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Die
vorliegende Erfindung betrifft eine Einrichtung sowie ein Verfahren
zur Reduktion der Funkdistanz bei einem ITS-Sensor (Intelligent
Tire Sensor), welcher zur Erfassung von fahrdynamischen Daten in
einem Reifen eines Kraftfahrzeuges integriert ist, und mit einer
seitens des Kraftfahrzeuges installierten drahtlosen Kommunikationseinheit
in Verbindung steht, welche die vom ITS-Sensor empfangenen fahrdynamischen
Daten an eine Auswerteeinheit zur Signalverarbeitung weiterleitet.
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Das
Einsatzgebiet der vorliegenden Erfindung erstreckt sich vornehmlich
auf die Kraftfahrzeugtechnik, insbesondere Personenkraftfahrzeugtechnik.
Ein Fahrdynamiksystem eines Kraftfahrzeuges benötigt zur
Steuerung der fahrdynamischen Eigenschaften des Fahrzeuges sensortechnisch
ermittelte Eingangsdaten, die Auskunft über den aktuellen Fahrzeugzustand
geben. Solche Daten kommen unter anderem auch von ITS(intelligient
tire sensor)-Sensoren, welche in einem Reifen des Kraftfahrzeuges
integriert sind und dort vornehmlich den Reifendruck oder auch andere
fahrdynamische Daten messen, um diese dem Fahrdynamiksystem, beispielsweise
zur Umsetzung einer ESP-Funktion, zur Verfügung zu stellen.
Auch andere Kenngrößen, wie beispielsweise die
Verformung des Reifens können mit mittels moderner ITS-Sensoren
ermittelt werden.
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Da
die Auswertung und weitere Verwendung der so gemessenen fahrdynamischen
Daten meist im Inneren des Kraftfahrzeuges erfolgt, muss eine Übertragung
der Messdaten von dem schnell rotierenden Reifen zu der relativ
dazu unbeweglichen Auswerteeinheit erfolgen. Da eine Datenübertragung
mittels elektrischer Verbindungsleitungen nur mit einem hohen Konstruktionsaufwand
möglich und äußerst anfällig
gegenüber Abnutzungserscheinungen und äußeren
Einflüssen ist, findet in der Regel eine drahtlose Kommunikation
statt.
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Aus
der
EP 1 227 944 B1 geht
eine gattungsgemäße Einrichtung zur drahtlosen
Kommunikation zwischen einem in einem Reifen angeordneten ITS-Sensor
mit einer seitens des Fahrzeugs montierten Auswerteeinheit hervor.
Die Auswerteeinheit wertet die vom ITS-Sensor erfassten Verschiebungswerte
des Reifens aus und errechnet hieraus fahrdynamische Daten, wie
die auf den Reifen wirkende Kräfte, den Reifendruck, die
Umdrehungsgeschwindigkeit oder die Geschwindigkeit des Messpunkts
sowie seine Beschleunigung. Daneben wird vorgeschlagen, die Auswerteeinheit
direkt neben dem ITS-Sensor zwischen Felgenhörnern des
Reifens auf der Felge im Reifeninneren anzuordnen. In diesem Falle werden
die Ausgangssignale des ITS-Sensors oder der Auswerteeinrichtung
in an sich bekannter Weise berührungslos in eine zugeordnete
drahtlose Kommunikationseinheit im Fahrzeug eingekoppelt. Die fahrzeugseitige
Kommunikationseinheit ist mit einer Reglereinheit verbunden, welche
aufgrund der Ausgangssignale der Auswerteeinheit die auf den Reifen wirkenden
Kräfte durch Eingriff in das Motor- oder Bremsensystem
beeinflusst.
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Aus
der
EP 1 681 660 A1 geht
eine andere bekannte Einrichtung zur drahtlosen Kommunikation eines
ITS-Sensors mit einer fahrzeugseitigen Kommunikationseinheit hervor.
Bei dieser Lösung sind entlang des Reifenumfangs mehrere
ITS-Sensoren äquidistant zueinander beabstandet angeordnet.
