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HINTERGRUND DER ERFINDUNG
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1. Gebiet der Erfindung
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Diese
Erfindung betrifft allgemein Reifenlaufflächen und betrifft insbesondere
ein Überwachen
von Reifenlaufflächen.
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2. Diskussion des verwandten
Stands der Technik
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Das
Fahrverhalten eines Motorfahrzeugs (z. B. Steuern des Fahrzeugs,
Bremsen und Kraftstoffverbrauch) wird durch den Zustand der Reifen
beeinflusst. Das Fahrverhalten kann durch unsachgemäßen Fülldruck,
unregelmäßige Reifenlaufflächenabnutzung
und Unwuchtzustände
beeinträchtigt
werden.
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Es
wird geschätzt,
dass 10 % der Reifen, die sich normalerweise bei 40.000 Meilen abnutzen
würden, sich
aufgrund ungleichmäßiger Reifenflächenabnutzung
tatsächlich
schon bei 30.000 Meilen abnutzen. Als ein Ergebnis kann das Fahrzeug
im Laufe eines Fahrzeuglebens von 120.000 Meilen einen zusätzlichen
Satz Reifen zum durchschnittlichen Preis von $ 300 benötigen. Somit
ist es erwünscht,
den Fahrer auf die unnormale Reifenunwucht aufmerksam zu machen.
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Ein
Reifenüberwachungssystem,
das über
SmartTire Systems, Inc. (www.smartire.com) erhältlich ist, verwendet eine
drahtlose Technologie, um den Luftdruck und die Temperatur in Fahrzeugreifen
zu überwachen,
und zwar unter Verwendung von drahtlosen, am Rad angebrachten Sensoren
und einer Anzeige, die in Sicht- und Reichweite des Fahrers angebracht
ist. An jedem Rad wird ein Sensor angebracht, und jeder Reifen wird über dem
Sensor angebracht. Jeder Sensor kann einen Druckmessfühler, eine
Temperaturmessfühler,
einen Fliehkraftschalter, einen Funksender und eine Lithiumbatterie
enthalten. Das Anzeigemodul zeigt den benötigten Druck, tatsächlichen
Druck, Druckstatus und Temperatur an. Während dieses System Temperatur- und
Druckinformation bereitstellt, stellt es keine Information über Reifenabnutzung-
und gleichgewicht bereit.
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Zusätzlich können Antiblockier-Bremssysteme
(ABS) und eingebaute Fahrzeugsteuerungen bzw. -controller ("integrated vehicle
controller"; IVC)
die Eingabe von Information benötigen,
welche die Raddrehzahl für
jedes Rad anzeigt. Ein separater Raddrehzahlsensor kann für jedes
Rad vorgesehen sein. Dies kann typischerweise ein Zahnrad aus einer
magnetischen Scheibe umfassen, die koaxial an einer entsprechenden Achse
befestigt ist, welche drehbar einen Reifen trägt und eine Abtastspule, die
benachbart zu jedem Zahnrad mit einem Abstand dazwischen angeordnet
ist, um ein wechselndes Sensorsignal mit einer Frequenz bereitzustellen,
welche die Geschwindigkeit jedes Reifens angibt.
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Die
schwebende
US-Patentanmeldung
Nr. 09/454,443 offenbart ein System und Verfahren zum Überwachen
von Fahrzeugzuständen,
die Reifen beeinträchtigen,
einschließlich
einer Reifenlaufflächenabnutzung, einer
Stoßdämpferleistung,
einem Gleichgewichtszustand des Fahrzeugreifens und einer Drehzahl
eines Fahrzeugrads.
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ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
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Ausführungsformen
der vorliegenden Erfindung können
ein Reifenüberwachungsverfahren
bereitstellen, das ein Überwachen
eines Parameters eines Reifens eines Fahrzeugs über eine Zeit und Vergleichen
von Information betreffend den überwachten
Parameter (über
eine Zeit) mit einem Referenzschwellwert des Parameters (über eine
Zeit) umfasst. Das Verfahren kann auch ein Bereitstellen von Information
für einen
Fahrer beruhend auf dem Vergleich umfassen. Der Parameter kann (axiale,
radiale oder Längs-)
Beschleunigung entlang einer Achse des Reifens sein. Der Parameter
kann beispielsweise auch Reifenunwucht, Temperatur im Reifen, Geschwindigkeit
des Reifens, Last und/oder Druck sein. Information betreffend den
Vergleich kann an einen Fahrer übermittelt
werden, falls der überwachte
Parameter den Referenzschwellwert für eine vorbestimmte Zeitdauer überschreitet.
Diese Information kann verwendet werden, um eine Reifenlaufflächentrennung
zu erfassen, zu überwachen
oder vorherzusagen.
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EP 1 106 397 beschreibt
ein System zum Überwachen
von Reifenabnutzung, Stoßdämpferleistung und
Gleichgewichtszuständen
eines Fahrzeugreifens. Das System verwendet Sensoren, die eine radiale
und laterale Beschleunigung von Reifen erfassen, um Beschleunigungssignale
bereitzustellen. Die Sensoren können
an den Felgen entweder im Reifen oder außerhalb der Reifen befestigt
sein. Ein Prozessor bestimmt eine Resonanzfrequenz der radialen
und lateralen Beschleunigung eines Reifens und vergleicht den bestimmten Resonanzfrequenzwert
mit einem einzelnen gespeicherten Referenzfrequenzwert, der optimale
Zustände
angibt. Beruhend auf der Frequenzverschiebung zwischen beiden Frequenzen
wird bestimmt, ob die Abweichung zu groß ist. Wenn die Abweichung
zu groß ist,
wird der Fahrer benachrichtigt.
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WO 00/01545 beschreibt ein
Verfahren zum Erfassen eines Plattenzustands eines Reifens mittels Platzierens
von Sicherheitseinsätzen
im Reifen an der Felge, was Vibrationswarnsignale erzeugt, wenn
ein Reifen Luft verliert. Diese Warnsignale verstärken bei
einem Platten Drehzahlschwankungen des Rads. Diese Geschwindigkeitsveränderungen
werden insbesondere bei Oberschwingungsfrequenzen erzeugt, welche
mittels Sensoren erfasst werden können, die nahe dem Rad bereitgestellt
werden.
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EP 0 636 503 stellt eine
Vorrichtung zum Erfassen von Störungen
oder Geräuschen
bereit, welche ein bereiftes Rad beeinflussen. Störungen entstehen
entweder aus der unregelmäßigen Straßenoberfläche, der Veränderung
oder Schwankung im Trägheitsmoment
oder dem Luftdruck des Reifens. Eine Mehrzahl von Parameterveränderungen
(Veränderung
der Federkonstante K (ΔK)
und die Veränderungen
des Trägheitsmoments
J
R und J
B (ΔJ
R und ΔJ
B) werden über eine Zeit in einer Aufzeichnung
mittels Aufaddierens der Veränderungen
gespeichert. Beruhend auf dem Vergleich der Summe mit einem Referenzwert
des Parameters wird der Fahrer des Fahrzeugs benachrichtigt, falls
der Reifendruck unnormal niedrig ist, dass zusätzliche Masse am Reifen anhaftet
oder dass die Reifenabnutzung kritisch ist.
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EP 0 873 886 beschreibt
ein Verfahren zum Bestimmen der Laufflächentiefe eines Fahrzeugreifens während sich
das Fahrzeug bewegt, und zwar unter Verwendung eines Koordinatensystems
relativ zur Nabe des Rads. Die Verringerung der Reifenlaufflächentiefe
wird beruhend auf tatsächlichen
Veränderungen
in der Masse und dem Durchmesser des Reifens errechnet, und zwar
mittels Berechnens eines Massenträgheitsmoments relativ zu einer
Drehsteifigkeit des Gürtels
und der Seitenwand.
