DE19620582A1

DE19620582A1 - Luftreifen

Info

Publication number: DE19620582A1
Application number: DE1996120582
Authority: DE
Inventors: Peter Lohberg
Original assignee: ITT Automotive Europe GmbH; Alfred Teves GmbH
Current assignee: Continental Teves AG and Co OHG
Priority date: 1996-05-22
Filing date: 1996-05-22
Publication date: 1997-11-27

Description

Die Erfindung bezieht sich auf Fahrzeugreifen unterschied licher Art, insbesondere auf Reifen für Motorfahrzeuge (PKW, LKW, Motorräder, Baufahrzeuge etc.) und für Fahr räder.

Natürlich ist es bekannt, Reifen mit lesbaren oder durch Maschinen identifizierbaren Beschriftungen und Markierungen unterschiedlicher Art zu versehen.

Der vorliegenden Erfindung liegt nun jedoch die Aufgabe zugrunde, solche Reifen mit einer dauerhaften Kodierung auszurüsten, die sich mit geringem Aufwand erstellen läßt und die sich auf vielfältige Weise technisch auswerten läßt.

Diese Aufgabe wird durch den im Anspruch 1 beschriebenen Luftreifen gelöst, dessen Besonderheit darin besteht, daß kodierte Zonen mit permanentmagnetischen Arealen in der Reifenwandung eingelagert oder auf der Reifenwandung aufge bracht sind und daß im Betrieb, nämlich nach dem Aufziehen des Reifens und Montage des Rades bei einer Drehbewegung des Rades, diese permanentmagnetischen Areale als Signal geber dienen und in Verbindung mit einem Stationärensignal aufnehmer zum Sensieren der Drehbewegung verwendbar sind.

Die Erfindung beruht also auf der Erkenntnis, daß man in das Gummi eines solchen Luftreifens dauerhaft magnetisier bare Flächenzonen einlagern oder aufbringen kann, die dann durch Magnetisierung und Ausbildung von Nord-/Südpol-Area len zu kodierten Zonen werden. Mit Hilfe von magnetfeld empfindlichen Signalaufnehmern oder Sensoren können dann, wenn zwischen diesen magnetisierten Arealen und den Senso ren eine ausreichend große relative Ortsverschiebung, näm lich durch eine Dreh- oder Winkelbewegung der Reifens bzw. des Rades, auftritt, die Kodierungen gelesen werden.

Nach einem vorteilhaften Ausführungsbeispiel der Erfindung ergeben die permanentmagnetischen Areale ein Muster, das sich aus in Umfangsrichtung des Reifens mit wechselnder Polarität aufeinanderfolgenden Elementen oder Arealen zu sammensetzt und Informationen enthält, die bei einer Dreh bewegung des Rades durch Auswerten der Eingangssignale des Signal-Aufnehmers erkennbar sind.

In den beigefügten Unteransprüchen sind noch andere vor teilhafte Ausführungsbeispiele der Erfindung beschrieben.

Weitere Einzelheiten, Vorteile und Anwendungsmöglichkeiten der Erfindung gehen aus der folgenden Beschreibung anhand der beigefügten Abbildungen hervor.

Es zeigen in schematisch vereinfachter Darstellung

Fig. 1 im Querschnitt den Mantel eines Luftreifens gemäß einer Ausführungsart der Erfindung,

Fig. 2 eine Seitenansicht eines Reifens nach der Erfin dung,

Fig. 3 und Fig. 4 in gleicher Darstellungsweise wie Fig. 2 weitere Ausführungsbeispiele,

Fig. 5 im Schnitt ein Fahrzeugrad mit einem Reifen nach der Erfindung und Elemente der zugehörigen Rad aufhängung, einschließlich eines stationären Signalaufnehmers sowie

Fig. 6a und 6b Symbole und Diagramme zur Erläuterung der Funktion der Anordnung nach Fig. 5.

Fig. 1 veranschaulicht, daß die erfindungsgemäß kodierten Zonen an sehr unterschiedlichen Orten angeordnet sein kön nen. Die kodierten Zonen 1 und 2 befinden sich in der seit lichen Reifenwandung, die Zone 4 in der Lauf- oder Abroll fläche des Luftreifens. Die kodierten Zonen 3 und 7 sind sehr nahe am Felgenkörper 8 des nur angedeuteten Fahrzeug rades angeordnet. Die Aufstandsfläche des Reifens ist in Fig. 1 mit 6 symbolisiert.

Reifen rotieren um einen Radmittelpunkt. In vielen Anwen dungsbeispielen ist es daher zweckmäßig, die magnetisierten Areale auf Kreisbögen, konzentrisch zum Mittelpunkt der Radachse anzuordnen. Fig. 2 zeigt eine Ausführungsform mit örtlich verteilten Polpaarzonen 9, 9′, 9′′ entlang der Reifen wandung. Hierbei symbolisiert N ein Nordpolareal, S ein Südpolareal. Fig. 2 dient nur zur Verdeutlichung der Struk tur dieser kodierten Zonen. In der Praxis läßt sich durch eine feinere Struktur der Nordpol-/Südpol-Areale eine grö ßere Anzahl von Polpaaren und damit eine entsprechend hö here Auflösung und/oder Empfindlichkeit erreichen.

