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Stand der Technik
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Die Erfindung geht von einem System
zur Identifizierung eines Reifens gemäß der im Oberbegriff des Patentanspruches
1 näher
definierten Art sowie von einem Reifen gemäß der im Oberbegriff des Patentanspruches
18 näher
definierten Art aus.
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Ein System mit magnetischer Abtastung
eines Reifens ist aus der
DE
100 44 287 A1 bekannt und dient zur Erfassung von Deformationen
des Reifens während
der Fahrt des Kraftfahrzeuges, an dem der Reifen montiert ist. Der
Reifen umfaßt
hierzu an seiner dem Fahrzeug zugewandten Seitenwand ein magnetisiertes
Gummimaterial, das aus in den Reifengummi eingemischten Magnetpulver
besteht und über
den Umfang segmentweise abwechselnd in Nord- und Südpole magnetisiert
ist. Wenn keine Längskräfte auf
den Reifen bzw. das Fahr zeug wirken, erfolgt der Wechsel zwischen
den Magnetpolen an zwei radial zueinander versetzten Sensoren gleichzeitig.
Die Zeitdifferenz zwischen den an den beiden Sensoren gemessenen
Signalen ist damit Null. Wenn Längskräfte auf
den Reifen wirken, was bei einem Brems- oder einem Bechleunigungsvorgang
der Fall ist, passieren die Grenzen zwischen den Magnetpolen die
Sensoren zu unterschiedlichen Zeitpunkten, so daß die beiden Sensorsignale
mit einer Zeitdifferenz gemessen werden. Die aus der Zeitdifferenz
ermittelte Längskraft
bietet bei einer entsprechenden Messung an allen vier Reifen des
Kraftfahrzeuges ein Informationspotential für Schlupfregelsysteme wie ein
Antiblockiersystem (ABS) und eine Antischlupfregelung (ASR). Bei
einer Kurvenfahrt wirken auf Reifen und Fahrzeug Querkräfte, die eine Änderung
des Abstands zwischen den Sensoren und der Reifenseitenwand bewirken,
wodurch sich wiederum die Größe des gemessenen
Magnetfeldes ändert.
Diese Meßgröße kann
beispielsweise zur Optimierung eines Antiblockiersystems und einer Fahrdynamikregelung
herangezogen werden.
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Das aus der
DE 100 44 287 A1 bekannte System
liefert aber keine Informationen hinsichtlich des Reifentyps und
der diesem zugeordneten Parameter.
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Die Identifikation von Fahrzeugreifen
erfolgt bisher über
einen mehr oder weniger erhabenen Aufdruck oder einen auf dem Reifen
aufgedruckten Strich- bzw. Barcode. Der Aufdruck bzw. der Strichcode
kann aber bei Benutzung des Reifens eine Beschädigung erfahren, so daß er nicht
mehr zur Reifenidentifikation genutzt werden kann.
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Vorteile der
Erfindung
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Das erfindungsgemäße System zur Identifizierung
eines Reifens eines Kraftfahrzeugs mit den Merkmalen nach dem Oberbegriff
des Patentanspruches 1, bei welchem System das magnetisierte Material
eine magnetische Kodierung darstellt, die reifentypspezifisch ausgelegt
ist, hat den Vorteil, daß eine
direkte Übermittlung
der Reifenkennung an das zugeordnete Fahrzeug während des Betriebs desselben
möglich
ist. Fehler bei der Eingabe des Reifentyps an einem Antiblokkiersystem
bzw. einer Fahrdynamikregelung bei der Montage des Reifens sind durch
Einsatz des Systems nach der Erfindung ausgeschlossen.
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Die Reifenidentifizierung mit dem
System nach der Erfindung hat insbesondere für Fahrsicherheits- und Fahrstabilitätssysteme
große
Bedeutung. Mit Kenntnis des Reifentyps und der damit verbundenen
Parameter, wie Dimension, Gummimischung, Profil, etc., ist es möglich, die
Regelungen für
ein Antiblockiersystem und eine Fahrdynamikregelung spezifisch an
den bzw. die montierten Reifen anzupassen. Dies führt bei
einem Antiblockiersystem zu einer deutlichen Bremswegverkürzung und
damit zu einem wesentlichen Sicherheitsgewinn. Auch eine Fahrdynamikregelung
kann durch Einlesen von Reifenparametern spezifisch an die montierten
Reifen angepaßt werden,
was hinsichtlich eines etwaigen Über-
oder Untersteuerns sowie der Kippstabilität des Kraftfahrzeuges zu einer
Leistungsverbesserung führen
kann.