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WO 01/12453 diskutiert ein
Verfahren und Vorrichtung mit Transpondern, die sich in einem Reifen
befinden, und mit einem Mittel zum Überwachen von Leistungsschwankungen
zwischen den Transpondern und der Fahrzeugantenne, um dynamische
Zustände
des Reifens zu erkennen. Insbesondere erwähnt D5 solche dynamischen Zustände, die
Reifenwinkelposition, Drehzahl und -beschleunigung, laterale Beschleunigung, Radialschlag
und Drehmomentauswirkungen auf eine oder mehrere der Reifenachsen
und Steuerwinkel umfassen.
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US 4,574,267 offenbart,
wie der Reifenfülldruck
mittels Erfassens von Veränderungen
der Federraten der Reifen überwacht
werden kann. Die Reifenfederraten werden mit tels Beschleunigungsmessern
gemessen, die am Fahrzeug befestigt sind. Die Beschleunigungsmesser
stellen Echtzeit-Reifenfrequenzsignale bereit, die mit einer Referenzresonanzfrequenz
für jeden
Reifen verglichen werden. Falls die Resonanzfrequenz unter die Referenzfrequenz
sinkt, wird angenommen, dass der Reifendruck niedrig ist, und es
erfolgt eine Warnaktion.
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US 5,557,552 beschreibt
ein Reifenüberwachungssystem,
das allein dazu ausgelegt ist, Fülldruck,
Art des Reifens und die Menge an Differenzen von Resonanzfrequenzen,
die auf einer Reifenabnutzung beruhen, zu messen.
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DE 29 05 931 beschreibt
eine Vorrichtung zum Überwachen
der Stöße und des
Drucks von bereiften Rädern
eines Fahrzeugs. Beschleunigungssensoren sind an einem tragenden
Teil jedes zu überwachenden Rads
befestigt oder sind an Teilen der Karosserie des Fahrzeugs nahe
dem zu überwachenden
Rad befestigt. Eine vertikale und horizontale Bewegung des Rads
und des Fahrzeugs kann mit diesen Beschleunigungssensoren erfasst
werden. Das Ausgabesignal des Sensors ermöglicht es, Annahmen über den
Zustand der Stöße und des
Drucks des bereiften Rads anzustellen, und zwar beruhend auf Frequenzen,
die mittels der Sensoren erfasst werden.
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US 4,570,152 offenbart die
Verwendung von magnetischen Zapfen, die im Reifen (dem Reifengummi) positioniert
sind, um Signale bereitzustellen, die mit der Temperatur des Reifens
korrelieren. Das durch die Zapfen übertragene Signal wird einem
Empfänger,
der sich am Fahrzeug befindet, mitgeteilt. Mittels Kennens und überwachens
der Reifentemperatur, machen es Temperaturanstiege möglich, ein
Reifenversagen oder eine Laufflächentrennung
vorherzusagen. Das Signal wird in Echtzeit analysiert, und nachdem
das Signal auf einen vorausgewählten
Pegel abgesunken ist, wird ein Warnsignal an den Fahrer gesendet.
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Ausführungsformen
der vorliegenden Erfindung können
auch ein Reifenüberwachungsverfahren
bereitstellen, das zumindest einen Sensor umfasst, um einen Parameter
eines Reifens des Fahrzeugs zu überwachen,
eine Speichervorrichtung, um Signale vom Sensor, die den Parameter über eine
Zeit angeben, zu empfangen und zu speichern, und eine Verarbeitungsvorrichtung,
um diese mit der Speichervorrichtung zu koppeln und um Information
betreffend den Parameter über
eine Zeit mit einem Referenzschwellwert des Parameters über eine
Zeit zu vergleichen. Eine Anzeigevorrichtung (oder Audiovorrichtung
oder eine andere Art von Anzeiger) kann einem Fahrer Information
bezüglich
des Reifens anzeigen (oder weiterleiten). Das Sensorsystem kann
der Anzeigevorrichtung eine Warnangabe bereitstellen, falls der
Parameter den Schwellwert für eine
vorbestimmte Zeitdauer überschreitet.
Die Warnangabe kann sich auf eine tatsächliche oder vorhergesagte
Reifenlaufflächentrennung
beziehen.
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Der
Sensor kann ein radialer Beschleunigungsmesser sein, um eine radiale
Beschleunigung zu überwachen,
ein axialer Beschleunigungsmesser, um eine axiale Beschleunigung
zu überwachen,
oder ein Längsbeschleunigungsmesser,
um eine Längsbeschleunigung
zu überwachen.
Der Sensor kann ferner ein Reifendrucksensor, ein Temperatursensor
und/oder ein Geschwindigkeitssensor sein.
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Andere
Merkmale der Erfindung werden aus der folgenden ausführlichen
Beschreibung zusammen mit den beiliegenden Zeichnungen ersichtlich,
welche bevorzugte Ausführungsformen
der vorliegenden Erfindung offenbaren.
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KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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Das
Vorangegangene und ein besseres Verständnis der vorliegenden Erfindung
werden aus der folgenden ausführlichen
Beschreibung beispielhafter Ausführungsformen
und den Ansprüchen
ersichtlich werden, wenn zusammen mit den beiliegenden Zeichnungen
gelesen, wobei alle einen Teil der Offenbarung dieser Erfindung
bilden. Während
die vorangegangene und die folgende geschriebene und gezeigte Offenbarung sich
darauf konzentriert, beispielhafte Ausführungsformen der Erfindung
zu offenbaren, sollte deutlich darauf hingewiesen werden, dass sie
nur darstellenden und beispielhaften Charakter besitzt und dass
die Erfindung nicht darauf beschränkt ist.
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Das
Folgende stellt kurze Beschreibungen der Zeichnungen dar, in welchen
gleiche Bezugsziffern gleiche Elemente darstellen und in denen:
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1 eine
Querschnittsansicht einer verformbaren Struktur in Form eines Reifens
ist;
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2 ein
Blockdiagramm eines Sensorsystems gemäß einer beispielhaften Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung ist;
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3 ein
Sensorsystem gemäß einer
beispielhaften Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung zeigt;
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4 ein
Graph ist, der ein Reifenunwuchtgewicht gegenüber einer Fahrzeuglaufzeit
zeigt;
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5 ein
Flussdiagramm ist, das ein Reifenüberwachungsverfahren gemäß einer
beispielhaften Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung zeigt;
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6 ein
Flussdiagramm ist, das ein Reifenüberwachungsverfahren gemäß einer
beispielhaften Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung zeigt; und
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7 ein
Diagramm ist, das eine Reifenauslenkungsmessung gemäß einer
beispielhaften Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung zeigt.
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GENAUE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN
AUSFÜHRUNGSFORMEN
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In
der folgenden genauen Beschreibung können gleiche Bezugsziffern
und -symbole verwendet werden, um identische, entsprechende oder ähnliche
Komponenten in unterschiedlichen Zeichnungsfiguren zu bezeichnen.
Des Weiteren können
in der folgenden genauen Beschreibung beispielhafte Größen, Modelle, Werte,
Bereiche angegeben werden, obwohl die vorliegende Erfindung nicht
darauf beschränkt
ist. Gut bekannte Stromverbindungen und andere gut bekannte Elemente
sind aus Gründen
der Einfachheit der Darstellung und der Diskussion, und um die Erfindung
nicht zu verschleiern, nicht in den Zeichnungsfiguren gezeigt worden.
