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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung und ein
Verfahren zum Erfassen einer Rotation eines Rades, das insbesondere
ein Fahrzeugrad ist.
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In
modernen Fahrzeugen wird eine Mehrzahl von Fahrzeugsubsystemen eingesetzt,
die beispielsweise in Abhängigkeit
von einem Fahrzeugbewegungszustand aktiviert werden. Bei den Fahrzeugsubsystemen
kann es sich beispielsweise um Reifendrucksensoren handeln, die
in einem Reifen angeordnet und von einer Batterie versorgt werden.
Vorzugsweise werden derartige Systeme daher erst dann aktiviert,
wenn das Fahrzeug in Bewegung gesetzt wird, um einen Energieverbrauch
zu senken und somit um kostengünstigere
elektronische Systeme zu realisieren.
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Bei
Reifendruckkontrollsystemen werden Reifendrucksensoren in den Reifen
des Fahrzeugs eingebaut, um, bevorzugt während der Fahrzeugbewegung,
die Reifendrücke
der jeweiligen Räder
zu messen und diese beispielsweise an eine zentrale Auswerteeinheit
zu übersenden.
Hierzu wird in einem Innenraum des Rades beispielsweise ein Sensor
mit einem Hochfrequenzsender eingebaut. In dem Fahrzeug befindet
sich ein Empfänger,
der die von dem Rad ausgesendeten Hochfrequenzdaten auswertet und
den Fahrer über
den aktuellen Reifendruck informiert. Der Sensor (ein Modul) im
Rad wird meist von einer Batterie versorgt, die beispielsweise zehn
Jahre halten soll. Das Modul darf daher nur dann senden, wenn dies
notwendig ist, d. h. wenn das Fahrzeug in Bewegung ist. Aus diesem
Grund werden in dem Radmodul zusätzliche
Sensoren eingesetzt, die eine Fahrzeugbewegung erfassen.
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Zum
Erfassen einer Bewegung des Fahrzeugs können Fliehkraftsensoren eingesetzt
werden. Hierbei wird durch eine Rotation des Rades eine Fliehkraft
auf das Modul ausgeübt.
Durch eine Auswertung der Fliehkraft kann nun festgestellt werden, ob
sich das Rad bewegt, ob die Bewegung dauerhaft ist oder ob das Rad
sich im Ruhezustand befindet. Die Fliehkraftsensoren können entweder
mechanisch oder elektrisch sein. Bei einer mechanischen Lösung wird
z.B. eine Feder von einem kleinen Gewicht zusammengedrückt, wodurch
sich beispielsweise ein elektrischer Kontakt schließt. Nachteilig
an diesem Ansatz ist jedoch eine geringe Lebensdauer, da mit zunehmender
Benutzung die Federrückstellkräfte immer
geringer werden. Nachteilig an diesem Ansatz ist ferner, daß die elektrischen
Kontakte mechanisch geschlossen werden. Dabei kann es zu Kontaktproblemen
kommen, wenn z.B. die Kontakte oxidiert sind oder wenn z.B. aufgrund
einer möglichen
Federauslenkung ein Kontaktübergangswiderstand
zu groß wird.
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Bei
der elektrischen Lösung
werden verschiedene Beschleunigungssensoren eingesetzt, wie z.B.
piezoelektrische Sensoren, bei denen aufgrund einer mechanischen
Verformung ein elektrisches Signal geliefert wird, welches auf die
Radbewegung hinweist. Nachteilig an diesem Konzept sind jedoch die
hohen Kosten, die sowohl durch die piezoelektrischen Bausteine als
auch durch die komplexe Auswerteelektronik verursacht werden.
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Zum
Aktivieren der Reifendrucksensoren können ferner Aktivierungssysteme,
sogenannte Wakeup-Systeme, eingesetzt werden. Dabei werden von einem
in einem Radkasten angeordneten Sender zu in dem Radmodul eingebauten
einem Empfänger
Aktivierungssignale ausgesendet. Bekommt der Empfänger in
dem Radmodul ein Anfragesignal (request signal), das von dem Fahrzeug
ausgesendet worden ist, so sendet das Radmodul die Druckdaten von
dem Rad an das Fahrzeug. Nachteilig an diesem Ansatz ist jedoch,
daß in
dem Radmodul ein komplizierter Empfänger eingebaut werden muß. Zum einen
werden dadurch die Systemkos ten erhöht. Zum anderen erhöhen sich
dadurch die Systembetriebskosten, da der Empfänger in dem Radmodul andauernd
Energie benötigt,
um das Aktivierungssignal jederzeit empfangen zu können. Dies
reduziert die Lebensdauer des Moduls. Ferner wird eine Batterie
großer
Kapazität
benötigt,
um die benötigte
Energiemenge zu liefern. Des weiteren ist ein Sender, der in dem
Fahrzeug eingebaut ist, um das Modul in dem Rad zu wecken, teuer
und aufwendig in die Fahrzeugsysteme zu integrieren.