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Die magnetische Kodierung kann derart
hergestellt werden, daß dem
Grundmaterial des Reifens magnetisierbares Material beigemengt und
einvulkanisiert wird. Zu einem Zeitpunkt der Fertigung, bei dem
der Reifen keinen erhöhten
Temperaturen mehr ausgesetzt wird, die ein Ummagnetisieren zur Folge haben
könnten,
wird in dem Bereich des Reifens, der das magnetisierbare Material
enthält,
die Kodierung durch Aufmagnetisierung eingeschrieben.
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Die magnetische Kodierung kann Reifenkenndaten
umfassen, die einen kompletten Satz von Daten bzw. Parametern für beispielsweise
ein Antiblockiersystem und eine Fahrdynamikregelung in standardisierter
Form für
eine direkte Weiterverarbeitung in den jeweils zugeordneten Steuergeräten und/oder
beispielsweise auch eine Kennung für den Normalluftdruck des Reifens
in kodierter Form enthalten.
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Es ist aber auch denkbar, daß die Kodierung nur
eine einfache, den Reifentyp bezeichnende Reifenkennung enthält und die
zugeordneten reifenspezifischen Parameter als zugeordneter Datensatz
in dem Steuergerät
abgelegt sind. In diesem Fall kann bei Montage eines Reifens, zu
dem in dem Steuergerät
keine Parameter abgelegt sind, ein Nachladen der Parameter erfolgen.
Falls ein derartiges Nachladen nicht möglich ist, arbeiten beispielsweise
das Antiblockiersystem und/oder die Fahrdynamikregelung in der sogenannten
Rückfallebene
mit einer eingeschränkten
Performance.
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Probleme wie eine Befestigung von
Systemelementen am bzw. im Reifen, eine Signaldämpfung, eine Energieübertragung
und eine Mikrowellenbelastung durch Hochfrequenzsignale treten bei
dem System nach der Erfindung nicht auf. Das System kann digital
ausgelegt sein, wodurch eine hohe Fehlertoleranz erreichbar ist.
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Nach einer vorteilhaften Ausführungsform des
Systems nach der Erfindung ist die magnetische Kodierung als magnetischer
Barcode ausgebildet, welcher auf einfache und an sich bekannte Art
und Weise durch Aufmagnetisierung von in den Reifengummi eingebetteten,
vorzugsweise hartmagnetischen Materialien eingeschrieben ist.
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Das magnetisierte Material, das die
magnetische Kodierung darstellt, ist vorzugsweise in einem Teilsegment
des Reifens eingebettet. Das Teilsegment befindet sich vorzugsweise
an der dem Fahrzeug zugewandten Seitenwand des Reifens. Denkbar
ist es aber auch, daß die
magnetische Kodierung zusätzlich
oder alternativ an der die Lauffläche des Reifens bildenden Wand
des Reifens und/oder an der dem Fahrzeug abgewandten Seite des Reifens angeordnet
ist. Insbesondere zur Vermeidung von Montagefehlern ist es sinnvoll,
die Kodierung auf beiden Seitenwänden
des Reifens anzubringen.
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Die magnetische Kodierung kann mehrere Kodierungsstreifen
umfassen. Die einzelnen Kodierungsstreifen können entweder die gleichen
oder auch unterschiedliche Parameter enthalten. Kodierungsstreifen,
die gleiche Parameter enthalten, sind vorzugsweise in Umfangsrichtung
hintereinander angeordnet und einer Leseeinheit zugeordnet, um bei einer
ungleichförmigen
Rotation des Reifens ein Mittel zum Fehlerausgleich zur Verfügung zu
haben. Auch ist in diesem Falle die Zeit zwischen dem Anfahren des
betreffenden Fahrzeugs und der Übertragung
der in dem Reifen gespeicherten Reifenkenndaten an das Lesegerät minimiert.
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Bei ungleichförmigen Rotationen des Reifens,
wie sie beim Anfahren eines Kraftfahrzeuges auftreten können, liefert
das Lesegerät
ein über
die Zeit ungleichförmiges
Signal. Bei kleinen Datenmengen und entsprechender fehlertoleranter
Kodierung kann es ausreichend sein, pro Kodierungsstreifen eine
Leseeinheit und ansonsten keine weiteren Maßnahmen vorzusehen. Die Entzerrung
erfolgt dann beispielsweise unter der Annahme eines linearen Verlaufs
durch Festlegung von Anfangs- und Endzeitpunkt der Kodierungsübertragung.
