DE10003832A1

DE10003832A1 - Measuring instrument for curve inclination of motorcycle has gyrosensor and acceleration sensor provided in vertical direction of motorcycle to detect rotating rate and resulting acceleration

Info

Publication number: DE10003832A1
Application number: DE2000103832
Authority: DE
Inventors: Rudolf Schubach
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2000-01-28
Filing date: 2000-01-28
Publication date: 2001-08-02

Abstract

A gyrosensor (2) and an acceleration sensor (1) are provided in vertical direction of a motorcycle to respectively detect the rotating rate of the motorcycle along longitudinal axis X, and resulting acceleration from gravitation and radial acceleration. A microcomputer (4), plugs with cable (5) and other electrical and electronic components are fastened to a PCB (3). The PCB produces electrical connections between the contacts of all components and of a housing (7) to the frame (9) of the motorcycle in accordance with x, y, and z coordinates.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Gerät und eine Vorrichtung zum kontinuier lichen Messen der Kurvenneigung von Motorrädern und anderen Zweirädern und ein Verfahren zur dynamischen Korrektur von Meßfehlern.The present invention relates to an apparatus and a device for continuous measuring the curve inclination of motorcycles and other two-wheelers and a method for the dynamic correction of measurement errors.

In bekannten Geräten zur Messung der Kurvenneigung bei Motorrädern werden Präzisionskreisel, Laserkreisel und verwandte Systeme der Trägheitsnavigation eingesetzt, die fest montiert an den Fahrzeugrahmen periodisch Meßwerte für die Kurvenneigung mit hinreichender Genauigkeit abgeben.In known devices for measuring the curve inclination in motorcycles Precision gyroscope, laser gyroscope and related inertial navigation systems used, the periodically measured values for the permanently mounted on the vehicle frame Provide curve inclination with sufficient accuracy.

Der offensichtliche Nachteil dieser Lösung besteht darin, daß die mit diesen Systemen verbundenen Kosten den Einbau in der Serienfertigung nicht zulassen.The obvious disadvantage of this solution is that it does System-related costs do not allow installation in series production.

Ein Ansatz zur Lösung dieser Problematik zielt nun darauf, mit einem Beschleuni gungssensor die resultierende Beschleunigung aus Gravitation und Radialbe schleunigung in der Kurve zu messen.One approach to solving this problem is now to accelerate the resulting acceleration from gravitation and radial loading to measure acceleration in the curve.

Der offensichtliche Nachteil dieser Lösung besteht darin, daß mit dieser Messung lediglich der Betrag, nicht aber das Vorzeichen des Neigungswinkels bestimmt werden kann, und daß der temperatur- und fertigungsabhängige Offset dieser Sensoren 10% bis 20% des Meßbereiches ausmachen kann. Damit ist dieser Ansatz geeignet das Überschreiten von Grenzwerten bei Kurvenneigung größer +/-30° anzuzeigen, bei Geradeausfahrt und geringen Kurvenneigungen ist dies jedoch viel zu ungenau. Daneben können Bodenwellen, Schlaglöcher und andere Fahrbahneinflüsse die Messung völlig unbrauchbar machen.The obvious disadvantage of this solution is that with this measurement only the amount, but not the sign of the angle of inclination is determined can be, and that the temperature and production-dependent offset this Sensors can make up 10% to 20% of the measuring range. So this is Approach suitable for exceeding limit values with curve inclination larger Display +/- 30 °, this is when driving straight ahead and with slight bends however far too imprecise. In addition, bumps, potholes and others Road influences make the measurement completely useless.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, eine Schaltung vorteilhaft auszubilden, mit der die immanenten Fehler bei Empfindlichkeit und Offset von Beschleunigungssensoren und Gyroskopen (Sensoren für die Drehrate) auch während der Fahrt vermindert und nach Messung rechnerisch so korrigiert werden, daß die Genauigkeit der Winkelmessung mit etwa +/-5° ausreicht, um die Drehlage des Fahrscheinwerfers unabhängig von der Kurvenneigung stets horizontal zu regeln, oder um den Wert der Kurvenneigung als Regelgröße an ein Antiblockiersystem oder eine Antischlupfregelung zu geben und damit die aktive Fahrsicherheit zu erhöhen, oder um den Blinker nach dem Zurücklegen eines bestimmten Kurvenwinkels wieder auszuschalten, oder um auch einen Sturz zu erkennen und Schutzvorrichtungen wie etwa einen Airbag auszulösen und den Motor abzuschalten. The object of the present invention is therefore to provide a circuit advantageous with which the inherent errors in sensitivity and offset of Acceleration sensors and gyroscopes (sensors for the rotation rate) too reduced while driving and mathematically corrected after measurement be that the accuracy of the angle measurement with about +/- 5 ° is sufficient to the turning position of the headlights is always independent of the curve inclination to regulate horizontally, or to set the value of the curve inclination as a control variable To give anti-lock braking system or an anti-slip control and thus the active To increase driving safety, or to turn the indicator after driving one certain curve angle to turn off again, or to fall too recognize and trigger protective devices such as an airbag and the Switch off the engine.