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Zum
Aktivieren des Reifendrucksensors kann ferner ein Druckverlauf in
dem Rad analysiert werden. Bei einem Wegfahren verändern sich
beispielsweise die Temperatur und der Druck in dem Radreifen. Diese
Veränderung
kann von einer beispielsweise in dem Sensor integrierten Logik ausgewertet
werden, die den Sender aktiviert. Nachteilig dabei ist jedoch, daß der Sensor
andauernd den Druck und die Temperatur mißt. Hierdurch entsteht ein
erhöhter
Stromverbrauch, der durch eine größere, und somit teurere, Batterie
gedeckt werden muß. Darüber hinaus
ist die hierzu notwendige Technologie komplex und parameterabhängig, so
daß ein
stabiles Systemverhalten nicht in einer jeden Fahrzeugsituation
gewährleistet
ist. Dies ist beispielsweise dann der Fall, wenn abhängig von
einer Fahrbahnoberfläche
und von einem Fahrverhalten die Druckunterschiede groß und schnell-veränderlich
sind, so daß die
Auswertelogik keinen stabilen Zustand erreicht, was dazu führen kann,
daß das
System beispielsweise nicht reagiert. Dies führt zu dem weiteren Nachteil,
daß derartige
Systeme nicht sicher sind.
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Die
DE 101 17 920 A1 offenbart
ein Meß- und
Sensorverfahren und -vorrichtung für die autonome Winkelrotationserkennung,
bei dem das Erdmagnetfeld durch Verwendung eines Magnetfeldsensors zur
Orientierung genutzt wird.
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Die
DE 198 56 860 A1 offenbart
ein Verfahren zum Betreiben einer Einrichtung zum Überwachen
und drahtlosen Signalisieren einer Druckänderung in Luftreifen an Fahrzeugen,
bei dem ein elektronischer Fliehkraftsensor verwendet wird, um eine Drehzahl
eines Rades und damit die Fahrgeschwindigkeit zu erfassen.
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Es
ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein effizientes Konzept
zum Erfassen einer Rotation eines Rades zu liefern.
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Diese
Aufgabe wird durch die Vorrichtung zum Erfassen einer Rotation eines
Rades gemäß Anspruch
1 oder durch ein Reifendrucksensorsystem gemäß Anspruch 4 oder durch ein
Verfahren zum Erfassen einer Rotation eines Rades gemäß Anspruch 5
gelöst.
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Eine
Vorrichtung zum Erfassen einer Rotation eines Rades umfaßt erfindungsgemäß eine in dem
Rad angeordnete Einrichtung zum Erfassen des Erdmagnetfeldes, eine
Einrichtung zum Detektieren einer Veränderung des erfaßten Magnetfeldes,
um basierend auf der detektierten Veränderung eine Rotation des Rades
zu erfassen.
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Gemäß einem
weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung umfaßt ein erfindungsgemäßes Reifendrucksystem
zum Erfassen eines Reifendrucks bei einer Rotation eines Rades einen
aktivierbaren Reifendrucksensor zum Erfassen des Reifendrucks, wobei
der aktivierbare Reifendrucksensor ausgebildet ist, um ein Aktivierungssignal
zu empfangen, und, ansprechend auf das Aktivierungssignal, um den
Reifendruck zu erfassen, und eine Vorrichtung zum Erfassen der Rotation
des Rades auf der Basis einer Veränderung des erfaßten Erdmagnetfeldes.
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Der
vorliegenden Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, daß eine Rotation
eines Rades auf der Basis einer Veränderung des erfaßten Erdmagnetfeldes
erfolgen kann. Erfindungsgemäß wird zunächst das
Erdmagnetfeld erfaßt,
wobei das erfaßte
Erdmagnetfeld in Form eines Signals, beispielsweise einer Spannung, ausgegeben
werden kann. Wird das Erdmagnetfeld durch eine in dem Rad angeordnete
Einrichtung zum Erfassen, beispielsweise durch einen Magnetfeldsensor,
erfaßt,
so ist das Sensorausgangssignal bei Bewegung des Rades veränderlich, da
in Abhängigkeit
von der Bewegung und von einer Sensorposition das erfaßte Erdmagnetfeld
sich ändert.
Auf der Basis dieser Veränderung
des erfaßten Erdmagnetfeldes
kann nun beispielsweise ein Aktivierungssignal geliefert werden,
das beispielsweise einen Reifendrucksensor aktiviert.
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Aufgrund
der Änderung
des Sensorausgangssignals, das eine Veränderung des erfaßten Erdmagnetfeldes
charakterisiert, kann, neben einer reinen Detektion der Rotation,
auch deren Geschwindigkeit erfaßt
werden. Rotiert das Rad beispielsweise mit einer konstanten Geschwindigkeit,
so umfaßt
das Sensorausgangssignal eine Schwingung mit einer Frequenz, die
von der Rotationsgeschwindigkeit abhängt. Wird diese Frequenz nun
erfaßt,
so kann daraus auf die Rotationsgeschwindigkeit, oder, alternativ,
auf die Fahrzeuggeschwindigkeit geschlossen werden.