Jeder ITS-Sensor ist mit einer drahtlosen Kommunikationsschnittstelle
ausgestattet, welche mit einer ebenfalls innerhalb des Reifens,
vorzugsweise hier jedoch felgenseitig angeordneten Basisstation
kommunizieren. Die Basisstation sammelt die Daten aller im Reifen
integrierten ITS-Sensoren, signalverarbeitet diese und sendet die
aufbereiteten fahrdynamischen Daten ebenfalls drahtlos an ein in
der Fahrzeug-Chassis integriertes Fahrzeugsteuerungsgerät weiter.
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Nachteilhaft
bei den vorstehend diskutierten Lösungen des Standes der
Technik für die drahtlose Kommunikation von ITS-Sensoren
sind die meist langen Funkstrecken zwischen dem Reifen und dem seitens
der Fahrzeug-Chassis installierten Kommunikationseinheit. Aufgrund
der langen Funkstrecke kann es bei ungünstigen Empfangsbedingungen,
die insbesondere bei schlechten Wetterverhältnissen bestehen,
zu Störungen der Kommunikation kommen. Dem kam bislang
nur dadurch entgegengewirkt werden, dass die Funkleistung der drahtlosen
Kommunikation gesteigert wird, was wiederum einen erhöhten Energiebedarf
zur Folge hat, der seitens der ITS-Sensoren nur durch eine Batterie
größerer Kapazität oder entsprechend
starke Transponderelektronik zur Verfügung gestellt werden
kann.
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Es
ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Einrichtung
zur Reduktion der Funkdistanz bei einem ITS-Sensor zu schaffen,
mit welcher eine zuverlässige Übertragung der
sensortechnisch erfassten Daten ohne Erhöhung des Energieverbrauchs
möglich ist.
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Die
Aufgabe wird ausgehend von einer Einrichtung gemäß dem
Oberbegriff von Anspruch 1 in Verbindung mit dessen kennzeichnenden
Merkmalen gelöst. Verfahrenstechnisch wird die Aufgabe
durch Anspruch 9 gelöst. Die jeweils rückbezogenen
abhängigen Ansprüche geben vorteilhafte Weiterbildungen
der Erfindung wieder.
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Die
Erfindung schließt die technische Lehre ein, dass die kraftfahrzeugseitige
Kommunikationseinheit Bestandteil einer ortsnah zum Reifen montierten
elektromechanischen Bremseinheit ist.
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Mit
anderen Worten ist erfindungsgemäß die den Empfänger
für den ITS-Sensor darstellende Kommunikationseinheit in
einer elektromechanischen Bremseinheit (EMB) integriert, welcher
aufgrund der zwecks Bremsung vorhandenen Ortsnähe zum Reifen
eine zuverlässige Kommunikationsverbindung zu dem mindestens
einen ITS-Sensor aufzubauen in der Lage ist.
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Da
sich die elektromechanische Bremseinheit bei den hiermit ausgerüsteten
Kraftfahrzeugen bereits sehr nah am Rad befindet und eine Datenverbindung
zum Kraftfahrzeug benötigt, kann diese Datenverbindung
gemäß einer die Erfindung weiter verbessernden
Maßnahme auch zur Weiterleitung der vom ITS-Sensor erfassten
Daten genutzt werden. Eine weitere signaltechnische Verarbeitung
kann dann durch eine zentral im Kraftfahrzeug angeordnete elektronische
Auswerteeinheit erfolgen, welche gemäß einer anderen
die Erfindung verbessernden Maßnahme auch Bestandteil einer
elektronischen Bremssteuerung des Kraftfahrzeuges sein kann. Der Vorteil
durch diese Ausgestaltung besteht darin, dass eine moderne elektronische
Bremssteuerung beispielsweise zur Umsetzung einer ESP(elektronisches
Stabilitätsprogramm)-Funktion als Eingangsdaten die von
einem ITS-Sensor ermittelten fahrdynamischen Daten benötigt.
