DE2610621A1

DE2610621A1 - Verfahren und vorrichtung zur fernmessung des drucks in einem reifen

Info

Publication number: DE2610621A1
Application number: DE19762610621
Authority: DE
Inventors: Paul Max Bryant; Richard Donald Markland; Frank Fred Stucki
Original assignee: Consolidated Freightways Inc
Current assignee: Consolidated Freightways Inc
Priority date: 1976-03-13
Filing date: 1976-03-13
Publication date: 1977-09-15

Description

Verfahren und Vorrichtung zur Fernmessung
des Drucks in einem Reifen.
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und Vorrichtung zur Fernmessung des Drucks in pneumatischen Reifen von Kraftfahrzeugen.
Die Messung des in Reifen herrschenden Drucks erfolgt gemeinhin vermittels mechanischer, in der Hand gehaltener Druckmeßgeräte. Diese mechanischen Druckmeßgeräte weisen einen Druckfühler, ein rückstellbares Anzeigeelement und einen Druckanschluß auf, über den der Druckfühler mit dem Ventil des Reifens verbunden wird. Zur Druckmessung wird das Handdruckmeßgerät nacheinander auf jedes Ventil an den einzelnen Reifen aufgesetzt und dann der vom rückstellbaren Anzeigeelement angezeigte Druck abgelesen. Diese Handdruckmeßgeräte sind zwar hinreichend zuverlässig, machen jedoch zur Druckmessung erforderlich, daß sie auf jedes Ventil aufgesetzt werden müssen. Wenn mehrere Reifen gemessen werden sollen und zudem einige Reifen paarweise angeordnet sind, ist daher die Reifendrucküberprüfung sehr zeitraubend und mühsam.
In neuerer Zeit wurde eine mechanische Druckmeßvorrichtung vorgeschlagen, die fest mit dem Reifenventil verbunden ist und ständig mit dem Reifen verbunden bleibt. Diese mechanische Vorrichtung besteht aus einem Druckfühler, der von einer neben dem Reifen stehenden Person beobachtet werden kann. Diese Vorrichtung hat zwar den Vorteil, daß das getrennte Überprüfen des Druckes in sämtlichen Reifen in Fortfall kommt, jedoch ist die Vorrichtung nicht ganz zuverlässig und außerdem gegenüber kleinen Druckschwankungen unempfindlich. Hinzu kommt, daß ständig mit einem Reifen verbundene mechanische Druckmeßvorrichtungen hohen Zentrifugalkräften ausgesetzt sind, welche zu Unempfindlichkeit und Unzuverlässigkeit führen können. Diese Zentrifugalkräfte entstehen bei den hohen Umlaufgeschwindigkeiten der Reifen und sind auf die verhältnismäßig große Masse zurückzuführen, die jede mechanische Vorrichtung naturgedrungen aufweist. Außerdem sind diese mechanischen Vorrichtungen bei hohen Fahrgeschwindigkeiten hohen Stoß- und Impulskräften ausgesetzt, wenn die Reifen auf ebener, jedoch Unebenheiten aufweisender Fahrbahn abrollen.
Außerdem wurde in neuerer Zeit eine elektromagnetische Reifendruckmeßvorrichtung vorgeschlagen, welche ebenfalls mit den Reifen verbunden wird. Die Vorrichtung besteht aus einem in jedem Reifen eingebauten Druckfühler-Transponder und einem entsprechenden Anfragesystem, das im Kilomegaherz und Gigaherz-Frequenzband arbeitet. In diesem Hochfrequenzband ergibt sich ein hoher Störpegel aufgrund Reflexionen und Wirbelströmen an Kotflügeln und Fahrgestell des Fahrzeugs. Zur Unterdrückung des Störpegels weist das Abfragesystem mehrere Filter im Signalempfänger auf.
Augabe der Erfindung ist nunmehr die Schaffung eines Verfahrens und einer Vorrichtung zur Fernmessung des in einem Reifen herrschenden Drucks, welche nicht mit den vorgenannten Nachteilen bekannter Vorrichtungen behaftet ist und gestattet, die Drücke in sämtlichen Reifen eines Kraftfahrzeugs schnell und auf einfache Weise berührungsfrei und ohne daß in den Reifen befindliche Batterien erforderlich sind, zu messen und anzuzeigen.
Die Vorrichtung soll darüber hinaus auch im Fußboden von Werkstätten und Tankstellen anbringbar sein, um eine häufige und automatische Überwachung der Reifendrücke zu gestatten. Dabei soll die Druckmessung bei rollenden Reifen erfolgen können, so daß die Routineüberwachung ohne Zeitaufwand durchgeführt werden kann. Weiterhin soll die Vorrichtung auch die Identifizierung des jeweiligen Reifens und des Fahrzeugs, an dem die Druckmessung vorgenommen wird, insbesondere im Hinblick auf die Überwachung eines aus mehreren Fahrzeugen bestehenden Fahrzeugparks ermöglichen.
Das zur Lösung der gestellten Aufgabe vorgeschlagene Verfahren ist erfindungsgemäß dadurch gekennzeichnet, daß ein Induktionsfeld erzeugt, der Reifen durch das Feld hindurchbewegt, ein Reifendruckfühler mit dem Feld gekoppelt, vermittels des Feldes ein zum Betrieb des Fühlers dienender Strom erzeugt, der im Reifen herrschende Druck vermittels des Reifendruckfühlers gemessen, ein den im Reifen gemessenen Druck anzeigendes elektromagnetische Signal ausgesandt, aufgefangen, einer Reifendrucksignalverarbeitungsvorrichtung zugeführt und der Reifendruck angezeigt wird.
Die weiterhin vorgeschlagene Vorrichtung zeichnet sich erfindungsgemäß aus durch einen Induktionsfelderzeuger, einem mit dem Induktionsfeld koppelbaren Reifendruckfühler mit zur induktiven Erzeugung einer Speisespannung für den Fühler dienenden Vorrichtungen, einem in Verbindung mit dem Reifeninnenraum stehenden und zur Messung des Reifendrucks dienenden Druckgeber und einem zur Übertragung des den gemessenen Reifendruck anzeigenden elektromagnetischen Signals dienenden Sender, sowie durch eine Reifen-Drucksignal-Verarbeitungsvorrichtung , der das vom Druckfühler ausgesandte elektromagnetische Signal zuführbar ist, und vermittels welcher der gemessene Reifendruck anzeigbar ist.
Die Vorrichtung umfaßt einen feststehenden Leistungsübertrager, mit dem ein elektromagnetisches Feld erzeugt wird, das auf einen innerhalb eines Reifens angeordneten Reifendruckfühler einwirkt. Der Druckfühler besteht aus einem Druckwandler und einem frequenzmodulierten Sender, welche beide durch die vom Leistungsübertrager abgestrahlte Energie gespeist werden. Der Druckfühler überträgt ein den gemessenen Reifendruck anzeigendes, frequenzmoduliertes Signal, das von einer feststehenden, entfernt vom Reifen angeordneten Reifen-Drucksignal-Verarbeitungsvorrichtung aufgefangen wird. Die Signalverarbeitungsvorrichtung erzeugt den Reifendruck anzeigende quantitative Signale und zeigt diese an einem Sichtanzeigegerät an. Die Druckfühler können in Reifen an beliebigen Kraftfahrzeugen wie z.B.
Personenkraftwagen oder Lastkraftwagen und Omnibussen angeordnet sein.
Entsprechend einer Ausführungsform wird der Reifendruckfühler durch Magnetfeldinduktion gespeist. Zu diesem Zweck wird vermittels am Fahrzeug in Nähe des Reifens angeordneter Magnete ein stationäres Magnetfeld erzeugt. Bei Umlauf des Reifens durchläuft der Druckfühler das Magnetfeld, wobei Strom induziert wird. Der Druckfühler sendet ein Reifendrucksignal aus, das der im Fahrzeug befindlichen Signalverarbeitungsvorrichtung zugeführt wird, welche den Reifendruck bei fahrendem Fahrzeug anzeigt.
Das Verfahren und die Vorrichtung sind im nachfolgenden anhand der in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispiele näher erläutert.
Fig. 1 ist ein Blockschaltbild einer erfindungsgemäß ausgebildeten Reifendruck-Fernmeßvorrichtung.
