DE3242291A1

DE3242291A1 - Vorrichtung zum messen des reifendrucks in luftreifen von fahrzeugen waehrend der fahrt

Info

Publication number: DE3242291A1
Application number: DE19823242291
Authority: DE
Inventors: Rolf Dipl.-Phys. Dr. 7251 Heimsheim Berner
Original assignee: Moto Meter AG
Current assignee: Moto Meter AG
Priority date: 1982-11-16
Filing date: 1982-11-16
Publication date: 1984-05-17

Description

Beschreibung:
Vorrichtung zum Messen des Reifendrucks in Luftreifen von Fahrzeugen während der Fahrt Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Messen des Reifendrucks in Luftreifen von Fahrzeugen während der Fahrt mit magnetischer Meßwertübertragung, bei welcher an der Felge eines den Luftreifen tragenden Fahrzeugrades eine vom Reifendruck beaufschlagte Membran und auf dieser ein Permanentmagnet angeordnet sind und der Permanentmagnet an einem Magnetsensor vorbeiläuft, der seinerseits auf einem feststehenden Teil der Fahrzeugkonstruktion befestigt ist.
Bei einer bekannten Vorrichtung dieser Art (DE-A1 30 18 246) wird als Magnetsensor eine Induktionsspule vorgesehen. Da die induzierte Meßspannung von der vorbeilaufenden Geschwindigkeit des Permanentmagneten, also letzten Endes der Fahrzeuggeschwindigkeit, abhängt, ist es bei der bekannten Vorrichtung erforderlich, in einer Vergleichsmessung mit Hilfe eines ebenfalls an der Induktionsspule vorbeilaufenden Referenzmagneten die Fahrzeuggeschwindigkeit zu bestimmen und in die Berechnung des Reifendrucks mit einzubeziehen. Hierzu ist ein besonderer mechanischer und elektrischer Vorrichtungsaufwand erforderlich.
Es ist Aufgabe der Erfindung, eine gattungsgemäße Vorrichtung derart auszubilden, daß eine Vergleichsmessung der Fahrzeuggeschwindigkeit ent-fallen kann.-Die Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der Magnetsensor als magnetempfindliches Halbleiterbauelement ausgebildet ist, in welchem durch den vorbeilaufenden Permanentmagneten ein lediglich vom Abstand Bauelement - Permanentmagnet abhängiges, elektrisches Signal ausgelöst wird.
Da die im magnetempfindlichen Halbleiterbauelement erzeugte Spannung von der Geschwindigkeit des an ihm vorbeilaufenden Permanentmagneten unabhängig ist, ist eine Vergleichsmessung dieser Geschwindigkeit nicht erforderlich.
Die nachstehende Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen der Erfindung dient im Zusammenhang mit beiliegender Zeichnung der weiteren Erläuterung. Es zeigen: Fig. 1 schematisch eine Teilschnittansicht eines Kraftfahrzeugrades mit luftgefülltem Reifen; Fig. 2 eine geschnittene Einzelansicht eines druckempfindlichen Meßwertgebers und eines Meßwertsensors; Fig. 3 eine geschnittene Einzelansicht eines temperaturempfindlichen Meßwertgebers mit Meßwertsensor und Fig. 4 ein Blockschaltbild für eine Vorrichtung zum Messen des Reifendrucks im Luftreifen eines umlaufenden Fahrzeugrades.
