ausführungsform umfaßt der Sensor einen Drucksensor, der im Gehäuse befestigt ist, um den Luftdruck des Reifens zu erfassen. Ein Temperatursensor ist ebenfalls im Gehäuse befestigt, um die Temperatur des Reifens zu erfassen. Ein Reifenumdrehungssensor ist ferner im Gehäuse befestigt und ermittelt jede vollständige 360° Umdrehung des Reifens.
Die Ausgangssignale jedes Sensors werden in den Prozessor eingegeben. Die Druck- und Temperatursensorausgangssignale werden mit den vorangegangenen oder vorher eingestellten Maximal und/oder Minimaldruck und Temperaturwerten verglichen, wobei solche maximalen und minimalen Werte aktualisiert und im Speicher gespeichert, falls es erforderlich ist.
Eine Antriebsquelle wird im Gehäuse befestigt, um elektrischen Antrieb für den Prozessor, den Empfänger und den Sensor zu liefern. Eine Antenne wird ebenfalls im oder am Gehäuse befestigt, um das Abfragesignal von der entfernten Abfragequelle zu empfangen und das rückgestreute modulierte Signal zur entfernten Abfragequelle zurückzuschicken.
Nach Empfang eines Abfragesignals von einer entfernten Abfragequelle aktiviert der Prozessor die Sensoren, um den gegenwärtigen Reifendruck und die Temperatur zu ermitteln. Das Rückstreumodulierungsmittel rückstreumoduliert dann das Rf-Abfragesignal mit den Sensordaten und der anderen Reifeninformation und schickt ein rückstreumoduliertes Signal zur entfernten Abfragequelle zurück, das die Datendarstellungen der ermittelten Reifenparameter enthält, einschließlich einiger oder sämtlicher der gegenwärtigen Reifendruck- und Temperaturwerte, gesammelter Reifenumdrehungszählung, maximale und minimale Druck- und Temperatur über eine vorbestimmte Zeitspanne, sowie den Reifenidentifikationscode, die besondere Reifenstellung am Kraftfahrzeug und andere nützliche Reifenzustandsdaten, die im Transponderspeicher gespeichert sind.
Die entfernte Abfragequelle umfaßt eine geeignete Steuerung, die ein Radiofrequenzabfragesignal über eine vorbestimmte Entfernung überträgt, wenn das Kraftfahrzeug, das einen oder mehrere erfindungsgemäße Transponder enthält, innerhalb der vorbestimmten Entfernung ist. Die Steuerung empfängt ferner und decodiert das Rf-Signal vom identifizierten Transponder und speichert entweder die darin enthaltenden Daten und/oder überträgt solche Daten zu einem externen Gastcomputer zur Analyse, Speicherung etc. zurück. Die Steuerung kann eben falls dazu in der Lage sein, Daten für den Prozessor in den Transponder zur Speicherung in dessen Speicher zu schreiben.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung bewältigt einige der Beschränkungen, die bei vorher entwickelten reifenbefestigten Transpondern angetroffen wurden. Die vorliegende Vorrichtung umfaßt einen Rückstreumodulator, der das Rf-Abfragesignal rückstreumäßig moduliert. Dieses eliminiert den Bedarf für einen getrennten Sender am Transponder, wodurch die gesamten Antriebserfordernisse reduziert werden und die nützliche Lebensdauer der Antriebsquelle in der Vorrichtung erhöht wird. Der Rückstreumodulator moduliert rückstreumäßig die erfaßten Reifenparameterdaten, z. B. den Reifendruck, die Reifentemperatur und/oder die Reifenumdrehungszählung, sowie andere Reifenidentifikations- oder Betriebsmerkmale, die im Speicher des Transponders gespeichert sind, auf das Rf-Abfragesignal zur Rückkehr zur Abfragequelle.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung umfaßt einen Transponder, der zusammen mit dem bordeigenen Energieantrieb und verschiedenen Sensoren in einem einzigen, kleinen Gehäuse befestigt ist, wodurch die leichte Befestigung der Vorrichtung innerhalb oder an einem Kraftfahrzeugreifen in einer Anzahl unterschiedlich möglicher Befestigungspositionen erleichtert wird. Die Antriebsquelle schafft genügend Antriebskraft, um die Vorrichtung über die gesamte nützliche Lebensdauer des Reifens anzutreiben, einschließlich einiger Neuprofilierungen des Reifens.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Die verschiedenen Merkmale, Vorteile und weitere Verwendungszwecke der vorliegenden Erfindung werden unter Bezugnahme auf die folgende detaillierte Beschreibung und die Zeichnung deutlicher.
