DE10001348A1 - Electromechanical tire pressure regulating system transfers pressure measurement data and control commands via radio and produces electric energy from wheel rotation - Google Patents
Electromechanical tire pressure regulating system transfers pressure measurement data and control commands via radio and produces electric energy from wheel rotationInfo
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Abstract
Description
Die Elektromechanische Reifendruckregelanlage dient zur Überwachung und Einstellung des Luftdruckes an allen Fahrzeugen und Geräten die mit luftbefüllten Reifen ausgerüstet sind (z. B. Automobile, Flugzeuge, Erdbe wegungsmaschinen etc.) während der Fahrt.The electromechanical tire pressure control system is used to monitor and adjust the air pressure all vehicles and devices equipped with air-filled tires (e.g. automobiles, airplanes, earthen motion machines etc.) while driving.
Es wurden verschiedene Systeme zur Befüllung der Reifen während der Fahrt entwickelt. Durchgesetzt haben sich Systeme, bei denen Räder und Reifen über Bohrungen und rotierende Dichtungen in den Achsen mit der im Fahrzeug befindlichen Luftdruckanlage in Verbindung stehen. Solche Systeme sind technisch aufwendig und teuer und müssen bereits bei der Entwicklung des Fahrzeuges vorgesehen werden. Sie werden im wesentlichen bei Fahrzeugen mit starren Achsen im militärischen Bereich eingesetzt und eignen sich aufgrund des Platzbe darfs und des technischen Aufwands wenig für PKW mit Einzelradaufhängung.Various systems for inflating tires while driving have been developed. Have prevailed systems in which wheels and tires have holes and rotating seals in the axles with the in Air pressure system located in the vehicle. Such systems are technically complex and expensive and must be included in the development of the vehicle. You will essentially used in vehicles with rigid axles in the military area and are suitable due to their space May and the technical effort little for cars with independent suspension.
Vereinzelt sind auch Reifenfüllsysteme im Einsatz, bei denen die Luftdruckleitung von der Karosserie mit be weglichen Schläuchen oder vom Achskörper mit bügelförmigen Rohren an die Außenseite der Räder herange führt wird und von dort über einen Drehteller zum Reifen. Auch bei diesen Systemen sind rotierende Dichtungen im Drehteller erforderlich. Die außen liegenden Schläuche oder Rohre sind für Beschädigungen anfällig und würden das Aussehen ziviler Fahrzeuge empfindlich beeinträchtigen.There are also occasional tire inflation systems in which the air pressure line from the body is attached moving hoses or from the axle body with bow-shaped tubes to the outside of the wheels is led and from there via a turntable to the tire. These systems also have rotating seals required in the turntable. The outside hoses or pipes are prone to damage and would severely affect the appearance of civilian vehicles.
All diese Systeme benötigen aufwendige Ventile sowie deren Steuerung. Die Luftleitungen zwischen den Ach sen und dem rotierenden Rad benötigen hohen Aufwand zur Abdichtung und müssen zur Vermeidung von star ker Abnutzung nach Beenden des Regelvorgangs drucklos geschaltet werden. Eine fortlaufende Druckmessung ist hierdurch nicht möglich. Zwischen Fahrzeugreifen und den jeweiligen Druckmeßgeräten befinden sich Druckleitungen, Dichtungen etc. Dies führt bei den vorgenannten Systemen zu Problemen mit der Meßgenauig keit sowie bei der Druckveränderung.All of these systems require complex valves and their control. The air lines between the Ach sen and the rotating wheel require a lot of effort for sealing and must avoid star ker wear and tear can be switched off after the control process has ended. A continuous pressure measurement is not possible. Are between vehicle tires and the respective pressure gauges Pressure lines, seals etc. This leads to problems with the measurement accuracy in the aforementioned systems speed as well as in the pressure change.
Weiterhin sind Reifenfüllsysteme bekannt die einen im Fahrzeugrad angeordneten Druckspeicher pneumatisch oder durch Zentrifugalkraft nutzen. Diese Systeme haben jedoch nur ein begrenztes Volumen zur Druckerhö hung zur Verfügung.Tire inflation systems are also known which pneumatically arrange a pressure accumulator arranged in the vehicle wheel or use by centrifugal force. However, these systems have only a limited volume for pressure increase hung available.
Andere Erfindungen auf diesem Gebiet nutzten Hebel, Nocken etc. zur Erzeugung des Luftdruckes am Rad. Diese mechanischen Systeme sind in der rauhen Umgebung an Fahrzeugrad störungsanfällig und wartungsinten siv. Sie lassen sich nicht oder nur mit Hilfe eines größeren Umbaus an ein Fahrzeug nachrüsten.Other inventions in this area used levers, cams, etc. to generate air pressure on the wheel. These mechanical systems are susceptible to failure in the harsh environment of the vehicle wheel and are maintenance-intensive siv. They cannot be retrofitted to a vehicle or only with the help of a major modification.
