DE19800607C2 - Sicherheitskontrollvorrichtung für Raddrehzahländerungen an Kraftfahrzeugen - Google Patents

Abstract

Sicherheitskontrollvorrichtung für Raddrehzahländerungen an Kraftfahrzeugen, in Verbindung mit einem die Bremsverzögerung auswertenden Schaltungssystem und einem System der Impuls-Erzeugung und -Verarbeitung zur Erfassung der Raddrehzahländerungen, dadurch gekennzeichnet, DOLLAR A daß ein höherfrequenter, anpaßbarer Taktgenerator zur Auffüllung der erzeugten Impulsintervalle und ein Prozessor zur digitalen Verarbeitung der den Impulsintervallen entsprechenden Zahlenwerte vorgesehen sind, DOLLAR A und daß eine Auswertung der erfaßten Raddrehzahländerungen zur Regelung eines Antiblockiersystems und zur Überwachung des Reifendruckes während laufender Fahrt erfolgt, indem ein Referenzvergleich zwischen den Werten der Vorderräder sowie den Werten der Hinterräder durchgeführt wird, und eine Raddrehzahländerung infolge unzureichenden Reifendruckes zur Auslösung eines Warnsignals führt, DOLLAR A daß zur Impulserzeugung permanentmagnetische Geberelemente in gleichbeabstandeter Teilung auf der rotierenden Geberseite und ein Piezoquarz-Sensor auf der ruhenden Geberseite vorgesehen sind, wobei der Piezoquarz-Sensor ein permanentmagnetisches Abschlußelement trägt, das zu den Geberelementen gleichnamig ausgerichtet und unter einer statischen Vorspannung aufgebracht ist.

Description

In der Druckschrift DE 195 24 358 C1 wird eine die Bremsverzögerung auswertende Vorrichtung beschrieben, die bei einer Gefahrenbremsung (Panikbremsung) die Warn­ blinkanlage automatisch und möglichst selektiv einschaltet, wobei digital erfaßte Para­ meter als Zahlenwerte im Prozessor verarbeitet werden.

Hierzu sind mehrere Impulsgeber an den Rädern oder einer Antriebsachse umfan­ gsmäßig gleich beabstandet angeordnet und werden entsprechend der Fahrzeugge­ schwindigkeit betätigt.

Die durch die aufeinanderfolgenden Impulse gebildeten Intervalle werden mit Taktim­ pulsen eines höherfrequenten Taktgenerators aufgefüllt. Bei einer Fahrzeugverzöge­ rung mit analog wachsenden Intervallen und den zugehörigen im Prozessor vor­ liegenden Taktimpulszahlen wird ein Referenzvergleich mit gespeicherten Referenz­ parametern durchgeführt, der gegebenenfalls die Einschaltung der Warnblinkanlage zur Folge hat.

Nach Druckschrift DE 196 26 843 A1 wird ein System zur Kontrolle von Raddreh­ zahländerungen beschrieben mit einer extrem großen Anzahl von Impulsgeberseg­ menten. Wegen des erforderlichen großen Umfanges, jedoch auch aus ökonomischen Gründen, werden diese in der äußeren seitlichen Reifenkaskade ähnlich Codie­ rungsmarken angebracht oder sind etwa dort im Gummigewebe eingearbeitet. Diese sollen gegenüber ihrer Umgebung magnetische oder auch Licht unterschiedlich re­ flektierende sowie absorbierende Eigenschaften für den Einsatz eines spezifischen Sensors aufweisen.

Diese angestrebte hoch auflösende Sensorik wird in der Praxis jedoch laufenden Veränderungen des nach diesem System konstant bezogenen Abrolldurchmessers ausgesetzt sein. Daher wird sich bei unterschiedlicher Passagierzahl und Beladung, oder bereits ausgelöst durch die sich gering ändernden Durchmesserverhältnisse auf Fahrbahnneigungen etc., entsprechender Mangel unter dieser Anwendung bei Anti­ blockier-Systemen (ABS) zeigen.

In der Druckschrift DE 25 53 806 A1 wird eine Vorrichtung zur Verbesserung der Auflösung für ein Antiblockier-System (ABS) beschrieben, die als Weiterentwicklung auch die (negativen) Halbwellen der erzeugten Meßspannung resultierend aus den Zahnlücken des Impulsgeberzahnkranzes (Polrad) mit einbezieht.