Fig. 1 zeigt eine Teilquerschnittsansicht eines luftbereiften Fahrzeugrades in einer Radialebene des Rades. Auf einer Felge 1 des Rades ist in herkömmlicher Weise dicht ein Luftreifen 2 angeordnet, der über ein an der Felge 1 vorgesehenes Ventil 3 unter einen bestimmten Reifendruck gesetzt werden kann. In der Felge 1 ist weiterhin ein druckempfindlicher Meßwertgeber 4 angeordnet. Die an dem Geber 4 vorliegenden Meßwerte werden berührungslos von einem Meßwertsensor 5 aufgenommen und einer Auswerte- und Anzeigeeinrichtung zugeführt. Der Meßwertsensor 5 ist mittels eines Trägers 6 feststehend an der Achs- oder Bremssattelkonstruktion des betreffenden Fahrzeuges, beispielsweise eines Kraftfahrzeuges, gehaltert. Während der Fahrt läuft der mit der Felge 1 rotierende Meßwertgeber 4 periodisch am Meßwertsensor 5 vorbei, so daß die vom Geber 4 ermittelten Werte des im Luftreifen 2 herrschenden Reifendrucks während der Fahrt des Fahrzeuges ständig abgefühlt und zur Anzeige gebracht werden können.
Auf diese Weise ist eine kontinuierliche Messung und Anzeige des Reifendrucks während der Fahrt möglich.
Die Fig. 2 zeigt in Schnittansicht den druckempfindlichen Meßwertgeber 4 und den zugehörigen Meßwertsensor 5 in vergrößerter Schnittansicht. Einander entsprechende Teile sind in Fig. 1 und 2 mit den gleichen Bezugszeichen bezeichnet. r; Der Meßwertgeber 4 besteht aus einem kreiszylindrischen Gehäuse 7, welches in die Felge 1 des Kraftfahrzeugrades unter Zwischenlegung einer Dichtung 8 eingeschraubt ist. Das Innere des- Gehäuses 7 ist über eine Kapillare 9, deren Durchmesser etwa 0,1 mm oder weniger betragen kann, mit dem Innern des Luftreifens 2 (vgl. Fig. 1) verbunden. Das Gehäuse 7 ist durch eine Membran 11 aus Blech od. dgl. druckdicht verschlossen. Die Membran 11 ist ihrerseits mit Abstand von einer Abdeckung 12 aus Kunststoff od. dgl. überfangen.
Gehäuse 7 und Membran 11 bestehen aus einem nichtferromagnetischen Material. Die Membran 11 trägt einen Permanentmagneten 13.
Dem Permanentmagneten 13 liegt im Abstand der Meßwertsensor 5 gegenüber. Der Sensor 5 enthält als wesentliches Element einen Hallgenerator 14, der zusammen mit Schaltelementen 15 auf einer gemeinsamen Unterlage 16, vorzugsweise einer Schalt- oder Leiterplatte, angeordnet ist. Die ganze Anordnung ist durch ein Gießharz 17 hermetisch abgedeckt.
Die Unterlage 16 ist zusammen mit der von ihr getragenen Anordnung an einer kreiszylindrischen Halterung 18 aus nicht-ferromagnetischem Material befestigt. Die dosenförmige Halterung 18 ist in den Träger 6 eingeschraubt.
Der im Innern des Luftreifens 2 herrschende Luftdruck breitet sich über die Kapillare 9 auch im Innern des Gehäuses 7 aus und beaufschlagt die elastische Membran 11. Je nach Höhe des Drucks schiebt sich der Mittelteil dieser Membran mit dem daran befestigten Magneten 13 aus dem Gehäuse 7 heraus und damit mehr in die Nähe des Hallgenerators 14. Hierdurch wird aufgrund des bekannten Hall-Effektes im Generator 14 eine Hall-Spannung induziert, die vom Abstand des Permanentmagneten 13 vom Generator 14 abhängig ist. Da dieser Abstand wiederum druckabhängig ist, ist somit die im Generator 14 erzeugte elektrische Spannung ein unmittelbares Maß für den Reifendruck.
Die Fig. 4 zeigt ein Blockschaltbild, mit welchem die im Hallgenerator 14 erzeugte, vom Reif endruck abhängige elektrische Spannung ausgewertet und zur Anzeige gebracht werden kann. Dem Hallgenerator 14 ist ein Verstärker 19 nachgeschaltet. Dieser Verstärker 19 kann beispielsweise eines der in hybrider Form gemeinsam mit dem Hallgenerator 14 in das Gießharz 17 eingegossenen Schaltelemente 15 sein. Die erzeugte und verstärkte Spannung wird einem Analog/ Digital-Wandler 21 zugeleitet. Das digitalisierte Ausgangssignal des Wandlers 21 gelangt in einen vorzugsweise als Mikroprozessor ausgebildeten Rechner 22, der mit einem Zeitgeber 23 verbunden ist.