Diese Aufgabe wird mit den kennzeichnenden Teilen durch den Patentanspruch (1) gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Gerätes ergeben sich aus den Maßnahmen in den abhängigen Ansprüchen.This object is achieved with the characterizing parts by the claim (1) solved. Advantageous embodiments of the device according to the invention result from the measures in the dependent claims.

Die erfindungsgemäße Anordnung von einem oder mehreren Gyrosensoren zum Messen der Drehung um die Fahrzeuglängsachse, einem Beschleunigungssensor zum Messen der resultierenden Beschleunigung und einem integrierten Mikrorechner hat nunmehr im Vergleich zu bislang bekannten Lösungen den Vorteil, daß während der Fahrt die numerische Integration der Drehrate aus den Gyrosensoren als Wert für die Kurvenneigung verwendet werden kann, unabhängig von Bodenwellen und anderen dynamischen Fahrbahneinflüssen, und damit auch das Vorzeichen der Kurvenneigung bekannt ist. Weiterhin erweist es sich als vorteilhaft, daß als Gyrosensor mikromechanische arbeitende Sensoren verwendet werden können, wie sie zum Beispiel in Videokameras eingesetzt werden. Sie werden kostengünstig hergestellt, haben jedoch eine relativ hohe Temperaturabhängigkeit. Durch Einbau eines zweiten, typgleichen Gyrosensors, mit der Meßrichtung antiparalell zu der des ersten, wird durch Subtraktion der Meßwerte diese Temperaturabhängigkeit weitgehend kompensiert und die Empfindlichkeit verdoppelt. Ebenso ist es vorteilhaft, daß ein Verfahren beschrieben wird, daß die Dynamik des Kurvenfahrens benutzt, um den Offset des Gyrosensors zu bestimmen. Hierbei wird ausgenutzt, daß der Meßwert des Beschleunigungssensors monoton, aber nicht linear von dem Neigungswinkel abhängt, während der Gyrosensor diese Abhängigkeit nicht hat. Damit kann die Drift des Wertes für den Winkel aus den Gyrosensoren in kurzen Abständen kompensiert werden, daß die Genauigkeit etwa +/-5° erreicht.The arrangement according to the invention of one or more gyro sensors for Measuring the rotation around the vehicle's longitudinal axis, an acceleration sensor to measure the resulting acceleration and an integrated Microcomputer now has the compared to previously known solutions Advantage that the numerical integration of the rotation rate from the Gyro sensors can be used as a value for the curve inclination independent of bumps and other dynamic road influences, and thus the sign of the curve inclination is known. Furthermore, it proves to be advantageous that the gyro sensor is micromechanical working sensors can be used, such as in Video cameras are used. They are manufactured inexpensively however a relatively high temperature dependence. By installing a second, gyro sensor of the same type, with the measuring direction antiparallel to that of the first by subtracting the measured values this temperature dependence largely compensated and the sensitivity doubled. It is also advantageous that a method is described that dynamics of cornering is used to determine the offset of the gyro sensor. This takes advantage of the fact that the measured value of the acceleration sensor is monotonous, but does not depend linearly on the angle of inclination while the gyro sensor does not have this dependency. This allows the drift of the value for the angle the gyro sensors are compensated at short intervals that the Accuracy approximately +/- 5 ° reached.