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Wird
zum Erfassen des Erdmagnetfeldes ein Magnetfeldsensor eingesetzt,
so ist auch eine Amplitude des von dem Sensor gelieferten Signals
bei einer Veränderung
des erfaßten
Erdmagnetfeldes, beispielsweise in Form einer induzierten Spannung,
abhängig
von der Änderungsgeschwindigkeit.
Die Änderungsgeschwindigkeit
hängt wiederum
aufgrund des Induktionsgesetzes von der Rotationsgeschwindigkeit,
oder in anderen Worten, von der Geschwindigkeit des Fahrzeugs ab.
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Ein
Vorteil der vorliegenden Erfindung besteht darin, daß eine Rotationsbewegung
eines Rades von beispielsweise einem Radsensor, in dem die erfindungsgemäße Vorrichtung
eingebaut ist, erkannt werden kann. Dies geschieht besonders energieeffizient,
da dabei keine Signale aktiv empfangen oder ausgesendet werden.
Vielmehr wird dabei das bereits permanent existierende Erdmagnetfeld
ausgenutzt. Die aufgrund der Radrotation hervorgerufene Veränderung
des erfaßten
Erdmagnetfeldes deutet bereits auf eine Radrotation hin.
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Ein
weiterer Vorteil der vorliegenden Erfindung besteht darin, daß zum Detektieren
einer Radrotation keine mechanisch verformbaren Sensoren verwendet
werden. Verglichen mit den traditionellen Konzepten weist die erfindungsgemäße Vorrichtung
daher eine höhere
Lebensdauer sowie niedrigere Kosten auf.
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Ein
weiterer Vorteil der vorliegenden Erfindung ist darin zu sehen,
daß die
Struktur der erfindungsgemäßen Vorrichtung
einfach ist. Die erfindungsgemäße Einrichtung
zum Erfassen des Erdmagnetfeldes weist eine Spule als Magnetfeldsensor auf.
Neben einer Reduktion der Komplexität wird damit erreicht, daß, verglichen
mit bekannten Konzepten nach dem Stand der Technik, die Systemkosten weiter
gesenkt werden können.
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Ein
weiterer Vorteil der vorliegenden Erfindung ist damit zu sehen,
daß der
erfindungsgemäße Ansatz
nicht nur zu einer reinen Detektion einer Rotation herangezogen
werden kann. Vielmehr ist es ebenfalls möglich, aus der Veränderung
des erfaßten Magnetfeldes
auf eine Fahrzeuggeschwindigkeit bzw. auf eine Veränderung
derselben zu schließen.
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Bevorzugte
Ausführungsbeispiele
der vorliegenden Erfindung werden nachfolgend Bezug nehmend auf
die beiliegenden Zeichnungen näher
erläutert.
Es zeigen:
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1 ein
Blockdiagramm einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zum Erfassen
einer Rotation eines Rades gemäß einem
bevorzugten Ausführungsbeispiel;
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2A ein
Ausführungsbeispiel
einer Realisierungsform der erfindungsgemäßen Einrichtung zum Erfassen
des Erdmagnetfeldes, Frontansicht;
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2B das
Ausführungsbeispiel
aus 3A, Seitenansicht;
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3 ein
Meßergebnis;
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4 ein
weiteres Meßergebnis;
und
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5 ein
Ausführungsbeispiel
eines erfindungsgemäßen Reifendrucksensorsystems;
und
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6 ein
weiteres Ausführungsbeispiel
einer Vorrichtung zum Erfassen einer Rotation eines Rades.
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1 zeigt
ein Blockdiagramm einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zum Erfassen
einer Rotation eines Rades gemäß einem
ersten Ausführungsbeispiel.
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Die
in 1 gezeigte Vorrichtung umfaßt eine Einrichtung 101 zum
Erfassen des Erdmagnetfeldes. Die Einrichtung 101 zum Erfassen
des Erdmagnetfeldes hat einen Ausgang, an dem ein Erfassungssignal
ausgebbar ist. Mit dem Ausgang der Einrichtung 101 zum
Erfassen des Erdmagnetfeldes ist eine Einrichtung 103 zum
Detektieren einer Veränderung
des erfaßten
Magnetfeldes gekoppelt. Die Einrichtung 103 zum Detektieren
der Veränderung
hat einen Ausgang 105, an dem ein Signal ausgebbar ist, das
auf die Veränderung
des erfaßten
Magnetfeldes hinweist.
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Im
folgenden wird die Funktionsweise der in 1 gezeigten
Struktur erläutert.