Fig. 2 ist eine schematische, schaubildliche Ansicht der in Fig. 1 dargestellten Fernmeßvorrichtung.
Fig. 3 ist ein teilweiser Aufrißquerschnitt und zeigt den Reifendruckfühler von Fig.1.
Fig. 4 ist ein schematischer Schaltplan des Leistungsübertragers von Fig. 1.
Fig. 5 ist ein schematischer Schaltplan des Reifendruckfühlers von Fig. 1.
Fig. 6 ist ein Blockschaltbild der in Fig. 1 dargestellten Reifendrucksignalverarbeitungsvorrichtung.
Fig. 7 ist ein teilweiser Aufrißquerschnitt einer abgeänderten Ausführungsform des Reifendruckfühlers von Fig. 3, welche in der Seitenwand eines Reifens angeordnet ist.
Fig. 8 ist ein teilweiser Aufrißquerschnitt einer weiteren Ausführungsform des Reifendruckfühlers von Fig. 3, welcher in der Reifenkarkasse mittig zur Lauffläche angeordnet ist.
Fig. 9 ist ein Teilquerschnitt einer weiteren Ausführungsform eines Reifendruckfühlers nach Fig. 3, nämlich einer innerhalb des Reifens frei beweglichen Kugel.
Fig. 10 ist eine teilweise im Schnitt dargestellte schematische Seitenansicht einer weiteren Ausführungsform der Primärsendeantenne von Fig. 2, zur Veranschaulichung einer Vorrichtung zur Diskriminierung von Signalen, die von hintereinander auf Doppelachsen angeordneten Reifen ausgehen.
Fig. 11 ist eine schematische Draufsicht auf eine weitere Ausführungsform der Primärsendeantenne von Fig. 2 und zeigt eine Vorrichtung zum Diskriminieren der Signale, welche von nebeneinander auf der gleichen Achse befindlichen Rädern ausgehen.
Fig. 12 ist ein endseitiger Aufrißquerschnitt durch die Primärsendeantenne und die Primärempfangsantenne von Fig. 2.
Fig. 13 ist ein endseitiger Aufrißquerschnitt durch eine weitere Ausführungsform der Primärsendeantenne, durch welche ein ungleichförmiges elektromagnetisches Feld erzeugbar ist, mit dem die Abschirmwirkung an Radialreifen umgangen werden kann.
Fig. 14 zeigt in einem teilweisen, schematischen Aufrißquerschnitt eine weitere Ausführungsform der Reifendruckmeßvorrichtung unter Verwendung von Magnetfeldinduktion zur Speisung des Reifendruckfühlers.
Fig. 15 ist ein teilweise im Schnitt dargestellter endseitiger Aufriß der Reifendruckmeßvorrichtung nach Fig. 14 und zeigt zwei Magnetfelder, welche auf zwei nebeneinander befindliche Reifen gebündelt sind.
Fig. 16 ist ein teilweiser Aufrißquerschnitt der Reifendruckmeßvorrichtung und zeigt ein Magnetfeld, mit welchem die Abschirmwirkung von Radialreifen umgangen werden kann.
Zunächst sei hier die Vorrichtung zur Reifendruckmessung ganz allgemein beschrieben. Wie in den Fig. 1, 2 und 3 dargestellt, mißt ein kleiner Druckwandler 20 in einem Reifendruckfühler 21 den innerhalb eines Reifens 22 herrschenden Luftdruck. Der Druckwandler erzeugt ein Drucksignal, das einem stromgeregelten FM-Oszillator 24 zugeführt wird, welcher dieses Drucksignal in ein frequenzmoduliertes Signal umsetzt. Das FM-Signal wird von einer im Reifen befindlichen Sekundärsendeantenne 26 abgestrahlt und von einer in der Fahrbahn befindlichen Primärempfangsantenne 28 aufgefangen. Die Primärempfangsantenne ist mit einem FM-Empfänger 30 verbunden, wobei der Reifendruck an einer feststehend angeordneten Anzeigevorrichtung 32 zur Sichtanzeige gebracht wird.
Der im Reifen befindliche Reifendruckfühler 21 ist koppelbar mit einem elektromagnetischen Strahlungsfeld, das von einem Leistungsübertrager 34 erzeugt und über eine Primärsendeantenne 36 abgestrahlt wird. Der Druckfühler setzt die aufgefangene elektromagnetische Strahlung in elektrische Leistung zu seinem Betrieb um. Die Primärsendeantenne besteht aus einer in die Fahrbahn eingebetteten Flachspulenantenne, welche scharf gebündelt nach oben abstrahlt. Wenn der Reifen 22 mit dem darin befindlichen Reifendruckfühler 21 über die Primärsendeantenne 36 hinwegrollt, wird der Druckfühler durch das Hochfrequenzfeld erregt, wobei der Reifen auf die Einhaltung des vorgeschriebenen Luftdrucks geprüft wird.
Bei der in Fig. 14 dargestellten weiteren Ausführungsform wird ein Magnetfeld benutzt, vermittels dessen ein zur Speisung des Reifendruckfühlers 21 dienender Strom induziert wird. Der Druckfühler weist einen Leiter 38' auf, der sich bei rollendem Reifen 22 durch das Magnetfeld hindurchbewegt. Das Magnetfeld wird von einem am Fahrzeug angebrachten Magneten 150 erzeugt. Dieser Leiter 38' schneidet somit die magnetischen Feldlinien und induziert den benötigten Strom. Bei beiden Ausführungsformen wird ein Induktionsfeld erzeugt, mit dem ein Strom induziert wird, und der Reifendruckfühler wird mit diesem Feld gekoppelt. Außerdem weist der Druckfühler entsprechende Vorrichtungen auf, vermittels welcher bei Durchlauf des Induktionsfeldes die zum Betrieb des Fühlers benötigte Spannung erzeugt wird.
Aus Beschreibungsgründen soll es sich bei dem hier dargestellten Reifen 22 um einen Lastkraftwagenreifen handeln, der einen von mehreren auf Zwillingshinterachsen montierten Reifen bildet. In diesem Zusammenhang sei jedoch angemerkt, daß die Erfindung auf pneumatische Reifen an beliebigen Kraftfahrzeugen anwendbar ist.
Der in den Fig. 1 und 4 dargestellte Leistungsübertrager 34 umfaßt ein geregeltes Speisespannungsgerät 44, das eine konstante Gleichspannung von 28 Volt liefert und mit einem herkömmlichen Hochfrequenzoszillator 46 verbunden ist, der in einem Frequenzbereich von 250 kHz bis 30 MHz arbeitet.
Der HF-Oszillator 46 ist seinerseits mit einem Hochfrequenzverstärker 48 hoher Leistung der US Verstärkerklasse C verbunden. Der HF-Verstärker 48 ist über ein Anpaßfilter 70 auf die Primärsendeantenne 36 abgestimmt. Die letztere weist einen Abgriff mit einem Lastwiderstand von 50 Ohm auf, so daß vermittels der Kombination aus Anpaßfilter und Abgriffsantenne ein praktisch störungsfreies HF-Ausgangssignal erzeugbar ist.
Im einzelnen ist der Hochfrequenzoszillator 46 über Kondensatoren C3, C4 und eine Induktivität L21 mit dem HF-Verstärker 48 verbunden. Das vom HF-Oszillator 47 abgegebene Signal wird in der aus Transistor TR1 bestehenden ersten Verstärkerstufe verstärkt. Der Ausgangs des Transistors TR1 ist über einen Übertrager X1 mit dem zweiten Transistor TR2 verbunden. Die Induktivitäten L1 und L2 bilden einen Spannungsteiler. Ein Rückkopplungskreis aus Induktivität L1, Widerstand R2 und der einen Wicklung des Übertragers X1 dient zur Aufrechterhaltung eines passenden Signalpegels am Eingang des mit Transistor TR1 verbundenen Transistors TR2. Die Kondensatoren C1, C2 bilden einen veränderlichen, frequenzunabhängigen Spannungsteiler. Die Vorspannung am Transistor TR1 wird durch einen automatischen Zeilersteuerdetektor (ALC) eingestellt, der aus den Dioden D1, D2, den Kondensatoren C7, C8 und C9 und dem Widerstand R3 besteht. Das am Widerstand R3 abgegriffene Gleichspannungssignal wird dem Transistor TR3 zugeführt, der seinerseits den Vorspannungswert für den Transistor TR1 vorgibt. Das Anpaßfilter 50 weist eine Induktivität L5 und einen Kondensator C6 auf, welche eine Reihen-Resonanzschaltung bilden.