Weitere Vorteile sowie Einzelheiten des erfindungsgemäßen Gerätes ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispieles anhand der beiliegenden Figuren.Further advantages and details of the device according to the invention result itself from the following description of an exemplary embodiment of the enclosed figures.

Dabei zeigtIt shows

Fig. 1 eine Ausführungsform des erfindungsgemäßen Gerätes; Fig. 1 shows an embodiment of the device according to the invention;

Fig. 2 eine weiter Ausführungsform des erfindungsgemäßen Gerätes; Fig. 2 shows a further embodiment of the apparatus according to the invention;

Fig. 3 das Koordinatensystem des erfindungsgemäßen Gerätes; Fig. 3 the coordinate system of the device according to the invention;

Fig. 4 die Beschleunigungskräfte und Neigungswinkel; Fig. 4, the acceleration forces and inclination angle;

Fig. 5 den Verlauf der resultierenden Beschleunigung über dem Neigungswinkel; Fig. 5 shows the course of the resultant acceleration to the inclination angle;

Fig. 6 den Meßwert des Gyrosensors über der Drehrate; Fig. 6 is the measured value of the gyro sensor to the rotation rate;

Fig. 7 einen schematisierten Schaltplan des erfindungsgemäßen Gerätes in einer Ausführungsform; Fig. 7 is a schematic circuit diagram of the device according to the invention in one embodiment;

Fig. 8 einen Zeitverlauf eines Meßwertes eines Beschleunigungssensors; Fig. 8 is a timing chart of a measured value of an acceleration sensor;

Fig. 9 einen Zeitverlauf zur Kurbelwelle des Motors synchroner Signale; Fig. 9 is a time course to the crankshaft of the engine synchronous signals;

Fig. 10 einen schematisierten Schaltplan eines Schaltungsdetails des erfindungsgemäßen Gerätes in einer Ausführungsform; FIG. 10 is a schematic circuit diagram of circuit details of the device according to the invention in one embodiment;

Fig. 11 einen weiteren schematisierten Schaltplan des Gyrosensors des erfindungsgemäßen Gerätes in einer Ausführungsform; Figure 11 is a further schematic diagram of the gyro sensor of the device according to the invention in one embodiment.

Fig. 12 einen weiteren schematisierten Schaltplan des Beschleunigungs sensors des erfindungsgemäßen Gerätes; FIG. 12 is a further schematic diagram of the acceleration sensor of the device according to the invention;

Fig. 13 einen Zeitverlauf der Meßwerte zum Erkennen eines Sturzes; FIG. 13 is a time course of the measured values for detecting a crash;

In Fig. 1 ist eine erste Ausführungsform des erfindungsgemäßen Gerätes dreidimensional dargestellt. Das Gehäuse 7 ist fest an ein oder mehrere Rahmenteile 9 oder damit fest verbundene Teile eines zweirädrigen Motorrades montiert und definiert damit die Richtung der Empfindlichkeit der Sensoren 1, 2 auf einer Platine 3 und die elektrischen Verbindungen der Bauteile 1, 2, 4, 5. Ein handelsüblicher Gyrosensor 2 mißt die Drehung um die Längsachse des Fahrzeuges X und der Beschleunigungssensor 1 die resultierende Beschleunigung in Richtung der Aufsetzpunkte der Räder auf die Fahrbahn-ZM. Über einen mehrpoligen Stecker 5 und Kabel werden weitere elektrische Signale REF_K, Tacho und Strom für die Energieversorgung zugeführt und Meßergebnisse analog oder digital, elektrisch an andere Systeme Geräte oder Sicherheits einrichtungen weitergegeben.In Fig. 1 a first embodiment of the device according to the invention three-dimensionally. The housing 7 is fixedly mounted on one or more frame parts 9 or parts of a two-wheel motorcycle that are firmly connected thereto and thus defines the direction of the sensitivity of the sensors 1 , 2 on a circuit board 3 and the electrical connections of the components 1 , 2 , 4 , 5 . A commercial gyro sensor 2 measures the rotation about the longitudinal axis X of the vehicle and the acceleration sensor 1, the resulting acceleration in the direction of the placement points of the wheels to the road-ZM. Via a multi-pin connector 5 and cable, further electrical signals REF _K , tachometer and current are supplied for the energy supply and measurement results are passed on analog or digital, electrical to other systems, devices or safety devices.

