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Die
vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Bestimmen des
Innendrucks eines Luftreifens, der am Rad eines Fahrzeugs befestigt
ist. Sie betrifft ebenfalls ein Verfahren zum Messen eines solchen
Drucks.
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Fast
alle Motorfahrzeuge, die heutzutage benutzt werden, verwenden Luftreifen,
also Reifen, deren einwandfreies Funktionieren und Zuverlässigkeit von
einem internen Gasdruck abhängen.
Fahrzeug- und Reifenhersteller geben sich bei dem Design ihrer Produkte
bedeutende Mühe,
um eine optimale Leistung zu erreichen, und sind folglich bei der
Angabe der Übereinstimmung
zwischen dem Reifentyp und dem Fahrzeug und den Betriebsbedingungen
des Reifens vorsichtig. Daher sollten Luftreifen bei geeigneten
Drücken
gewartet werden, um eine optimale Sicherheit, Komfort, Straßenverhalten,
Kraftstoffsparsamkeit und Reifenlebensdauer zu erreichen.
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Im
alltäglichen
Gebrauch variieren die Drücke
in Reifen beträchtlich,
was lediglich auf ein langsames Austreten zum Beispiel aufgrund
von Durchlässigkeit über die
Zeit oder Temperaturverränderungen,
oder stattdessen auf ein schnelles Austreten zurückzuführen sein kann. Letzteres kann
auf Fehler oder episodischen Druckverlust zurückgeführt werden, zum Beispiel aufgrund
des Aufpralls, wenn über einen
Bordstein gefahren wird. Aus all diesen Gründen werden häufige Überprüfungen des
Innendrucks von Luftreifen von allen Behörden empfohlen.
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Der
alltägliche
Vorgang der Reifendrucküberprüfung ist
im Allgemeinen jedoch benutzerunfreundlich, da er erstens die Entfernung
der Staubkappe und gelegentlich anderer Teile der Radzierblende
erfordert, die gewöhnlich
alle mit Straßenschmutz
bedeckt sind, und zweitens die umständliche Handhabung eines Reifendruckmessers
erfordert. Die unattraktive Beschaffenheit dieser Aufgaben schreckt
oft vor einer regelmäßigen Überprüfung ab,
mit den daraus folgenden Auswirkungen auf Kraftstoffsparsamkeit,
Reifenlebensdauer und Fahrzeugsicherheit.
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Die
Europäische
Patentanmeldung Nr. 0 545 641 A offenbart ein System zum Bestimmen
des Drucks von Fahrzeugluftreifen unter Verwendung einer linearen
Gruppe von Belastungssensoren, die angeordnet sind, um ein Muster
von Kraftverteilungsdaten bereitzustellen, die von jedem Reifen
angewendet werden, der mit dem Sensor in Kontakt steht, wobei entlang
einer Linie über
die Breite jedes Reifens Messungen vorgenommen werden. Ein Computer
wird benutzt, um den Reifendruck anhand der Kraftverteilungsdaten
zu bestimmten, wobei der Reifendruck durch ein Zerlegungsverfahren
oder eine Analysetechnik wie der Bestimmung des Pseudodrucks bestimmt
wird und die Verwendung eines neutralen Netzwerks umfasst.
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Die
Europäische
Patentanmeldung Nr. 0 656 269 A beschreibt ein System, das dem in
der Europäischen
Patentanmeldung Nr. 0 545 641 A offenbarten System ähnlich ist,
jedoch eine zweidimensionale Gruppe von Belastungssensoren bereitstellt,
die ein zweidimensionales (und kein eindimensionales) Muster der
Kraftverteilung ergeben, die von dem Reifen ausgeübt wird.
Dies wird entweder durch eine lineare Gruppe von Sensoren erreicht,
die entlang einer Linie über
die Breite des Reifens mit dem Reifen in Kontakt stehen, wenn der
Reifen darüber
rollt, oder durch eine zweidimensionale Gruppe von Sensoren, die
mit dem Reifen in Kontakt stehen. Wieder umfasst die Analysetechnik
die entnommenen Daten, die in ein neutrales Netzwerk gespeist werden.
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Solche
vorherigen Systeme umfassen die komplexe Verarbeitung vieler Daten,
und es ist ein Ziel der vorliegenden Erfindung, eine Vorrichtung
und ein Verfahren bereitzustellen, die in der Lage sind, den Innendruck
schnell, leicht und auf viel einfachere Weise zu bestimmten, primär mit der
Genauigkeit einer ersten Ordnung. Die vorliegende Erfindung zielt auch
darauf ab, solch eine Messung mit der Genauigkeit einer ersten Ordnung
zu ermöglichen,
um weiter präzisier
zu werden und eine genauere Bestimmung des Innendrucks bereitzustellen.