Im Betrieb durchläuft das vom HF-Oszillator 46 ausgehende Wechselspannungssignal die Induktivität L21 und wird von Transistor TR1 verstärkt. Dieses ankommende Signal stellt B-Betrieb dar. Der Ausgang des Transistors TR1 durchläuft den Übertrager X1 und wird vom Transistor TR2 verstärkt.
Der Transistor TR2 arbeitet in Klasse C. Der Ausgang des Transistors TR2 wird durch die Induktivitäten L1, L2 eingestellt, so daß Betrieb in Klasse C stets durch die die Wicklung des Übertragers X1 enthaltende Rückkopplungsschleife aufrecht erhalten wird. Durch das Anpaßfilter 50 in Verbindung mit der abgegriffenen Primärsendeantenne 36 wird erreicht, daß die abgegebene HF-Strahlung eine Sinuswellenform aufweist. Ein Teil des Ausgangs des Anpaßfilters 50 wird abgezweigt und zur Steuerung der Vorspannung für den Transistor TR1 über den ALC-Detektor benutzt.
Für eine praktische Ausführungsform wurde ein geregeltes Speisespannungsgerät vom Typ Lambda benutzt, das 28 Volt Gleichspannung mit 150 Watt Leistung lieferte. Der mit diesem verbundene HF-Oszillator bestand aus einem Oszillator vom Typ Hewlett Packard 606B, der bei 300 kHz ein Wechselspannungsausgangssignal von 3 Volt lieferte. Der HF-Verstärker 48 speiste eine Leistung von 15O Watt in die Primärsendeantenne 36 mit 50 Ohm Last ein.
Die in den Fig. 2, 4 und 12 daryestellte Primärsendeantenne 36 ist ein Resonanzkreis mit parallelgeschalteten LC-Gliedern mit einem Hochspannungskondensator 54, der mit einer Flachspulenantenne 56 verbunden ist. Die Antenne wird von mehreren Abstandsstücken 58 gehalten, so daß die Wicklungen der Spule gleiche gegenseitige Abstände voneinander aufweisen. Bei einer praktischen Ausführungsform einer derartigen Sendeantenne betrug die Resonanzfrequenz 300 kHz und die Impedanz 50 Ohm und war damit an die Ausgangsimpedanz des HF-Verstärkers 48 angepaßt. Der Hochspannungskondensator 54 bestand aus einem Vakuumkondensator mit der Kapazität 100 pF. Die Flachspulenantenne bestand aus 29 Wicklungen (US Drahtgröße Nr. 36, Typ 2) eines doppelt mit Nylon isolierten, aus 120 Drahtfäden bestehenden Litzendrahts. Die Gesamtlänge der Spule betrug 2 m, und die Gesamtbreite ca. 29 cm. Jedes Segment der 29 Wicklungen war 8,08 + 0,09 cm breit, wobei die gegenseitigen Wicklungsabstände 0,221 + 0,005 cm betrugen.
Die Primärsendeantenne 36 liefert eine von der Fahrbahn direkt nach oben gerichtete elektromagnetische Welle.
Diese Welle erzeugt ein HF-Feld, welches den über die Antenne fahrenden Reifen 22 durchsetzt. Der Reifendruckfühler 21, welcher sich innerhalb des Reifens befindet, wird beim Befahren der Antenne mit dem Feld gekoppelt und setzt die elektromagnetische Strahlung in Antriebsleistung zu seinem Betrieb um. Mit anderen Worten, das HF-Feld ermöglicht die Energieübertragung zu dem innerhalb des Reifens 22 befindlichen Reifendruckfühler 21.
Der in den Figuren 3 und 5 dargestellte Reifendruckfühler wird gespeist durch elektromagnetische Strahlung, welche vom Leistungsübertrager 34 erzeugt und von der Sekundärempfangsantenne 38 aufgefangen wird. Diese Strahlung wird in zum Betrieb des Druckfühlers dienende elektrische Leistung umgesetzt. Die Sekundärempfangsantenne besteht aus einem Abstimmkreis mit parallelgeschalteten LC-Gliedern aus einer Induktivität L1 und einem Kondensator C10.
Das von der Empfangsantenne aufgefangene Signal durchläuft ein gleichrichtendes Filter 72 mit Dioden D1, D2, welche einen Vollweggleichrichter bilden, und mit einem LC-Filter L2, C1. Der Ausgang des gleichrichtenden Filters wird einem Regler 64 zugeführt, welcher beispielsweise aus einer integrierten Schaltung vom Typ Fairchild LM 723C IC1 besteht, welche über eine Zenerdiode C3 an Masse liegt. Der Regler ist über einen Widerstandskreis R1, R2 mit Bezugspunkten A und B von Fig. 5 verbunden, an denen eine ausreichend hohe Spannung zum Betrieb des FM-Oszillators 24 erzeugt wird.
Durch die Umsetzung der elektromagnetischen Strahlung in elektrische Leistung wird der Gesamt energiebedarf des Druckfühlers gedeckt. Der Druckfühler benötigt keine Batterie und weist daher auch keine aus dem Reifen herausführenden Anschlüsse auf.
Der innerhalb des Reifens 22 herrschende Luftdruck wird durch einen kleinen Druckwandler 20 gemessen. Bei einer praktischen Ausführungsform bestand der Druckwandler aus einem kleinen Ferrit-Toroid mit einem Außendurchmesser von 1,27 mm, einem Innendurchmesser von 0,76 mm und einer Dicke von 0,457 mm. Zur Erzielung hoher Magnetostriktion war der Druckwandler aus Nickelferrit hergestellt. Der Toroid war mit 17 Drahtwicklungen umwickelt und arbeitete in der Praxis wie ein linearer Reluktanzwandler. Ein derartiger Wandler verändert seine Induktanz in Abhängigkeit von einer Zu- oder Abnahme des auf den Toroid einwirkenden Absolutdrucks, wobei keine Festlegung in bezug auf den atmosphärischen Druck zu erfolgen braucht.
Der Ausgang des Reglers 64 ist mit einem FM-Oszillator 24 verbunden, der aus einem Transistor Q1 und einer Spule L3 besteht, welche einen Übertrager mit dem Wicklungsverhältnis 10:90 bildet. Der Transistor Q1 stellt eine Stromquelle für einen übertragerartigen Oszillatorkreis dar, welcher aus einer Induktivität L1, einem Kondensator C5 und einem Druckwandler 20 besteht. Der Kondensator C3 und der Widerstand R3 geben die Vorspannung für den Transistor Q1 vor. Wenn sich der Absolutdruck innerhalb des Reifens verändert, ändert sich dementsprechend die Reluktanz des Wandlers. Diese Reluktanzänderung wird übertragen auf den FM-Oszillatorkreis 24, so daß sich dementsprechend die Ausgangsfrequenz dieses Kreises verändert. Infolge eines magnetischen Puffereffekts wird der Gesamtstromdurchgang durch den Transistor Q1 beibehalten.
Die Schwingungen im FM-Oszillatorkreis und die entsprechende Änderung der Äusgangsfrequenz ergeben sich aus der Stromstärke im Druckwandler 20. Der Druckwandler stellt somithin ein stromgeregeltes, magnetostriktives Element dar, das in einen Oszillatorkreis geschaltet ist.
Das Ausgangssignal des FM-Oszillators 24 gelangt über einen Pufferverstärker und Übertrager 68 zur Puffereingangsspule mit 5 Wicklungen am Übertrager L3. Die Kondensatoren C6, C7 dienen zur Kopplung der Eingangsspule mit dem Oszillator entsprechend der reflektierten Impedanz des Pufferverstärkers. Das FM-Signal wird durch Transistor Q2 verstärkt und durch die Sekundärsendeantenne 26 abgestrahlt. Diese Antenne besteht aus einem Resonanzkreis aus parallelgeschalteten LC-Gliedern. Das Ausgangssignal des Reifendruckfühlers ist somit eine frequenzmodulierte Hochfrequenzwelle, deren Frequenz mit zunehmendem Reifendruck zunimmt.