Zur Messung des aktuellen Reifendrucks sowie dessen Übertragung zum fahrenden Fahrzeug sind diverse Sy steme bekannt (Magnetspulen, Hallsensoren etc.). Keines dieser Systeme bedient sich einer elektronischen Mes sung mit Funkübertragung Various systems are available for measuring the current tire pressure and its transmission to the moving vehicle known systems (magnetic coils, Hall sensors etc.). None of these systems uses an electronic measurement solution with radio transmission
Der in den Schutzansprüchen angegebenen Erfindung liegt das Problem zugrunde ein integriertes System zur Überwachung und Steuerung des Reifenluftdruckes während der Fahrt zu schaffen, das in jedes Fahrzeug auch nachträglich, zu vergleichsweise geringen Kosten und ohne Beeinträchtigung der Fahrzeugoptik eingebaut wer den kann um die im Folgenden aufgeführten Anforderungen zu erfüllen:The invention specified in the protection claims is based on the problem of an integrated system for Monitoring and control of tire air pressure while driving create that in every vehicle too retrofitted, at a comparatively low cost and without impairing the vehicle optics can meet the requirements listed below:
Moderne Fahrzeuge stellen aufgrund ihrer hohen Kurven- und Endgeschwindigkeit sowie durch die Brems- und Fahrsicherheitssysteme (ABS, ASR, ALB etc.) sehr hohe Anforderungen an Räder und Reifen. Der Reifenluft druck hat dabei erhebliche Auswirkungen auf die Übertragung der Kräfte vom Fahrzeug auf die Straße und da mit für die aktive Sicherheit des Fahrzeugs. Der vom Hersteller angegebene Luftdruck ist in der Regel ein Kom promiß zwischen den unterschiedlichen Anforderungen von Fahrzeugverhalten (Handling, Straßenlage), gerin gem Rollwiderstand (Verbrauchsoptimierung) und maximalem Komfort. Bei veränderten Bedingungen z. B. volle Zuladung muß zusätzlich manuell der Reifendruck angepaßt werden.Modern vehicles pose due to their high cornering and top speed as well as braking and Driving safety systems (ABS, ASR, ALB etc.) have very high demands on wheels and tires. The tire air pressure has a significant impact on the transmission of forces from the vehicle to the road and there with for the active safety of the vehicle. The air pressure specified by the manufacturer is usually a com promiss between the different requirements of vehicle behavior (handling, road holding), small according to rolling resistance (consumption optimization) and maximum comfort. With changed conditions z. B. full load, the tire pressure must also be adjusted manually.
Wünschenswert ist ein System, das während der Fahrt (gegebenenfalls auch automatisch) den Reifendruck an die aktuelle Anforderung anpaßt z. B. hoher Druck bei schneller Fahrt zur Reduzierung des Rollwiderstands und reduzierter Druck bei geringen Geschwindigkeiten zur Erhöhung des Komforts.It is desirable to have a system that automatically (if necessary also automatically) adjusts the tire pressure to the adapts current requirement e.g. B. high pressure at high speed to reduce rolling resistance and reduced pressure at low speeds to increase comfort.
Die hohe Zuverlässigkeit und der geringe Druckverlust moderner Reifen hat die Bereitschaft der Fahrzeuglenker zu Kontrolle des Reifendrucks verringert. Zu geringer Reifendruck ist, außer bei extremem Druckverlust, nur durch manuelles Messen an allen Rädern erkennbar. Diese lästige Prozedur in schmutziger Umgebung wird in der Regel zu selten durchgeführt. Geringe bis mittlere Druckverluste sind am Aussehen des Reifen nur schwer zu erkennen. Sie beeinflussen das Fahrverhalten des Fahrzeugs jedoch erheblich und beinhalten damit ein hohes Gefahrenpotential.The high reliability and low pressure loss of modern tires means that the drivers are ready reduced to control tire pressure. Except for extreme pressure loss, tire pressure is too low recognizable by manual measurement on all wheels. This annoying procedure in a dirty environment is in usually done too rarely. Low to medium pressure drops are difficult to achieve with the appearance of the tire detect. However, they significantly influence the driving behavior of the vehicle and thus involve a high level Danger potential.