Ferner sind dargestellt ein integrierter Mikrokontroller 4 für die Berechnung der Ergebnisse und die Steuerung des Ablaufes und ein Schwingungen dämpfendes Element 6, das die Platine 3 mit dem Gehäuse 7 verbindet. Es können weitere elektrische, elektronische oder mechanische Bauteile auf der Platine 3 angeordnet sein.Furthermore, an integrated microcontroller 4 for the calculation of the results and the control of the process and a vibration-damping element 6 are shown , which connects the circuit board 3 to the housing 7 . Further electrical, electronic or mechanical components can be arranged on the circuit board 3 .

In Fig. 2 ist eine weitere Ausführungsform des erfindungsgemäßen Gerätes dargestellt. In Ergänzung zu Fig. 1 ist ein weiterer Gyrosensor 8 auf der Platine 3 so angeordnet, daß er Drehungen um die Längsachse X des Fahrzeuges registriert, jedoch ist er antiparalell zu dem Gyrosensor 2 ausgerichtet und mißt damit bei gleichsinniger Drehung beider Sensoren 2, 8 diese mit umgekehrten Vorzeichen.In Fig. 2 shows another embodiment of the device according to the invention. In addition to Fig. 1, a further gyro sensor 8 is arranged on the board 3 so that it registers rotations about the longitudinal axis X of the vehicle, but it is aligned antiparallel to the gyro sensor 2 and thus measures these when the two sensors 2 , 8 rotate in the same direction with opposite sign.

Weiter ist ein Beschleunigungssensor 10 dargestellt, der die Messung für zwei zueinander orthogonale Achsen ZM, X in einem Bauelement ermöglicht. Dieser ist so angeordnet, daß er zum einen die Beschleunigung in Richtung ZM und zum anderen in Fahrtrichtung x ermöglicht. Daraus ergibt sich, daß es unerheblich ist in welcher Kombination die Sensoren für Bewegung und/oder Drehung in ein Gehäuse integriert werden, maßgeblich ist alleine die Verfügbarkeit der Meßwerte für die Drehung um X und die resultierende Beschleunigung in Richtung ZM.Furthermore, an acceleration sensor 10 is shown, which enables the measurement for two mutually orthogonal axes ZM, X in one component. This is arranged so that it enables acceleration in the direction of the ZM on the one hand and in the direction of travel x on the other. The result of this is that it is irrelevant in which combination the sensors for movement and / or rotation are integrated in a housing; the only decisive factor is the availability of the measured values for the rotation around X and the resulting acceleration in the direction of the ZM.

In Fig. 3 ist ein orthogonales Koordinatensystem X, Y, Z dargestellt, wobei die Ebene, die von X und Y beschrieben wird, der Fahrbahn entspricht, X der momentanen Fahrtrichtung und damit der Längsachse des Zweirades und Z der Lotrechten zur Fahrbahn. ZM ist die Lotrechte des Zweirades und der Winkel ϕ beschreibt die Kurvenneigung von ZM gegen Z bei Drehung um die Längsachse X.In Fig. 3, an orthogonal coordinate system X, Y, Z is shown, wherein the plane described by X and Y corresponds to the road, X the current direction of travel and thus the longitudinal axis of the two-wheeler and Z the perpendicular to the road. ZM is the perpendicular of the two-wheeler and the angle ϕ describes the inclination of the curve from ZM to Z when rotating about the longitudinal axis X.