Der Pufferverstärker 68 befindet sich zwischen der Sekundärsendeantenne 26 und dem FM-Oszillator 24 und verhindert, daß von der Senderantenne aufgefangene Streustrahlung in den Oszillatorkreis rückgekoppelt wird. Ohne den Pufferverstärker würde diese Streustrahlung zur Frequenzänderung des FM-Oszillators führen, so daß Störsignale abgegeben werden würden.
Bei einer praktischen Ausführungsform war der Druckwandler 20 vorgespannt, so daß der Druckfühler bei einem Reifendruck von 5,62 atü ein Signal mit der Frequenz 450 kHz lieferte. Die Empfindlichkeit des Druckwandlers betrug angenähert 100 Hz pro 0,07 atü Reifendruckänderung, so daß eine Reifendruckänderung von 0,7 atü zu einer Frequenzänderung des Druckfühlers von etwa 1 kHz führte.
Der Reifendruckfühler weist außerdem einen Verweilwinkelschaltkreis auf, der dem Druckfühler 21 Leistung zuführt, nachdem dieser aus dem HF-Anregungsfeld der Primärsendeantenne 36 herausgewandert ist. Der Kondensator Cl im gleichrichtenden Filter 62 und der Kondensator C2 im Regler 62 sind überdimensioniert, um eine Energiespeicherung in der Schaltung zu bewirken. Der Kondensator C15 dient außerdem zur Energiespeicherung innerhalb des Reglers 64.
Bei der praktischen Ausführungsform betrug die Kapazität des Kondensators C1 0,33 µF, die von C2 1000 pF, und die von C15 3000 pF.
Im Betrieb speichert der Verweilwinkelschaltkreis Energie während sich der Druckfühler innerhalb des HF-Anregungsfeldes befindet. Dabei werden die Kondensatoren C1, C2 und C15 auf den doppelten Wert der normalen Betriebsspannung aufgeladen. Wenn dann der Druckfühler aus dem energiereichen Feld herauswandert, entladen sich diese Kondensatoren und speisen dabei den FM-Oszillator 24. Bei der praktischen Ausführungsform speicherte der Verweilwinkelschaltkreis ausreichend viel HF-Energie, um die Arbeitsperiode des Druckfühlers von 22,5 auf 35 ° Reifendrehung zu steigern.
Wie in Fig. 3 dargestellt, ist der Reifendruckfühler 21 beispielsweise in elastomere Masse eingekapselt und mit der Wand des Reifens 22 verbunden. Entsprechend dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel befindet sich der Druckfühler direkt oberhalb der Mitte der Reifenlauffläche.
Der Druckwandler 20 mißt den im Reifen herrschenden Druck vermittels einer dünnen Membran 20, welche dem Reifeninneren ausgesetzt ist. Die gesamte Elektronikschaltung befindet sich auf einem Halbleiterplättchen, das von der Sekundärempfangsantenne 38 umgeben ist. Unmittelbar unterhalb des Plättchens befinden sich die Sekundärsendeantenne 26 und die Antennenkondensatoren 72.
Als nächstes sei die Reifen-Drucksignal-Verarbeitungsvorrichtung 31 beschrieben. Das vom Reifendruckfühler 21 im Reifen 22 abgegebene FM-Signal wird von der in der Fahrbahn befindlichen Primärempfangsantenne 28 aufgefangen.
Wie aus Fig. 2 ersichtlich, steht die Achse der Primärempfangsantenne senkrecht zur Achse der Primärsendeantenne 36. Diese Antennen sind senkrecht zueinander angeordnet, um Interferenzen zwischen dem energiereichen Sendefeld der Primärsendeantenne 36 und dem energieschwächeren Empfangsfeld der Primärempfangsantenne 28 möglichst gering zu halten. Bei der praktischen Ausführungsform hatte die Empfangsantenne eine Länge von 1,80 m und bestand aus acht Litzendrehtwicklungen.
Wie aus Fig. 1 und 6 ersichtlich, ist die Primärempfangsantenne 28 mit einem Kerbfilter 78 verbunden, das aus einem Parallel-T-Sperrfilter besteht, welches die Energieübertragung von der Primärsendeantenne 36 zur Verarbeitungsvorrichtung möglichst gering hält. Nach Durchlaufen des Kerbfilters 78 wird das FM-Signal des Druckfühlers 21 einem abstimmbaren Vorverstärker 80 zugeführt, der analog ist einem LC-Antennenfilter und die Betriebsbandbreite der Signalverarbeitungsvorrichtung vorgibt. Der Ausgang des abstimmbaren Vorverstärkers 80 liegt über einen Hochfrequenzverstärker 82 an einem Breitbandverstärker 84, welcher seinerseits den Verstärkungsgrad der gesamten Signalverarbeitungsvorrichtung vorgibt. Nach Verstärkung wird das vom Breitbandverstärker abgegebene Signal einer doppelt abgeglichenen Mischstufe 83 zugeführt. Die Mischstufe erhält außerdem ein Signal zugeführt von einem spannungsgeregelten Oszillator 92 in dem nachstehend beschriebenen Normalfrequenzgenerator 30.
Der Normalfrequenzgenerator 30 mit Frequenz synthese besteht aus einem Haupttaktgeber 86 wie z.B. einem spannungsgeregelten Kristalloszillator mit einer Arbeitsfrequenz von 100 kHz. Das Ausgangssignal des Haupttaktgebers liegt an einem Abwärts-Frequenzteiler 87. Bei der hergestellten praktischen Ausführungsform wurde die vom Haupttaktgeber abgegebene Frequenz auf 1 kHz verringert. Das Signal wird anschließend einem Phasen- und Frequenz detektor 88 zugeführt, der ausgangsseitig eine Impulsfolge abgibt. Der Phasen- und Frequenzdetektor ist mit einem Zwischenverstärker 90 verbunden, in welchem die Impulse verstärkt und integriert werden, so daß das Ausgangssignal des Zwischenverstärkers aus einem Gleichspannungssignal veränderlicher Größe besteht, durch welches ein spannungsgeregelter Oszillator (VCO) 92 gesteuert wird. Der Ausgang des spannungsgeregelten Oszillators ist sowohl mit der doppelt abgeglichenen Mischstufe 83 als auch einer dreistufigen, vorprogrammierbaren Teilerschaltung 94 verbunden. Jede Stufe der Teilerschaltung dient zur Unterteilung der vom spannungsgeregelten Oszillator angelegten Frequenz um einen zwischen 1 und 10 wählbaren Faktor. Die erste Stufe gestattet eine Verringerung der VCO-Frequenz von 1 - 9, die zweite Stufe eine Verringerung von 10 - 90, und die letzte Stufe eine Verringerung von 100 - 900. Der Ausgang der dreistufigen, vorprogrammierbaren Teilerschaltung ist ein Wechselspannungssignal, welches dem Phasen- und Frequenzdetektor 88 zugeführt wird. Die Teilerschaltung gestattet eine genaue Einstellung des Ausgangssignals des spannungsgeregelten Oszillators 92, so daß das der doppelt abgeglichenen Mischstufe 83 zugeführte Rückkopplungssignal eine hohe Genauigkeit aufweist.
Um Sättigung des Breitbandverstärkers 84 zu verhindern, ist automatische Verstärkungsregelung vorgesehen. Der Ausgang der doppelt abgeglichenen Mischstufe 83 ist mit einem Niederfrequenzverstärker 96 und einem Detektor der automatischen Verstärkungsregelung 98 verbunden. Der Niederfrequenzverstärker stellt die Pegelkontrolle für die Reifen-Drucksignal-Verarbeitungsvorrichtung und den AGC-Gleichstromverstärker 102 dar. Der Rückkopplungskreis ist dadurch vervollständigt, daß der Ausgang des Gleichstromverstärkers 102 mit dem HF-Verstärker 82 und dem Breitbandverstärker 84 verbunden ist. Der Ausgang des AGC-Gleichstromverstärkers 102 verhindert außerdem die Anzeige von Störsignalen durch die Anzeigeeinheit 122 und das Digitalvoltmeter 118. Zu diesem Zweck ist der Ausgang des Gleichstromverstärkers mit einem Pufferverstärker 104 verbunden, welcher seinerseits an einem Trennschalter 106 liegt, der den Niederfrequenzverstärker 108 und die Anzeigevorrichtung 32 einschaltet, sobald das vom Reifendruckfühler 21 angelegte Signal einen vorbestimmten Signalwert erreicht.