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Ausführungsformen
der vorliegenden Erfindung können
ein System von reifeninternen Sicherheitssensoren (d. h., ein Sensorsystem)
zum Überwachen
von relevanten Reifenparametern und Reifenbetriebszuständen bereitstellen,
die für
den gegenwärtigen
bzw. tatsächlichen
Zustand und den erwarteten Zustand der Reifenlauffläche relevant
sind. Das Sensorsystem kann ein zukünftiges Problem mittels Beobachtens
bestimmter Parameter über
eine Zeit vorhersagen. Das Sensorsystem kann auch vorliegende Probleme,
wie beispielsweise eine Reifenunwucht beobachten. Das Sensorsystem
kann dadurch dazu verwendet werden, eine Reifenlaufflächentrennung
zu erfassen, zu überwachen
oder vorherzusagen.
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Das
Sensorsystem kann zwei Gesichtspunkte, die nachstehen beschrieben
werden, überwachen, nämlich eine
tatsächlich
auftretende Laufflächentrennung
und direkte Betriebszustände.
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Insbesondere
kann das Sensorsystem eine tatsächlich
auftretende Laufflächentrennung
des sich drehenden Reifen-/Radaufbaus mittels eines Gesichtspunkts
einer dynamischen Oberschwingungsleistungssteuerung ("Harmonic Dynamic
Power Steering";
HDPS) des Sensorsystems messen. Die tatsächlich auftretende Laufflächentrennung
kann durch ungleichmäßige zylindrische
asymmetrische Veränderungen
verursacht werden, die das Symptom einer Laufflächen-zu-Reifen-Materialbewegung,
wie beispielsweise Schälen,
Laufflächenblasenbildung,
fehlende Laufflächenstücke/-brocken usw., sein
kann. Diese Parameter können über eine Zeitdauer
beobachtet werden, um zu bestimmen, ob ein tatsächliches Problem (wie beispielsweise
eine Reifenlaufflächentrennung)
vorliegt.
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Das
Sensorsystem kann ferner direkte Betriebszustände messen, und zwar mittels
eines Gesichtspunkts einer integrierten Belastungsfaktormessung
("Stress Factor
Integrated Measurement";
SFIM) des Sensorsystems. Diese direkten Betriebszustände können zu
einer starken Reifenbelastung und einer hohen kritischen Temperatur
führen,
welche (falls für
eine ausreichende Zeitdauer aufrechterhalten) die Wahrscheinlichkeit
einer Laufflächentrennung
stark erhöhen
kann. Beispielsweise kann sich ein kritischer Temperaturbereich an
der Grenzfläche
von Gürtel
und Lauffläche
(besonders an den Rändern)
befinden, wo das Einsetzen der Laufflächentrennung aufgrund ihrer
niedrigen Materialbindungsenergie, um dem thermo-mechanisch induzierten,
chemischen Abbau und den sich daraus ergebenden Materialschäleffekten
standzuhalten, üblicherweise auftritt.
Das Sensorsystem kann diese kritische Temperatur indirekt messen
(da eine direkte Messung schwierig ist), wie es beschrieben werden
wird. Mittels Verwendens dieser Parameter und Beobachter derselben über eine
Zeitdauer kann eine Vorhersage betreffend ein zukünftiges
Problem gemacht werden.
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Vor
einer ausführlichen
Diskussion des Sensorsystems wird eine kurze Diskussion des grundsätzlichen
thermo-mechanischen chemischen Abbaus gegeben. Es ist gut bekannt,
dass die meisten Versagensmechanismen thermisch beschleunigt werden.
Dieser kann deshalb auftreten, weil eine höhere Materialtemperatur die
Rate von chemischen Veränderungen
auf einer molekularen Ebene erhöht,
und zwar mittels Einbringens von mehr Energie in die zugrundeliegenden
chemischen Abläufe,
welche das Versagensphänomen darstellen.
Ebenso kann eine mechanische Bewegung mehr Energie in den Versagensprozess
einbringen, und zwar thermisch oder mittels Beschleunigens der Bewegung
der Moleküle.
Eine gut bekannte Gleichung für
das Auftreten eines thermisch induzierten Versagensmechanismus ist
die folgende Gleichung 1:
wobei c eine Konstante, MTBF
die durchschnittliche Zeit zwischen Versagensvorfällen ("mean time between failure") und E
a die
Aktivierungsenergie ist, die mit dem spezifischen thermisch induzierten
Mechanismus (z. B. dem Pegel der thermischen Energie, der benötigt wird,
um es dem Versagensprozess zu ermöglichen, aufzutreten) in Zusammenhang
steht. Die Rate des Fortschritts des Ablaufs ist exponentiell abhängig vom
Anteil der Aktivierungsenergie zum kT = Boltrmann-Energiefaktor
für die
Temperatur (T) des Materials (k = Boltzmannkonstante = 1,38 × 10
–23)
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Beruhend
auf Gleichung 1 mag es so scheinen, als ob chemisch induzierte Versagungsraten
(R) von Materialien exponentiell abhängig von der Betriebstemperatur
(T) des Materials sein können.
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1 zeigt
einen Reifen 10, der Seitenwände 12, die mittels
Gürteln 14 verbunden
sind, und einen Aufsatz oder Reifenlauffläche 16 auf den Gürteln 14 umfasst.
Zu Darstellungszwecken ist der Reifen 10 auch mit einer
ersten Auf- bzw. Abtrennung 18 und einer zweiten Auf- bzw.
Abtrennung 20 gezeigt. Die erste und die zweite Auf- bzw. Abtrennung 18 und 20 können das
Ergebnis einer chemischen Zersetzung oder Entvulkanisierung sein.
Es ist wünschenswert,
einen Fahrer sofort zu benachrichtigen, wenn eine Auf- bzw. Abtrennung
auftritt oder wahrscheinlich auftreten wird. Diese Trennungen 18 und 20 können ein
Reißen
der Lauffläche 16 von
den Seitenwänden 12 aus
verursachen, was eine Radunwucht verursachen kann. Andere Dinge, die
diese Trennungen verursachen können,
können
alles umfassen, das Wärme
erzeugt, wie beispielsweise ein Biegen des Reifens (Druck, Geschwindigkeit,
Last, usw.), die Umgebungstemperatur und die Menge an Bremsungen.
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Eine
erste Art von Auf- bzw. Abtrennung kann eine Gürtelrandauf- bzw. -abtrennung
genannt werden. Gürtelrandauf-
bzw. -abtrennungen können
das Ergebnis einer übermäßigen Wärmeerzeugung
aufgrund von Reifenbiegungen sein. Eine umlaufende Verteilung der
Trennungsblasen kann mittels einer Laser-Scheraufzeichnung erfasst werden.
Eine zweite Art von Auf- bzw. Abtrennung kann Profilstollenausbruch-Versagen genannt
werden, bei welchem sich ein kompletter Laufflächenstollen über dem
erwärmten
Gürtelrand
von der Lauffläche
ablöst. Übermäßiges Erwärmen unter
zyklischer Last kann auch die Ursache für ein solches Versagen sein.
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2 ist
ein Blockdiagramm eines beispielhaften Sensorsystems gemäß einer
beispielhaften Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung. Andere Ausführungsformen und Ausgestaltungen
liegen ebenfalls im Umfang der vorliegenden Erfindung. Wie in 2 gezeigt,
kann das Sensorsystem einen oder mehrere Sensoren zum Erfassen von
Zuständen
am Fahrzeugrad entweder im Reifen oder außerhalb des Reifens an der Radfelge
umfassen. Ein radialer Beschleunigungsmesser 24 wird bereitgestellt
zum Messen einer radialen Beschleunigung des Reifens (oder Rads),
und ein axialer Beschleunigungsmesser 26 wird bereitgestellt
zum Messen einer lateralen Beschleunigung des Reifens (oder Rads).