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Folglich
wird gemäß eines
ersten Aspekts der vorliegenden Erfindung eine Vorrichtung zum Bestimmen
des Innendrucks eines Luftreifens bereitgestellt, der am Rad eines
Fahrzeugs befestigt ist, wobei der Reifen mit einem Träger über einen
Kontaktbereich in Kontakt steht, wobei die Vorrichtung umfasst:
- (i) Erfassungsmittel, die einen oder mehrere
Sensoren innerhalb des Trägers
umfassen, wobei jeder Sensor dafür
ausgelegt ist, den mittleren Kontaktdruck über dem Sensor zwischen dem
Reifen und dem Träger
zu messen, und jeder einen Flächeninhalt
aufweist, der kleiner ist als der Kontaktbereich; und
- (ii) Verarbeitungsmittel, die dafür ausgelegt sind, einen mittleren
Kontaktdruck zwischen dem Reifen und dem Träger anhand von Ausgabesignalen nur
eines Sensors oder von Sensoren zu bestimmen, die ganz in den Kontaktbereich
fallen, um ein Maß für den Innendruck
des Reifens mit der Genauigkeit einer ersten Ordnung bereitzustellen.
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Wenn
ein Reifen, hypothetisch betrachtet, aus einem Material bestehen
würde,
das eine perfekte Membran bildet, würde solch ein Reifen ein kreisförmiges Profil
aufweisen, wenn er aufgepumpt, jedoch unbelastet ist. Wenn jedoch
solch ein perfekter Reifen belastet wird, ist die Fläche des
Reifens, die mit seinem Träger
(zum Beispiel der Straße)
in Kontakt steht, typischerweise flach. Erhöhungen in der Gesamtbelastung
auf solch einen Reifen auf einen ersten Grad an Genauigkeit führt lediglich
zu einem größeren Kontaktbereich,
das heißt,
die Fläche,
die mit dem Träger
in Kontakt steht.
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In
der Praxis kann jedoch nicht vorausgesetzt werden, dass Reifen perfekt
sind, sondern stattdessen Faktoren wie der Reifenkonstruktion, der Steifheit
und dem Profiltyp unterliegen, die den Rand des Kontaktbereiches
beeinflussen. Wenn solche Randeffekte ignoriert werden, verhält sich
der Reifen mehr wie eine perfekte Membran, und folglich kann bei
Ignorieren der Randeffekte erwartet werden, dass Erhöhungen in
der Gesamtbelastung lediglich zu einem größeren Kontaktbereich führen.
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Obwohl
die Gesamtbelastung auf einen Reifen enger mit dem Kontaktbereich
in Zusammenhang steht, kann durch Ignorieren der Randeffekte nicht gesagt
werden, dass die Beziehung zwischen den zwei Parametern notwendigerweise
linear ist, und von einer reinen Eins-zu-eins-Beziehung wird Abstand genommen.
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In
der Praxis kann die Beziehung durch eine Eichkurve, einen Algorithmus
oder eine Datenbank von Standardwerten des Innendrucks für bekannte Werte
des Kontaktdrucks durch Prüfen,
welcher Kontaktdruck bei einem gegebenen Innendruck entsteht, und
durch Wiederholen mit mehreren, unterschiedlichen Innendrücken präziser definiert
werden. Sobald die Eichkurve, der Algorithmus oder die Datenbank durch
wiederholte Prüfungen
definiert worden ist, kann sie benutzt werden, um den Innendruck
aus gegebenen Ablesewerten des Kontaktbereichs zu bestimmten, die
Randeffekte ausschließen.
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Typischerweise
wird ein Reifenkontaktdruck (das heißt, der äußere Kontaktdruck zwischen
dem Reifen und seinem Träger),
in einer Ausführungsform der
Erfindung über
eine oder mehrere Reihen (oder einen Cluster) kleiner Sensoren erfasst,
wenn das Fahrzeug über
sie fährt.
Die Größe dieser
Sensoren wird klein genug gefertigt, so dass der Reifenkontaktbereich
mindestens einen der Sensoren vollständig abdeckt. Ausgaben von
anderen Sensoren, die nur teilweise von dem Reifen bedeckt sind,
werden ausgeschlossen. Die Sensoren müssen jedoch auch groß oder zahlreich
genug sein, um den Durchschnitt der lokalen Veränderungen des Kontaktdrucks
zu ermitteln, zum Beispiel aufgrund des Profilmusters.