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Die
Einrichtung 101 zum Erfassen des Erdmagnetfeldes umfaßt als Magnetfeldsensor
eine Spule. Der Magnetfeldsensor erfaßt das (permanent vorhandene)
Erdmagnetfeld. Wird die erfindungsgemäße Vorrichtung beispielsweise
in einem Rad eingebaut, so verändert
sich bei einer Rotationsbewegung des Rades das erfaßte Erdmagnetfeld,
das in Form eines Magnetfeldsensorsignals (Erfassungssignals) ausgegeben
wird. Umfaßt
die Einrichtung 101 zum Erfassen des Erdmagnetfeldes die
bereits erwähnte
Spule als Magnetfeldsensor, so wird bei Bewegung des Rades in der
Spule eine Spannung induziert, die bereits als das Erfassungssignal
ausgebbar ist. Aufgrund des Induktionsgesetzes wird die in der Spule
induzierte Spannung von der Anzahl der Spulenwindungen, von der
das Erdmagnetfeld durchschneidenden Querschnittsfläche derselben
sowie von einer Rotationsgeschwindigkeit, d. h. der Veränderungsrate,
beeinflußt.
Wird die bereits erwähnte Spule
als Erdmagnetfeldsensor herangezogen, so kann bereits anhand eines
Vorhandenseins eines Spulenausgangssignals, das direkt das Erfassungssignal
sein kann, eine Radrotation bzw. eine Fahrzeugbewegung detektiert
bzw. erfaßt
werden.
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Die
erfindungsgemäße Einrichtung 101 zum Erfassen
des Erdmagnetfeldes kann beispielsweise einen Vorverstärker aufweisen,
um das Sensorausgangssignal zu verstärken und um das verstärkte Sensorausgangssignal
als das Erfassungssignal auszugeben.
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Unabhängig davon,
ob das Erfassungssignal das verstärkte Sensorausgangssignal umfaßt oder ob
das Erfassungssignal bereits direkt das Sensorausgangssignal ist,
ist die Einrichtung 101 zum Erfassen des Erdmagnetfeldes
prinzipiell ausgebildet, um ein Erfassungssignal zu liefern, das
die Veränderung des
erfaßten
Erdmagnetfeldes charakterisiert. An dieser Stelle soll darauf hingewiesen
werden, daß der
Begriff „Veränderung
des erfaßten
Erdmagnetfeldes" sich
nicht auf die Veränderung
des Erdmagnetfeldes selbst bezieht. Aufgrund einer Bewegung ändert sich
jedoch das erfaßte
Erdmagnetfeld aufgrund einer momentanen Radposition.
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Wie
es bereits erwähnt
worden ist, kann die erfindungsgemäße Einrichtung 101 zum
Erfassen des Erdmagnetfeldes das Erfassungssignal liefern, das neben
einem Vorhandensein einer Rotation auch eine Information über eine
Geschwindigkeit des Fahrzeugs umfaßt. Beispielsweise liefert
die Einrichtung 101 zum Erfassen des Erdmagnetfeldes ein
Erfassungssignal, das eine von der Veränderung des erfaßten Erdmagnetfeldes
abhängige
Amplitude und/oder Frequenz aufweist. Ist der Magnetfeldsensor in
Form einer Spule ausgebildet, so weist das Erfassungssignal, das
auf dem Spulenausgangssignal basiert, einen sinusförmigen Verlauf,
dessen Frequenz und Amplitude proportional zur Rotationsgeschwindigkeit
des Rades, und somit zur Geschwindigkeit des Autos sind.
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Das
Erfassungssignal wird der Einrichtung 103 zum Detektieren
der Veränderung
des erfaßten Magnetfeldes
zugeführt.
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Die
Einrichtung 103 zum Detektieren der Veränderung kann beispielsweise
ein Sensor sein, der bereits ein Vorhandensein des Erfassungssignals oder
ein Vorhandensein einer Veränderung
des Erfassungssignals zur reinen Detektion der Rotation des Rades
nutzt. Ein derartiger Detektor kann beispielsweise ein von dem Erfassungssignal
gesteuerter Transistor sein, der beispielsweise bei einem Vorhandensein
des Erfassungssignals einen Schaltkreis schließt, so daß ein durch den Transistor
fließender Strom
auf die Radrotation hinweist. Wird hingegen eine Veränderung
des Erfassungssignals zur Detektion der Radrotation herangezogen,
so kann diese Veränderung
beispielsweise detektiert werden, indem ein die Änderung anzeigendes Signal
erzeugt wird. Hierzu kann beispielsweise eine Subtraktion des momentanen
Erfassungssignals von einem Referenzerfassungssignal durchgeführt werden,
wobei das Referenzerfassungssignal das Erfassungssignal in Ruhestellung
des Rades wiedergibt. Alternativ kann hierbei eine Subtraktion des
momentanen Erfassungssignals von einem früheren Erfassungssignal durchgeführt werden,
um die Veränderung
zu detektieren.