Vom Trennschalter 106 ist das Signal vom NF-Verstärker 108 zu vier parallelgeschalteten Pufferverstärkern 110 geführt.
Der erste Pufferverstärker 110 ist mit einem herkömmlichen Frequenz-Binärkode-Umsetzer 112 verbunden, dessen Ausgang entweder mit einer Zentraleinheit (CPU) oder mit dem Speicher eines Rechners verbindbar ist. Mit diesem Ausgang können von der Drucksignalverarbeitungsvorrichtung gemessene Daten gespeichert und abgefragt werden. Der zweite Pufferverstärker 110' ist mit einem Frequenzdiskriminator 116 und einem Frequenz-Spannungs-Umsetzer 114 verbunden, welcher die Frequenz des Reifendrucksignals in ein Gleichspannungssignal umsetzt. Das Gleichspannungssignawird vermittels eines in der Anzeigevorrichtung 32 (Fig. 2) befindlichen Digitalvoltmeters 118 gemessen. Das Digitalvoltmeter zeigt die Höhe des im Reifen herrschenden Luftdrucks, der durch den Druckfühler 21 gemessen ist, an. Der dritte Pufferverstärker 110" ist mit einer herkömmlichen Lampentreiberstufe 120 verbunden, welche ihrerseits zwei Signallampen speist, durch die jeweils angezeigt wird, daß der Reifen auf einen über einem vorbestimmten Druckwert liegenden Wert aufgepumpt ist bzw. den vorbestimmten Druckwert nicht erreicht. Bei der praktischen Ausführungsform wurde durch eine grüne Signallampe angezeigt, wenn der gemessene Reifendruck über 4,22 atü betrug, und vermittels einer roten Lampe angezeigt, wenn der Druck 4,08 atü unterschritt.
Die in Fig. 9 dargestellte Ausführungsform des Reifendruckfühlers 21' weist die Form einer Kugel auf, welche im Innern des Reifens 22 als frei bewegliches Element angeordnet wird. Der Reifendruckfühler 21' weist eine Sekundärempfangsantenne 38 auf, welche um den Umfang der Kugel herum/gewickelt ist. Außerdem befindet sich die Sekundärsendeantenne 26 mit den zugeordneten Antennenkondensatoren innerhalb der Kugel. Der Druckwandler 20 mißt in der vorstehend beschriebenen Weise den innerhalb des Reifens herrschenden Luftdruck, wobei die Signale durch die auf einer Halbleiterplatte 128 angeordnete Schaltung verarbeitet werden.
Bei niedrigen Drehgeschwindigkeiten rollt die Kugel frei innerhalb des Reifens ab. Bei höheren Fahrgeschwindigkeiten wird die Kugel jedoch aufgrund der Zentrifugalkraft gegen den Reifen gedrückt und verbleibt daher in bezug auf den Reifen an ein und derselben Stelle. Bei der Reifendruckmessung befindet sich die Kugel bei stehendem Reifen am Boden an der Reifeninnenwand. Bei langsamer Fahrt rollt die Kugel entlang der Reifeninnenwand ab. In jedem Falle befindet sich der Druckfühler in Nähe der Primärrende- und Empfangsantennen 36, 28 in der Fahrbahn, so daß die Energie- und Informationsübertragung mit höchstem Wirkungsgrad erfolgt.
Bei der in Fig. 8 dargestellten Ausführungsform ist der Reifendruckfühler 21" miniaturisiert und in die Karkasse des Reifens 22 bei dessen Herstellung eingebettet. Der Innerhalb des Reifens herrschende Luftdruck wird durch den Druckwandler 20 über eine dünne Membran 70 gemessen. Die elektronischen Teile des Fühlers sind auf einer Halbleiterplatte 128 angeordnet, und die Sekundärempfangsantenne 38 ist um den Umfang des Druckfühlers herumgewickelt. Die Lagen von Sekundärsendeantenne und der zugeordneten Antennenkondensatoren 72 sind gleichfalls aus der Darstellung ersichtlich. Aufbau und Arbeitsweise des in die Reifenkarkasse eingebetteten Reifendruckfühlers 21" entsprechen in jeder Hinsicht den vorstehend beschriebenen Ausführungsformen.
Bei der in Fig. 7 dargestellten weiteren Ausführungsform ist der Reifendruckfühler 21''' in einen Reparaturstopfen eingebaut, der in die Seitenwand des Reifens 22 eingesetzt ist. Der Druckwandler 20 des Reifendruckfühlers ist am freien Ende eines langen Schaftabschnitts in Verbindung mit dem Reifeninnenraum angeordnet. Die Schaltung auf der Halbleiterplatte 128, die Sekundärantennen 26, 38 und die Antennenkondensatoren 72 entsprechen denen der vorstehend beschriebenen Ausführungsform. Der Reparaturstopfen-Reifendruckfühler läßt sich vermittels eines bekannten Schießgeräts in die Seitenwand des Reifens einsetzen, wozu der Reifen nicht abgenommen zu werden braucht.
Aufbau und Arbeitsweise des Reparaturstopfen-Reifendruckfühlers 21''' sind identisch denen der vorstehend beschriebenen Ausführungsformen.
Bei Einsatz von Reifendruckfühlern an Fahrzeugen mit mehreren Rädern und Achsen erzeugt die Vorrichtung Signalmehrdeutigkeiten. Die vorstehend beschriebene Vorrichtung mit einer einzigen Primärsendeantenne 36 und einer einzigen Primärempfangsantenne 28 ist nicht in der Lage, zwischen den Signalen zu unterscheiden, welche von zwei Reifendruckfühlern abgegeben werden, die in zwei in der gleichen Spur laufenden Reifen kommen und nur kleinen Abstand voneinander aufweisen. Entsprechend der Darstellung von Fig. 10 tritt eine erste Signalmehrdeutigkeit auf, wenn Signale mehrerer Druckfühler gleichzeitig vorhanden sind. Eine zweite Art von Mehrdeutigkeit ist vorhanden, wenn der nachlaufende Reifen 22' ein Signal zur Verarbeitungsvorrichtung überträgt, bevor der vorlaufende Reifen 22 sein Signal an die Empfangsantenne 28 abgibt. In beiden Fällen kann die Signalverarbeitungsvorrichtung bei nicht kodierten Signalen den Ursprung des Signals nicht identifizieren.
Figur 10 zeigt den Weg eines Punkts P1, der sich an der Seitenwand des Reifens 22 oder der Innenwand des Gehäuses befindet. Dieser Punkt beschreibt eine langgestreckte Trochoidkurve entsprechend folgenden Gleichungen: x = B - sin (1) y = A (1 - cos #) (2) in welcher A der Radialabstand des Punktes P1 von der Mitte des Reifens oder dem Nullpunkt des Koordinatensystems und B der Reifenhalbmesser ist. Entlang dieser Bahn werden Signale abgestrahlt, wenn sich jeder Druckfühler im geringsten Abstand von der Fahrbahn befindet.
Wenn der Druckfühler fest mit dem Reifen verbunden ist und zusammen mit diesem umläuft, d.h. keine Relativbewegung zu diesem ausführt, ist die Winkellage des Fühlers in jedem Zeitpunkt in bezug auf den Reifenmittelpunkt vollkommen willkürlich. Folglich ist die Wahrscheinlichkeit, daß sich das Rad in einem bestimmten Zeitpunkt über einer bestimmten Stelle der Fahrbahn befindet, ebenfalls vollkommen willkürlich verteilt.