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Die
spezifischen Dimensionen der individuellen Sensoren werden derart
ausgewählt,
dass mehr als ein Sensor vollständig
von dem Kontaktbereich zwischen einem Reifen und seinem Träger abgedeckt
ist. Typischerweise wird die Signalverarbeitung der Ausgaben von
den Sensoren derart angeordnet, dass Randeffekte ignoriert werden,
die von den Ausgaben derjenigen Sensoren dargestellt werden, die nur
teilweise von dem Reifen bedeckt sind. Auf diese Weise wird eine
bessere Schätzung
des tatsächlichen
Reifendrucks bestimmt als es der Fall wäre, wenn nur ein Sensor benutzt
würde,
oder wenn die Ausgaben aller Sensoren benutzt würden, egal, ob sie vollständig oder
teilweise mit dem Reifen in Kontakt stehen.
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Die
Cluster der Sensoren dienen der Abfrage des mittleren Kontaktdrucks über dem
Kontaktbereich zwischen einem Reifen und dem Träger, während sie die Ablesewerte in
der Nähe
der Kanten des Kontaktbereichs ignorieren und so eine zuverlässigere
Ablesung des mittleren Drucks zwischen Träger und Reifen bereitstellen.
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In
der Praxis weist die Vorrichtung Cluster von Sensoren auf, die angeordnet
sind, um Reifen an beiden lateralen Seiten eines Fahrzeugs abzulesen. Typischerweise
werden die Ausgaben von den Clustern an beiden Seiten durch ein
Verarbeitungsmittel gleichzeitig abgelesen, außer wenn das Fahrzeug zum Beispiel
ein Motorrad ist.
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Typischerweise
werden die Ausgaben der relevanten Sensoren in kurzen Zeitabständen von dem
Verarbeitungsmittel wiederholt abgelesen, zum Beispiel in Zeitabständen von
einer hundertstel Sekunde.
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Ein
bedeutendes Merkmal der vorliegenden Erfindung ist, dass das System
nicht die Messung der tatsächlichen
Fläche
selbst umfasst, über
die der Reifen mit der Straße
in Kontakt steht, sondern stattdessen eine Messung des Kontaktdrucks
umfasst, da in der einfachsten Form der Erfindung die tatsächliche
Fläche
und somit die Gesamtreifenbelastung nicht von unmittelbarem Interesse
ist.
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Vorzugsweise
nehmen die Sensoren Platten auf, wobei der Druck auf jeder Platte
durch die Benutzung eines mechanischen Verformungs- und Dehnmessstreifens
erfasst wird. Die Anordnung der Cluster der Sensoren und das präzise Verfahren
zum Verarbeiten der Signale, die von jedem Sensor ausgegeben werden,
sind derart, dass die individuellen Drücke von mehr als einem Reifen
an der gleichen Seite einer Achse gleichzeitig zu jedem Zeitpunkt
bestimmt werden können.
Eine zweirädrige
Anordnung ist bei gewerblichen Fahrzeugen üblich.
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Wenn
die Sensoren Platten aufnehmen, können die Platten starr sein
und sind in einer Draufsicht typischerweise kreisförmig. Die
Platten sind gewöhnlich
so angeordnet, dass sie die Reifenbelastung im Wesentlichen senkrecht
erhalten.
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Mehrere
Sensoren können
verwendet werden, und anstatt der bevorzugten Verwendung eines mechanischen
Verformungs- und Dehnmessstreifens kann der Sensor auch aus Materialien
gefertigt sein, die zum Beispiel piezoelektrisches Material, piezoresistives
Material und druckempfindliche optische Faser aufweisen. Typischerweise
stellt die Erfassungsfläche
jedes Sensors ein glattes, flaches Oberflächenprofil ohne Unebenheiten
bereit, und die Ablenkung der Erfassungsfläche jedes Sensors ist gering.
Durch die Erfüllung
solcher Kriterien kann sichergestellt werden, dass der Reifenkontaktbereich flach
ist, wodurch der resultierende Druck auf den Kontaktbereich typisch
ist.