Es zeigt:
1 eine Seitenansicht, teilweise im Schnitt, einer Vorrichtung, die nach den Lehren der vorliegenden Er findung aufgebaut ist, wobei ein Teil des Verkapselungsmaterials entfernt worden ist, um die darin befestigten Bestandteile zu zeigen;
2 einen Querschnitt, generell entlang der Linie 2-2 in 1;
3 ein Blockdiagramm des in 1 gezeigten Transponders,
4 ein Blockdiagramm der Hauptbestandteile der in den 1 und 2 gezeigten Vorrichtung;
5 ein schematisches Diagramm der in den 1, 2 und 4 gezeigten Vorrichtung;
6 einen Querschnitt durch den in 2 gezeigten Durcksensor;
7 einen Querschnitt, der die Befestigung der Vorrichtung innerhalb eines Kraftfahrzeugreifens zeigt;
8 einen Querschnitt, der die Befestigung der Vorrichtung auf dem Futter eines Kraftfahrzeugreifens zeigt; und
9 ein Blockdiagramm der entfernten Abfrageeinheit.
BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORM
Unter Bezugnahme auf die Zeichnung, und insbesondere auf die 1 und 2, wird eine Vorrichtung 10 dargestellt, die zur Befestigung innerhalb oder an einem Kraftfahrzeugreifen geeignet ist, und die verschiedenartige Reifenzustandsparameter erfaßt und zu einer entfernten Abfrageeinheit überträgt.
Die Vorrichtung 10 umfaßt ein elektrisch isoliertes Substrat 12. Vorteilshafterweise ist das Substrat 12 flexibel, damit es an die Form eines Reifens angepaßt werden kann, wenn es innerhalb oder an einem Kraftfahrzeugreifen befestigt wird, wie dieses nachfolgend beschrieben wird. Lediglich beispiel haft ist das Substrat 12 aus einem flexiblen Polyamidfilm geformt, der unter der eingetragenen Marke "Kapton" verkauft wird.
Das Substrat 12, die verschiedenen Sensoren, welche nachfolgend beschrieben werden, und ein Transponder 18, der am oder angrenzend an das Substrat 12 befestigt ist, werden in einem Gehäuse 7 angeordnet, das aus einem Verkapselungsmedium 7 geformt ist. Vorteilhafterweise ist das Verkapselungsmedium 7 aus einem gehärtetem Gummi wegen der Kompatibilität mit einem Kraftfahrzeugreifen gebildet. Das Medium 7 kann irgendeine gewünschte Form besitzen. Lediglich beispielhaft ist das Medium 7 mit einer ersten, im wesentlichen ebenen Fläche 8, einer gegenüberliegenden, ebenen zweiten Fläche 9, sowie zugespitzt verlaufenden Seitenwänden gebildet, die die erste und die zweite Fläche 8 und 9 verbinden.
Wie in 2 gezeigt ist, und im Detail in den 4 und 5, wird eine Antriebsquelle, z. B. eine Batterie 14 auf dem Substrat 12 befestigt. Jegliche geeignete Batterie 14, die größenmäßig klein ist und eine lange Lebensdauer mit geeignetem Fassungsvermögen besitzt, kann verwendet werden. Lediglich beispielhaft wird eine 3,67 Volt, 0,07 Ampèrestunden Lithium, Thionylchloridbatterie, Typ 7–10, hergestellt durch Battery Engineering, Inc. von Hyde Park, Massachusetts als Batterie 14 eingesetzt. Diese Batterie besitzt eine äußerst geringe Größe von etwa 7,0 mm im Durchmesser und ist 7,8 mm lang. Die Anschlüsse der Batterie 14 werden durch Leiter mit den Betriebskomponenten der Vorrichtung 10 und durch ein Kabel 15 mit dem Transponder 18 verbunden.