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Um die magnetische Kodierung bei
ungleichförmiger
Rotation des Reifens jedoch sicher handhaben zu können, kann
ein sogenannter Taktstreifen vorgesehen sein. Der Taktstreifen besteht
vorzugsweise ebenfalls aus einem magnetischen Barcode, dessen Magnetisierung
aus äquidistant
angeordneten Nord- und Südpolen
besteht. Er hat also ein fest vorgegebenes Magnetisierungsmuster,
das zugleich mit dem Kodierungsstreifen mittels einer Leseeinheit mitgemessen
wird. Der Taktstreifen, der vorzugsweise konzentrisch zu dem Kodierungsstreifen
angeordnet ist, stellt sicher, daß die gemessenen Signale durch
Nutzung der Taktung entzerrt und korrekt zugeordnet werden können.
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Das Lesegerät ist vorzugsweise mit mindestens
einem aktiven Magnetfeldsensor ausgebildet. Jedem auf dem Reifen
integrierten Kodierungsstreifen bzw. Taktstreifen kann ein Magnetfeldsensor
zugeordnet sein.
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Eine Entzerrung der Signale über einen
Mustervergleich je Zeiteinheit mit einer hohen Fehlertoleranz ist
auch möglich,
wenn das System zwei Magnetfeldsensoren umfaßt, die in Umfangsrichtung
des Reifens in einem definierten Abstand hintereinander angeordnet
und ein und demselben Kodierungsstreifen zugeordnet sind. Dann kann
auf eine separate Taktung mittels eines zusätzlichen Taktstreifens verzichtet
werden, da über
den Vergleich der an den beiden Sensoren gemessenen Muster und deren
zeitlichen Verzug die Verzerrung durch ungleichförmige Bewegungen eliminiert
werden kann. Entsprechend können,
wie oben bereits erwähnt,
zwei identische Kodierungsstreifen einer Leseeinheit bzw. einem
Magnetfeldsensor zugeordnet sein.
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Bei radial zueinander versetzten
Kodierungsstreifen bzw. Taktstreifen umfaßt das Lesegerät mindestens
zwei radial gegeneinander versetzte Magnetfeldsensoren. Eine Entzerrung
der Meßsignale kann
beispielsweise mittels zweier Magnetfeldsensoren erfolgen, die einem
der Kodierungsstreifen zugeordnet sind.
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Der Magnetfeldsensor kann beispielsweise nach
dem Hal-Prinzip
oder dem XMR-Prinzip, insbesondere dem AMR- oder dem GMR-Prinzip,
arbeiten. Für
eine hohe Auflösung
und große
Arbeitsabstände zwischen
den Kodierungsstreifen und dem Magnetfeldsensor bietet sich insbesondere
auch eine Ausbildung des Magnetfeldsensors nach dem GMR-(Giant Magneto
Resistant)-Prinzip an. Nach Extraktion mittels eines entsprechend
ausgebildeten Magnetfeldsensors stehen die kodiert in dem Reifen
gespeicherten Informationen für
die betreffenden Steuergeräte,
beispielsweise diejenigen für
ein Antiblok kiersystem, eine Fahrdynamikregelung und gegebenenfalls
auch für
ein in dem Fahrzeug vorhandenes Reifendruckkontrollsystem, zur Verfügung.
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Der bei dem Reifen aufmagnetisierte
Barcode entspricht im wesentlichen einer Änderung der Polarisierung Nord-Süd und hat
damit große Ähnlichkeit
mit einem Polrad. Aus diesem Grund bietet sich gegebenenfalls für den Magnetfeldsensor
selbst eine sogenannte Gradiometeranordnung an. Um große Arbeitsabstände zwischen
dem Lesegerät
und dem Kodierungsstreifen erzielen zu können, ist es zweckmäßig, den
nach dem GMR-Prinzip arbeitenden Magnetfeldsensor einzusetzen. Mit
einem derartigen Sensor kann beispielsweise ein Barcode mit einem Nord-Süd-Nord-Wechselzyklus
von 5 mm noch bei einem Abstand von bis zu 8 mm zuverlässig aufgelöst werden.