Um dies zu ermöglichen, bedient sich das System - nur bei Betriebsbeginn - einer se­ paraten Auszählung der Oszillatorimpulse mit anschließendem Vergleich (Komparator); ausgehend von den beiden Oszillatoren jeweils über dem Zahnverlauf und dem Zahn­ lückenverlauf, weil letzterer eine unterschiedlich gefertigte Breite aufweist (Werk­ zeugnormen), um eine Kompensation der Oszillatorfrequenz/Zahnlücke für den kon­ tinuierlichen Betrieb zu erhalten.

Die Druckschrift DE 196 19 393 A1 beschreibt eine Methode zur Überwachung des Reifenzustandes. Es wird darin eine Reifenzustandskontrolle angegeben, die aus dem Vergleich der Abrolldurchmesser beziehungsweise der entsprechenden Radgeschwin­ digkeiten aller vier Räder zueinander resultiert.

Dies geschieht unter Anwendung nicht näher bezeichneter Mittel einer Raddrehzahl- Erfassung und daraus folgender Größenbildung, so daß unter Festlegung eines Be­ zugsrades jeweils fortlaufend Quotienten mit der zuvor gebildeten Referenzgröße erzeugt werden. Durch üblichen Abfragevergleich und Einbeziehung von Toleranzen führt ein betreffendes Ergebnis zur Signalauslösung.

Der Reifenzustand soll gemäß der Druckschrift DE 196 19 393 A1 in idealer Weise kontrolliert werden, d. h. es soll über Druckunterschiede hinaus auch Laufflächenabrieb durch die Auswirkungen der infolgedessen leicht veränderten Abrolldurchmesser ermit­ telt werden.

Dabei kann wegen des gemeinsamen Referenzabgleichs aller vier Räder keine sinn­ gemäße Berücksichtigung der Differenzen aus veränderter Balance stattfinden; wenn das Fahrzeug etwa infolge unterschiedlicher Passagierzahl oder sonstiger geänderter Beladung über die Abrolldurchmesser der betreffenden Räder entsprechend reagiert.

Die Druckschrift DE 41 38 844 A1 zeigt eine Vorrichtung mit aktivem Meßfühler für Druck oder auch Temperatur eines Radreifens mit zusätzlicher Erfassung des Dreh­ verhaltens.

Ein so genanntes Kodierungselement auf der drehenden Radseite wird über einen berührungslosen Sensor auf der ruhenden Achsseite mittels Prozessor auf Änderung der Impulsfolge untersucht.

Die normalerweise gleichförmige Impulsfolge, hervorgerufen bei Radrotation durch die im Kodierring in Umfangsrichtung gleichmäßig verteilt angeordneten magnetischen Ge­ bersegmente, wird durch das Magnetfeld von einer Mikrospule, die nur an einer Stelle im Ring ein Gebersegment substituiert, infolge jetzt umgekehrt durchflossenem Gleichstrom aus dem Meßfühler bei Schwellenwertüberschreitung unterbrochen.

Die aktiven Meßfühler nebst Elektronik benötigen eine Stromquelle, z. B. eine Lithiumbatterie, und befinden sich darüber hinaus im rotierenden Radteil, so daß we­ gen hoher Raddrehzahlen und damit verbundenen Tangentialkräften sowie nicht zuletzt auch wegen erforderlicher regelmäßiger Wartung eine derartige Lösung problematisch erscheint.

Im angrenzenden Bereich des Standes der Technik die Anwendung eines Sensors zur Impulserzeugung betreffend, wird ferner die Druckschrift DE 31 94 352 C2 "Sensor mit einem durch Krafteinwirkung auslenkbaren piezokeramischen Plättchen" angeführt.

Aus dieser DE 31 14 352 C2 ist eine piezoelektrische Signalerzeugung bekannt, die zu diesem Zweck auf einer mechanischen Anordnug, im Prinzip vergleichbar einer Metallmembrane, ein mittig aufgeklebtes piezokeramisches Plättchen trägt, das nur teilweise die Membranfläche abdeckt, so daß elastische Auslenkungen sowie Schwin­ gungen der Membrane mit dem Plättchen möglich sind.