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Die
oben beschriebene Vorrichtung stellt eine Schätzung mit der Genauigkeit einer
ersten Ordnung des Innendrucks gemäß der Erfindung in ihrer einfachsten
Form bereit; um jedoch die Ungenauigkeiten zu verringern, die durch
die Kante, Steifheit und andere Randeffekte verursacht werden, kann
die Gesamtgenauigkeit durch zusätzliche
Verarbeitung der Ausgabesignale aus den Drucksensoren verbessert
werden. Zu diesem Zweck wird in einer präziseren Version der Erfindung
bevorzugt, dass nicht nur der mittlere Druck zwischen Reifen und
Straße
wie oben beschrieben berechnet wird, sondern auch Variablen wie
die Fahrzeugspur (das heißt,
die Entfernung zwischen den Rädern
auf der gleichen Achse), die Anzahl der Fahrzeugachsen und die Anzahl
der Räder
berechnet werden, die alle aus den gleichen Sensorablesewerten hergeleitet
werden. Diese letzteren Variablen werden dann von dem Verarbeitungsmittel
benutzt, um Korrekturfaktoren auszuwählen, die verwendet werden,
um den bestimmten Wert des mittleren Kontaktdrucks zu modifizieren.
Optional kann die Liste der Variablen, die auf diese Weise benutzt
werden, erweitert werden, um zum Beispiel den Fahrzeugradstand (das
heißt,
die Achsentrennung), die Gesamtbelastung auf jedes Rad und die Kontaktbereichbreite
und -länge
(periphere Ablesewerte ausgenommen) zu umfassen. Werte für jede dieser Variablen
werden von dem Verarbeitungsmittel durch Entnahme der Ausgaben nur
von denjenigen Sensoren berechnet (siehe unten), die ganz in den
Kontaktbereich fallen, und nicht von allen Sensoren, die über die
gesamte Breite des Reifens in Kontakt stehen. Auf diese Weise werden,
wie bei der Messung des Innendrucks mit der Genauigkeit einer ersten
Ordnung, Randkontakteffekte vermieden, wenn der Innendruck auf diese
Weise mit einem höheren
Genauigkeitsgrad berechnet wird.
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Durch
Messen solcher Variablen kann das Verarbeitungsmittel der Vorrichtung
Korrekturen in seine Berechnung des Innendrucks durch Aufnahme geeigneter
Algorithmen oder Eichkurven bilden, die tatsächliche Messvariablen mit Werten
von Standardvariablen vergleichen, die sich in einer Referenzdatenbank
befinden und zum Beispiel von Standarddatentabellen eingegeben werden.
Typischerweise können
solche Korrekturfaktoren in eine Datenbank eingegeben werden, auf
die das Verarbeitungsmittel der Vorrichtung zugreifen kann. Die
Eingabe kann durch Ausführen
einer Testreihe an der Vorrichtung über einen Standardbereich von
Bedingungen erreicht werden, das heißt, durch Verwenden eines Bereichs
von Fahrzeugen, Fahrzeugbelastungen und Innendrücken, so dass die Vorrichtung
ihren Datenbank-,Speicher' von
Standardwerten bilden und danach benutzt werden kann, um eine genauere
Schätzung
der Innendrücke
unter spezifischen Fahrzeugbedingungen wie erfordert bereitzustellen.
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In
einer bevorzugten Ausführungsform
ist die Vorrichtung dafür
ausgelegt, die Effekte der Reifentemperaturveränderung durch Benutzen von
Mitteln zu kompensieren, die in der Vorrichtung zur Erfassung der
Reifentemperatur enthalten sind. Solch eine Kompensation ist wünschenswert,
da eine Temperaturveränderung
den Innendruck bedeutend verändern
kann. Die Temperatur kann durch herkömmliche Infrarotmittel oder
andere Mittel gemessen und als eine weitere Eingabe zu der Auswahl
von Korrekturfaktoren benutzt werden, die vorher in der Datenbank der
Vorrichtung gebildet werden und von dem Verarbeitungsmittel benutzt
werden, um eine genaue Abschätzung
des Innendrucks zu berechnen.
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In
einer anderen bevorzugten Ausführungsform
werden zwei oder mehr Cluster von Sensoren bereitgestellt, um den
Reifendruck für
Reifen auf Rädern
zu messen, die sich an gegenüberliegenden Seiten
eines Fahrzeugs befinden, wobei die Cluster in Längsrichtung versetzt sind und
ermöglichen,
zwei oder mehr Geschwindigkeitsberechnungen abzuleiten, die zeitlich
getrennt sind. Der Vergleich solcher Geschwindigkeiten ermöglicht eine
bessere Erkennung jeglicher Beschleunigung oder Verlangsamung des
Fahrzeugs, was die Schätzungen
bezüglich
des Radstands beeinflusst. Wenn eine unzulässige Beschleunigung oder Verlangsamung
erfasst wird, kann ein wiederholter Testlauf bei einer konstanteren
Geschwindigkeit angefordert werden, um sicherzustellen, dass der
Radstand genau genug eingeschätzt wird.