Wie aus dem Stand der Technik gut bekannt, ist eine radiale Beschleunigung
die Beschleunigung des Reifens (oder Rads) in einer radialen Richtung
(d. h., in einer Richtung, die senkrecht zur Drehachse des Reifens
steht), und eine axiale Beschleunigung ist die Beschleunigung des
Reifens (oder Rads) in einer axialen Richtung (d. h., entlang der
Drehachse des Reifens). Eine axiale Beschleunigung kann auch Tür-zu-Tür-Beschleunigung
genannt werden. Zusätzlich
ist eine Längsbeschleunigung
die Beschleunigung in einer Längsrichtung
senkrecht zur Achse, um welche sich der Reifen dreht (d. h., von
der Vorder- zur Hinterseite des Fahrzeugs). Es kann auch ein Temperatur-
und Drucksensor 22 (oder ein Temperatursensor und ein separater
Drucksensor) bereitgestellt werden. Beispielsweise können ein
Temperaturmessfühler
und ein Druckmessfühler
bereitgestellt werden und auf die gleiche Weise betrieben werden
wie im Reifenüberwachungssystem
von SmartTire Systems, Inc. Ein Entfernungsmessungssensor (nicht
gezeigt) kann auch im Rad bereitgestellt werden, wie nachstehend
beschrieben. Ein Fliehkraftschalter (nicht gezeigt) kann auch eingeschlossen
sein, sodass das Sensorsystem nur eingeschaltet ist, wenn das Fahrzeug
in Bewegung ist, und das Sensorsystem ausgeschaltet oder in einen
Ruhemodus geschaltet ist, wenn das Fahrzeug anhält, um die Batterie zu schonen.
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Der
radiale Beschleunigungsmesser 24 und der axiale Beschleunigungsmesser 26 können auch
als ein einziger zweiachsiger Beschleunigungsmesser bereitgestellt
werden, wie nachstehend diskutiert. Alternativ kann auch ein dreiachsiger
Beschleunigungsmesser bereitgestellt werden, der einen Längsbeschleunigungsmesser
umfasst.
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Der
radiale Beschleunigungsmesser 24 und der axiale Beschleunigungsmesser 26 (z.
B. in Form eines einzigen zweiachsigen Beschleunigungsmessers) und
jeglicher andere Sensor (wie beispielsweise der Temperatur- und
Drucksensor 22, der Entfernungsmessungssensor und der Fliehkraftschalter)
können
ihre Signale zu einem oder mehreren Mikroprozessoren, wie beispielsweise
einem Mikroprozessor 30, übertragen. Zumindest sind einige
oder vorzugsweise alle der Mikroprozessoren an der Radfelge entweder
im oder außerhalb
des Reifens bereitgestellt und sind vorzugsweise in einem einzigen
Mikroprozessor kombiniert. Einer oder mehrere der Sensoren können mit
dem Mikroprozessor in einem einzigen, kundenanwendungsspezifisch
integrierten Sensor kombiniert werden.
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Wie
in 2 gezeigt, können
die Mikroprozessoren 30 verschiedene Funktionen aufweisen,
die als separate Blöcke
oder separate Mikroprozessoren gezeigt sind. Ein erster Mikroprozessor 32 (oder
ein Teil des einzigen Mikroprozessors) kann Ausgabesignale vom radialen
Beschleunigungsmesser 24, vom axialen Beschleunigungsmesser 26,
vom Temperatur- und Drucksensor 22, vom Entfernungsmessungssensor
und vom Fliehkraftschalter empfangen als auch den Beschleunigungsmessern 24, 26 und
dem Sensor 22 Leistung bereitstellen. Ein zweiter Mikroprozessor 34 (oder
ein Teil des einzigen Mikroprozessors) kann ein Analog/Digital-Wandler
sein, um die analogen Signale von den Beschleunigungsmessern 22, 24 und
dem Sensor 26 in digitale Signale umzuwandeln.
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Ein
dritter Mikroprozessor 36 (oder ein weiterer Teil des einzigen
Mikroprozessors) kann die digitalisierte Ausgabe der Beschleunigungsmesser 24, 26 und
des Sensors 26 empfangen und die Reifenunwucht, die Raddrehzahl
und andere Parameter bestimmen, wie nachstehend beschrieben. Der
dritte Mikroprozessor 36 kann ferner Berechnungen durchführen (d.
h., eine Entscheidung treffen), ob Information an den Fahrer des Fahrzeugs übertragen
werden soll oder nicht. Diese Information kann sich auf ein tatsächlich gemessenes
Problem (wie beispielsweise eine Reifenunwucht oder ein vorhergesagtes
Problem (wie beispielsweise auf einem beobachteten Parameter über eine
Zeit beruhend) beziehen. Falls durch den Mikroprozessor 36 eine
Entscheidung darüber
getroffen wird, Information an den Fahrer zu übermitteln, kann dann ein vierter
Mikroprozessor 38 (oder ein Teil des einzigen Mikroprozessors)
die Information drahtlos (oder direkt) vom Rad durch einen Sender 40 übermitteln.
Der dritte Mikroprozessor 36 kann mit einem Speicher gekoppelt
sein oder ihn umfassen, um Daten zu speichern, wie beispielsweise
ein Aufzeichnung von Temperatur, Druck und/oder Beschleunigung über eine
Zeit, und zwar zusätzlich
zu Daten, die ein ideal ausgeglichenes Rad betreffen.
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Das
drahtlose Signal kann mittels einer Antenne 42 eines Empfängers 44 empfangen
werden, der an Bord des Fahrzeugs bereitgestellt wird. Die Information
(Signal) kann mittels des Mikroprozessors 46 verarbeitet
werden und an eine Informationsanzeige 48 (oder eine Warnvorrichtung)
gesendet werden. Die dem Fahrer übermittelte
Information kann ein Warnsignal mit oder ohne einen begleitenden
Audioalarm und/oder quantitative Daten sein, welche die relative
Reifenunwucht oder andere relevante Information (wie beispielsweise das
vorausgesagte Problem) zeigen. Die Information kann Parameter einer
Reifenlaufflächentrennung
betreffen.
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Die
Informationsanzeige 48 kann in der Instrumententafel, am
Rückspiegel,
in einer Über-Kopf-Konsole,
an einer tragbaren Vorrichtung oder jeglichem Gerät, um dem
Benutzer etwas anzuzeigen/mitzuteilen, bereitgestellt werden.
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3 ist
eine schematische perspektivische Zeichnung, die den am Rad angebrachten
Teil eines Sensorsystems 100 gemäß einer beispielhaften Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung zeigt. Andere Ausführungsformen und Ausgestaltungen
liegen auch im Umfang der vorliegenden Erfindung. Wie in 3 gezeigt,
kann das Sensorsystem 100 den radialen Beschleunigungsmesser 24 und
den axialen Beschleunigungsmesser 26 als einen einzigen
kombinierten zweiachsigen Beschleunigungsmesser 60, den
Temperatur- und Drucksensor 26, den Mikroprozessor 30 und
den Sender 40 umfassen. Das Sensorsystem 100 kann
an der Felge im Reifen bereitgestellt werden. Insbesondere kann
das Sensorsystem 100 in einem Gehäuse 52 bereit gestellt
werden, das einstellbar um einen Ventilschaft 54 des Reifens
herum angebracht sein kann. Während
das Gehäuse 52 um
den Ventilschaft 54 herum im Reifen bereitgestellt gezeigt
ist, sind andere Orte möglich
und werden als im Umfang der vorliegenden Erfindung liegend angesehen.