Zur Ausschaltung von Mehrdeutigkeit, die durch gleichzeitig auftretende, von hintereinander in Spur laufenden Reifen ausgehenden Signalen verursacht ist, werden die Primärsendeantenne 36 und die Primärempfangsantenne 28 in mehrere Antennensegmente unterteilt, wobei die Länge jedes Antennensegments kleiner ist als der Abstand zwischen den beiden Radachsen. Unter der Annahme, daß sämtliche Antennensegmente gleiche Größe aufweisen und Formgebung und Länge aller Segmente bis zu 25 % größer sind als der Reifenumfang, gelten für ein optimales Antennensystem die folgenden Bedingungen: B max # 2 C min - L max (3) B min # C max + L max (4) B + A 27 2 C max (5) in welchen A die Länge jedes Antennensegments, B der Abstand zwischen den Vorderkanten aufeinanderfolgender Antennensegmente, C der Reifenumfang und L der Abstand zwischen den Radachsen ist.
Die optimale Lösung für die Gleichungen (3) bis (5) und damit die bevorzugte Ausführungsform für Lastkraftwagen mit Doppelachsen herkömmlicher Ausführung ist eine Antenne aus sieben gleich großen Antennensegmenten, wobei jedes Antennensegment 195,58 cm (A = 195,58 cm) lang ist und der Abstand zwischen den Antennensegmenten 106,68 cm (B = 492,76 cm) beträgt.
Zur Ausschaltung der zweiten Mehrdeutigkeit, welche sich dann ergibt, wenn der nachlaufende Reifen 22' ein Signal überträgt, bevor der vorlaufende Reifen 22 sein Signal aussendet, wird eine Diskriminierungs-Logikschaltung auf Zeitbasis verwendet. Diese Schaltung arbeitet mit dem Zeitdifferential, das sich für die zwei Reifen ergibt, wenn die Schwelle zur Segmentantenne überfahren wird.
Zur Identifizierung des ein Signal abgebenden Druckfühlers bei zwei Druckfühlern, die sich in zwei nebeneinander auf der gleichen Achse angeordneten Reifen befinden, werden zwei getrennte, zueinander parallele und einem gegenseitigen Abstand angeordnete Antennenfelder verwendet. In Fig. 11 weisen die beiden Antennenfelder A, B jeweils die Antennensegmente Al bis A7 bzw. B1 bis B7 auf, die jeweils eine scharf nach oben gebündelte Strahlung abgeben. Jedes Antennensegment besteht aus einer in der vorstehend beschriebenen Weise konstruierten Flachspulenantenne. Die Strahlungsverteilung ist in der Weise ausgebildet, daß die Druckfühler nur auf Strahlung ansprechen, welche von einem darunter befindlichen Antennenfeld ausgeht, nicht jedoch auf die Strahlung eines benachbarten Antennenfeldes.
Das aus den Segmenten A1 bis A7 bestehende Antennenfeld fängt somit die von den beiden äußeren Reifen 22, 22' ausgehenden beiden Signale auf, während das entsprechende Antennenfeld mit den Segmenten B1 bis B7 die von den beiden innenliegenden Reifen 2211 und 22''' ausgehenden zwei Signale auffängt. Der seitliche Abstand zwischen den beiden Feldern entspricht dabei dem Abstand zwischen inneren und äußeren Rädern auf jeder Radachse.
Die Messung des Luftdrucks in einem Metall- oder Stahlgürtel-Radialreifen vermittels des im Reifen angeordneten Reifendruckfühlers ist bei entsprechender Änderung der Antennenformgebung gleichfalls möglich. Radialreifen weisen im allgemeinen mehrere um ihren Umfang herumlaufende Stahlbänder auf, welche eine elektrische Hochfrequenzabschirmung um den Reifen herum bilden. Die Sperrwirkung dieser elektrischen Abschirmung läßt sich jedoch dadurch überkommen, daß die Sekundärempfangsantenne 38 im Druckfühler um 90° gedreht wird. In dieser Lage spricht die Sekundärempfangsantenne 38 auf die magnetische Vektorkomponente der von der vorstehend beschriebenen Primärsendeantenne 36 abgegebenen elektromagnetischen Strahlung an. Wenngleich in einem elektromagnetischen Feld der Magnetvektor im allgemeinen wesentlich schwächer ist als der elektrische Vektor, befindet sich der Druckfühler erfindungsgemäß so dicht an der Primärsendeantenne, daß durch den magnetischen Vektor ausreichend viel Energie zur Verfügung steht.
Außerdem läßt sich die in Radialreifen vorhandene elektrische Abschirmung dadurch umgehen, daß das durch die Primärsendeantenne 36 erzeugte HF-Energiefeld geändert wird. Die in Fig. 12 dargestellte Flachspulenantenne 56 für herkömmliche Reifen weist mehrere, in gleichen gegenseitigen Abständen angeordnete Drahtwicklungen auf. Im Gegensatz dazu besteht die in Fig. 13 dargestellte Flachspulenantenne 56' aus Drahtwicklungen mit zunehmend größeren Seitenabständen mit zunehmendem Abstand von der Antennenmitte. Aufgrund dieses nichtlinearen Abstandsverhältnisses der Antennenwicklungen wird ein schräg gerichtetes, ungleichförmiges Feld erzeugt, das an den Stahleinlagen innerhalb des Reifens herum verläuft.
Die Vorrichtung zur Fernmessung des Drucks in mehreren Reifen kann auch mit Druckfühlerkodierung versehen sein, vermittels welcher zwischen unterschiedlichen Fahrzeugen unterschieden werden kann. Da die Vorrichtung innerhalb eines breiten Frequenzbereichs betrieben werden kann, lassen sich mehreren Teilnehmern, deren Fahrzeuge mit der Vorrichtung ausgerüstet sind, entsprechend unterschiedliche Frequenzbereiche zuordnen. So wird beispielsweise den Fahrzeugen jedes Verkehrsunternehmens ein bestimmtes Frequenzband zugeteilt, und sämtliche Druckfühler an den Fahrzeugen dieses Unternehmens übertragen dann in dieses Frequenzband fallende Reifendrucksignaie. Bei Verwendung mehrerer Bandpaßfilter und Diskriminatoren in der Signalverarbeitungsvorrichtung lassen sich die übertragenen Signale in die zugeordneten Frequenzbandbereiche unterteilen, wodurch eine Unterscheidung zwischen unterschiedlichen Verkehrsunternehmen möglich ist.
So kann beispielsweise eine Reifendrucküberwachungsvorrichtung an einer Fernverkehrsstraße an einer Vom Abfertigungsplatz eines Kraftverkehrsunternehmens entfernten Stelle angeordnet sein. Wenn dann ein Lastkraftwagen dieses Verkehrsunternehmens an der Überwachungsvorrichtung vorbeifährt, kann ein diesen Vorgang anzeigendes kodiertes Signal auf herkömmliche Weise zum Abfertigungsplatz des Verkehrsunternehmens übertragen werden. Am Abfertigungsplatz zeigt das empfangene kodierte Signal an, wo genau sich der Lastkraftwagen des Unternehmens befindet, so daß sich die Ankunftszeit des Lastkraftwagens am Abfertigungsplatz ziemlich genau abschätzen läßt. Der Fahrzeugführer braucht daher nicht anzuhalten, um beispielsweise seine Ankunft am Abfertigungsplatz zwei Stunden vorher fernmündlich anzukündigen. Das Fahrzeug übermittelt selbst zum Abfertigungsplatz ein Signal, welches das Passieren an der Kontrollstelle anzeigt, die sich beispielsweise in einer Entfernung von zwei Fahrstunden vom Abfertigungsplatz befindet.
In entsprechender Weise lassen sich die Druckfühler auch einzeln kodieren, um den jeweils am Lastkraftwagen gemessenen Reifen anzuzeigen. Wie vorstehend beschrieben, kann diese Einzelkodierung durch Frequenzbandzuteilung erfolgen. Mit anderen Worten, jeder Reifen an einem Lastkraftwagen kann zur Abgabe eines kodierten Signals ausgelegt sein, welches den Reifen, das Transportunternehmen und den Reifendruck anzeigt. Diese Information läßt sich benutzen zur Erstellung von Daten über Reifenverschleiß und Standzeit von Reifen und kann beispielsweise in einem mit dem Frequenz-Binärkode-Umsetzer 112 (Fig. 1) verbundenen Digitalrechner gespeichert werden.