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Bezüglich einer
weiteren bevorzugten Variante können
die individuellen Sensoren innerhalb eines Clusters zufällig (oder
quasi-zufällig)
verteilt werden, um Fehlerrisiken zu minimieren, die aus jeglicher
Korrespondenz des Profilmusters mit dem Muster der Sensoren entstehen.
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Gemäß eines
zweiten Aspekts stellt die vorliegende Erfindung ein Verfahren zum
Bestimmen des Innendrucks eines Luftreifens bereit, der am Rad eines
Fahrzeugs befestigt ist, wobei der Reifen mit einem Träger über einem
Kontaktbereich in Kontakt steht, wobei das Verfahren die folgenden
Schritte umfasst:
- (i) Messen des mittleren
Kontaktdrucks über
jedem Sensor zwischen dem Reifen und dem Träger, wobei jeder Sensor einen
Flächeninhalt
aufweist, der kleiner ist als der Kontaktbereich; und
- (ii) Verarbeiten von Ausgangssignalen nur eines Sensors oder
von Sensoren, die ganz in den Kontaktbereich fallen, um einen mittleren
Kontaktdruck zu bestimmen und so ein Maß für den Innendruck des Reifens
mit der Genauigkeit einer ersten Ordnung bereitzustellen.
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Andere,
optionale Merkmale der vorliegenden Erfindung werden aus den beigefügten, abhängigen Ansprüchen ersichtlich.
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Die
vorliegende Erfindung wird nun detaillierter mit Bezug auf die folgenden,
nicht einschränkenden
Beispiele beschrieben, wie in den Figuren veranschaulicht ist, in
denen:
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1 einen
Reifen eines belasteten Fahrzeugs darstellt, wobei der Reifen für einen
Augenblick über
einem Sensor einer Vorrichtung gemäß einer Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung positioniert wird;
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2 zwei
Cluster von Sensoren veranschaulicht, die nicht versetzt sind, zum
Messen des Innendrucks eines Fahrzeugreifens gemäß der vorliegenden Erfindung;
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3 zwei
der Länge
nach versetzte Cluster von Sensoren zum genaueren Messen des Innendrucks
darstellt, durch Sicherstellen, dass der Innendruck nur berechnet
wird, wenn die Geschwindigkeit im Wesentlichen konstant ist, was
eine genauere Schätzung
des Radstandes und somit des Innendrucks ermöglicht, gemäß einer anderen Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung;
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4 zwei
Cluster von Sensoren darstellt, wobei jeder Cluster angeordnet ist,
um die Anwesenheit eines Reifens über eine größere Länge des Reifenumfangs zu erfassen,
gemäß einer
weiteren Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung;
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5 eine
zufällige
oder quasi-zufällige
Verteilung von Sensoren veranschaulicht, die einen Cluster zur Verwendung
in einer Vorrichtung oder einem Verfahren gemäß einer weiteren Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung bilden;
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6 eine
schematische Darstellung der Verar beitungsschritte ist, die in einer
Ausführungsform
durch das Verarbeitungsmittel der Vorrichtung und des Verfahrens
der vorliegenden Erfindung ausgeführt werden.
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In 1 wird
ein Reifendrucksensor (3) dargestellt, der auf einer Straße derart
angeordnet ist, dass die obere Fläche des Sensors mit der Straßenoberfläche (4)
bündig
ist. Die Dimensionen des Sensors (3) sind ein geeigneter
Abschnitt der Größe eines
Reifenkontaktbereichs (2) eines Reifens (1). Auf diese
Weise ist der Sensor (3) weder so klein, um durch lokale
Veränderungen
bezüglich
der Reifensteifheit und so fort beeinflusst zu werden, noch ist
er so groß,
dass die Erfassungsfläche
immer einige der Ränder
des Reifenkontaktbereichs (2) umfasst, in denen Kontaktdrücke wahrscheinlich
nicht typisch sind.