Beispielsweise können
der Beschleunigungsmesser 60, der Temperatur- und Drucksensor 22 und
der Mikroprozessor 30 überall
an der Felge bereitgestellt werden, so lange die Sensoren von der
Drehachse des Rads beabstandet sind und vor den Elementen geschützt sind
(z. B. in einem Gehäuse
an der Felge, außerhalb
des Reifens, usw.). Das schützende
Gehäuse 52 kann
auch im Reifen bereitgestellt werden, und zwar unter Verwendung
einer Bandbefestigung zum Befestigen des Gehäuses an der Felge, ohne das
Gehäuse 52 am
Ventilschaft 54 zu befestigen.
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Eine
Batterie 62 kann sich ebenfalls im Gehäuse 52 befinden, um
dem Mikroprozes sor 30, dem Beschleunigungsmesser 60 und
dem Sensor 22 Leistung bzw. Strom bereitzustellen. Die
Batterie 62 kann eine Lithiumbatterie sein. Das Gehäuse 52 und
die darin bereitgestellten Elemente können nahezu wartungsfrei sein.
Diesbezüglich
können
die Funktionen des ersten, des zweiten und des dritten Mikroprozessors 32, 34 und 36 vorzugsweise
an der Radeinheit bereitgestellt werden, um die Batterie zu schonen,
während
einige oder alle der Funktionen des Mikroprozessors 30 an
Bord des Fahrzeugs im Mikroprozessor 46 bereitgestellt werden
können.
Das heißt,
dass die Batterie 62 dadurch geschont werden kann, dass
Information verarbeitet wird, um die Reifenlaufflächenabnutzung
zu bestimmen, und zwar durch den dritten Mikroprozessor 36,
und nur Information übertragen
wird, falls die Reifenlaufflächenabnutzung
sich erheblich verändert
(z. B. sich über ein
akzeptierbares Niveau hinaus verschlechtert). Mittels Begrenzens
der Anzahl von Übertragungen
auf diese Weise kann die Lebensdauer der Batterie 62 verlängert werden.
Es liegt auch im Umfang der vorliegenden Erfindung, die Ausgabesignale
fortlaufend oder periodisch vom Beschleunigungsmesser 60 und/oder
dem Sensor 22 zum Empfänger 44 zu übertragen
und die Signale mit dem Mikroprozessor 46 statt dem dritten
Mikroprozessor 36 zu verarbeiten.
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Die
Beschleunigung des Reifens (oder Rads), wie beispielsweise die radiale
und/oder axiale Beschleunigung des Reifens (oder Rads), kann verwendet
werden, um Information betreffend Reifenlaufflächenabnutzung, Stoßdämpferleistung,
Gleichgewichtszustand und/oder Raddrehzahl bereitzustellen. Zusätzlich kann
eine Frequenz eines radialen Signals eine Raddrehzahl angeben und
kann dazu verwendet werden, um einer Fahrzeugsteuerung bzw. -controller,
wie beispielsweise einem Antiblockierbremssystem oder einer integrierten
Fahrzeugsteuerung Daten über
eine Raddrehzahl bereitzustellen. Der spezifische Betrieb des Sensorsystems
des Sensors ist in der US-Patentanmeldung (TRW-Aktenzeichen 12-1213),
eingereicht (gleichzeitig hiermit), dargelegt, deren Gegenstand
hierin durch Bezugnahme eingeschlossen ist.
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Für einen
sich drehenden Reifen können
die Laufflächentrennungen
entlang eines Umfangs des Reifens asymmetrische Zentrifugalkräfte erzeugen,
die eine zusätzliche
Drehunwucht an der Reifen-/Rad-Anordnung verursachen. Alternativ
wird die Masse der getrennten Reifenlauffläche unter zentripetaler Kraft
eines sich drehenden Reifens weiter von der Masse wegbewegt, die
nicht getrennt ist, was eine zusätzliche
Unwucht verursacht. Die HDPS-Gesichtspunkte des Sensorsystems 100 können verwendet
werden, um diese uneinheitlichen zylindrischen asymmetrischen Veränderungen
zu erfassen und den Fahrer angemessen zu benachrichtigen. Diese
Information kann eine Reifenlaufflächentrennung betreffen. Die
HDPS-Gesichtspunkte können beispielsweise
in der Funktionalität
des dritten Mikroprozessors 36 eingeschlossen sein.
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4 zeigt
eine Zeithistorie der auf der Reifenlaufflächentrennung beruhenden Unwuchtkräfte (d.
h., sowohl radiale und paarbasierte Kräfte, die auf die Reifen-/Radanordnung
wirken). Die vertikale Achse stellt das Reifen/Rad-Unwuchtgewicht
(in Unzen) dar, und die horizontale Achse stellt die gefahrene Fahrzeugzeit dar.
Ein erhöhtes
Unwuchtgewicht kann mit einer Erhöhung der Laufflächentrennung
in sowohl radialer Richtung als auch axialer Richtung unter der
Lauffläche
zusammenhängen.
Eine dazwischenliegende Verringerung der Unwucht kann auf einer
möglichen
Achsensymmetrie beruhen, die als ein Ergebnis der Ausbreitung des getrennten
Bereichs überall
entlang des Umfangs unter der Reifenlauffläche erzeugt wird.
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Ausführungsformen
der vorliegenden Erfindung können
die Unwucht erfassen, die sich aus der Laufflächentrennung ergibt, und zwar
mittels Messens einer Veränderung
in der Amplitude der Oberschwingungen der Drehfrequenz des Reifens.
Die Unwucht kann beispielsweise gemessen werden unter Verwendung
des radialen Beschleunigungsmessers 24 und des axialen
Beschleunigungsmessers 26 (2) oder
des Beschleunigungsmessers 60 (3). Diese
Daten werden dem Mikroprozessor 30 mitgeteilt, und insbesondere dem
dritten Mikroprozessor 36, welcher die notwendige Berechnung
durchführen
kann und den Fahrer angemessen über
diese Zustände
benachrichtigen kann.
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Ausführungsformen
der vorliegenden Erfindung können
eine Zeithistorie der Unwuchtveränderung
einer Reifen-/Radanordnung aufgrund eines plötzlichen Verlusts des Unwuchtgewichts
(d. h., der vertikalen Achse in 4) von der
Radfelge erzeugen. Der Unwuchtgewichtsverlust (in einem Personenkraftwagen)
ist üblicherweise
auf 3 Unzen oder weniger beschränkt,
und der Unwuchtgewichtsverlust (in einem Personenkraftwagen) aufgrund
einer Reifentrennung kann ungefähr
5 Unzen (oder mehr) betragen. Andere Werte eines Unwuchtgewichtsverlusts
sind auch möglich.
Als solches kann das Sensorsystem 100 bewirken, dass eine
Warnung (d. h., Audio, Video, Bewegung, usw.) zum Fahrer gesendet
wird, wenn die erfasste Unwucht beispielsweise dauernd über 5 Unzen
liegt. In einer Ausführungsform überträgt das Sensorsystem
dem Fahrer Information betreffend den Status, wenn die Unwucht für eine vorbestimmte
Zeit über
5 Unzen liegt. Das Sensorsystem 100 kann kalibriert (oder
programmiert) werden, damit es den Fahrer nicht jedes einzelne Mal
warnt, wenn die Unwucht über
5 Unzen liegt, da Ereignisse, die keine Laufflächentrennung sind, verursachen
können,
dass die Unwucht kurzfristig größer als
5 Unzen ist. Noch genauer kann der Mikroprozessor 30 (mit
der Funktionalität
des dritten Mikroprozessors 36) die Zeithistorie der Unwucht
(oder eine Differenz zwischen der Referenzunwucht eines ideal ausgewuchteten
Reifens und der tatsächlichen
Unwucht) überwachen
und kann dem Fahrer eine Information mitteilen (über den Sender 40,
die Antenne 42, den Empfänger 44 und den Mikroprozessor 46),
die dem Fahrer ein Problem mit der Unwucht anzeigt, ihn davor warnen
oder davon benachrichtigen wird. Das heißt, der Fahrer kann eine Warnung
vor einem gefährlichen
Fahrzeugfahrzustand erhalten, die eine Reifenlaufflächentrennung
angibt.