Der Transponder 18 wird in der Vorrichtung 10 als Radiofrequenztransponder eingesetzt, der in einer Umhüllung 19 befestigt ist. Der Transponder 18 und die zugehörige Schaltung werden durch das Kabel 15 mit der Antriebsquelle oder der Batterie 14 sowie mit anderen Bestandteilen verbunden, wie es nachfolgend beschrieben wird.
Wie in 3 gezeigt wird, umfaßt der Transponder 18 einen Prozessor oder die zentrale Verarbeitungseinheit 20, die mit einem Speicher 22 kommuniziert. Der Speicher 22 kann irgendeine geeignete Speicherart sein, z. B. Schmelzsicherungsglied, ROM, RAM, SRAM und EEPROM. Der Speicher 22 wird verwendet, um das Steuerprogramm zu speichern, das durch die CPU bzw. den Prozessor 20 ausgeführt wird, sowie verschiedene Datenwerte, die die Reifenbetriebsbedingungen oder Parameter, einen einzigartigen Reifenidentifikationscode, die besondere Reifenstellung am Kraftfahrzeug etc. darstellen, wie es nachfolgend beschrieben wird.
Die CPU bzw. der Prozessor 20 empfängt die Signale von der Sensorschaltung über das Kabel 15 durch einen digitalen I/O Port bzw. Eingang 26 und einen analogen Port bzw. Eingang 28. Der digitale I/O Port 26 empfängt Ein-/Aussignale aus geeigneten Sensoren oder anderen Einrichtungen, die am Substrat 12 oder extern vom Substrat 12 befestigt sind. Der analoge Port ist mit einem oder mehreren analogen Einrichtungen verbunden, z. B. einem Drucksensor und/oder Temperatursensor, wie es anschließend beschrieben wird. Mehrfache digitale oder analoge Sensoren können im Multiplexverfahren als einfache Eingaben am digitalen I/O Port 26 bzw. am analogen Port 28 oder an separaten digitalen oder analogen Kanälen vorgesehen werden.
Ein Rf-Detektor 34 empfängt ein Radiofrequenzsignal von der entfernten Abfrageeinheit, und wird durch eine Antenne 36 erfaßt, welches einen besonderen Reifenidentifikationscode enthält. Das Signal wird durch den Decoder decodiert und in den CPU/Rechner 20 eingegeben, der diesen Code mit dem entsprechenden Reifenidentifikationscode vergleicht, der im Speicher 22 gespeichert ist, um eine Übereinstimmung zwischen diesen und die richtige Identifikation des Reifens, an dem der Transponder 18 befestigt ist, festzustellen. Diese einzigartige Codeidentifikation ermöglicht einer einzigen entfernten Abfrageeinheit, mit einem ausgewählten Reifen aus einer großen Anzahl von Reifen an einem oder vielen Kraftfahrzeugen zu kommunizieren.