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Eine
elektromechanische Bremse (EMB), in welche die erfindungsgemäße
Lösung implementiert ist, erzeugt entsprechend ihrer Hauptfunktion
den zur Bremsung des Kraftfahrzeugs erforderlichen Bremsdruck mittels
eines Elektromotors, der einen Bremssattel betätigt, welcher
mit einer Bremsscheibe des Rades zwecks Bremsung zusammenwirkt.
Diese auch als Radbremsmodul bezeichnete elektromechanische Bremseinheit
besteht hauptsächlich aus einer elektronischen Steuereinheit,
einem Elektromotor und einem Getriebe. Elektromotor und Getriebe bilden
den so genannten Aktuator, der im Bremssattel die Zugspannkräfte
erzeugt. Gewöhnlich sind vier Aktuatoren eines Kraftfahrzeuges
in der Lage, innerhalb von Millisekunden jeweils Kräfte
bis zu mehreren Tonnen bereitzustellen. Der Strombedarf für
die EMB ist recht hoch und würde die heute üblichen
12 Volt Stromnetze von Kraftfahrzeugen überfordern. Deshalb
wird eine EMB auf eine höhere Betriebsspannung ausgelegt.
Diese Spannung wird die EMB aber nicht direkt aus der Fahrzeugbatterie
erhalten. Zusätzliche Akkumulatoren Puffern gewöhnlich Stromspitzen
ab. Die geteilte Energieversorgung im Fahrzeug kann somit den Leistungsbedarf
der Aktuatoren befriedigen, ohne das eigentliche Bordstromnetz zu
belasten. Auch im Notfall ist der Autofahrer mit zusätzlichen
Akkumulatoren ausgestattet, denn die hohe Speicherkapazität
erlaubt selbst dann noch die Weiterfahrt, wenn der Generator des
Kraftfahrzeuges wegen eines Defekts keinen Ladestrom mehr an die
Akkumulatoren liefern kann. Zudem entspricht eine derartige Auslegung
der EMB auch der heutigen Aufteilung eines hydraulischen Bremssystems
in zwei separate Kreise.
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Eine
EMB, welche sich weiterhin ohne großen Aufwand zu einer
elektrischen Parkbremse (EPB) erweitern lässt, verspricht
durch das schnelle Ansprechen der Bremsen verkürzte Anhaltewege.
Es wurde festgestellt, dass durch das elektronische Bremspedal,
seine günstige, ergonomische Anordnung und die geringen
möglichen Bedienkräfte ein Zeitgewinn von einer
halben Sekunde realisierbar ist, der den Anhalteweg signifikant
verkürzt. Bei einem Defekt in der elektrischen Signalübertragung
zwischen Fahrer und Radbremse wird der Pedalweg nicht länger,
auch die Pedalkraft bleibt unverändert. Dadurch kann das
Pedalmodul im Gegensatz zur rein mechanisch-hydraulischen oder einer
elektrohydraulischen Bremse näher an die Spritzwand der
Fahrzeug-Chassis rücken. Mehr Platz im Innenraum und Reduzierung
der Verletzungsgefahr im Fußraum sind vorteilhafte Begleiterscheinungen.
EMB's ermöglichen Bremsfunktionen, wie Teilbremsung (EBV,
ESBS), Vollbremsung (ABS), Bremseneingriff (BASR), Giermomentregelung
(GMR) oder Bremsassistenz (BA).
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Vorteilhafterweise
sollte die Verbindung zwischen dem mindestens einen im Reifen integrierten ITS-Sensor
und der drahtlosen fahrzeugseitigen Kommunikationseinheit als eine
Nahbereichskommunikationsverbindung ausgestaltet sein. Insbesondere
eignet sich hierfür der Bluetooth-Standard. Es ist jedoch
auch denkbar, eine Verbindung per WLAN-Standard oder ZigBee-Standard
herzustellen. Sollte der ITS-Sensor als passiver Transponder ausgebildet
sein, so bietet sich eine Kommunikation per RFID (radio frequency
identification) an.