Der Mikroprozessor 22 enthält herkömmliche Treiberstufen, die mit Meßwertanzeigen in Verbindung stehen.
In Fig. 4 sind drei verschiedene Meßwertanzeigen 24, 25 und 26 dargestellt. Die Anzeige 24 ist als herkömmliche Leuchtzifferanzeige ausgebildet und zeigt den gemessenen Wert des Reifendrucks unmittelbar in digitaler Form an. Die Anzeige 25 ist ein analog anzeigendes Meßinstrument, dem ein Digital/ Analog-Wandler 27 vorgeschaltet ist. Die Anzeige 26 weist Signallampen auf, die das Erreichen oder über schreiten eines bestimmten Reifendruckwertes mittels Lampen signalisieren. Die Anzeigen 24, 25 und 26 können jeweils einzeln Verwendung finden; Dabei kann der Anzeige 24 oder 25 jedoch beispielsweise auch die Signallampen-Anzeige 26 zugeordnet werden.
Eine Stromversorgungs- und Entstörungseinheit 28 steht mit den einzelnen Elementen der Schaltung in Verbindung.
Bei hoher Umlaufgeschwindigkeit des Meßwertgebers 4 können die auf den durch die Membran 11 elastisch gehaltenen Permanentmagneten einwirkenden Fliehkräfte das angezeigte Meßergebnis verfälschen. Um diesen Einfluß der Fliehkräfte zu kompensieren, wird erfindungsgemäß zusätzlich zur Hall-Spannung die Umlaufgeschwindigkeit des Fahrzeugrades gemessen Hierzu können die pro Zeiteinheit vom Hallgenerator 14 emittierten Spannungsimpulse dienen. Der Zeitgeber 23 liefert diese Zeiteinheit. In einer im Mikroprozessor 22 vorgesehenen Rechenschaltung werden die Spannungsimpulse pro Zeiteinheit gezählt.
Die hieraus errechnete Radgeschwindigkeit wird einer ebenfalls im Mikroprozessor 22 enthaltenen elektronischen Auswerte- und Kompensationsschaltung zugeführt, welche die Radgeschwindigkeit und damit die Fliehkraft bei der Errechnung der anzuzeigenden Reifendruckwerte berücksichtigt.
Da der im Luftreifen 2 herrschende Druck - wie jeder Luftdruck - temperaturabhängig ist, kann in Fortbildung der Erfindung auch vorgesehen werden, diese Temperaturabhängigkeit bei der Anzeige des Reifen luftdrucks zu berücksichtigen.
Fig. 3 zeigt eine Anordnung zur Abfühlung der im Luftreifen 2 herrschenden Temperatur. An der Felge 1 des Fahrzeugrades sitzt ein Meßkörper 29, dessen Gehäuse 31 dem Gehäuse 7 in Fig. 2 mit der Ausnahme entspricht, daß die Kapillare 9 entfallen ist. Das als Meßraum dienende Innere des Gehäuses 31 ist mit einer Dehnflüssigkeit 30, d. h. mit einer Flüssigkeit gefüllt, die einen starken thermischen Ausdehnungskoeffizienten besitzt, beispielsweise Toluol. Der Meßraum ist durch eine Membran 32, die der Membran 11 in Fig. 2 entspricht, flüssigkeitsdicht verschlossen.
Die elastische Membran 32 trägt einen Permanentmagneten 33. In ausreichendem Abstand von diesem Magneten 33 verläuft eine Abdeckung 34, die der Abdeckung 12 in Fig. 2 entspricht.