Wünschenswert ist eine permanente Kontrolle des Reifendrucks während der Fahrt und eine Alarmierung des Fahrers wenn dieser außerhalb des vorgeschriebenen Bereiches liegt. Darüber hinaus könnte ein entsprechendes System geringfügige Druckverluste ausgleichen und gegebenenfalls das Erreichen einer Werkstatt ermöglichen.It is desirable to constantly check the tire pressure while driving and to alert the driver Driver if it is outside the prescribed range. In addition, a corresponding one could Compensate for slight pressure drops and enable a workshop to be reached if necessary.
Geländefahrzeuge stellen grundsätzlich die gleichen Anforderungen an den Reifendruck wie PKW. Zusätzlich sind für unterschiedliche Geländeformationen stark variierende Reifendrücke erforderlich. Auf weichem Unter grund z. B. Sand ist sehr geringer Druck gefordert. Auf Fels und Geröll, oft nur wenige Kilometer weiter, ist hoher Druck zur Vermeidung von Reifenschäden erforderlich.Off-road vehicles generally have the same tire pressure requirements as cars. In addition strongly varying tire pressures are required for different terrain formations. On soft sub reason z. B. Sand requires very little pressure. On rock and scree, often just a few kilometers away high pressure required to avoid tire damage.
Wünschenswert ist ein System, das den Reifendruck innerhalb kurzer Fahrtstrecke an die jeweiligen Anforde rung anpassen kann. It is desirable to have a system that meets the tire pressure within a short driving distance can adjust.
Die vorgenannten Anforderungen werden mit den in den Schubansprüchen 1-7 aufgeführten Merkmalen gelöst.The aforementioned requirements are met with the features listed in the claims 1-7 .
Die Elektromechanische Reifendruckregelanlage ermöglicht während der Fahrt die Kontrolle und Anpassung der
Reifendrücke an die Erfordernisse und bietet im einzelnen folgende Vorteile:
The electromechanical tire pressure control system enables the tire pressures to be checked and adapted to requirements while the vehicle is in motion and offers the following advantages:
- - Es ist ein integriertes System zur Überwachung und Regelung des Luftdruckes mit Alarmgebung.- It is an integrated system for monitoring and regulating air pressure with alarm.
- - Kontinuierliche Druckmessungen sowie die Erzeugung der Druckluft finden im jeweiligen Fahrzeugrad und voneinander unabhängig statt. Dadurch entfallen aufwendige Systeme zur Erzeugung Verteilung und Steue rung des Luftdruckes im Fahrzeug, insbesondere entfällt die Übertragung des Luftdruckes von stehenden zu rotierenden Teilen.- Continuous pressure measurements and the generation of compressed air take place in the respective vehicle wheel and independently of each other. This eliminates the need for complex systems for generating distribution and tax air pressure in the vehicle, in particular there is no transmission of the air pressure from standing to rotating parts.
- - Der Anschluß an vorhandene Bordcomputer und die Ausnutzung der von diesem verarbeiteten Meßgrößen (z. B. Geschwindigkeit) zur Regelung ist möglich. Bei entsprechender Regelung durch Bordcomputer kann- The connection to existing on-board computers and the utilization of the measured variables processed by them (e.g. speed) for regulation is possible. With appropriate regulation by on-board computer can
- - eine Erhöhung der Sicherheit im Straßenverkehr durch Ausnutzung des bestmöglichen Straßenkontakts- an increase in road safety by using the best possible road contact
- - und eine Verbesserung des Fahrzeugkomforts erreicht werden- And an improvement in vehicle comfort can be achieved
- - Zusätzliche Meßgrößen wie z. B. Reifentemperatur können ebenfalls verarbeitet werden.- Additional measured variables such as B. Tire temperature can also be processed.
- - Das System kann an vorhandenen Fahrzeuge ohne Veränderung von Achsen und Rädern mit geringem Ein bauaufwand nachgerüstet werden- The system can be used on existing vehicles without changing axles and wheels with little on construction costs can be retrofitted
- - Nicht alle Fahrzeuge einer Serie müssen damit ausgerüstet werden- Not all vehicles in a series have to be equipped with it
- - Das System ist wesentlich kostengünstiger als bisher bekannte Reifendrucksysteme herzustellen und zu war ten und ist für verschiedene Fahrzeuge vom Aufbau und den Komponenten her gleich.- The system is much cheaper to manufacture than previously known tire pressure systems and is the same for different vehicles in terms of structure and components.
- - Bei Defekt einzelner Teilkomponenten ist ein einfacher Austausch möglich.- If individual components are defective, simple replacement is possible.
- - Manuelle Kontrolltätigkeit durch den Fahrer in schmutziger Umgebung wird vermieden.- Manual control by the driver in dirty surroundings is avoided.