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Vorzugsweise
ist der im Rahmen der vorliegenden Erfindung zum Einsatz kommende
ITS-Sensor jedoch als ein aktives, z. B. batteriebetriebenes oder
mit einem Mikrogenerator ausgestattetes Funkmodul ausgebildet. Die
Kapazität der im ITS-Sensor integrierten Batterie reicht
für die Nahbereichskommunikation gewöhnlich weit über
die normale Lebensdauer eines Reifens hinaus. Durch die insoweit eigene
Betriebsspannungsversorgung für den ITS-Sensor kann eine
kontinuierliche Nahbereichskommunikation durchgeführt werden.
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Im
Rahmen der vorliegenden Erfindung ist es auch denkbar, im Reifen
zusätzlich zu dem vorstehend erläuterten ITS-Sensor
mindestens einen Verschleißerkennungssensor zu integrieren,
der vorzugsweise nach Art eines vorstehend erläuterten passiven
Transponders ausgebildet ist. Denn zum Zweck einer Verschleißerkennung
eines Reifens ist die gewöhnlich diskontinuierlich betriebene
Transpondertechnik ausreichend. Ein derartiger Verschleißerkennungssensor
wird bei der Herstellung in das Material des Reifen eingebracht.
Sobald der Verschleißerkennungssensor freigefahren ist
und schließlich durchtrennt wird, ist dieser nicht mehr
in der Lage Daten an einen zugeordneten Transponderempfänger
zu senden, wodurch zu erkennen ist, dass der Reifen heruntergefahren
ist. Werden derartige Transponderempfänger auf verschiedenen
Höhenniveaus im Reifen verbaut, die nacheinander abgefahren
werden, kann sogar eine abgestufte Verschleißerkennung
erfolgen.
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Der
dem Verschleißerkennungssensor fahrzeugseitig zugeordnete
Transponderempfänger ist ebenfalls vorzugsweise Bestandteil
der elektromechanischen Bremseinheit, um auch für diesen
Zweck eine kurze Funkdistanz zu ermöglichen. Hierdurch lässt
sich der als passiver Transponder ausgebildet Verschleißerkennungssensor
mit relativ geringer elektrischer Energie aktivieren und auslesen.
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Gemäß einer
anderen die Erfindung verbessernden Maßnahme wird vorgeschlagen,
dass sowohl die von der drahtlosen Kommunikationseinheit empfangenen
fahrdynamischen Daten des mindestens einen ITS-Sensors als auch
ggf. die vom Transponder empfangenen Verschleißzustandsdaten
innerhalb der radnahen elektromechanischen Bremseinheit in serielle
Daten umgewandelt werden. Diese serielle Daten lassen sich per Datenbus
an die zentrale Auswerteeinheit im Kraftfahrzeug übertragen, welche
vorzugsweise in der EBS (elektronische Bremssteuerung) mit integriert
ist. Durch diese signalverarbeitungstechnische Maßnahme
kann die meist ohnehin in einem Kraftfahrzeug vorgesehene Datenbuskommunikation
zwischen den Komponenten eines elektronische Bremssystems zu dem
erfindungsgegenständlichen Zweck mit benutzt werden, ohne
dass zusätzliche Verbindungsleitungen hierfür erforderlich
sind.
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Weitere,
die Erfindung verbessernde Maßnahmen werden nachstehend
gemeinsam mit der Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels
der Erfindung anhand der einzigen Figur näher dargestellt.
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Die
Figur zeigt eine schematische Darstellung einer Einrichtung zur
Reduktion der Funkdistanz bei einem ITS-Sensor.
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Die
Darstellung in der Figur ist schematisch und nicht maßstäblich.
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Gemäß Figur
ist in einem Reifen 1 eines Kraftfahrzeuges 2 ein
ITS-Sensor 3 integriert. Der ITS-Sensor 3 detektiert
den Reifendruck sowie die auf den Reifen 1 wirkenden äußeren
Kräfte und übermittelt diese fahrdynamischen Daten
per Funk an eine seitens des Kraftfahrzeuges 2 fest installierten drahtlosen
Kommunikationseinheit 4.