Eine Kodierung der in Fig. 2 gezeigten Art ist auch geeig net, den Luftreifen magnetisch zu kennzeichnen, damit er im Produktionsprozeß automatisch identifiziert werden kann.

Die Anwendungsmöglichkeiten der eingelagerten kodierten Zonen läßt sich auf sehr vielfältige Weise technisch nut zen. Eine Möglichkeit zur Auswertung einer solchen Markie rung, wie der Markierung 9, 9′, 9′′ in Fig. 2 besteht darin, eine Fahrzeugbewegung zu sensieren, 2. B. als Bestandteil einer Wegfahrsperre oder Diebstahlsicherung.

Fig. 3 zeigt ein Beispiel eines Reifens mit über den gesamten Umfang gleichmäßig verteilt angeordneten, permanentmagnetischen Arealen. In die Seitenwandung des Luftreifens ist eine ganzzahlige Folge gleichartiger, einander abwechselnder Nord- und Südpol-Areale eingebettet, die eine geschlossene, zum Radmittelpunkt konzentrische Kreisbahn 10 bilden. Eine solche Ausführungsform ist in Verbindung mit einem stationären Meßwertaufnehmer z. B. zur Messung des Drehverhaltens eines Fahrzeugrades als Eingangsgröße eines Kraftfahrzeug-Regelungssystems geeignet. Die in die Reifenwandung integrierten oder auf der Reifenwandung angeordneten kodierten Zonen dienen in diesem Anwendungsfall als Signal- oder Meßwertgeber.

Mit der Ausführungsform nach Fig. 4 ist eine noch höhere Winkelauflösung zu erreichen. Die kreisförmige Kodier-Spur 11 besteht in diesem Fall aus linienförmigen Nord- und Südpolen, die, wie in dem Beispiel nach Fig. 3, einander abwechseln. Auch eine solche Ausführungsform ist als Signalgeber oder Encoder für eine Drehzahlmessung-Sensorik verwendbar.

Zur Abtastung der kodierten, aus magnetischen Arealen gebildeten Spuren (1-4,7, 10, 11) werden relativ zu dem Reifen bzw. den kodierten Zonen ortsfest angeordnete Signalaufnehmer verwendet. Besonders geeignet sind aktive Sensoren oder Meßelemente mit magnetoresistiven Sensorelementen oder mit Hallelementen. Grundsätzlich können alle Arten von Signalaufnehmer oder Sensortypen eingesetzt werden, die auf permanentmagnetische Felder, die Änderung dieser Felder oder auf Polaritätswechsel reagieren, Verwendung finden. Natürlich ist es grund sätzlich auch möglich, passive Signalaufnehmer oder Spulensysteme einzusetzen, in denen durch die Änderung des Magnetfeldes infolge der Drehung des Reifens Signale induziert werden.

Die Fig. 5 und die Fig. 6a, 6b dienen zur Erläuterung einer besonderen Anwendungsform. In diesem Beispiel ist, wie Fig. 5 zeigt, in Höhe der Reifenwandung bzw. in Höhe der kodierten Zonen (1-4,7, 10, 11) an der Radaufhängung - oder an einem geeigneten mit dem Fahrzeug verbundenen Halter ein Sensor oder Signalaufnehmer mit zwei Meßelementen 13, 14 angeordnet. Beispielsweise können beide Meßelemente 13, 14 als magnetfeldempfindliches Element magnetoresistive Sensorelemente enthalten.

Die beiden Meßelemente 13, 14 sind örtlich versetzt angeordnet, wie dies die Fig. 6a, 6b, jeweils die links dargestellte Skizze, veranschaulichen. Mit 13′, 14′ sind in 6a die "Lese"-Punkte der Sensoren 13 und 14 bezeichnet. Die örtliche Versetzung D - siehe Fig. 6a - wird so gewählt, daß zwischen den Lesepunkten 13′ und 14′ eine beliebige Anzahl von Polpaaren 16, 17, . . . eingeschlossen wird.

Die um die Strecke D gegeneinander versetzten Sensoren 13, 14 liefern in diesem Fall, wie der Signalverlauf S₁₃, S₁₄ in dem Kurvendiagramm nach Fig. 6a zeigt, bei jeder Raddrehbe wegung zeitlich gegeneinander versetzte Signale, aus denen das Drehverhalten - Drehzahl, Beschleunigung, Verzögerung, und Drehrichtung - zu erkennen ist.

Bekanntlich führen die auf ein Fahrzeugrad ausgeübten Antriebs- oder Bremsmomente zu einer Verformung des Reifens in der in Fig. 6b symbolisch dargestellten Weise. Unter dem Einfluß des Kräftepaares F - siehe Fig. 6b - wird die Reifenwandung und damit zugleich die Richtung der magnetisierten Streifen 16, 17, . . . in Torsionsrichtung verformt; die magnetisierten Areale sind in diesem Fall der Anschaulichkeit wegen streifenförmig dargestellt.