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5 ist
ein Flussdiagramm, das ein Reifenüberwachungsverfahren gemäß einer
beispielhaften Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung zeigt. Das beschriebene Verfahren kann
zum Vorhersagen einer Reifenlaufflächentrennung für einen
Reifen auf einem Rad eines Fahrzeugs vorgesehen sein, und zwar beruhend auf
einem Erfassen der zylindrischen Reifenmassenasymmetrie. Andere
Verfahren, Einsätze
und Betriebsreihenfolgen liegen auch im Umfang der vorliegenden
Erfindung. Noch genauer kann das Sensorsystem, in Block 102,
Beschleunigungssignalabtastwerte sammeln, und zwar mittels Erfassung
einer Beschleunigung an zumindest einer Achse (radial, axial oder
längs)
des Reifens auf dem Rad eines Fahrzeugs. Eine Drehfrequenz des Reifens
kann aus den Beschleunigungssignalabtastwerten in Block 104 berechnet
werden. Das Sensorsystem kann dann eine Oberschwingungsfrequenz
(wie beispielsweise die zweite Oberschwingungsfrequenz) des Reifens
aus den Beschleunigungssignalabtastwerten in Block 106 errechnen
(oder berechnen). Die Energie der Oberschwingungsfrequenzabtastwerte
kann in Block 108 in einem begrenzten Frequenzbereich um
die Oberschwingungsfrequenz des Reifens gesammelt und summiert werden.
Das Sensorsystem kann eine Differenz zwischen einer gespeicherten
Referenzoberschwingungsfrequenz für einen ideal ausgewuchteten
Reifen und der summierten Energie der Oberschwingungsfrequenzabtastwerte
(von Block 108) des Reifens in Block 110 erzeugen.
Das Sensorsystem kann dadurch eine Zeitaufzeichnung der Energie
der erzeugten Differenzen sammeln (Block 112) und einen
Alarm (oder Anzeigebenachrichtigung) erzeugen, falls die Zeitaufzeichnung
der gewichteten Differenz über
einen vorbestimmten Schwellwert hinaus für ein vorbestimmtes Zeitmaß aufrechterhalten
wird (Block 114). Die oben beschriebenen Abläufe können unter
Verwendung des Beschleunigungsmessers 60 und des Mikroprozessors 30 mit
der Funktionalität
des dritten Mikroprozessors 36 durchgeführt werden. Das heißt, der
dritte Mikroprozessor 36 kann die obigen Abläufe durchführen und
den Fahrer benachrichtigen (Block 114), und zwar über die
Verwendung des Senders 40, der Antenne 42, des Empfängers 44,
des Mikroprozessors 46 und der Informationsanzeige 48,
die eine Reifenlaufflächentrennung angibt.
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Wie
oben diskutiert kann das Sensorsystem 100 den Temperatur-
und Drucksensor 22 umfassen, der in Bezug auf die SFIM
("Stress Factor
Integrated Measurement";
integrierte Spannungsfaktormessung) -Gesichtspunkte des Sensorsystems 100 verwendet
werden, um zukünftige
Probleme vorherzusagen. Die SFIM-Gesichtspunkte können in
die Funktionalität
des dritten Mikroprozessors 36 eingeschlossen sein und verwendet
werden, um einen Fahrer angemessen zu benachrichtigen. Die Funktionalität der SFIM-Gesichtspunkte
des Sensorsystems 100 wird nun beschrieben. Während eines
Betriebs kann das Sensorsystem 100 genug Abtastwerte von
tatsächlichen
bzw. gegenwärtigen
hohen Spannungsfaktoren akkumulieren, um die zugehörige Berechnung
eines Verlaufs entlang des temperaturabhängigen, exponentiellen MTBF-Pfads durchzuführen. Das
Sensorsystem 100 kann deshalb die Wahrscheinlichkeit eines
drohenden Reifenlaufflächentrennungsversagens
bestimmen. Noch genauer gesagt kann der Mikroprozessor 30 (mit
der Funktionalität
des dritten Mikroprozessors 36) die Möglichkeit eines drohenden Reifenlaufflächentrennungsversagens überwachen
und kann dem Fahrer eine Information mitteilen (über den Sender 40,
die Antenne 42, den Empfänger 44 und den Mikroprozessor 46),
die dem Fahrer ein potentielles zukünftiges Problem mit der Reifenlauffläche anzeigt,
ihn davor warnt oder davon benachrichtigt. Das heißt, der
Fahrer kann eine Warnung vor einem gefährlichen Fahrzeugfahrzustand
erhalten.
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Für kritische
Stellen, die den Laufflächen-/Gürtelbefestigungsgrenzflächen zugeordnet
sind, kann eine absolute kritische absolute Temperatur (T) an diesem
Punkt zwei Beiträge
aufweisen, wie in der folgenden Gleichung 2 gezeigt: T = Ta + Tf, wobei Ta die zusammengesetzte Umgebungstemperatur
ist, die der den ganzen Reifen umgebenden umgebungswärmekräfteexternen
Lufttemperatur zugeordnet ist, sowie Kühlung durch Wind oder Regenwasser,
Wärme,
die durch die Bremsanordnung zugefügt wird, Wärme oder Kühlung, die durch einen Straße-zu-Reifen-Kontakt
bei heißern
oder kaltem Wetter zugefügt
wird, usw.; und Tf ist der Temperaturanstieg
(relativ zur Umgebung), der durch den Effekt einer mechanischen
Seitenwandbiegung eines mit Gewicht belasteten und luftgefüllten Reifens
induziert wird, wenn das Fahrzeug in Bewegung ist, wenn das Rad
sich auf der Felge dreht.
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Wenn
die Biegung der Seitenwand 12 bei hoher Geschwindigkeit
auftritt, kann die kritische Gesamttemperatur (T) dann nahe der
Lauffläche
(insbesondere an den Rändern) 16 plötzlich steigen,
und zwar möglicherweise
um einen hohen Betrag proportional zu der intern spannungsinduzierten,
durch Biegung erzeugten Wärme.
Die Erhöhung
der kritischen Temperatur, die durch die Biegungswärmeeffekte
verursacht wird, kann proportional zu der relativen Wärmeenergie
(J) sein, die pro Reifenumdrehung mal der relativen Reifenumdrehungsrate
erzeugt wird. Dies kann mittels der folgenden Gleichung 3 dargestellt
werden: Tf = C1J(V/V0),wobei
c1 eine Konstante ist, V die Fahrzeuggeschwindigkeit
relativ zu einer frei wählbaren
Referenzgeschwindigkeit V0 ist und 3 mittels
der folgenden Gleichung 4 dargestellt werden kann: J =
c2(L/L0)(P0/P),wobei L der relative Gewichtslastfaktor
ist und P der innere Luftdruck im Vergleich zum empfohlenen Referenzluftdruck
P0 ist.