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Die
drahtlose Kommunikationseinheit 4 seitens des Kraftfahrzeuges 2 ist
hier integraler Bestandteil einer elektromechanischen Bremseinheit 5 des
Kraftfahrzeuges 2. Hierdurch wird eine sehr geringe Funkdistanz
zwischen dem ITS-Sensor 3 und der Kommunikationseinheit 4 erreicht.
Denn die elektromechanische Bremseinheit 5 ist im Bereich
der Radnabe 6 des Kraftfahrzeuges 2 angeordnet
und erzeugt ausgehend von elektrischer Energie per Bremssattel für
eine Bremsscheibe 8 die zur Abbremsung erforderliche Bremskraft.
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Die
drahtlose Kommunikationseinheit 4 leitet die vom ITS-Sensor 3 empfangenen
fahrdynamischen Daten einer zentral im Kraftfahrzeug installierten
Auswerteeinheit 9 zur Signalverarbeitung weiter. Hierbei
nutzt die Kommunikationseinheit 4 eine elektrische Verbindungsleitung 10,
die üblicherweise zur Ansteuerung der elektromechanischen
Bremseinheit 5 per Datenbus vorgesehen ist. Die Auswerteeinheit 9 ist
bei diesem Ausführungsbeispiel Bestandteil einer elektronischen
Bremssteuerung des Kraftfahrzeuges 2 und ermittelt ausgehend
von Bremswunsch des Fahrers sowie eingangsseitig zugeführten
Sensorsignalen, die auch die fahrdynamischen Daten des ITS-Sensors 3 beinhalten,
das Stellsignal für die elektromechanische Bremseinheit 5.
Hierbei werden Fahrdynamikfunktionen, wie ESP, ABS (Antiblockiersystem)
mit berücksichtigt.
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In
dem auf der Felge 7 montierten Reifen 1 ist neben
dem ITS-Sensor 3 auch ein Verschleißerkennungssensor 11 integriert,
der nach Art eines passiven Transponders ausgebildet ist und insoweit
von außen her über elektromagnetische Strahlung
mit der erforderlichen Betriebsenergie versorgt wird. Der Verschleißerkennungssensor 11 ist
unterhalb der Lauffläche des Reifens 1 integriert
und wird zerstört, sobald dieser freigefahren ist. Ein
Ausfall des Verschleißerkennungssensors 11 wird
steuerungstechnisch als Erreichen der Verschleißgrenze
des Reifens 1 interpretiert. Der nach Art eines passiven Transponders
ausgebildete Verschleißerkennungssensor 11 wird
von einem ebenfalls seitens der elektromechanischen Bremseinheit 5 integrierten
Transponderempfänger 12 aktiviert und ausgelesen.
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Bei
dem ITS-Sensor 3 handelt es sich in diesem Ausführungsbeispiel
dagegen um ein batteriebetriebenes Funkmodul. Die im ITS-Sensor 3 integrierte
Batterie ist mit ihrer Kapazität so bemessen, dass ein
kontinuierlich langer Betrieb über die normale Lebensdauer
des Reifens 1 sichergestellt ist. Dank der sehr geringen
Funkdistanz zur Kommunikationseinheit 4 benötigt
der erfindungsgemäße ITS-Sensor 3 eine
recht geringe Betriebsenergie. Die Funkdistanz wird über
eine Nahbereichskommunikationsverbindung sichergestellt, hier nach
dem Bluetooth-Standard.
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Die
Erfindung ist nicht beschränkt auf das vorstehend beschriebene
Ausführungsbeispiel. Insbesonders können auch
andere geeignete Mittel zur drahtlosen Nahbereichskommunikation
zwischen ITS-Sensor 3 und fahrzeugseitiger Kommunikationseinheit 4 verwendet
werden.
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- 1
- Reifen
- 2
- Kraftfahrzeug
- 3
- ITS-Sensor
- 4
- Kommunikationseinheit
- 5
- Bremseinheit
- 6
- Radnabe
- 7
- Felge
- 8
- Bremsscheibe
- 9
- Auswerteeinheit
- 10
- Verbindungsleitung
- 11
- Verschleißerkennungssensor
- 12
- Transponderempfänger
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- - EP 1227944
B1 [0004]
- - EP 1681660 A1 [0005]