Fig. 4 zeigt das Vektordiagramm der Beschleunigungskräfte. Die Gravitation G kann hier als konstant angenommen werden, während die Radialbeschleunigung ay aus der Kurvenfahrt des Motorrades folgt und durch die Neigung um den Winkel ϕ ausgeglichen wird. R beschreibt die resultierende Kraft in Richtung ZM, die mit dem Beschleunigungssensor 1, 10 gemessen wird. Fig. 4 shows the vector diagram of the acceleration forces. The gravitation G can be assumed to be constant here, while the radial acceleration ay follows from the cornering of the motorcycle and is compensated for by the inclination by the angle ϕ. R describes the resulting force in the direction ZM, which is measured with the acceleration sensor 1 , 10 .

Mit dem Satz von Pythagoras und G = 9,81 m/s² kann
With the Pythagorean theorem and G = 9.81 m / s ² can

ay = (R² - G²)^-2 (1)
ay = (R ² - G ² ) ^-2 (1)

und ebenfalls
And also

ϕ = arcsin(ay/G) (2)
ϕ = arcsin (ay / G) (2)

bestimmt werden.be determined.

Fig. 5 zeigt den Verlauf R(ϕ) der resultierenden Kraft R über dem Neigungs winkel ϕ. Mit der oben dargestellten Beziehung müßte damit für jeden plausiblen Wert von R der Betrag des Winkels ϕ berechnet werden können. In Anwesenheit eines positiven Offsets R_Offset wird aus dem Graphen R(ϕ) der neue R*(ϕ). Damit ergibt ein Meßwert A einen Neigungswinkel ϕ*, anstelle des wahren Winkels ϕ mit dem das Motorrad gerade durch die Kurve fährt. Gerade bei Geradeausfahrt mit kleinem ϕ kann bereits ein kleiner Offset größere Winkelfehler bewirken, während die Genauigkeit mit wachsendem ϕ zunimmt. Ferner wird gezeigt, daß R(ϕ) im normalen Betrieb theoretisch nicht kleiner 1 G werden kann, es sei denn, R_Offset wird negativ, Bodenwellen erzeugen eine zusätzliche Beschleunigung oder die Haftreibung der Räder geht verloren und die Gleichungen aus Fig. 4 gelten nicht mehr. Fig. 5 shows the course R (ϕ) of the resulting force R over the inclination angle ϕ. With the relationship shown above, the amount of the angle ϕ should be able to be calculated for each plausible value of R. In the presence of a positive offset R _offset , the graph R (ϕ) becomes the new R * (ϕ). A measured value A thus gives an angle of inclination ϕ * instead of the true angle ϕ at which the motorcycle is driving through the curve. Especially when driving straight ahead with a small ϕ, even a small offset can cause larger angle errors, while the accuracy increases with increasing ϕ. It is also shown that R (ϕ) theoretically cannot become less than 1 G in normal operation unless R _offset becomes negative, bumps generate additional acceleration or the static friction of the wheels is lost and the equations from FIG. 4 do not apply more.

Fig. 6 zeigt, wie ein Offset G_Offset den Meßwert des Gyrosensors 2, 8 verschiebt, aber auch, daß GS nur von der Drehrate um X, nicht aber von ϕ abhängt. Die numerische Integration oder fortlaufende Summation zeitdiskreter Werte von GS über der Zeit wird damit ein Maß für die Änderung der Kurvenneigung WG über einem meßbaren und damit bekannten Zeitraum, wobei die Genauigkeit mit der Korrektur des Offset gesteigert wird. Fig. 6 shows how an offset G _offset shifts the measured value of the gyro sensor 2 , 8 , but also that GS depends only on the yaw rate by X and not on ϕ. The numerical integration or continuous summation of time-discrete values of GS over time thus becomes a measure of the change in the curve inclination WG over a measurable and thus known period of time, the accuracy being increased with the correction of the offset.