Die so genannte piezoelektrische Ladungsverschiebung bzw. Spannungserzeugung nach den Merkmalen dieser DE 31 14 352 C2 erfolgt über magnetomechanische Einwirkung auf die Membrane: durch Passieren eines Magneten unter entsprechend geringem Luftspalt oder ebenso, durch ein stirnseitiges Annähern dieses Magneten. Die damit erzeugten Biege- und Torsionsspannungen im piezokeramischen Plättchen initiieren eine schwache Signalspannung, die über ausgeführte Elektroden abgenom­ men und einem Verstärker zugeführt wird.

Auch kann nach diesem Prinzip in Umkehrung die Geberseite nur aus entsprechend remagnetisierbarem Material bestehen und die Membrananordnung enthält ein adä­ quates, dort fest aufgebrachtes permanentmagnetisches Element.

Diese nach Druckschrift DE 31 14 352 C2 bekannte piezoelektrische Impulserzeu­ gung eignet sich wegen der inkonstanten Verhältnisse resultierend aus den Schwin­ gungsanfälligkeiten dieser Anordnung jedoch nicht für einen Einsatz beispielsweise in ABS-Systemen.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Sicherheitskontrollvorrichtung für Raddrehzahlände­ rungen an Kraftfahrzeugen mit einer gesteigerten Auflösung für weitere Anwendungen anzugeben. Die Aufgabe wird mit den Merkmalen in dem einzigen Patentanspruch gelöst.

Beispielsweise wird die Anzahl der rotierenden Drehimpulsgeber- (Segmente) in um­ fangsmäßig gleichbeabstandeter Anordnung derart erhöht, daß etwa alle 10° Impulse erzeugt werden, die jeweils die Intervalle zur Auffüllung mit den höherfrequenten Takt­ impulsen bilden.

Eine vorliegende kontinuierliche Teilung von 10° bedingt demzufolge eine Abrolldistanz durch die Räder von ca. 5-7 cm je nach Fahrzeugtyp; nachdem bereits eine erste Re­ ferenzaussage vom Prozessor getroffen werden kann.

Eine Fahrzeuggeschwindigkeit von 200 km/h und einer Auffüllung der Impulsintervalle mit beispielsweise 15 Taktimpulsen (sequentielle Auflösung) des höherfrequenten Taktgenerators erfordert rechnerisch mit 200 (km/h) . 1/3,6 (m/s) . 1/dπ (m) . 360°/10° . 15 (I) = 16000 (I/s) ⇒ eine Taktfrequenz von 16 kHz.

(Demnach entsprechen 50 km/h linear 60 Taktimpulsen, 15 km/h entsprechen 200 Taktimpulsen.)

Die Impulserzeugung kann im übrigen raumsparend in einer Abfolge, vergleichsweise wie mittels eines Zahnrades, durch Geber-Zahn oder durch -Lücke als Plus/Minus- Signal zur Bildung der Impulsintervalle zur Verfügung gestellt werden.

Diese hochsensible Erfassung einer Raddrehzahländerung eignet sich zur Entwicklung eines Antiblockiersystems (ABS-Systeme), direkt basierend auf der prozessorbedin­ gten digitalen Verarbeitung.

Ein weiteres Anwendungsgebiet ist die Reifendruckkontrolle hinsichtlich einer auftre­ tenden Gefährdung (Reifenpanne) während laufender Fahrt, die in der identischen Ge­ rätetechnik kombiniert zur Anwendung kommt, indem feinste Raddrehzahländerungen bereits genügen, resultierend aus der Umfangsdifferenz eines Rades mit unzureichen­ dem Reifendruck, um über den Prozessor einen Warnhinweis auszulösen.

Der Referenzvergleich findet beispielsweise jeweils zwischen den Vorder- bzw den Hinterrädern statt, um somit unterschiedliche Balance durch Beladung zu berücksich­ tigen.

Ein angenommener Abrolldurchmesser von 0,6 m, welcher sich um 2 cm verringert, würde aus dieser zugrunde liegenden Auflösung ein konstantes Impulsverhältnis von annähernd 15/14,5 (bei 200 km/h) je Sequenz hervorbringen. (Bei 120 km/h → 25/24,2 und bei 50 km/h → 60/58 ⇒ annähernd konst. 1,034).