Dem Permanentmagneten 33 liegt ein mit einem Hallgenerator 35 bestückter Meßwertsensor 36 gegenüber, der genau dem Sensor 5 in Fig. 2 entspricht. Der Sensor 36 ist ebenfalls über den Träger 6 feststehend an der Achs- oder Bremssattelkonstruktion des Fahrzeugrades, beispielsweise eines Personenkraftwagens, befestigt.
Bei Temperaturänderung expandiert oder kontrahiert die Dehnflüssigkeit 30 im Innern des Gehäuses 31, wodurch über die elastische Membran 32 der Permanentmagnet 33 entsprechend, d. h. temperaturabhängig, verschoben wird. Da der Hallgenerator 35 den Abstand zum Permanentmagneten 33 in der im Zusammenhang mit Fig. 2 beschriebenen Weise abfühlt, kann auf diese Weise die Temperatur im Innern des Luftreifens 2 festgestellt werden.
Wie aus Fig. 4 hervorgeht, wird die im Hallgenerator 35 erzeugte Hall-Spannung in einem Verstärker 37 verstärkt, wobei der Verstärker 37 ebenso wie der Verstärker 19 wiederum in hybrider Form zusammen mit dem zugeordneten Hallgenerator 35 auf einer gemeinsamen Unterlage, z. B. einer Leiterplatte, angeordnet und in Gießharz eingeschlossen sein kann. Dies ist in Fig. 4 durch die gestrichelte Linie angedeutet.
Das verstärkte, temperaturabhängige Spannungssignal gelangt in den Wandler 21 und.von da in den Mikroprozessor 22. Eine im Mikroprozessor 22 vorgesehene, an sich bekannte elektronische Auswerte- und Kompensationsschaltung berücksichtigt den eingegebenen Temperaturwert, so daß die Anzeigen 24, 25 und 26 den im Luftreifen 2 herrschenden Luftdruck temperaturkorrigiert anzeigen.
Die in einem Hallgenerator erzeugte Hall-Spannung zeigt bekanntlich einen bestimmten Temperaturgang.
Erfindungsgemäß können zur Verfeinerung der Meßgenauigkeit den Hallgeneratoren 14 und/oder 35 elektronische Schaltelemente zugeordnet werden, die diese Temperaturabhängigkeit der Hall-Spannung berücksichtigen und kompensieren. Auch diese Schaltelemente können in Form der Schaltelemente 15 zusammen mit dem Hallgenerator 14, 35 auf der gemeinsamen Unterlage 16 angeordnet und in das Gießharz 17 eingebettet werden.
Bei der Anordnung gemäß Fig. 2 ist die Verbindung des Innenraumes des Luftreifens 2 mit dem Innenraum des Gehäuses 7 deswegen über die Kapillare 9 vollzogen, um bei Beschädigung der Membran 11 ein plötzliches Entweichen der Luft aus dem Luftreifen 2 zu verhindern. Die Kapillare 9 stellt insoweit ein Dämpfungselement dar. Die Kapillare hat vorzugsweise einen Durchmesser von etwa o,1 mm oder weniger.
Gemäß weiterer Ausbildung der Erfindung können die beiden Meßwertgeber 4 und 19 so an der Felge 1 angeordnet werden, daß sie bei jeder Radumdrehung an ein und demselben Meßwertsensor, z. B. dem Meßwertsensor 5, vorbeilaufen, In diesem Falle kann der zweite Meßwertaufnehmer 36 entfallen. Die Permanentmagnete 13 und 33 werden bei dieser Ausführungsform der Erfindung jeweils mit entgegengesetzt gerichteter Polarität an ihrer Membran 11 bzw. 32 befestigt.
Auf diese Weise können die im Hallgenerator des Meßwertsensors erzeugten Spannungssignale elektrisch unterschieden und dem Reifendruck bzw. der im Reifen herrschenden Temperatur eindeutig zugeordnet werden.
Die im Zusammenhang mit Fig. 2 und 4 beschriebene Fliehkraftkompensation der im Hallgenerator 14 erzeugten Spannung kann erfindungsgemäß auch bei dem anhand von Fig. 3 beschriebenen Temperaturfühler Anwendung finden.