- - Die Abhängigkeit von unterschiedlichen, oftmals nicht ausreichend genauen Manometern an den Tankstellen entfällt.- The dependence on different, often not sufficiently accurate, pressure gauges at the petrol stations not applicable.
- - Der Reifendruck kann schnell und gezielt an geländespezifische Anforderungen angepaßt werden.- The tire pressure can be quickly and specifically adapted to terrain-specific requirements.
- - Bei entsprechender Ausführung (z. B. in Form einer Radkappe) ist die Elektromechanische Reifendruckre gelanlage System von außen kaum zu erkennen und beeinträchtigt nicht die Ästhetik des Fahrzeugs.- With the appropriate design (e.g. in the form of a hub cap), the electromechanical tire pressure is Gel system hardly recognizable from the outside and does not impair the aesthetics of the vehicle.
Die elektromechanische Reifendruckregelanlage besteht aus einem Generator und einem elektronisch gesteuer
ten und elektrisch angetriebenen Pumpe/Meßsystem je Rad sowie einem zentralen Kontrollgerät das über Funk
in Verbindung mit den Rad-Systemen steht:
The electromechanical tire pressure control system consists of a generator and an electronically controlled and electrically driven pump / measuring system for each wheel, as well as a central control device that is connected to the wheel systems by radio:
- - Ein elektronischer Drucksensor im Rad-System überwacht permanent den Reifendruck und meldet Ihn über Funk an das Zentralgerät.- An electronic pressure sensor in the wheel system continuously monitors the tire pressure and reports it Radio to the central device.
- - Am Zentralgerät kann der Reifendruck für jeden Reifen abgelesen werden und gegebenenfalls über Tasten vom Fahrzeuglenker und/oder durch den Bordcomputer verändert werden Veränderungsanforderungen wer den per Funk an das Rad-System gesendet. Bei unter- überschreiten des zulässigen Reifendruckes wird ein Alarm ausgelöst.- The tire pressure for each tire can be read on the central unit and, if necessary, using buttons change requests are changed by the vehicle driver and / or by the on-board computer sent to the bike system by radio. If the permissible tire pressure is exceeded, Alarm triggered.
- - Eine elektrische Pumpe im Rad-System erhöht den Reifendruck entsprechend der Anforderung. Die Reduzie rung erfolgt durch ein Magnetventil.- An electric pump in the wheel system increases the tire pressure according to the requirement. The reduction tion takes place through a solenoid valve.
- - Die notwendige Energie für das Rad-System wird durch einen Generator bereitgestellt. Dabei dient das Rad als Rotor, der Stator wird am Fahrzeug befestigt z. B. an der Bremszange.- The energy required for the wheel system is provided by a generator. The wheel serves as a rotor, the stator is attached to the vehicle e.g. B. on the brake caliper.
- - Ein Sicherheitsventil im Rad-System verhindert das Reduzieren des Reifendrucks unter eine vorgegebene Grenze.- A safety valve in the wheel system prevents the tire pressure from being reduced below a specified one Border.
- - Die Rad-Systeme identifizieren sich durch eine eindeutige Kennung gegenüber dem Zentralgerät. Die Ken nung wird bei jeder Übertragung, sowohl von als auch zum Zentralgerät verwendet.- The wheel systems identify themselves with a unique identifier vis-à-vis the central device. The Ken voltage is used with every transmission, both from and to the central device.
Das Rad-System umfaßt alle Komponenten die an den Fahrzeugrädern befestigt werden. Wesentliche Vorausset zungen hierfür sind geringes Gewicht und geringer Platzbedarf (z. B. Unterbringung in einer Radkappe). Ledig lich die Permanentmagnete zur Stromerzeugung werden an einem feststehenden Teil des Fahrzeugs befestigt (z. B. an der Bremszange).The wheel system includes all components that are attached to the vehicle wheels. Essential requirement tongues for this are low weight and small space requirement (e.g. accommodation in a hub cap). Single Lich the permanent magnets for power generation are attached to a fixed part of the vehicle (e.g. on the brake caliper).
Aufgrund der Anforderungen bieten sich Schwingkolbenverdichter oder Membranverdichter zur Bereitstellung des erforderlichen Luftdruckes an. Je nach Luftbedarf, Gewichts und Platzanforderungen (PKW vs. Gelände fahrzeug) können ein oder mehrere Verdichter je Rad eingesetzt werden.Due to the requirements, oscillating piston compressors or membrane compressors are available the required air pressure. Depending on the air requirement, weight and space requirements (car vs. terrain vehicle), one or more compressors can be used per wheel.