Bei der in Fig. 14 dargestellten Ausführungsform wird der im Reifen befindliche Reifendruckfühler 21' vermittels Magnetfeldinduktion gespeist. Wenn sich der Druckfühler durch ein Magnetfeld 148 hindurchbewegt, wird der Fühler durch den dabei erzeugten Induktionsstrom gespeist. Mit dem Bezugszeichen 150 ist ein starr mit der Unterseite des Fahrzeugkotflügels 152 verbundener Magnet bezeichnet.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform besteht dieser Magnet aus einem YAG-Dauermagneten mit einer Feldstärke zwischen 100 bis 150 Gauß. Zur Erzeugung des Magnetfeldes 148 kann jedoch auch ein Elektromagnet oder ein selbstbündelnder Dauermagnet verwendet werden. Der Magnet 150 ist von zwei Bündelungselementen 154 aus einem magnetisch permeabilen Werkstoff wie z.B. Kupfer oder Bronze umgeben. Die Bündelungselemente bilden zwischen sich einen Luftspalt 156 am Kotflügel 152, so daß der Kotflügel keinen Teil des Magnetkreises bildet. Die Bündelungselemente bilden ein konzentriertes, im wesentlichen zylindrisches Magnetfeld aus, das den Reifen 22 durchsetzt.
Bei hohen Fahrgeschwindigkeiten des Reifens 22 läuft der Reifendruckfühler 21' zusammen mit dem Reifen 22 um und führt keine Relativbewegung zu diesem aus. Folglich bewegt sich der Reifendruckfühler bei jeder Umdrehung des Reifens durch das Magnetfeld hindurch, wobei der Leiter 38' der Sekundärempfangsantenne die magnetischen Kraftlinien schneidet. Dabei wird im Leiter eine Spannung erzeugt, welche einen entsprechenden Stromfluß bewirkt. Diese Spannung erscheint am Eingang des gleichrichtenden Filters 62 (Fig. 5). Das Magnetfeld wirkt somit in gleicher Weise wie die vom Leistungsübertrager 34 (Fig. 1) abgegebene elektromagnetische Welle auf den Reifendruckfühler ein.
In beiden Fällen wird der Druckfühler durch ein Induktionsfeld gespeist, welches einen Strom induziert.
Der bei dieser Ausführungsform verwendete Reifendruckfühler 21' weist gleichen Aufbau und Arbeitsweise wie die vorstehend beschriebenen Reifendruckfühler 21 bis 21''' auf. Der Leiter bzw. die Wicklungen der Sekundärempfangsantenne 38 (Fig. 1) des Reifendruckfühlers schneiden die magnetischen Kraftlinien und führen zur Induktion eines Stroms. Eine Beschreibung des Reifendruckfühlers ist daher an dieser Stelle nicht erforderlich. Es sei jedoch darauf hingewiesen, daß das gleichrichtende Filter 62 (Fig. 5) als Umschalter wirkt und damit die Wirkungen von Gegenströmen ausschaltet, welche durch sich entgegengesetzt gerichtete magnetische Kraftlinien induziert werden.
An der Unterseite des Kotflügels 152 befindet sich in Reifenlaufrichtung versetzt hinter dem Magneten 150 die Primärempfangsantenne 28', welche aus einer herkömmlichen Spulenantenne besteht, die fest mit dem Kotflügel 152 des Fahrzeugs verbunden ist. Bei einer praktischen Ausführungsform bestand die Primärempfangsantenne aus 28 Wicklungen Litzendraht, die in Form eines Rechtecks von 38 cm Länge und 10 cm Breite aufgewickelt waren. Die Empfangsantenne befand sich unter einem Winkel von 15a vor dem Magneten, so daß der Druckfühler 21' unmittelbar vor Abgabe eines Drucksignals an die Antenne gespeist wurde.
Die Primärempfangsantenne 28' ist mit einem Kerbfilter 160 verbunden, welches den Störpegel und vonder Empfangsantenne aufgefangene hochfrequente Störsignale verringert. Der Ausgang des Kerbfilters ist mit einem abstimmbaren Vorverstärker 162 verbunden, der analog ist einem LC-Antennenfilter und die Betriebsbandbreite der Vorrichtung vorgibt.
Der Ausgang des abstimmbaren Vorverstärkers 162 liegt an einem Abtastschalter 164, welcher nacheinander periodisch die Ausgänge mehrerer entsprechender abstimmbarer Vorverstärker abtastet. Diese anderen Vorverstärker sind mit entsprechenden Empfangsantennen verbunden, die an den anderen Kotflügeln des Fahrzeugs angeordnet sind. Jedem Reifen des Fahrzeugs sind ein Magnet, ein Druckfühler und eine Empfangsantenne zugeordnet. Der Abtastschalter fragt periodisch das Drucksignal in jedem Reifen ab.
Der Ausgang des Abtastschalters 164 ist mit einer im Fahrzeug befindlichen Reifen-Drucksignal-Verarbeitungsvorrichtung 168 verbunden, welche aus einem Rundfunkempfangsgerät mit Normalfrequenzgenerator der vorstehend in Verbindung mit Fig. 6 beschriebenen Ausführungsform besteht.
Aufbau und Arbeitsweise der im Fahrzeug angeordneten Signalverarbeitungsvorrichtung 168 entsprechen der der Signalverarbeitungsvorrichtung 31, so daß sich eine ausführliche Beschreibung an dieser Stelle erübrigt.
Der Ausgang der Reifen-Drucksignal-Verarbeitungsvorrichtung 168 ist mit einem Frequenzdiskriminator 170 und einem Fre--guenz-Spannungs-Umsetzer 172 verbunden, welcher die Frequenz des Reifendrucksignals in ein Gleichspannungssignal uum.setzt Das Gleichspannungssignal wird vermittels eines am (nicht dargestellten) Armaturenbrett im Führerstand des Fahrzeuges befindlichen Digitalvoltmeters DVM 174 gemessen und angezeigt. Durch das Digitalvoltmeter wird dem Fahrzeugführer der im Reifen gemessene Luftdruck angezeigt. Der Ausgang des Frequenz-Spannungs-Umsetzers 172 dient außerdem zur Auslösung einer am Armaturenbrett bebefindlichen Warnvorrichtung 176, wenn der Reifendruck auf einen gefährlich niedrigen Wert abfällt. Diese Warnvorrichtung kann beispielsweise ein akustisches Warnsignal erzeugen.
Der Ausgang des Frequenz-Spannungs-Umsetzers 172 ist zum Abtastschalter 164 rückgekoppelt. Jedes Drucksignal, das oberhalb eines unteren Grenzwerts liegt, schaltet den Abtastschalter 164 auf den nächsten Vorverstärkerausgang fort. Wenn sämtliche Reifendrücke am Fahrzeug die richtigen Werte aufweisen, schaltet der Ausgang des Frequenz-Spannungs-Umsetzers 172 den Abtastschalter kontinuierlich von Ausgang zu Ausgang fort. Wenn jedoch ein Reifen des Fahrzeuges einen gefährlich niedrigen Reifendruck aufweist, reicht das vom Frequenz-Spannungs-Umsetzer 172 abgegebene Ausgangssiqnal nicht dazu aus, den Abtastschalter forzuschalten, so daß der gefährlich niedrige Reifendruck am Digitalvoltmeter 174 im Blickfeld des Fahrzeugführers angezeigt bleibt.
Wenn entsprechend der Darstellung von Fig. 15 zwei Reifen 22, 22" nebeneinander auf der gleichen Achse angeordnet sind, dienen die Bündelungselemente 154, 154' dazu, das Magnetfeld 148 jedes Magneten scharf zu bündeln, so daß dieses nur den darunter befindlichen Reifen durchsetzt.
Die Bündelungselemente verhindern damit Übersprecheffekte zwischen den Reifen und verringern den Geräuschpegel aufgrund induzierter elektromagnetischer Strahlung.
Wie anhand Fig. 16 ersichtlich, kann ein Magnetfeld auch zur Messung des Luftdrucks in Radialreifen mit Stahl-oder Metallgürteleinlage verwendet werden. Die meisten heutzutage auf dem Markt befindlichen Radialreifen enthalten keine Metalle hoher Permeabilität und lassen sich daher mit einem einzigen Magneten 150 (Fig. 14) leicht speisen.
Einige Reifenausführungen enthalten jedoch Stahl mit Nickel und schirmen den Reifendruckfühler 21 gegen ein Magnetfeld ab.