Bei größeren Wechselzyklen
wächst auch
der Arbeitsabstand entsprechend. So kann bei einem Nord-Süd-Nord-Wechselzyklus
von etwa 11 mm ein Abstand von 16 mm zwischen dem Magnetfeldsensor
und dem Reifen vorgesehen sein.
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Je nach Auslegung des Systems nach
der Erfindung kann ein Einlesen der magnetischen Kodierung mittels
des Lesegeräts
bei jeder Inbetriebnahme des Kraftfahrzeugs und/oder auch bei jedem Anfahren
des Kraftfahrzeuges, z. B. auf den ersten fünf Fahrmetern, erfolgen.
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Ferner kann das System nach der Erfindung mit
einem Werkstattgerät
oder einem Handgerät
zum Auslesen der magnetischen Kodierung vorgesehen sein, mittels
dessen beispielsweise bei einem Ausfall des fahrzeugfesten Lesegeräts ein Einlesen
der magnetischen Kodierung in das Steuergerät möglich ist.
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Um eine hohe Fehlertoleranz des Systems nach
der Erfindung zu gewährleisten,
kann über
das Setzen von Schwellwerten mit digitalen Signalen gearbeitet werden,
die nur die Magnetisierungsrichtung der Balken des Barcodes angeben.
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Die Erfindung hat auch einen Reifen
eines Kraftfahrzeuges zum Gegenstand, der zumindest bereichsweise
ein magnetisiertes Material umfaßt. Erfindungsgemäß stellt
das magnetisierte Material eine magnetisierte Kodierung dar, die
reifentypspezifisch ausgelegt ist. Eine derartige Kodierung ist
unanfällig gegen
Verschleiß.
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Weitere Vorteile und vorteilhafte
Weiterbildungen des Gegenstandes nach der Erfindung sind der Beschreibung,
den Patentansprüchen
und der Zeichnung entnehmbar.
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Zeichnung
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Ausführungsbeispiele des Gegenstandes nach
der Erfindung sind in der Zeichnung schematisch vereinfacht dargestellt
und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen
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1 eine
Prinzipskizze eines erfindungsgemäßen Systems zur Identifizierung
eines Reifens, wobei ein Reifen mit seiner Lauffläche dargestellt
ist;
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2 das
in 1 dargestellte System,
wobei der Reifen mit seiner Seitenwand dargestellt ist;
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3 einen
Reifen mit einem in einem Reifensegment angeordneten Kodierungssegmenten;
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4 einen
Reifen mit drei Kodierungssegmenten;
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5 eine
stark schematisierte Darstellung eines Kodierungsstreifens eines
Reifens in Alleinstellung;
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6 einen
Kodierungsstreifen mit einem Taktstreifen;
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7 den
Kodierungsstreifen nach 6 bei
ungleichförmiger
bzw. beschleunigter Bewegung des Reifens; und
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8 ein
System mit zwei Kodierungsstreifen und einem Taktstreifen.
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Beschreibung
des Ausführungsbeispiels
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In den 1 und 2 ist ein System 10 zur Identifizierung
eines Reifentyps bei einem Kraftfahrzeug dargestellt. Das System 10 umfaßt einen
Reifen 12, der an einer hier stark vereinfacht dargestellten Radaufhängung 14 befestigt
ist, die eine Drehachse für
den Reifen 12 bildet.
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Der Reifen 12 weist an seiner
dem Kraftfahrzeug zugewandten Seitenwand einen ringförmigen Bereich 17 auf,
der ein hartmagnetisches Material umfaßt, welches eine magnetische
Kodierung darstellt. Die magnetische Kodierung ist reifentypspezifisch
ausgelegt und als magnetischer Barcode ausgebildet. Die magnetische
Kodierung umfaßt
vorliegend Reifenkenndaten des Reifens 12, wie dessen Dimension,
dessen Gummimischung, dessen Profil und dessen erforderlichen Reifendruck.
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Zum Einlesen der magnetischen Kodierung bzw.
der Reifenkenndaten, die in dem Bereich 17 in Form des
magnetischen Barcodes gespeichert sind, umfaßt das System 10 ein
an sich bekanntes Lesegerät 16,
das einen Magnetfeldsensor aufweist, welcher z.B. nach dem GMR-Prinzip
arbeitet und mit einer hier nicht näher dargestellten Steuereinheit
verbunden ist. Der Abstand zwischen dem Lesegerät 16 und dem die Kodierung
aufweisenden Bereich 16 des Reifens 12 beträgt bei der
gezeigten Ausführung etwa
8 mm.