Bei den voran stehenden Ausführungsbeispielen ist als Magnetsensor ein Hallgenerator 14, 35 verwendet.
Statt eines solchen kann erfindungsgemäß auch jedes andere magnetempfindliche Halbleiterbauelement Verwendung finden. Die hier im Zusammenhang mit einem Hallgenerator gemachten Ausführungen gelten entsprechend auch für ein anderes magnetempfindliches Halbleiterbauelement. Außer einem Hallgenerator eignet sich insbesondere auch eine an sich bekannte Magnetdiode für die Zwecke der Erfindung. Bei einer solchen Halbleiter-Diode ändert sich die Strom/ Spannungskennlinie in Abhängigkeit von einem Magnetfeld.
Der anhand von Fig. 3 beschriebene Temperaturfühler gemäß der Erfindung eignet sich nicht nur zum Abfühlen der Temperatur in einem Luftreifen, sondern kann auch zu beliebigen anderen Temperaturmessungen ausgesetzt werden. Als Meßwert- oder Magnetsensor kann im übrigen in diesen Fällen statt eines magnetempfindlichen Haibleiterbauelementes auch eine übliche Induktionsspule zum Einsatz gelangen.

Claims

Patentansprüche: ($)vorrictung zum Messen des Reifendrucks in Luftreifen von Fahrzeugen während der Fahrt mit magnetischer Meßwertübertraguflg, bei welcher an der Felge eines den Luftreifen tragenden Fahrzeugrades eine vom Reif endruck beaufschlagte Membran und auf dieser ein Permanentmagnet angeordnet sind und der Permanentmagnet an einem Magnetsensor vorbeiläuft, der seinerseits auf einem feststehenden Teil der Fahrzeugkonstruktion bebefestigt ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Magnetsensor als magnetempfindliches Halbleiterbauelement (14) ausgebildet ist, in welchem durch den vorbeilaufenden Permanentmagneten (13 ein lediglich vom Abstand Bauelement (14)- - Permanentmagnet (13) abhängiges elektrisches Signal ausgelöst wird.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur Kompensation von Fliehkräften die im magnetempfindlichen Halbleiterbauelement (14) durch den vorbeilaufenden Permanentmagneten (13) erzeugten elektrischen Impulse zur Messung der Radgeschwindigkeit benutzt und einer elektronischen Auswert- und Kompensationsschaltung (22,23) zugeführt sind.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß zur Kompensation des Temperatureinflusses auf den im Reifen (2) herrschenden Luftdruck ein Temperaturfühler (29) vorgesehen und dessen Meßwert einer elektronischen Auswerte-und Kompensationsschaltung (22) zugeführt ist.
4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß als Temperaturfühler (29) an der Felge (1) des den Reifen (2) tragenden Rades eine Dehnflüssigkeit (30) in einem von einer Membran (32) verschlossenen Meßraum (31) angeordnet ist, und die Membran einen Permanentmagneten (33) trägt, und daß dieser Magnet an einem magnetempfindlichen Halbleiterbauelement (35) vorbeiläuft, das seinerseits an einem feststehenden eil der Fahrzeugkonstruktion befestigt ist.
5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß neben dem magnetempfindlichen Halbleiterbauelement (14,35) in hybrider Form Schaltelemente (15,19,37) auf einer gemeinsamen Unterlage (16). inbesondere einer gedruckten Schaltplatte, angeordnet sind, vorzugsweise Schaltelemente zur Korrektur des Temperaturgangs und zur Verstärkung des durch das magnetempfindliche Halbleiterbauelement erzeugten Spannungssignals.
6. Vorrichtung nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß ein von der Membran (11) verschlossener Meßraum (7) lediglich durch eine Kapillare (9) mit dem Innenraum des Luftreifens (2) verbunden ist.
7. Vorrichtung nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das magnetempfindliche Halbleiterbauelement ein Hallgenerator (14,35) ist.
8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß das magnetempfindliche Halbleiterbauelement (35) eine Magnetdiode ist.