Die Antenne 36 kann jegliche geeignete Antenne sein, die auf eine besondere Resonanzfrequenz abgestimmt ist. Die Antenne 36 wird z. B. gezeigt als eine Flickenantenne, die auf dem Substrat 12 befestigt ist. Solche eine Flickenantenne ist eine einzige feste Leitungsplatte, dessen Oberflächenbereich die abgestimmte Resonanzfrequenz der Antenne 36 bestimmt. Andere Antennentypen sind ebenfalls in der vorliegenden Vorrichtung einsetzbar, in Abhängigkeit von der Frequenz des Rf-Signals von der Abfrageeinrichtung. Auf diese Art und Weise kann sich die Antenne 36 vom Gehäuse 7 nach außen erstrecken und im Reifen oder außerhalb des Gehäuses 7 befestigt werden. Ein druckerfassendes Mittel 50 wird im Gehäuse 7 am Substrat 12 befestigt, wie es in 2 und detaillierter in 6 gezeigt wird. Ein Verstärker 52, Fig. 4 und 5, kann am Substrat 12 vorgesehen werden, um das Ausgangssignal des druckerfassenden Mittels 50 zu verstärken, bevor es in den Transponder 18 eingegeben wird. Jeglicher geeignete Drucksensor 50 kann erfindungsgemäß eingesetzt werden, der zum Messen des Kraftfahrzeugreifendrucks geeignet ist. Lediglich beispielhaft kann ein Silikondrucksensor, Modell Nr. NPC-103, hergestellt durch Lucas NovaSensor aus Fremont, Kalifornien, eingesetzt werden. Dieser Sensor ist ein Piezowiderstandssensor, der in einem keramischen Oberflächenbefestigungspaket gelagert ist. Andere Arten von Drucksensoren können ebenfalls als Druckerfassungsmittel oder Drucksensor 50 eingesetzt werden.
Wie im Detail in 6 gezeigt wird, ist der Drucksensor 50 an einer keramischen Basis 51 befestigt, die mit einer Seitenwand verbunden ist, die in einem Graben oder einer Ausnehmung 53 angeordnet ist, welche im Verkapselungsmedium oder Gehäuse 7 ausgebildet ist und von ihm umgeben wird. Der in der Seitenwand ausgebildete Hohlraum besitzt eine Öffnung 55, die im Gehäuse 12 ausgebildet ist. Ein Druckübertragungsmedium 57, wie z. B. ein Hochtemperatursilikonfüller wird im inneren Hohlraum angeordnet und erstreckt sich von der Oberfläche des Hohlraums in Kontakt mit dem Drucksensor 50 um Druck vom Reifen zum Drucksensor 50 zu übertragen. Die freiliegende Oberfläche des Druckübertragungsmediums 57 ist durch eine dünne elastomere oder Gummimembran 59 abgedeckt, die an einer Außenfläche des Gehäuses 7 befestigt ist, die dem Reifen oder der Luftkammer innerhalb des Reifens ausgesetzt ist, um den Reifenluftdruck zum Übertragungsmedium 57 zu übertragen.
Der Drucksensor 50 erzeugt ein Millivoltausgangssignal proportional zum Eingangsdruck, der darauf einwirkt. Dieses Ausgangssignal wird durch einen OP-Verstärker 52 verstärkt und durch den analogen Port 28 des Transponders 18, Fig. 3 in einen Analog/Digitalwandler 54 eingegeben, der das Signal digitalisiert, bevor in die CPU/Rechner 20 eingegeben wird.
Ein Temperatursensor 110 wird ebenfalls am Substrat 12 befestigt und ermittelt die Temperatur der Luft innerhalb des Kraftfahrzeugreifens oder die Temperatur des Reifens selbst. Der Temperatursensor 110 kann jeglicher geeignete Sensor sein, der einen analogen Ausgang erzeugt, proportional zur erfaßten Umgebungstemperatur. Zum Beispiel kann ein Temperatursensor Modell Nr. LM 35 CAZ, hergestellt durch National Semiconductor, in der vorliegenden Erfindung eingesetzt werden. Der Ausgang des Temperatursensors 110 wird verbunden mit und mehrfach durch den analogen Port 28 des Transponders 18 ausgenutzt, umgewandelt in einen digitalen Wert durch den Analog/Digitalwandler 54 und in die CPU/den Rechner 20 eingegeben. Falls erforderlich kann ein Verstärker vorgesehen werden, um den Ausgang des Temperatursensors 110 zu verstärken, bevor er in den Analogport 28 eingegeben wird.