Da die üblicherweise eingesetzten Sensoren auf induktiver Basis arbeiten und ein Plus/Minus-Signal unter vergleichbarer Annäherung von Metall (Geber-Zahn/-Lücke) hervorbringen, jedoch unter dem Einsatz höherwerdender Schaltfrequenzen eher zu Störungen neigen, empfiehlt sich eine Anwendung der Impuls-Initiierung durch einen Piezoquarz. (Spannungserzeugung durch mechanischen Druck)

Es wird vorgeschlagen, daß die rotierende Impulsgeberseite permanentmagnetische Impulsgebersegmente in entsprechend gleichbeabstandeter Teilung trägt, die auch dort integriert im Fertigungsgang dauermagnetisiert sein können und alle die gleiche Polausrichtung aufweisen, und die ruhende Sensorseite als Piezoquarz-Sensor ausge­ führt wird, welcher in seinem äußeren Aufbau ein auf die Piezoquarz-Anordnung unter erforderlicher statischer Vorspannung aufgebrachtes permanentmagnetisches Ab­ schlußelement trägt, das infolge der gleichnamigen gegenüberliegenden Polausrich­ tung einen infolgedessen abstoßenden Druckeffekt bei entsprechend geringem Luft­ spalt auf die Piezoquarz-Anordnung ausübt, so daß insgesamt ein im Ablauf in Bezug auf Flankenform und Timing exakt reproduzierbares Spannungssignal als verwertbarer Schaltimpuls initiiert werden kann.

Vorteile der Erfindung

In der praktischen Anwendung finden sich für ABS-Systeme Polräder bzw. Impulsge­ berzahnkränze mit sehr großer Anzahl Gebersegmente, die funktionsbedingt speziell für Langsamfahrt auf schneeglatter Fahrbahn ausgelegt sind.

Vorliegende Erfindung eignet sich für eine direkte Kombination mit dieser eingeführten Technik. Beispielsweise läßt sich für eine Reifendrucküberwachung ein entsprechen­ der separat auf das gleiche Polrad arbeitender Sensor einsetzen. Der Prozessor bedingt hierzu ein erforderliches Selektieren der für die Intervallbildung notwendigen Sequenzen aus der Gesamtimpulsfolge.

Das Polrad kann mit dauermagnetisierten Geberzähnen ausgeführt sein, jedoch in einer Umkehrfunktion (Bezugnahme auf DE 198 35 041 C1) können die Zähne auch aus remagnetisierbarem Material gefertigt sein.

Dabei wird auf das unter statischer Vorspannung stehende permanentmagnetische Abschlußelement durch entsprechend nahes Passieren der Polradzähne ein magneto- mechanischer Zugimpuls ausgeübt, der eine umgekehrt gerichtete Initiierung einer Signalspannung zurfolge hat, die bei entsprechender Verstärkung ebensogut genutzt werden kann.

Claims (1)

1. Sicherheitskontrollvorrichtung für Raddrehzahländerungen an Kraftfahrzeugen, in Verbindung mit einem die Bremsverzögerung auswertenden Schaltungssystem und einem System der Impuls-Erzeugung und -Verarbeitung zur Erfassung der Rad­ drehzahländerungen, dadurch gekennzeichnet, daß zur Impulserzeugung permanentmagnetische Geberelemente in gleichbeabstan­ deter Teilung auf der rotierenden Geberseite und ein Piezoquarz-Sensor auf der ruhenden Geberseite vorgesehen sind, wobei der Piezoquarz-Sensor ein permanent­ magnetisches Abschlußelement trägt, das zu den Geberelementen gleichnamig ausgerichtet und unter einer statischen Vorspannung aufgebracht ist,
daß ein höherfrequenter, anpaßbarer Taktgenerator zur Auffüllung der erzeugten Im­ pulsintervalle und ein Prozessor zur digitalen Verarbeitung der den Impulsintervallen entsprechenden Zahlenwerte vorgesehen sind,
und daß eine Auswertung der erfaßten Raddrehzahländerungen zur Regelung eines Antiblockiersystems und zur Überwachung des Reifendruckes während laufender Fahrt erfolgt, indem ein Referenzvergleich zwischen den Werten der Vorderräder sowie den Werten der Hinterräder durchgeführt wird, und eine Raddrehzahländerung infolge unzureichenden Reifendruckes zur Auslösung eines Warnsignals führt.