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Soll
die Einrichtung 103 zum Detektieren jedoch neben der reinen
Radrotationsdetektion auch eine Aussage über eine Rotationsgeschwindigkeit liefern,
so kann die erfindungsgemäße Einrichtung 103 zum
Detektieren eine Einrichtung zum Auswerten des Erfassungssignals
bzw. zum Auswerten der Veränderung
des Erfassungssignals aufweisen, um basierend auf einem der auf
die Rotationsgeschwindigkeit hinweisenden Merkmale, z.B. Amplitude und/oder
Frequenz des Erfassungssignals, die Rotationsgeschwindigkeit des
Rades oder deren Veränderung
zu erfassen. Wie es bereits erwähnt
worden ist, weist das Erfassungssignal eine von der Veränderung
des erfaßten
Erdmagnetfeldes abhängige
Amplitude und/oder Frequenz auf. Basierend auf der Amplitude und/oder
Frequenz erfaßt
die in 1 nicht dargestellte Einrichtung zum Auswerten
die dazugehörige
Rotationsgeschwindigkeit des Rades bzw. eine Fahrzeuggeschwindigkeit,
die von der Rotationsgeschwindigkeit des Rades proportional abhängt.
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In 2A ist
ein Ausführungsbeispiel
einer Realisierung eines Erdmagnetfeldsensors in Form einer Spule
in Draufsicht dargestellt. 2B zeigt
eine Seitenansicht der in 2A dargestellten
Anordnung.
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In 2A ist
eine Spule 201, mit beispielsweise 200 Windungen,
auf einer Lochrasterplatine 203 montiert. Wie es aus 2A bzw. 2B ersichtlich
ist, ist die erfindungsgemäße Ausgestaltung eines
Erdmagnetfeldsensors einfach und kostengünstig. Bereits mit diesem einfachen
Ansatz lassen sich Veränderungen
des von der Spule 201 erfaßten Erdmagnetfeldes in Form
des Spulensignals detektieren.
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3 zeigt
ein Meßergebnis,
wobei bei der Messung die in 2A und 2B dargestellte
Anordnung als Erdmagnetfeldsensor herangezogen wurde. Die Spule
wurde dabei über
einen Verstärker an
ein Oszilloskop angeschlossen und um 180 Grad per Hand gedreht.
Diese Drehung per Hand sollte dabei eine Rotation des Rades simulieren.
Aufgrund des Erdmagnetfeldes und der Bewegung der Spule in dem Erdmagnetfeld
wurde eine Spannung induziert, die auf die Veränderung des erfaßten Erdmagnetfel des
hinweist. Der Spannungsverlauf 301 weist einen ersten Abschnitt 303 auf,
während
dessen die Spule nicht bewegt worden ist, wodurch ein Ruhezustand eines
Rades simuliert worden ist. Bei der Drehung der Spule entstand ein
Signalpuls 305, dessen Amplitude durch die in 3 gestrichelt
dargestellte horizontale Linie 307 gekennzeichnet ist.
Die gemessene Amplitude beträgt
etwa 50 mV bei einer Gesamtpulsdauer von 0,2 Sekunden.
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Die
rechts neben dem Diagramm angeordneten Anzeigeflächen 308 geben dabei
den Betriebsmodus des verwendeten Meßgeräts wieder.
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Wie
es bereits erwähnt
worden ist, wird bei einer kontinuierlichen Drehung des Rades anstelle des
in 3 dargestellten Pulses ein sinusförmiges Signal
(ein Sinus) entstehen. Die Frequenz und Amplitude dieses Signals
ist dabei aufgrund des Induktionsgesetzes proportional zu der Geschwindigkeit des
Autos. Die Signalform kann dabei mit Hilfe einer geeigneten Auswerteeinheit
empfangen und ausgewertet werden, um beispielsweise ein Aktivierungssignal
zu liefern, das einen Raddrucksensor „weckt". Bewegt sich das Auto beispielsweise
mit 50 km/h, so beträgt
eine Frequenz des dazugehörigen
Erfassungssignals etwa 10 Hz.
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Aufgrund
der Feldstärke
des Erdmagnetfeldes (etwa 50 μTesla)
wird gemäß der vorliegenden Erfindung
eine Spule zum Erfassen des Erdmagnetfeldes herangezogen, da das
Erdmagnetfeld vergleichbar eine hohe Feldstärke aufweist. Beispielsweise
beträgt
das maximal zulässige
magnetische Feld eines Monitors in 0,5 m Abstand nur 200 nTesla. Das
magnetische Feld eines mit 10 A durchflossenen Leiters beträgt in 1
m Abstand ebenfalls nur 200 nTesla. Die beiden obigen Vergleichswerte
liegen somit um den Faktor 250 unter der angegebenen Erdmagnetfeldstärke.
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Die
in 3 gemessene Amplitude von etwa 50 mV kann jedoch,
je nach Empfindlichkeit der an die Spule angeschlossenen Auswertegeräte, zu gering
sein. Dieses Problem kann beispielsweise gelöst werden, indem eine Empfindlichkeit
eines Niederfrequenzempfängers
(LF-Receiver), der die Spannung empfängt, um einen vorbestimmten
Faktor, z.B. um einen Faktor von 7, erhöht wird. Der Stromverbrauch würde sich
dabei nur minimal erhöhen,
beispielsweise um etwa 1 %. Eine Änderung der Empfindlichkeit des
Niederfrequenzempfängers,
der das Erfassungssignal (Spulensignal) empfängt und auswertet, kann bereits
während
einer Entwurfsphase des Niederfrequenzempfängers kostenneutral durchgeführt werden.