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Mittels
Kombinierens von Gleichung 3 und Gleichung 4 kann die kritische
Temperatur in der folgenden Gleichung 5 als T dargestellt werden:
T = Ta + c(L/L0)(P0/P)(V/V0).
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Daher
kann die Laufflächentrennungsversagensrate
R von Gleichung 1, welche sich exponentiell verhält, manchmal einen ausreichend
hohen exponentiellen Wert (verglichen mit der Aktivierungsenergie
der spezifischen Art eines hergestellten Reifens) erreichen, um
zu einem Sicherheitsrisiko zu führen.
Faktoren, die dies beeinflussen, können umfassen: eine Gesamtumgebungstemperatur
der lokalen Umgebung, die Schnellstraßenlufttemperatur, die Straßenbeschaffenheitszustände und
heftiges dauerndes Bremsen. Beispielsweise können die Umgebungseffekte der
Wüste und
der Berge innerhalb einer Jahreszeit die absolute Temperatur um
ganze 60–70
Grad schwanken lassen. Zusätzliche
Faktoren, die die Laufflächentrennungsversagensrate beeinflussen
können
auch das Gewicht der Last der Personen, Gepäck usw. umfassen. Beispielsweise
kann die Last um bis zu zweimal der Personen-, Kraftstoff- und Gepäcklast schwanken.
Noch ein weiterer Faktor ist jener der Fahrzeuggeschwindigkeit auf
der Schnellstraße,
die um ganze drei Mal verglichen mit einer Geschwindigkeit von 30
Meilen pro Stunde schwanken kann. Ferner kann der Druck abhängig von
der Größe eines
Lecks in einem Bereich von zwei Mal oder mehr schwanken.
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Ein
Reifen ist normalerweise für
bestimmte Fahrzeugbetriebszustände
ausgelegt; jedoch können
viele dieser ungünstigen
Zustände
bewirken, dass höhere
kritische Temperaturen auftreten.
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Das
Sensorsystem 100 (und insbesondere die SFIM-Gesichtspunkte)
können
die Gesamtmenge oder jegliche gewünschten Teilmenge dieser Zustände (die
Umgebungslufttemperatur im Reifen, der Druck, die Last, die Fahrzeuggeschwindigkeit
usw.) überwachen,
und zwar unter Verwendung jeglicher Kombination von mechanischen
und elektrischen Sensoren, einschließlich Bewegungs- (Beschleunigungsmesser)
und effizienten mikroelektromechanischen ("microelectromechanical"; MEMS) Vorrichtungen.
Eine Betriebsintervallabtastmethode kann für Gleichung 1 verwendet werden
und aufaddiert werden, um eine zusammengesetzte Zeitaufzeichnung
der Reifenbelastungs- bzw. -spannungsbetriebszustände zu erzeugen.
Beispielsweise kann die zusammengesetzte Zeitaufzeichnung mittels
der folgenden Gleichung 7 dargestellt werden: (tR)1 +
(tR)2 + ...(tR)n =
Y = akkumulierte Versagensratenmetrik, wobei der l-te Zeitintervallabtastwert
(tR)1 das Produkt der Intervallzeitdauer
und der berechneten Versagensrate dieses Intervalls ist, und zwar
beruhend auf den im Reifen gemessenen Belastungsfaktoren, wie in
den obigen Gleichungen beschrieben. Wenn die kumulative Summe Y
ein gefährliches
Niveau an akkumulierter Belastung erreicht, kann das Sensorsystem 100 (mit
der Funktionalität
des dritten Mikroprozessors 36) dann so arbeiten, dass
eine Warnung an den Fahrer gesendet wird, die angibt, dass der Reifen
auf einen erkennbaren Schaden geprüft werden sollte. Noch genauer
kann der Mikroprozessor 30 (mit der Funktionalität des dritten
Mikroprozessors 36) die kumulierte Summe Y überwachen und/oder
bestimmen und kann dem Fahrer eine Information mitteilen (über den
Sender 40, die Antenne 42, den Empfänger 44 und
den Mikroprozessor 46), die dem Fahrer ein potentielles
Problem anzeigen oder ihn davon benachrichtigen wird.
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6 ist
ein Flussdiagramm, das ein Reifenüberwachungsverfahren gemäß einer
beispielhaften Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung zeigt. Das beschriebene Verfahren kann
zum Vorhersagen einer Reifenlaufflächentrennung für einen
Reifen auf einem Rad eines Fahrzeugs vorgesehen sein, und zwar beruhend auf
einem Erfassen von Reifentemperatur und Reifenlast (d. h., zwei
Parametern). Andere Parameter oder Kombinationen von Parametern
können
ebenso verwendet werden. Zusätzlich
liegen andere Verfahren, Betriebsarten und Ablaufreihenfolge auch
im Umfang der vorliegenden Erfindung.
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Noch
genauer kann das Sensorsystem in Block 202 Temperaturmesswerte
des Reifens als eine Funktion einer Zeit sammeln. Die Temperaturmesswerte
können
als eine Funktion einer Zeit in einer Temperaturhistorienaufzeichnung
in Block 204 gespeichert werden. Das Sensorsystem kann
Lastmesswerte in Block 206 sammeln und die Lastmesswerte
als eine Funktion einer Zeit in einer Lasthistorienaufzeichnung
speichern (Block 208). Die gespeicherte Temperaturaufzeichnung
und die gespeicherte Lastaufzeichnung können in Block 210 mit
einer Referenzlast- und -temperaturaufzeichnung verglichen werden.
Die Referenzlast- und -temperaturaufzeichnung kann auf einem idealen
Reifen beruhen, der unter bestimmten Parametern getestet wird. Diese
Daten können
in einem Speicher, der an das Sensorsystem angeschlossen ist, geeignet
gespeichert werden. Das Sensorsystem kann in Block 212 eine
Differenz zwischen der gespeicherte Temperaturaufzeichnung und der
gespeicherte Lastaufzeichnung über
eine Zeit mit der Referenzlast- und -temperaturaufzeichnung bestimmen.
Das Sensorsystem kann in Block 214 nachfolgend einen Alarm
erzeugen, falls die Differenz über
einen vorbestimmten Schwellwert hinaus für eine vorbestimmte Zeitdauer
aufrechterhalten wird. Das heißt,
der Alarm kann erzeugt werden, falls die gemessenen Parameter ein
zukünftiges
Problem voraussagen. Die oben beschriebenen Abläufe können unter Verwendung des Beschleunigungsmessers 60 und
des Mikroprozessors 30 mit der Funktionalität des dritten
Mikroprozessors 36 durchgeführt werden. Das heißt, dass
der dritte Mikroprozessor 36 die obigen Abläufe durchführen und
den Fahrer benachrichtigen kann (Block 214), und zwar durch
Nutzung des Senders 40, der Antenne 42, des Empfängers 44,
des Mikroprozessors 46 und der Informationsanzeige 48.
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Das
Sensorsystem 100 kann sowohl die HDPS-Gesichtspunkte als
auch die SFIM-Gesichtspunkte wie oben beschrieben umfassen, und
kann kooperativ und auf Verlangen funktionieren, und zwar beruhend
darauf, wie oft und auf welchem Vertrauensniveau der Fahrer informiert
werden möchte.
Wie oben diskutiert, kann Information mittels einer drahtlosen (oder
direkten) Datenverbindung zum Inneren des Fahrgastraums bereitgestellt
werden.
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Ausführungsformen
der vorliegenden Erfindung sind auch auf eine Reifendurchbiegung
anwendbar. Eine Reifendurchbiegung wird in
US-Patent 5,754,102 diskutiert, dessen
Gegenstand hierin mittels Bezugnahme eingeschlossen ist. Eine Reifendurchbiegung
ist ein aggregierter Indikator von Reifenlast-, -druck-, und -temperaturparametern,
unter welchen ein Reifen läuft.