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In 3 ist
ein Reifen 20 dargestellt, der entsprechend dem in 2 dargestellten Reifen einen Barcode 22 aufweist,
welcher hier in Form eines aufmagnetisierten Segments ausgebildet
ist, das einen Bogen bildet, der der Krümmung des Reifens 20 folgt.
Der Barcode 22 ist an der dem Fahrzeug zugewandten Seite
des Reifens 20 angeordnet und wirkt mit einem Magnetfeldsensor
eines Lesegeräts
der in den 1 und 2 dargestellten Art zusammen.
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In 4 ist
ein Reifen 24 dargestellt, der sich von dem Reifen nach 3 dadurch unterscheidet, daß er drei
Kodierungssegmente 26, 28 und 30 aufweist,
die an der dem Fahrzeug zugewandten Wand des Reifens 24 in
Umfangsrichtung hintereinander angeordnet sind. Die drei Kodierungssegmente 26, 28 und 30 sind
ebenfalls jeweils als magnetischer Barcode ausgebildet, der reifenspezifische
Kenndaten enthält
und mit einem Lesegerät
der in den 1 und 2 dargestellten Art zusammenwirkt.
Die Kodierungssegmente können
dabei jeweils unterschiedliche reifenspezifische Daten enthalten
oder auch identisch sein um über
ihre Wiederholung für
ein schnelles Auslegen der Daten nach z.B. einem Anfahrvorgang des
Kraftfahrzeuges zu sorgen.
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In 5 ist
ein Kodierungsstreifen bzw. das Kodierungssegment 22 des
Reifens 20 nach 3 in einer
der Übersichtlichkeit
wegen linearen und nicht gebogenen Darstellung näher gezeigt. Der Kodierungsstreifen 22 umfaßt hier
schraffiert dargestellte Streifen 32, die als Nordpol polarisiert
sind und unschraffiert dargestellte Streifen 34, die als
Südpol
polarisiert sind. Über
den Abstand und die Breite der einzelnen Streifen 32 und 34 sowie
den Nord-Süd-Nord-Wechselzyklus
lassen sich durch das Auslesen mittels des Lesegeräts 16 und
eine Auswertung durch eine diesem zugeordnete Auswerteeinheit reifenspezifische
Parameter in ein Steuergerät
des Kraftfahrzeugs einlesen.
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In den 6 und 7 ist ein Kodierungsstreifen 36 dargestellt,
der demjenigen nach 5 entspricht,
jedoch zur Entzerrung von ungleichförmigen Rotationen des zugeordneten
Reifens mit einem Taktstreifen 38 korreliert ist, der Südpole 37 und Nordpole 39 in äquidistanter
Anordnung umfaßt.
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Der Signalverlauf der beiden das
Kodierungssegment bildenden Streifen 36 und 38 bei
einer ungleichförmigen,
beispielsweise einer beschleunigten Bewegung des zugeordneten Reifens
ist in 7 stark schematisiert
dargestellt. Mittels des Taktstreifens 38 und dessen Pole 37 und 39 ist
eine rechnerische Entzerrung der mittels des Lesegeräts gemessenen
Signale möglich,
da jeder Pol 37, 39 des Taktstreifens 38 einer
bestimmten Position auf dem Kodierungsstreifen zugeordnet ist und
in 7 beispielhaft darge stellte
Verzerrungen der Signale somit über
die Taktung berechnet werden können.
Für den Taktstreifen 38 ist
ein separater Magnetfeldsensor vorgesehen.
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In 8 ist
ein Kodierungssegment eines Reifens dargestellt, das sich von demjenigen
nach 6 dadurch unterscheidet,
daß es
zwei Kodierungsstreifen 40 und 42 aufweist, so
daß eine
Vielzahl von reifenspezifischen Parametern in kodierter Form in
dem zugeordneten Reifen speicherbar ist. Zur Entzerrung der Meßsignale
bei einer ungleichförmgien
Bewegung de Reifens weist das System nach 8 ebenfalls einen Taktstreifen 38 auf.
Jedem der Streifen 40, 42 und 38 ist
ein separater Magnetfeldsensor zugeordnet.