Nach einem einzigartigen Merkmal der vorliegenden Erfindung ist die Vorrichtung 10 mit einem Reifenumdrehungsdetektor 120 versehen, um jede Umdrehung des Reifens zu erfassen, an dem die Vorrichtung 10 befestigt ist. Der Umdrehungsdetektor 120, wie er in 4 gezeigt wird, kann jegliche geeignete Form besitzen, z. B. ein Magnetdetektor, ansprechend auf extern erzeugte Magnetfelder, der einen Ausgang nach jeder vollständigen 360° Umdrehung des Reifens erzeugt. Ein G-Sensor kann ebenfalls am Substrat 12 befestigt werden, um ein Signal für jede Auf/Abumdrehung des Sensors zu erzeugen.
Der Ausgang des Umdrehungsdetektors 120 wird in einen Zähler 122 eingegeben, der die gesamte Reifenumdrehungszählung akkumuliert und speichert. Nach Empfang eines Signals vom Transponder 18 liefert der Zähler 122 die gesamte Reifenumdrehungszählung durch den digitalen I/O Port 26 zum CPU/Rechner 20. Der Umdrehungsdetektor 120 und der Zähler 122 sind am Substrat 12 befestigt.
Die 4 und 5 zeigen ein Blockdiagramm bzw. ein schematisches Diagramm der Betriebselemente der Vorrichtung 10. Wie in den 4 und 5 gezeigt wird, umfassen die Eingaben für den Transponder 18 den Ausgang des Temperatursensors 110, der wahlweise über einen betriebsmäßigen Verstärker vorgesehen werden kann, wie es in 4 gezeigt ist. Der betriebsmäßige Verstärker 52 empfängt den verstärkten Ausgang des Drucksensors 50 über den Analoport 28.
Die Antriebsquelle oder Batterie 14 liefert eine Ausgangsspannung, die mit VBATT bezeichnet ist. Diese Spannung wird an einem Steuersender 130 und an einer Netzschaltung 132 angelegt. Der Steuersender 130 wird durch ein Signal vom Transponder 18 aktiviert, wie es nachfolgend beschrieben wird, und erzeugt ein Signal am Netzschalter 132, der durch ein Paar paralleler MOSFETs lediglich beispielhaft gebildet ist. Nach anfänglichem Empfang eines Rf-Signals aus der entfernten Abfragequelle erzeugt der Transponder 18 einen Impuls am ersten MOSFET 133, der Strom zu allen Bestandteilen der Vorrichtung 10 liefert.
Ein Ausgangssignal des Steuersenders 130 wird ferner einem Zeitgeber 134 eingegeben, der einen Ausgang erzeugt, welcher für eine vorbestimmte Zeitspanne "EIN" bleibt. Der Zeitgeber 134 kann ein separater Bestandteil sein, wie es in den 4 und 5 gezeigt ist, oder seine beschriebene Zeitgebungsfunktion kann in die Software eingebaut werden, die durch den Prozessor 20 des Transponders 18 ausgeführt wird.
Das Ausgangssignal des Zeitgebers 134 schaltet die Steuerspannung VCC "EIN" für die vorbestimmte Zeitspanne, in dem der andere MOSFET 135 auf "EIN" geschaltet wird, um ein Fen ster vorzusehen, während dessen die Temperatur und der Druck des Reifens durch den Temperatursensor 110 bzw. den Drucksensor 50 ermittelt werden. Dieses Zeitfenster wird ferner verwendet, um die erfaßte Reifenparametertemperatur und Druckwerte, sowie die Umdrehungszählung und andere Parameter, die nachfolgend beschrieben werden, zur entfernten Abfragequelle zurückzuführen.