Als Stromerzeuger eignen sich Magnetspulen am Umfang des Scheibenrades, die durch am Bremssattel befe stigte Permanentmagnete angeregt werden. Der Magnetspulenring kann in vorhandene Felgen eingeklebt werden (ähnlich wie moderne Auswuchtgewichte). Strom für die Steuerelektronik wird mit Hilfe einer entsprechenden Ladeschaltung bereitgestellt.Magnetic coils on the circumference of the disc wheel are suitable as power generators, which feed through on the brake caliper Permanent magnets can be excited. The magnetic coil ring can be glued into existing rims (similar to modern balancing weights). Electricity for the control electronics is generated with the help of an appropriate Charging circuit provided.
Zur Reduzierung des Druckes können herkömmliche Magnetventile verwendet werden. Aus Platz- und Ge wichtsgründen ist eine Integration in den Verdichter vorzuziehen. Der Querschnitt des Ventils kann entspre chend den Anforderungen ausgelegt werden und unterliegt keinen systemtechnischen Einschränkungen Hier durch reduziert sich die Zeit zum Ablassen des Druckes.Conventional solenoid valves can be used to reduce the pressure. From space and ge for reasons of weight, integration into the compressor is preferable. The cross section of the valve can correspond are designed according to the requirements and are not subject to any system technology restrictions here this reduces the time to release the pressure.
Der Druckfühler entspricht herkömmlichen elektronischen Manometern, jedoch mit Ausgang an das Steuerge rät.The pressure sensor corresponds to conventional electronic pressure gauges, but with an output to the control unit advises.
Der Minimaldruckbegrenzer dient als reines Sicherheitssystem bei Fehlfunktion anderer Komponenten. Als rein mechanischer Begrenzer muß er jedoch entweder für den unterschiedlichen Bedarf einstellbar sein (PKW vs. Geländefahrzeug) oder in verschiedenen Ausführungen zur Verfügung stehen. The minimum pressure limiter serves as a pure safety system if other components malfunction. As pure however, mechanical limiters must either be adjustable for different needs (cars vs. Off-road vehicle) or in different versions.
Die Steuerelektronik mit Sender und Empfänger muß den Anforderungen am sich drehenden Rad entsprechend gegen mechanische und witterungsbedingte Einflüsse geschützt werden. Die externen Anschlüsse sind Strom versorgung Verdichter, Magnetventil und Druckfühler. Optional können weitere Fühler (z. B. Temperaturfühler) angeschlossen werden. Äußere Bedienungselemente sind nicht erforderlich. Die Elektronik, Sender, Empfänger und die Antenne können daher als ein vergossener Baustein ausgeführt werden.The control electronics with transmitter and receiver must meet the requirements of the rotating wheel protected against mechanical and weather-related influences. The external connections are power supply compressor, solenoid valve and pressure sensor. Optionally, additional sensors (e.g. temperature sensors) be connected. External controls are not required. The electronics, transmitter, receiver and the antenna can therefore be designed as a potted module.
Das Zentralgerät benötigt ein leicht ablesbares Display und Tasten zur manuellen Steuerung des Luftdruckes. Externe Anschlüsse sind Stromversorgung Antenne und gegebenenfalls ein Anschluß an den Bordcomputer der Fahrzeuges. Das Zentralgerät muß zum Ein- oder Anbau an der Armaturentafel im Sichtbereich des Fahrers geeignet sein. Zur Reduzierung des Einbauaufwandes sollten Sender, Empfänger und Steuerung zu einem Gerät zusammengefaßt werden.The central device needs an easy-to-read display and buttons for manual control of air pressure. External connections are power supply antenna and possibly a connection to the on-board computer Vehicle. The central unit must be installed or attached to the dashboard in the driver's field of vision be suitable. To reduce the installation effort, the transmitter, receiver and control should be combined into one device be summarized.
Zur Übertragung der Daten zwischen Zentralgerät und der Steuerelektronik in den Rad-Systemen bietet sich die anmelde und gebührenfreie Low Power Device Technik im 433 MHz Bereich an. Infrarot Systeme sind aufgrund der leicht verschmutzenden Sende- und Empfängsdioden sowie aufgrund des aufwendigen Einbaues (Sichtver bindung zu jedem Rad) nicht geeignet. Andere Funk Telemetriesysteme können ebenfalls verwendet werden.For the transmission of the data between the central unit and the control electronics in the wheel systems, the register and free low power device technology in the 433 MHz range. Infrared systems are due the lightly soiling transmitter and receiver diodes and due to the complex installation (sight ver binding to each bike) not suitable. Other radio telemetry systems can also be used.
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