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Gemäß einem
weiteren Ausführungsbeispiel der
vorliegenden Erfindung kann jedoch eine höhere Signalamplitude erzielt
werden, wenn der zum Erfassen des Erdmagnetfeldes eingesetzte Magnetfeldsensor
zusätzlich
zu der Radrotation in eine weitere Rotation versetzt wird. Beispielsweise
weist hierzu die in 1 dargestellte Einrichtung 101 zum
Erfassen des Erdmagnetfeldes eine Einrichtung zum Versetzen des
Erdmagnetfeldsensors in eine weitere Rotation, um ein auf der Veränderung
des erfaßten Erdmagnetfeldes
basierendes Erfassungssignal zu erhalten, das eine höhere Amplitude
aufweist als eine Amplitude eines Erfassungssignals bei einer Deaktivierung
der Einrichtung zum Versetzen des Erdmagnetfeldsensors in die weitere
Rotation oder bei einem Nichtvorhandensein der letztgenannten Einrichtung.
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Basierend
auf dem oben geschilderten Konzept zum Erhalten eines besseren Erfassungssignals wurde
eine Messung durchgeführt,
deren Ergebnis in 4 dargestellt ist.
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Die
Messung (der Test) wurde mit der in 2A bzw.
in 2B dargestellten Spule mit einer normalen 125-kHz-Transponderspule
für ein
Reifendruckmeßsystem
(TPMS; TPMS = tire pressure measurement system).
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4 zeigt
einen Spannungsverlauf 401, der einen Impuls 403 aufweist,
wobei der Impuls 403 eine Amplitude aufweist, die durch
die in 4 dargestellte vertikale gestrichelte Linie 405 verdeutlicht ist.
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Das
in 4 aufgenommene Signal 401 wurde durch
eine Rotation der Spule mit ca. 2 Hz erzielt. Bei einer Rotation
der Spule bzw. des Rades mit 2 × 7
= 14 Hz würde
der Signalpegel 500 μVp
betragen, so daß eine
Detektion problemlos möglich
ist. Dies entspricht einer Geschwindigkeit des Autos von ca. 50
km/h. Das in 4 dargestellte Signal wurde um
den Faktor 50.000 durch einen Vorverstärker verstärkt. Das Signal an der Spule
hat eine Amplitude von 70 μVp.
Die Amplitude des Signals wurde dabei über einen Vorverstärker gemessen.
Die angezeigt Spannung fällt
daher höher
aus. Die Empfindlichkeit der üblichen
TPMS-125-kHz-Niederfrequenzempfänger
beträgt
500 μVp,
d. h. das oben abgebildete Signal wäre um einen Faktor 7 zu gering,
wenn keine erfindungsgemäße Rotation
der Spule vorgenommen worden wäre.
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Bei
der oben diskutierten Messung wurde eine Spule verwendet, die bereits
jetzt für
andere Funktionen in TMPS-Modulen eingesetzt wird, beispielsweise
als eine 125kHz-LF-Antenne (LF = low frequency). Diese dient der Übertragung
von Daten auf einer Frequenz von 125kHz. Diese Antenne kann also
doppelt verwendet werden: als eine 125kHz-Antenne und als ein Erdmagnetfeldsensor,
was zu einer Kosteneinsparung führt.
Andere Magnetfeldsensoren wären
wesentlich teurer, was deren Einsatz in Massenfertigung als fraglich
erscheinen läßt.
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Zum
Versetzen des Magnetfeldsensors in die weitere Rotation kann beispielsweise
ein elektrisch angetriebener Motor verwendet werden, der den Magnetfeldsensor
um eine Achse dreht, so daß sich
die Rotation des Rades sowie die weitere Rotation des Magnetfeldsensors
derart überlagern,
daß das
Erfassungssignal die bereits erwähnte
wünschenswerte
höhere
Amplitude aufweist.
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In 5 ist
ein Ausführungsbeispiel
eines erfindungsgemäßen Reifendrucksensorsystems
dargestellt.
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Das
in 5 dargestellte Reifendrucksensorsystem weist einen
aktivierbaren Reifendrucksensor 501, der einen Eingang 503 und
einen Ausgang 505 aufweist.
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Das
in 5 dargestellte Reifendrucksensorsystem weist eine
Einrichtung 507 zum Erfassen des Erdmagnetfeldes. Die Einrichtung 507 weist
einen Ausgang 509 auf, mit dem eine Einrichtung 511 zum
Detektieren der Veränderung
eines erfaßten Erdmagnetfeldes
gekoppelt ist. Die Einrichtung 511 zum Detektieren weist
einen Ausgang 513 auf, der mit dem Eingang 503 des
aktivierbaren Reifendrucksensors 501 gekoppelt ist.