Generell erzeugt die Abfrageeinrichtung 80, wie sie in 9 gezeigt wird, ein Abfragesignal, das durch den Transmitter 84 übertragen und durch die Antenne 36 an einem entfernt angeordneten Transponder 18 aufgenommen wird. Diese aktiviert den Transponder 18, wie oben beschrieben, und bewirkt, daß die CPU/ der Rechner 20 des Transponders 18 die verschiedenen Sensoren 50, 110, 122 abzufragen. Der Transponder moduliert danach rückstreumäßig die Sensorausgangsdaten, in dem die Daten zu einer Codiervorrichtung 70 geführt werden, wie es in 3 gezeigt ist. Die Codiervorrichtung 70 codiert die Daten unter Verwendung verschiedener Codes, wie z. B. solcher, die im Patent Nr. US-A-5,055,659 offenbart sind. Die codierten Daten werden danach einem Modulator 72 zugeführt, der die Rückstreuung moduliert durch Veränderung der Rf-Belastung an der Antenne 36, um die codierten Signale zurück zur Abfrageeinrichtung 80 zu senden. Die Rückstreumodulationstechnik wird im größeren Detail im Patent Nr. US-A-4,739,328 beschrieben. Wie es in 9 gezeigt wird, umfaßt die Abfrageeinheit oder Abfragequelle 80 eine geeignete Steuerung 82, z. B. einen CPU/Rechner, der mit einem gespeicherten Steuerungsprogramm arbeitet. Diese Steuerung 82 wählt eine geeignete Datengeschwindigkeit 83 aus und liefert Abfragesignale mit einem besonderen Transpondercode über den Transmitter 84 zu einer Antenne 85. Die rückstreumodulierten Signale von der Vorrichtung 10 werden ebenfalls durch die Antenne 85 empfangen und einem Empfänger 86 eingegeben. Das rückstreumodulierte Signal vom Transponder 18 durchläuft die Antenne 85 zu einem Empfänger 86, wird in einer Entschlüsselungsvorrichtung oder Decoder 87 entschlüsselt bzw. decodiert und in die Steuerung 82 eingegeben. Die Reifenzustandsparameterdaten von einer oder mehreren Vorrichtungen 10 können dann von der Abfrageeinrichtung 80 zu einem externen Gastcomputer 90 durch geeignete Kommunikationsschaltkreise abgegeben werden, einschließlich paralleler, RS-323, RS-485 und ETHERNET Kommunikationsschaltkreise und ebenfalls zurück zum RFID 18 zur Speicherung im Speicher des spezifizierten RFID 18 zurück übertragen werden.
Zusätzlich zur Übertragung von Reifen, Druck und Umdrehungsanzahlinformation, ist der Transponder 18 ebenfalls dazu in der Lage, in jedem Signal verschiedene andere Reifendaten oder Informationen zur entfernten Abfragequelle zu übertragen, wie es in der folgenden Tabelle gezeigt wird.
TABELLE 1
Der oben beschriebene Transponder 18 empfängt ein Aktivierungssignal von der entfernten Abfragequelle 80, die den Transponder 18 aktiviert, wobei angenommen wird, daß eine geeignete Identifikationscodeübereinstimmung existiert, um die Reifentemperatur, den Reifendruck und die gegenwärtige Reifenumdrehungsanzahl zu messen. Erfindungsgemäß kann eine Modifikation am Betrieb des Transponders 18 vorgesehen werden, in dem das Steuerungsprogramm, das im Speicher 22 gespeichert ist, so modifiziert wird, daß der Transponder 18 aufgrund eigener Abstimmung aktiviert, zusätzlich zu einer Aktivierung, die durch den Empfang eines Aktivierungssignals aus der entfernten Abfragequelle 80 hervorgerufen wird. Der Transponder 18 kann bei dieser alternativen Weise des Betriebs das geeignete Aktivierungssignal erzeugen und direkt zum Steuersender 130 liefern, der dann den Steuerschalter 132 aktiviert, um den Zeiteinsteller 134 einzuschalten, um das geeignete Zeitfenster für die Datenerfassung einzustellen, wie es oben beschrieben wurde. Diese Selbsterzeugung des Aktivierungssignals kann auf einer Zeitbasis zu irgendeinem auswählbaren Zeitintervall erfolgen.
Bei dieser Betriebsweise fungiert der Transponder 18 ferner zur Aufnahme von Reifenparameterinformationen in den Speicher 22, z. B. Druck, Temperatur, gegenwärtige Reifenumdrehungszahl bei verschiedenen Zeiten während des Betriebs des Fahrzeugs, z. B. einmal am Tag, einmal beim Anlassen des Kraftfahrzeugs, etc., um eine genauere Vergangenheit der Betriebseigenschaften des Reifens vorzusehen. Dieses ist insbesondere wichtig mit Bezug zum Erfassen maximaler und/oder minimaler Drucke und Temperaturen, die in einem besonderen Reifen während seines Betriebs auftreten.