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Die
Sensoranordnung ist aus einem Gehäuse zusammengesetzt, das eine
steife Platte aufnimmt, die typischerweise aus Metall oder einem
anderen Material hergestellt ist. Unter der Platte befindet sich
ein Belastungs- oder Druck-Erfassungsmittel, das ein mechanischer
Verformungs- oder Dehnmessstreifen oder ein Teil aus piezoelektrischem oder
piezoresistivem Material sein kann. Das Druckerfassungsmittel ist
mit einer geeigneten Datenverarbeitungselektronik verbunden, um
ein Ablesen des Drucks bereitzustellen, der auf die obere Fläche der Platte
ausgeübt
wird. Eine flexible Abdeckung schützt die Anordnung vor Wasser-
und Schmutzeindringen und vor mechanischer Beschädigung. Die Platte weist Dimensionen
auf, die derart gewählt sind,
dass die erfasste Fläche
geringer ist als der Kontaktbereich des Reifens mit der Straße. Typischerweise
kann die Platte einen Durchmesser zwischen 40 und 50 mm aufweisen.
Obwohl die Platten typischerweise kreisförmig sind, können sie
eine andere Form aufweisen und somit zum Beispiel rechteckig sein.
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Der
Kontaktbereich misst typischerweise 200 mm × 400 mm und ist gewöhnlich rechteckig
mit annähernd
abgerundeten Ecken, das heißt,
mit annähernd
ovalen Enden. Jeder Sensor weist einen Flächeninhalt zwischen 0,1 und
25% des Kontaktbereichs auf, vorzugsweise zwischen 1 und 10%, insbesondere
bevorzugt zwischen 3 und 8%, zum Beispiel 5% des Kontaktbereichs.
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Eine
Reihe solcher Platten (6), die in einem engen Abstand voneinander
entfernt sind, stellen folglich sicher, dass mindestens eine der
Platten (6) komplett innerhalb des Reifenkontaktbereichs
liegt, wodurch Randeffekte vermieden werden und so eine zuverlässige Messung
des mittleren Drucks zwischen Reifen und Straße bereitgestellt wird. Wie oben
erklärt,
wird die letzte Messung mit dem Reifeninnendruck mit der Genauigkeit
einer ersten Ordnung in Beziehung gesetzt. Jeder Sensor (3)
wird unabhängig
durch einen Anschlussdraht (9) an die Datenverarbeitungselektronik
(nicht dargestellt) angeschlossen, die erkennt, welche Platten (9)
durch das Passieren des Reifens belastet worden sind, und um den
mittleren Druck zwischen Reifen und Straße aus der geeignetesten Platte
oder den geeignetsten Platten (6) herzuleiten.
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Das
Verarbeitungsmittel kann auf mehrere Art und Weisen zwischen den
Ausgaben derjenigen Sensoren differenzieren, die nur teilweise von
einem Reifen bedeckt sind, und denen, die vollständig bedeckt sind. Ein einfaches
Verfahren ist ein topografisches Verfahren, in dem für eine eng
gepackte Reihe von Sensoren, die über die gesamte Reifenbreite
verlaufen, die zwei Sensorablesewerte, die nicht Null sind, an den
zwei äußeren Enden
der Reihe ignoriert werden. Das Verarbeitungsmittel einer Ausführungsform
der Vorrichtung berechnet unter Verwendung dieses einfachen, topografischen
Verfahrens den mittleren Innendruck durch eine Reihe von Verarbeitungsschritten,
die in dem schematischen Algorithmus aus 6 dargestellt
sind, für
den vereinfachten, topografischen Ansatz.
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Eine
bevorzugtere Anordnung ist, zum Beispiel drei Reihen von eng gepackten,
kreisförmigen Sensoren
in einer etwa hexagonalen Anordnung aufzuweisen, in der jede Reihe
bezüglich
der Reihe dahinter seitlich um eine Drittel des Sensorabstands versetzt
ist. Solch eine Anordnung macht es durch Aufzeichnung derjenigen
Sensoren, die nicht Null sind, möglich,
die Position der Kante der Kontaktstelle mit einer Genauigkeit von
einem Drittel des Sensorabstands zu positionieren. Dies ermöglicht die
Aufnahme zum Beispiel eines Sensors, der voll belastet ist, sich
jedoch am Ende seiner Reihe befindet und deshalb ansonsten zurückgewiesen
worden wäre. Solche
eine hexagonale Sensoranordnung ist schematisch in 2 und 3 veranschaulicht.
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Wenn
das Muster der Sensoren nicht symmetrisch ist, berechnet das Verarbeitungsmittel
alternativ den zentralsten Punkt innerhalb der Fläche, die von
den Sensoren bedeckt ist, die eine Ausgabe von nicht Null ergeben.
Diese Berechnungsart ermöglicht,
dass der Abstand und die Richtung jedes Sensors, dessen Ablesewert
nicht Null ist, gemessen und die Ausgabe des entferntesten dieser
Sensoren in jede Richtung ignoriert wird.