Eine separate Reifendurchbiegung gegen einen Geschwindigkeitsalgorithmus
kann verwendet werden, um einem Fahrer eine Warnung bereitzustellen
darüber, ob
die Reifendurchbiegung die vorbestimmten gefährlichen Durchbiegungsgrenzen überschritten
hat, die zu einer Reifenlaufflächentrennung
führen
können,
und ob der Fahrer unter Reifenzuständen fährt, die nicht empfohlen sind.
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Die
direkte Messung der Reifendurchbiegung kann eine Verwendung eines
kontaktlosen Entfernungssensors umfassen, der optische oder Ultraschallstrahlen
verwendet. 7 zeigt ein Beispiel davon,
wie ein Entfernungssensor gemäß einer
beispielhaften Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung verwendet werden kann. Andere Aus führungsformen
und Ausgestaltungen liegen ebenfalls im Umfang der vorliegenden
Erfindung. 7 zeigt einen Entfernungssensor 350,
der sich an einer höchsten
Position eines Rads 300 befindet, und den Entfernungssensor 350,
der sich an einer niedrigsten Position des Rads 300 befindet. 7 zeigt zwei
Stellen des Sensors 350 lediglich zu Darstellungszwecken,
da der Entfernungssensor als ein Sensor bereitgestellt werden kann.
Der Entfernungssensor 350 kann am (oder im) Sensorsystem 100 platziert
sein. Während
er sich im Reifen befindet, kann die Blickrichtung des Entfernungssensors
auf die innere Oberfläche
des Reifens zeigen. Während
er die Entfernungsmessungen durchführt, kann der Entfernungssensor 350 die
Energie seines Strahls von der inneren Oberfläche des Reifens abprallen bzw.
reflektieren lassen. Ein herkömmliches
Triangulationsschema oder eine Flugzeitmessung kann die Entfernung
zwischen der inneren Oberfläche
des Reifens und dem Entfernungssensor 350 bereitstellen.
Diese Entfernungsmessung der inneren Oberfläche des Reifens kann synchron
mit der Stelle des Entfernungssensors 350 durchgeführt werden.
Wenn sich der Entfernungssensor 350 an der höchsten Stelle
im Reifen (bestimmt aus dem Vorzeichen des radialen Beschleunigungsmessers)
befindet, würde
der Sensor einen Strahl 355 von einer unbelasteten Reifenoberfläche 304 abprallen
lassen, um die unbelastete Reifenentfernung zu messen. Diese Entfernung
kann mittels des Pfeils A gezeigt werden. Wenn sich der Entfernungssensor 350 an
der niedrigsten Stelle im Reifen nahe dem Boden (bestimmt aus dem
Vorzeichen des radialen Beschleunigungsmessers) befindet, würde der
Sensor 350 einen Strahl 365 von einer belasteten
Reifenoberfläche 302 abprallen
lassen, um Messungen für
einen belasteten Reifen in einer Kontaktfeldentfernung durchzuführen. Diese
Entfernung kann mittels des Pfeils B gezeigt werden. Eine Differenz
zwischen diesen zwei Entfernungen (d. h., die Entfernung A minus
der Entfernung B) kann das Maß der
Reifendurchbiegung bereitstellen. Mit mehrfachen Entfernungsmessungen
kann auch eine genaue Abbildung der Reifendurchbiegung im Reifenkontaktfeld
erstellt werden und im Algorithmus integriert werden, um Warnungen
für ungewöhnliche
Fahrzustände
bereitzustellen.
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Die
Differenz zwischen der Entfernung A und der Entfernung B kann über eine
Zeitdauer beobachtet werden. Eine Zeitaufzeichnung des Differenzsignals
kann berechnet und gespeichert werden, und ein Alarm oder eine Warnanzeige
kann bereitgestellt werden, falls die Zeitaufzeichnung des Differenzsignals über einen vorbestimmten
Schwellwert hinaus für
eine vorbestimmte Zeitdauer aufrechterhalten wird. Dieses Differenzsignal
kann auch zusammen mit einer Geschwindigkeit über eine Zeitdauer untersucht
werden, sodass sie über einen
vorbestimmten Schwellwert hinaus für ein vorbestimmtes Zeitmaß aufrechterhalten
werden.
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Jeglicher
Bezug in der obigen Beschreibung auf "eine Ausführungsform", "beispielhafte
Ausführungsform" usw. bedeutet, dass
ein bestimmtes Merkmal, Struktur oder Eigenschaft, die in Zusammenhang
mit der Ausführungsform
beschrieben wird, in zumindest einer Ausführungsform der Erfindung beinhaltet
ist. Das Auftreten solcher Ausdrücke
an verschiedenen Stellen in der Beschreibung bezieht sich nicht
notwendigerweise bei allen auf dieselbe Ausführungsform. Wenn ein bestimmtes
Merkmal, Struktur oder Eigenschaft in Zusammenhang mit jeglicher
Ausführungsform
beschrieben wird, wird ferner angenommen, dass es im Wissen eines Fachmanns
liegt, solch ein Merkmal, Struktur oder Eigenschaft in Zusammenhang
mit anderen der Ausführungsformen
zu verwenden. Ferner können
zum Zwecke des leichteren Verständnisses
gewisse Verfahrensabläufe
als separate Abläufe
dargestellt worden sein; jedoch sollten diese separat dargestellten
Abläufe nicht
als in ihrer Leistung notwendigerweise reihenfolgenabhängig ausgelegt
werden. Das heißt,
dass manche Abläufe
in der Lage sein können,
in einer alternativen Reihenfolge, gleichzeitig usw. durchgeführt zu werden.
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Ferner
können
Ausführungsformen
der vorliegenden Erfindung oder Teile von Ausführungsformen der vorliegenden
Erfindung als eine Softwareerfindung umgesetzt werden, die in Form
eines maschinenlesbaren Mediums implementiert wird, auf welchem
zumindest eine Folge von Befehlen gespeichert ist, die, wenn sie ausgeführt werden,
eine Maschine dazu veranlassen, die Erfindung durchzuführen. In
Bezug auf den Begriff "Maschine" sollte ein solcher
Begriff breit ausgelegt werden, da er alle Arten von Maschinen umfasst,
wobei z. B. eine nicht erschöpfende
Liste umfasst: Berechnungsmaschinen, Nicht-Berechnungsmaschinen,
Kommunikationsmaschinen usw. Ebenso sollte in Bezug auf den Begriff "maschinenlesbares
Medium" ein solcher Begriff
so ausgelegt werden, dass er ein breites Spektrum an Medien umfasst,
wobei z. B. eine nicht erschöpfende
Liste umfasst: magnetische Medien (Disketten, Festplatten, Magnetbänder usw.),
optische Medien (CD-ROMs, DVD-ROMs usw.) usw.
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Ein
maschinenlesbares Medium umfasst jeglichen Mechanismus, der Information
in einer Form bereitstellt (d. h., speichert und/oder übermittelt),
die von einer Maschine (z. B. einem Computer) gelesen werden kann.
Ein maschinenlesbares Medium umfasst beispielsweise einen ROM ("read only memory"; Nur-Lese-Speicher);
einen RAM ("random
access memory";
Schreib-und-Lese-Speicher); Magnetplattenspeichermedien; optische
Speichermedien; Flash-Speichergeräte; elektrische, optische,
akustische oder andere Formen von sich ausbreitenden Signalen (z.
B. Trägerwellen,
Infrarotsignale, digitale Signale usw.) usw.