Nunmehr wird Bezug genommen auf die 7 und 8, in denen zwei Befestigungspositionen für die Vorrichtung 10 in oder an einem Kraftfahrzeugreifen dargestellt werden, der allgemein mit dem Bezugszeichen 60 bezeichnet ist. Wie es üblich ist, so ist der Reifen 60 auf einer Felge 62 befestigt und umfaßt einen inneren Wulst 64, der abdichtend die Felge 62 berührt. Eine flexible Seitenwand 66 erstreckt sich vom Wulst 64 zu einem Laufflächenabschnitt 68 des Reifen 60 Wie in 7 gezeigt, kann die Vorrichtung 10 integral innerhalb des Reifens 60 während der Herstellung des Reifens 60 befestigt werden. Eine geeignete Befestigungsposition liegt im oberen Abschnitt der Seitenwand 66, angrenzend an den Wulst 64, da diese Stelle das geringste Ausmaß an Verbiegungen während des Betriebs des Reifens erfährt.
Eine abweichende Befestigungsposition der Vorrichtung 10 wird in 8 gezeigt. Die Vorrichtung 10 wird am Innerliner oder Futter des Reifens 60 angrenzend an den Wulst 64 befestigt. Das elastomere Kissen oder Flicken oder Membran 59 wird über der Vorrichtung 10 befestigt und abdichtend mit dem Innerliner verbunden, um die Vorrichtung 10 in Ausrichtung zum Reifen 60 fest anzubringen.
Zusammenfassend ist eine einzigartige Vorrichtung offenbart worden, die Kraftfahrzeugreifenzustandsparameter erfaßt und zu einer entfernten Abfrageeinheit sendet. Die Vorrichtung ist größenmäßig klein, so daß sie leicht innerhalb eines Reifens während der Herstellung desselben befestigt werden, oder alternativ am Innerliner des Reifens mittels eines elastomeren Flickens angebracht werden kann. Die Vorrichtung umfaßt eine bordeigene Antriebsquelle, um Reifenbetriebsparameter über die Lebensdauer des Reifens zu akkumulieren und solche Parameterwerte zur Kommunikation mit der Abfrageeinheit nach Empfang eines Abfragesignals von der Abfrageeinheit zu sammeln. Auf diese Weise können verschiedenartige Reifenparameterdaten, wie z. B. maximale und minimale Reifendrucke und Temperaturen vorgesehen werden, die während des Einsatzes des Reifens aufgetreten sind und die akkumulative Anzahl der Umdrehung ebenso vorgesehen werden, um eine vollständige Vergangenheit des Einsatzes des Reifens zu erhalten, um seine Abnutzung, mögliche Restlebensdauer, sicheren Betriebszustand etc. festzustellen.