In Fig. 7 ist ein schematisierter Stromlaufplan des erfindungsgemäßen Gerätes dargestellt. Die beiden Gyrosensoren 2, 8 sind vorteilhaft vom gleichen Typ und haben damit ein sehr ähnliches Temperaturverhalten. Durch die Subtraktion ihrer Meßwerte, die auch mit anderen Mitteln als dem Operationsverstärker 11, erfolgen kann, wird der temperaturabhängige Teil des Offsets vernachlässigbar klein, und die Schaltung kann über einen weiten Temperaturbereich betrieben werden. Vorteilhaft bei diesem Vorgehen ist, daß die Empfindlichkeit für die Drehrate verdoppelt wird und Reserven für Fehler geringer gehalten werden können und damit der Auflösungsbereich des Analog/Digitalwandlers AD1 des Mikrokontrollers 4 ganz ausgeschöpft werden kann. Die Übertragung des Meßwertes der Gyrosensoren 2, 8 könnte jedoch auch digital, z. B. codiert im Tastverhältnis eines periodischen Digitalsignals erfolgen, wie dies bei dem Beschleunigungssensor 10 der Fall ist. Ebenso können statt der Beschleunigungssensoren 1, 10 auch andere Typen eingesetzt werden, die einen analogen Meßwert bereitstellen. FIG. 7 shows a schematic circuit diagram of the device according to the invention. The two gyro sensors 2 , 8 are advantageously of the same type and therefore have a very similar temperature behavior. By subtracting their measured values, which can also be done by means other than the operational amplifier 11 , the temperature-dependent part of the offset is negligibly small and the circuit can be operated over a wide temperature range. An advantage of this procedure is that the sensitivity to the rotation rate is doubled and reserves for errors can be kept lower and the resolution range of the analog / digital converter AD1 of the microcontroller 4 can thus be fully utilized. However, the transmission of the measured value of the gyro sensors 2 , 8 could also be digital, e.g. B. coded in the duty cycle of a periodic digital signal, as is the case with the acceleration sensor 10 . Likewise, instead of the acceleration sensors 1 , 10 , other types can also be used which provide an analog measured value.

Über den Stecker 13.1 werden Energie und andere Signale zugeführt. Das Signal REF_K gibt einen kurzen Puls je Umdrehung der Kurbelwelle des Verbrennungs motors des Zweirades in definierter Phasenlage zur Kurbelwelle. Die Mittelung der Meßwerte der Sensoren 1, 2, 8, 10 über eine Umdrehung des Motors ermöglicht es störende Einflüsse von Vibrationen weitgehend zu eliminieren. Die Mittelung kann erfolgen, indem gemäß Fig. 10 mit Hilfe einer PLL in einem bekannten Verhältnis ein Vielfaches von REF_K als CL_SAMPLE erzeugt wird und mit diesem Takt die Abtastung und Summation (Fig. 11 und Fig. 12) für eine Periode von REF_K erfolgt und diese Summe anschließend durch dieses Vielfache geteilt wird. Statt dessen kann auch die Zahl der Abtastungen für eine Periode von REF_K gezählt und die ermittelte Summe durch diese Zahl geteilt werden. Dies ist vorteilhaft bei der Realisierung in einem Mikrokontroller 4.Energy and other signals are supplied via the connector 13.1 . The signal REF _K gives a short pulse per revolution of the crankshaft of the combustion engine of the two-wheeler in a defined phase to the crankshaft. Averaging the measured values of sensors 1 , 2 , 8 , 10 over one revolution of the motor makes it possible to largely eliminate disturbing influences from vibrations. The averaging can be done by in FIG. 10 by means of a PLL in a known ratio is a multiple of REF _K as CL _SAMPLE is generated, and with this clock, the sampling and summation (Fig. 11 and Fig. 12) for a period of REF _K takes place and this sum is then divided by this multiple. Instead, the number of samples for a period of REF _{K can also be} counted and the determined sum divided by this number. This is advantageous when implemented in a microcontroller 4 .

Die dargestellten Maßnahmen dienen dem Gewinnen möglichst stabiler Sensorwerte 1, 2, 8, 10, die jedoch im laufenden Fahrbetrieb korrigiert werden müssen. Insbesondere ist ein Startwert für die Integration der Drehrate zu ermitteln und in kurzen Zeitabständen zu korrigieren, um die Drift der Integration zu kompensieren. The measures shown serve to obtain sensor values 1 , 2 , 8 , 10 which are as stable as possible, but which have to be corrected while driving. In particular, a starting value for the integration of the rotation rate has to be determined and corrected at short intervals in order to compensate for the drift of the integration.