Gegenüber der ortsfesten Anordnung der beiden Meßelemente 13 und 14 - siehe Fig. 5 - tritt infolge dieser torsionsbedingten Verformung ein relativer örtlicher Versatz d der magnetisierten Streifen, insbesondere der latschnahen magnetischen Zone jedes Streifens auf. Diese Verformung hat eine Veränderung der gegenseitigen Phasenlage der Signale S₁₃, S′₁₃ und S₁₄, S′₁₄ zur Folge. Diese Phasenverschiebung der Signale ist in den Fig. 6a und 6b erkennbar.

Zur Auswertung der Phasenverschiebung wird der Zusammenhang zwischen dem von dem Rad auf die Straße übertragenen Moment M und der Phasenverschiebung D + d zweckmäßigerweise als Tabelle in einem Speicher der (nicht dargestellten) Auswerteelektronik erfaßt und zur Auswertung des Signals herangezogen. Die Messung des Momentes M mit der Anordnung nach Fig. 5 auf Basis der anhand der Fig. 6a, 6b erläuterten physikalischen Gegebenheiten läßt sich zur Verbesserung eines Regelungssystems auswerten, da aus diesen Meßwerten auf den Kraftschlußbeiwert oder Reibbeiwert zwischen Reifen und Straße geschlossen werden kann.

Zur Realisierung der magnetisierbaren Flächen bzw. der kodierten Zonen wird im Herstellungsprozeß des Reifens eine geringe Menge von Barium-Ferrit-Pulver, erforderlichenfalls versetzt mit einem Strontium-Anteil, in homogener Verteilung eingefügt. Alternativ hierzu ist es auch möglich, ca. 1 mm dicke Gummifolien, in die das magnetisierbare Material eingebracht ist, zur Ausbildung der kodierbaren Zonen zu verwenden. Diese Gummifolie wird dann in den vorgesehenen Zonen auf die Reifenwandung aufgeklebt und magnetisiert.

Claims

1. Luftreifen, insbesondere für Motorfahrzeuge und Fahrräder, dadurch gekennzeichnet, daß diese in der Reifenwandung eingelagerte oder auf der Reifenwandung aufgebrachte kodierte Zonen mit permanentmagnetischen Arealen (1-4,7, 9-12) aufweist, die im Betrieb, nämlich nach dem Aufziehen des Reifens und Montage des Rades bei einer Drehbewegung des Rades, als Signalgeber dienen und in Verbindung mit einem stationären Signalaufnehmer (13, 14) zum Sensieren der Drehbewegung des Rades verwendbar sind.

2. Luftreifen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die permanentmagnetischen Areale (1-4,7, 9-12) ein Muster ergeben, das sich aus in Umfangsrichtung des Reifens mit wechselnder Polarität aufeinanderfolgenden Elementen bzw. Arealen zusammensetzt und Informationen enthält, die bei einer Drehbewegung des Reifens durch den Signalaufnehmer (13, 14) bzw. durch Auswertung der Ausgangssignale des Signalaufnehmers erkennbar sind.

3. Luftreifen nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die permanentmagnetischen Areale (10-12) über den Umfang des Reifens gleichmäßig verteilt angeordnet sind.

4. Luftreifen nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die permanentmagnetischen Areale (9, 9′, 9′′) auf zur Drehachse des Rades konzentrisch verlaufenden Kreisbögen oder Kreissegmenten angeordnet sind.

5. Luftreifen nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die permanentmagnetischen Areale (1-4,7, 9-12) in oder auf der Seitenfläche der Reifenwandung angeordnet sind.

6. Luftreifen nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die permanentmagnetischen Areale (4) in der Abrollfläche der Reifenwandung angeordnet sind.

7. Luftreifen nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Signalaufnehmer (13, 14) als aktiver Meßwertaufnehmer ausgebildet ist und ein oder mehrere magnetfeldempfindliche Meßelemente auf Basis von magnetoresistiven Sensorelementen oder von Halleffekt-Sensorelementen enthält.

8. Luftreifen nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Signalaufnehmer (13, 14) als passiver Meßwertaufnehmer ausgebildet ist und Meßelemente auf Basis von Induktionsspulen enthält, in denen die permanentmagnetischen Areale ein der Dreh- oder Winkelbewegung des Rades entsprechendes, diese Bewegung darstellendes Signal hervorrufen.

9. Luftreifen nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß sich in den kodierten Zonen ein magnetisierbares, in der Gummimasse fein verteiltes Material auf Basis von Barium-Ferrit befindet, das während des Herstellungsprozesses in die Gummimasse eingelagert und nach der Fertigstellung des Reifens zur Ausbildung der permanentmagnetischen Areale magnetisiert wurde.

10. Luftreifen nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß als Träger für die kodierten Zonen magnetisierte oder mit magnetisierbarem Material versehene, auf die Außenwandung des Reifens aufgeklebte Gummifolien vorgesehen sind.