Claims

Meß- und Sendevorrichtung (10) zum Detektieren von Reifenzustandsparameterdaten in einem Kraftfahrzeugreifen (60), der eine Seitenwand (66) besitzt und die detektierten bzw. gemessenen Reifenzustandsparameterdaten zu einem entfernten Abfragegerät (80) sendet, ansprechend auf ein Radiofrequenzsignal von einem entfernten Abfragegerät, wobei die Vorrichtung folgendes umfaßt: ein Einkapselungsgehäuse (7), einen Prozessor (20), einen Speicher (22) und einen Empfänger (36), der mit dem Prozessor verbunden ist, um ein Abfragesignal von einem entfernten Abfragegerät zu empfangen, wobei sämtliche Teile im Gehäuse gelagert sind, Einkapseln der Sensormittel (50; 110; 120), die im Gehäuse gelagert sind, zum Detektieren eines variablen Reifenparamters und zum Erzeugen eines Ausgangssignals zum Prozessor, das für die Größe des detektierten Reifenparameters zur Detektionszeit repräsentativ ist, und Energieversorgungsmittel (14), die im Gehäuse gelagert sind, um den Prozessor, den Speicher, den Empfänger und die Sensormittel mit Energie zu versorgen, wobei die Meß- und Sendevorrichtung dadurch gekennzeichnet ist, daß sie weiter folgendes umfaßt: Rückstreumodulierungsmittel (70), die auf das vom Abfragegerät empfangene Radiofrequenzsignal ansprechen, um das Radiofrequenzsignal rückwärts gestreut zu modulieren, wobei das Ausgangssignal für die Größenordnung des detektierten Reifenzustandsparameters repräsentativ ist, und zum Rückführen des rückgestreuten modulierten Signals zu einem entfernten Abfragegerät, und daß das Einkapselungsgehäuse ausgelegt ist, an der Seitenwand des Kraftfahrzeugreifens befestigt zu werden.
Meß- und Sendevorrichtung nach Anspruch 1, wobei das Sensormittel folgendes umfaßt: Drucksensormittel (50), die am Gehäuse befestigt sind, um den Luftdruck eines Reifens zu detektieren, an dem das Gehäuse befestigt ist.
Meß- und Sendevorrichtung nach Anspruch 2, bei der das Drucksensormittel folgendes umfaßt: einen Druckwandler und ein Druckübertragungsmedium, das in Kontakt mit dem Druckwandler angeordnet und ausgelegt ist, einer Luftkammer eines Reifens ausgesetzt zu sein, an dem das Gehäuse befestigt ist.
Meß- und Sendevorrichtung nach Anspruch 1, bei der das Sensormittel folgendes umfaßt: Temperatursensormittel (110), das im Gehäuse befestigt ist, zum Erfassen der Temperatur eines Reifens, an dem das Gehäuse befestigt ist.
Meß- und Sendevorrichtung nach Anspruch 1, bei der das Sensormittel folgendes umfaßt: Mittel (120), die im Gehäuse befestigt sind, um ein Ausgangssignal für jede vollständige 360°-Umdrehung des Gehäuses zu erfassen und zu erzeugen.
Meß- und Sendevorrichtung nach Anspruch 5, bei der das Meß- oder Detektionsmittel ferner folgendes umfaßt: Zählmittel (122), die auf das Ausgangssignal vom Detektionsmittel ansprechen, um die Ausgangssignale vom Detektionsmittel als akkumulierte Umdrehungszählung zu summieren.
Meß- und Sendevorrichtung nach Anspruch 1, bei der der Prozessor die Ausgangssignale des Sensormittels überwacht, um mindestens einen maximalen und minimalen Wert eines Reifenzustandsparameter über eine vorbestimmte Zeitspanne hinweg zu erfassen.
Meß- und Sendevorrichtung nach Anspruch 1, bei der das Gehäuse aus einem Einkapselungsmaterial gebildet ist, das ferner das Rückstreumodulierungsmittel einkapselt.
Meß- und Sendevorrichtung nach Anspruch 1, ferner umfassend: Zeitgebermittel (134), ansprechend auf ein Aktivierungssignal vom Prozessor und verbunden mit dem Sensormittel zum Aktivieren desselben, um einen Reifenzustandsparameter nur während einer vorbestimmten Zeitspanne zu erfassen, die durch den Zeitgeber eingestellt ist.
Vorrichtung nach Anspruch 9, bei der der Prozessor das Aktivierungssignal für den Zeitgeber ansprechend auf den Empfang des Radiofrequenzsignals erzeugt, das vom entfernten Abfragegerät empfangen wird.
Meß- und Sendevorrichtung nach Anspruch 1, bei der das entfernte Abfragegerät (80) eine Steuerung (82) umfaßt, die ein Abfrageübertragungsmittel (84) zum Übertragen eines Abfragesignals und einen Radiofrequenz-Abfrageempfänger (86) besitzt, um entfernt erzeugte Signale zu Empfangen.