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Im
folgenden wird die Funktionalität
der in 5 dargestellten Anordnung erklärt.
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Der
aktivierbare Reifendrucksensor 501 ist beispielsweise in
einem Rad eingebaut. Wie es bereits erwähnt worden ist, ist es, um
einen geringen Energieverbrauch zu erzielen, vorteilhaft, den Reifendrucksensor
zu aktivieren, wenn dies notwendig ist. Dies ist beispielsweise
dann der Fall, wenn das Fahrzeug in Bewegung gesetzt wird, um die
Reifendrücke
als eine sicherheitsrelevante Information an den Fahrer weiterzuleiten.
Zur Aktivierung (Wakeup) weist der aktivierbare Reifendrucksensor 501 den Eingang 503,
an den das Aktivierungssignal (Wakeup-Signal) anlegbar ist. Nach
Aktivierung mißt
der aktivierbare Reifendrucksensor den Reifendruck in dem jeweiligen
Reifen und liefert als Ergebnis Reifendruckmeßwerte über den Ausgang 505.
Die Reifendruckmeßwerte
können
beispielsweise an eine in 5 nicht
dargestellte zentrale Auswerteeinheit mittels eines Senders verschickt
werden, wobei der Sender beispielsweise ein Funksender ist.
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Zur
Aktivierung des aktivierbaren Reifendrucksensors ist es jedoch notwendig,
zu erkennen, wann das Fahrzeug in Bewegung gesetzt wird. Hierzu
kann vorteilhaft die erfindungsgemäße Vorrichtung zum Erfassen
einer Rotation eines Rades eingesetzt werden, wie sie im Zusammenhang
mit dem in 1 dargestellten Ausführungsbeispiel
bereits vorgestellt worden ist.
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Die
Vorrichtung zum Erfassen der Rotation, bestehend aus der Einrichtung 507 zum
Erfassen des Erdmagnetfeldes und der Einrichtung 511 zum Detektieren
einer Veränderung
desselben liefert über den
Ausgang 513 das Aktivierungssignal, das an den Eingang 503 des
aktivierbaren Reifendrucksensors 501 anlegbar ist. Um dieses
Konzept zu veranschaulichen, ist der Ausgang 513 der Einrichtung 511 zum Detektieren
mit dem Eingang 503 des aktivierbaren Reifendrucksensors
gekoppelt. An dieser Stelle sei jedoch darauf hingewiesen, daß diese
Kopplung lediglich eine Signalkopplung darstellt. Der Ausgang 513 kann
beispielsweise galvanisch mit dem Eingang 503 gekoppelt
sein. Dies kann beispielsweise realisiert werden, indem das Aktivierungssignal über beispielsweise
eine Leitung an den aktivierbaren Reifendrucksensor geliefert wird.
Dies ist dann von Vorteil, wenn sowohl der aktivierbare Reifendrucksensor 501 als
auch die erfindungsgemäße Vorrichtung
zum Erfassen der Rotation beispielsweise auf einem Chip integriert
und als Gesamtheit in einem Rad angeordnet sind. Alternativ ist
es jedoch ebenfalls denkbar, daß die
Einrichtung 511 zum Detektieren das Aktivierungssignal
an den aktivierbaren Reifendrucksensor 501 unter Verwendung
eines Funksenders aussendet.
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Unabhängig davon,
in welcher Form das Aktivierungssignal den aktivierbaren Reifendrucksensor 501 erreicht,
ist der aktivierbare Reifendrucksensor 501 ausgebildet,
um das Aktivierungssignal zu empfangen und, ansprechend auf das
Aktivierungssignal, um den Reifendruck zu erfassen.
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Das
in 5 dargestellte Reifendrucksensorsystem basiert
darauf, daß zu
einer Aktivierung des Reifendrucksensors 501 das Erdmagnetfeld
als Referenz für
eine Bewegung herangezogen wird. Setzt sich das Rad in Bewegung,
so verändert
sich das von dem von der Einrichtung 507 zum Erfassen des
Erdmagnetfeldes erfaßten
Magnetfeldsensor erfaßte
Magnetfeld. Dadurch wird ein Wakeup des Moduls ausgelöst und der
Reifendruck (Reifendruckmeßwerte)
via Hochfrequenzträger
an das Fahrzug übermittelt.
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In 6 ist
ein weiteres Ausführungsbeispiel eines
Reifendrucksensorsystems dargestellt.
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Das
in 6 dargestellte System umfaßt eine Spule 601,
deren Eingänge
mit einem Niederfrequenzempfänger 603 (LF-Receiver) gekoppelt
sind. Der LF-Receiver 603 dient zugleich als ein Aktivierungssignalgenerator
(Wakeup-Generator). Der LF-Receiver 603 weist einen Ausgang
auf, der mit einer logischen Schaltung 605 gekoppelt ist.