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Ein
dritter, jedoch weniger bevorzugter Ansatz umfasst die Berechnung
des mittleren Drucks auf allen Sensoren, deren Ablesewert nicht
Null ist, mit nachfolgender Auswahl, so dass die Ausgaben aller
individuellen Sensoren mit einem Ablesewert, der geringer ist als
dieser Mittelwert, ignoriert werden. Obwohl dies ein einfacher und
leicht durchführbarer
Ansatz ist, wird er weniger bevorzugt, da, wenn ein Stein in dem
Reifenprofil hängen
bleibt, alle niedrigen Druckablesewerte unmittelbar um den Kontaktbereich
mit dem Stein beseitigt würden,
wodurch eine ungenaue Gesamtmessung bereitgestellt wird.
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Wenn
ein mechanischer Verformungs- und Dehnmessstreifen als Erfassungsmittel
verwendet wird, ist die Benutzung von einer oder mehreren Platten
(6) mit festgelegter Fläche
erforderlich, damit die Belastung, die von der Vorrichtung erfasst
wird, aus dieser festgelegten Fläche
berechnet werden kann. Im Gegensatz dazu macht die Benutzung von
piezoelektrischen oder piezoresistiven Erfassungsvorrichtungen solche
Platten (6) optional, da solche Vorrichtungen durch ihre
Beschaffenheit Signale erzeugen können, die den Druck und nicht
die Belastung widerspiegeln.
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Die
oben beschriebene Vorrichtung und das oben beschriebene Verfahren
ermöglichen
die Messung des Innendrucks mit der Genauigkeit einer ersten Ordnung.
Um die Genauigkeit zu verbessern, können in einer präziseren
Version der Erfindung jedoch Variablen wie die Fahrzeugspur und
der Radstand gemessen werden und diese Information benutzt werden,
um die Abweichungen zwischen dem tatsächlich gemessenen Reifen-/Straßendruck
und den Standardmessungen des Reifeninnendrucks zu kompensieren,
der vorher in eine Datenbank eingegeben wurde, auf die das Verarbeitungsmittel
als eine ,Nachschlag'-Tabelle
von Korrekturfaktoren zugreifen kann.
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Dementsprechend
können
die folgenden Parameter zum Beispiel in das zugehörige Datenbanksystem
eingegeben werden:
Fahrzeugspur,
Fahrzeugradstand,
Anzahl
der Fahrzeugachsen oder Gesamtanzahl der Reifen,
Gesamtbelastung
auf jeden Reifen, die nur von denjenigen Sensoren geschätzt wird,
die ganz in die Kontaktstelle fallen
Breite des Kontaktbereichs,
die nur von denjenigen Sensoren geschätzt wird, die ganz in die Kontaktfläche fallen,
und
Länge
der Kontaktfläche,
die nur von denjenigen Sensoren geschätzt wird, die ganz in die Kontaktfläche fallen.
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Die
Fahrzeugspur, oder der Abstand zwischen den zwei Rädern auf
der gleichen Achse, kann durch Bezug auf die Position des zentralen
Punktes des voll belasteten Sensors an jeder Seite der Vorrichtung
und durch Berechnen des Abstands dazwischen gemessen werden.
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Die
Messung des Achsenabstands und des Radstands kann durch Messen des
Zeitintervalls zwischen der Ankunft aufeinander folgender Räder an einem
spezifischen Sensor oder Sensorreihe („Betriebszeiten") und durch Schätzen der
Geschwindigkeit der Durchfahrt des Fahrzeugs über das Erfassungsgerät erreicht
werden. Schätzungen
dieser Geschwindigkeit können
durch Messen der Zeitintervalle zwischen der Ankunft eines spezifischen
Reifens an einer aufeinander folgenden Reihe von Sensoren gemacht
werden, da die Entfernung zwischen diesen Reihen bekannt ist. Das
Ganze kann für
die Zeiten wiederholt werden, wenn der Reifen die Sensoren verlässt („Ruhezeiten"), um eine größere Datenprobe bereitzustellen.
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Es
ist ein bevorzugter Ansatz, diese Betriebszeiten und Ruhezeiten
an jedem kontaktierten (oder voll kontaktierten) Sensor zu verzeichnen,
daraus die Geschwindigkeit und somit die Achsenabstände aus
den Signalen jedes Sensors oder jeder Sensorreihe zu folgern und
dann den Mittelwert aus den Ergebnissen zu ermitteln. Auf diese
Weise werden die besten Schätzungen
des Achsenabstands erreicht.