Zur Ausschaltung des Einflusses eines magnetisch permeabilen Metallgürtels 180 sind auf der Unterseite des Kotflügels 152 zwei Dauermagnete 182 sich gegenüberliegend angeordnet. Das von diesen erzeugte Magnetfeld 148' ist nach unten gerichtet, läuft an dem Metallgürtel 180 vorbei und schneidet den Weg des mit dem Reifen zusammen umlaufenden Reifendruckfühlers 21'. Die Dauermagnete 182 sind durch ein Joch 184 miteinander verbunden, welches aus einem magnetisch permeabilen Werkstoff wie z.B. Kupfer oder Bronze besteht.
Im Betrieb läuft der Reifendruckfühler 21' von Fig. 14 zusammen mit dem Reifen 22 um. Der Magnet 150 und die Bündelungselemente 154, welche an der Unterseite des Kotflügels 152 befestigt sind, bilden ein nach unten gerichtetes, gebündeltes Magnetfeld 148 aus. Wenn der Druckfühler sich durch die magnetischen Kraftlinien hindurchbewegt, induziert der Leiter 38' in der Sekundärempfangsantenne einen Strom am Eingang des gleichrichtenden Filters 62 (Fig. 5). Dieser Strom reicht aus zum Betrieb des Reifendruckfühlers in der vorstehend in Verbindung mit Fig. 5 beschriebenen Weise. Der Druckfühler sendet seinerseits ein frequenzmoduliertes Drucksignal aus, das von der hinter dem Magneten am Kotflügel befestigten Primärempfangsantenne 28' aufgefangen wird. Die in jedem Reifen des Fahrzeuges gemessenenReifendrücke werden vermittels des Abtastschalters 164 abgefragt und durch das Digitalvoltmeter 174 dem Fahrzeugführer angezeigt. Wenn ein Reifen des Fahrzeugs unzureichend niedrigen Reifendruck aufweist, hält der Abtastschalter an, wobei das Digitalvoltmeter den niedrigen Reifendruck fortlaufend anzeigt und die Warnvorrichtung 176 ein akustisches Warnsignal abgibt.
Der im Reifen befindliche Reifendruckfühler kann anstelle des vorstehend beschriebenen frequenzmodulierten Senders selbstverständlich auch mit einem amplitudenmodulierten Sender betrieben werden, wobei die entsprechenden Empfangs-und Verarbeitungsvorrichtungen vorgesehen sind.
- Patentansprüche: - L e e r s e i t e

Claims

Patentansprüche : 1. Verfahren zur Fernmessung des Drucks in einem Reifen, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , daß ein Induktionsfeld (148) erzeugt, der Reifen (22) durch das Feld hindurchbewegt, ein Reifendruckfühler (21) mit dem Feld gekoppelt, vermittels des Feldes ein zum Betrieb des Druckfühlers dienender Strom erzeugt, der im Reifen herrschende Druck vermittels des Reifendruckfühlers (21) gemessen, ein den im Reifen gemessenen Druck anzeigendes elektromagnetisches Signal ausgesandt, aufgefangen, einer Reifendrucksignalverarbeitungsvorrichtung (31, 168) zugeführt und der Reifendruck angezeigt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß vermittels des Reifendruckfühlers ein den Reifendruck und ein den Reifendruckfühler identifizierendes kodiertes elektromagnetisches Signal erzeugt wird.
3. Vorrichtung zur Ausführung des Verfahrens nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch einen Induktionsfelderzeuger (34, 150), einem mit dem Induktionsfeld (148) koppelbaren Reifendruckfühler (21) mit zur induktiven Erzeugung einer Speisespannung für den Fühler dienenden Vorrichtungen (38), einem in Verbindung mit dem Reifeninnenraum stehenden und zur Messung des Reifendrucks dienenden Druckgeber (70) und einem zur Übertragung eines den gemessenen Reifendruck anzeigenden elektromagnetischen Signals dienenden Sender (26), sowie durch eine Reifen-Drucksignal-Verarbeitungsvorrichtung (31, 168), der das vom Druckfühler ausgesandte elektromagnetische Drucksignal zuführbar, und vermittels welcher der gemessene Reifendruck anzeigbar ist.
4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Induktionsfelderzeuger aus einem zum Erzeugen eines elektromagnetischen Feldes dienenden Leistungsübertrager (35) und einer in der Ebene einer Fahrbahn anbringbaren Flachspulen-Sendeantenne (56) besteht, wobei der Reifen bei mit dem elektromagnetischen Feld gekoppeltem Reifendruckfühler über die Antenne hinwegrollen kann.
5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Flachspulen-Sendeantenne (56) aus mehreren, in Längsrichtung in gegenseitigen Abständen hintereinander angeordneten und mit dem Leistungsübertrager (34) verbundenen Antennenelementen besteht, die Reifen-Drucksignal-Verarbeitungsvorrichtung (31) eine aus mehreren, in Längsrichtung in gegenseitigen Abständen hintereinander im Empfangshereich der vom Reifendruckfühler ausgehenden elektromagnetischen Signale angeordneten Elementen bestehende Antenne (28) aufweist, beide Antennen wenigstens zwei Elemente gleicher Größe mit den folgenden Abmessungen aufweisen B max # 2C min - L max B min # C max + L max B + A # 2C max wobei A die Länge jedes Antennenelements, B der Abstand der Vorderkanten aufeinanderfolgender Antennenelemente, C der Umfang eines Reifens und L der Mittenabstand zweier hintereinander angeordneter Reifen ist, und die Reifendrucksignalverarbeitungsvorrichtung eine auf Zeitbasis arbeitende Diskrmininator-Logikschaltung aufweist, welche dazu dient, die Reihenfolge zu ermitteln, in welcher die von den hintereinander angeordneten Reifen aufgefangenen Signale erscheinen.
6. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der zur Übertragung des Drucksignals dienende Sender für die Abgabe eines den gemessenen Reifendruck anzeigenden frequenzmodulierten Signals ausgelegt und durch die auf Induktion ansprechbare Vorrichtung (38) versorgbar ist, und die Reifendrucksignal-Verarbeitungsvorrichtung (31) einen im Empfangsbereich des Senders angeordneten FM-Empfänger aufweist.
7. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Reifendruckgeber aus einem den im Reifen herrschenden Absolutdruck messenden und nicht auf einen Bezugsdruckwert bezogenen magnetostriktiven Element (20) besteht.
8. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Reifendruckfühler (21) zur Speicherung der durch das Feld zugeführten und zur Stromversorgung des Senders bei außerhalb des Feldes befindlichem Druckfühler dienende Speicherelemente (C1, C2, C15) aufweist.
9.- Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Induktionsfelderzeuger aus einem Dauermagneten (150, 180) besteht und der Druckfühler (21) einen Leiter (38') aufweist, in dem vermittels des Magnetfelds ein zum Betrieb des Senders dienender Strom induzierbar ist.
10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 3 - 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Reifen-Drucksignal-Verarbeitungsvorrichtung (31) einen zum Abfragen der Reifendrucksignale mehrerer Reifendruckfühler an einem Fahrzeug dienenden Schalter (164) und eine zum Anzeigen des gemessenen Reifendrucks und eines ggf. zu niedrigen Drucks dienende Sichtanzeigevorrichtung (122, 174) aufweist.
11. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Reifendruckfühler aus einem mit dem Reifeninnenraum in Verbindung stehenden Druckwandler (20) besteht.
12. Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß der Druckwandler (20) aus einem zur Messung des Absolutdrucks im Reifen ohne Bezug auf einen Bezugswert dienenden magnetostriktiven Element besteht.
13. Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß der Druckwandler mit einem FM-Sender (26) gekoppelt ist.
14. Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß der Druckwandler (20), der Sender (26) und die Spannungseinspeisung in einem kugeligen Gehäuse eingekapselt sind, das frei beweglich in den Reifeninnenraum einführbar ist.
15. Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß zur Speicherung der aus dem Induktionsfeld gewonnenen und zum Antrieb des Senders bei außerhalb des Induktionsfeldes befindlichem Druckwandler (20) dienende Speicherelemente (C1, C2, C15) vorgesehen sind.