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Die
logische Schaltung 605 weist einen ersten Anschluß 607 sowie
einen zweiten Anschluß 609 auf.
Mit dem ersten Anschluß 607 der
logischen Schaltung 605 ist ein Drucksensor 611 (pressure sensor)
gekoppelt. Mit dem zweiten Anschluß 601 der logischen
Schaltung 605 ist hingegen ein Sender 613 (Transmitter)
gekoppelt. Der Transmitter 613 hat einen Ausgang, mit dem
eine Antenne 615 gekoppelt ist.
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Das
in 6 dargestellte Ausführungsbeispiel eines Reifendrucksensors
wird in seiner Gesamtheit in einem Radreifen eingesetzt. Die Spule 601 dient
dabei als niederfrequenter Magnetfeldbewegungssensor zum Erfassen
der Bewegung (Rotation) des Rades. Aufgrund der Raddrehung wird
der Spule eine Wechselspannung induziert, deren momentane Richtung
durch den in 6 dargestellten Pfeil angedeutet
ist. Das Spannungssignal wird von dem Generator 603 empfangen,
wobei der Generator 603 ausgebildet ist, um aus dem induzierten
Spannungs signal ein Signal zu generieren, das auf eine Raddrehung
hinweist, bzw. das eine Raddrehung bezüglich der Rotationsgeschwindigkeit
charakterisiert. Der Generator 603 liefert als Ausgangssignal
ein Signal an die logische Schaltung 605, das Informationen
darüber
beinhaltet, ob das Rad in Bewegung gesetzt worden ist bzw. wie hoch
die momentane Radgeschwindigkeit ist.
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Die
logische Schaltung 605 erzeugt auf der Basis des Generatorsignals
am Ausgang des Generators 603 ein Signal, das den Sensor 611 aktiviert. Der
Reifendrucksensor 611 mißt daraufhin den Reifendruck,
wobei die gemessenen Reifendruckwerte zurück an die logische Schaltung 605 gesendet
werden, so daß ein
Signal erzeugt werden kann, das beispielsweise von einer zentralen
Auswerteeinheit, die in einem Fahrzeug angeordnet ist, interpretiert
werden kann. Das Ausgangssignal der logischen Schaltung 605 wird
an den Transmitter 613 gesendet. Bei dem Transmitter 613 kann
es sich beispielsweise um einen Funksender handeln, der ein hochfrequentes Signal
erzeugt, das von der Antenne 615 an die bereits erwähnte zentrale
Auswerteinheit ausgesendet werden kann. Bei dem Transmitter 613 kann
es sich beispielsweise um einen Bluetooth-Sender handeln.
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Wie
es aus 6 hervorgeht, wird das Erdmagnetfeld erfindungsgemäß für eine Detektion
der Rotation eines Rades bei Reifendruckkontrollsystemen eingesetzt,
um ein Wakeup-Signal zu generieren. Wie es aus obigen Ausführungen
deutlich hervorgeht, ist die Erdmagnetfeldstärke ausreichend, um auch einfache
Spulen zum Erfassen des Erdmagnetfeldes einzusetzen. Dies impliziert
auch, daß bereits
in fertigen Reifendrucksystemen vorhandene Spulen, die beispielsweise
als die bereits erwähnten 125kHz-LF-Antennen
oder 125kHz-Transponderspulen eingesetzt werden, auch dazu verwendet
werden können,
um gleichzeitig ein Aktivierungssignal (Wakeup) basierend auf einer
Ausnutzung der Veränderung
des erfaßten
Erdmagnetfeldes zu erzeugen. Dies kann mit geringen Kosten bereits
bei einer Fertigung des Moduls berücksichtigt werden. Erfindungsgemäß fallen
dabei in diesem Fall keine zusätzlichen
externen Bauteile an, so daß das
Wakeup-Signal kostenneutral erzeugt werden kann.
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- 101
- Einrichtung
zum Erfassen des Erdmagnetfeldes
- 103
- Einrichtung
zum Detektieren einer Veränderung
des erfaßten
Magnetfeldes
- 105
- Ausgang
- 201
- Spule
- 203
- Lochrasterplatine
- 301
- Spannungsverlauf
- 303
- erster
Abschnitt des Spannungsverlaufs 301
- 305
- Impuls
- 307
- Amplitude
- 308
- Anzeigeflächen
- 401
- Spannungsverlauf
- 403
- Impuls
- 405
- Amplitude
- 501
- aktivierbarer
Reifendrucksensor
- 503
- Eingang
- 505
- Ausgang
- 507
- Einrichtung
zum Erfassen des Erdmagnetfeldes
- 509
- Ausgang
- 511
- Einrichtung
zum Detektieren einer Veränderung
des erfaßten
Magnetfeldes
- 513
- Ausgang
- 601
- Spule
- 603
- Niederfrequenzempfänger
- 605
- logische
Schaltung
- 607
- erster
Anschluß
- 609
- zweiter
Anschluß
- 611
- Reifendrucksensor
- 613
- Sender
- 615
- Antenne