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Die
Genauigkeit solcher Schätzungen
kann durch Versetzen in Längsrichtung
von zwei Clustern von Sensoren (3) weiter verbessert werden,
wie in 3 dargestellt ist, so dass ein Rad an einer Seite einer Achse
auf seinen jeweiligen Cluster (7) von Sensoren (3)
zu einem anderen Zeitpunkt auftrifft als zu dem Zeitpunkt, an dem
das Rad an der anderen Seite auf den zweiten Cluster (8)
von Sensoren (3) auftrifft. Das Versetzen auf diese Weise
ermöglicht eine
zuverlässigere
Geschwindigkeitsschätzung,
da es wahrscheinlicher ist, eine bedeutende Beschleunigung/Abbremsung
zu identifizieren, in welchem Fall ein Wiederholungslauf bei einer
konstanteren Geschwindigkeit angefordert werden kann.
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Die
Anzahl der vorhandenen Fahrzeugachsen kann aus der Anzahl der Wiederholungsmuster bei
jeder Reihe von Sensoren hergeleitet werden. Auf ähnliche
Weise kann die Anzahl der Reifen auf jeder Achse aus der Musterverteilung über alle
Sensoren zusammen berechnet werden. Die Gesamtbelastung auf jedes
Rad kann durch Multiplizieren des mittleren Kontaktdrucks mit der
geschätzten
Kontaktstellengröße geschätzt werden,
die nur aus denjenigen Sensoren abgeschätzt wird, die durch jeden Reifen ganz
abgedeckt sind.
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Die
Kontaktpfadlänge,
die nur aus Ausgaben von voll belasteten Sensoren abgeschätzt wird,
kann durch Messen der Betriebszeit und der Ruhezeit für den (die)
gleichen Sensor(en) geschätzt
werden, um ein Zeitintervall für
den Kontaktzeitraum bereitzustellen. Wenn die Geschwindigkeit des
Fahrzeugs (aufgrund Schätzung,
siehe oben) und dieser Zeitintervall bekannt sind, kann die Länge der
Kontaktstelle leicht bestimmt werden.
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In
einer bevorzugten Anordnung wird ins Auge gefasst, dass sich die
Cluster von Sensoren etwas in eine Längsrichtung erstrecken, das
heißt,
in die Richtung der Bewegung des Rades, so dass eine bedeutende
Länge des
Reifenumfangs abgefragt wird, wenn das Fahrzeug über die Anordnung fährt. Wenn
sich das Fahrzeug bewegt, ist eine Anordnungslänge von etwa zwei Fuß (0,6 Meter)
für einen Gesamtreifenumfang
von etwa sechs Fuß (1,8
Meter) geeignet. Solch eine Anordnung ist in 4 dargestellt,
in der Cluster (10, 11) von Sensoren mit einer
erhöhten
Dimension (12) in Richtung des Reifenumfangs angeordnet
sind.
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Die
Anordnungen dienen folglich der Abfrage des mittleren Kontaktdrucks über eine
ausgedehnte Länge
des Reifenumfangs und ignorieren Ablesungen in der Nähe der Kanten
des Kontaktbereichs, so dass eine zuverlässigere, mittlere Druckmessung
bereitgestellt wird.
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5 veranschaulicht
einen Cluster von Sensoren (3), in dem die Sensoren (3)
in einer zufälligen
oder quasi-zufälligen Weise
verteilt sind. Diese Anordnungsart minimiert das Fehlerrisiko, das
sich aus einer exakten oder relativ exakten Korrespondenz der Profilmustermerkmale
mit den Merkmalen des Sensormusters ergibt. Solch eine zufällige oder quasi-zufällige Anordnung
kann in jeder der oben beschriebenen Ausführungsformen benutzt werden.
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Die
vorliegende Erfindung stellt eine schnelle und einfache Art und
Weise zum Bereitstellen einer Messung eines Reifeninnendrucks bereit,
mit mindestens der Genauigkeit einer ersten Ordnung, was folglich
den Fahrern eines Fahrzeugs ermöglicht,
den Reifendruck in häufigen
Zeitabständen
und ohne Schwierigkeiten zu überprüfen, wodurch
die Reifenabnutzung verringert und die Fahrzeugsicherheit und Kraftstoffsparsamkeit
erhöht
wird. Ferner kann der Innendruck eines großen Bereichs von Fahrzeugtypen
mit Luftreifen durch die Vorrichtung und das Verfahren der vorliegenden
Erfindung überprüft oder überwacht
werden.