Nach dem Einschalten der Zündung beginnt das erfindungsgemäße Gerät zu arbeiten und es wird angenommen, daß das Motorrad seine Lage nicht wesentlich verändert und nahezu senkrecht steht. Damit kann ausgesagt werden, daß die Integration über den Meßwert DWG des oder der Gyrosensoren 1, 8 für eine kurze Zeit, etwa 0,1 Sekunde ist ausreichend, eine Winkeländerung WG von 0° ergeben sollte und jeder abweichende Wert durch den Offset G_OFFSET verursacht wird. Damit ist WG dividiert durch die Meßdauer ein erster Korrekturwert für G_OFFSET und kann über den Digital/Analogwandler 27, das Register 28 als Startwert der Mittelung oder sinngemäß in dem Datenspeicher des Mikrokontrollers 4 gespeichert und dann verwendet werden. Weiter kann ausgesagt werden, daß der Meßwert R(ϕ) des Beschleunigungs sensors 1, 10 in dieser Situation 1 G betragen muß. Die Differenz von R(ϕ) und 1 G ergibt damit den Korrekturwert für R_OFFSET der über die Register 29, 30 in der Schaltung oder im gleichwertigen Programm des Mikrokontrollers wirksam wird.After switching on the ignition, the device according to the invention begins to work and it is assumed that the motorcycle does not change its position significantly and is almost vertical. It can thus be stated that the integration via the measured value DWG of the gyro sensor (s ) 1 , 8 for a short time, approximately 0.1 second is sufficient, should result in an angle change WG of 0 ° and that any deviating value is caused by the offset G _OFFSET becomes. WG is thus divided by the measurement duration, a first correction _value for G _OFFSET and can be _stored via the digital / analog converter 27 , the register 28 as the starting value of the averaging or, analogously, in the data memory of the microcontroller 4 and then used. It can also be stated that the measured value R (ϕ) of the acceleration sensor 1 , 10 must be 1 G in this situation. The difference between R (ϕ) and 1 G thus gives the correction _value for R _OFFSET which is _effective via registers 29 , 30 in the circuit or in the equivalent program of the microcontroller.

Selbst wenn das Motorrad während dieser Prozedur auf dem Seitenständer, also schräg steht, kann dies erkannt werden, weil es vor dem Anfahren senkrecht gestellt werden muß, und dies durch Wiederholen der Prozedur erkannt und die Korrekturwerte nachgeführt werden.Even if the motorcycle is on the side stand during this procedure, so stands at an angle, this can be recognized because it is vertical before moving off must be made, and this is recognized by repeating the procedure and the Correction values are updated.

Der Startwert für die Integration von DWG ist gleich 0° und ϕ ist gleich dem momentanen Wert W dieser Integration. Durch andauernde Integration ist damit p stets bekannt. Allerdings können die Störeinflüsse nicht ganz beseitigt werden, so daß mit einer Drift von etwa 1° pro Sekunde gerechnet werden muß, die es laufend zu korrigieren gilt.The initial value for the integration of DWG is 0 ° and ϕ is the same current value W of this integration. Through ongoing integration, p always known. However, the interference can not be completely eliminated, so that a drift of about 1 ° per second must be expected Correction is essential.

Das Signal TACHO ist ein der Geschwindigkeit des Motorrades proportionales analoges oder digitales Signal. Seine Auswertung erlaubt es, den Stillstand oder das Fahren des Zweirades nach dem Einschalten der Zündung zu erkennen und nach Beginn der Fahrt die dynamische Kalibrierung vorzunehmen. The TACHO signal is proportional to the speed of the motorcycle analog or digital signal. Its evaluation allows the standstill or recognize the driving of the two-wheeler after switching on the ignition and perform the dynamic calibration after the start of the journey.

Wie später gezeigt wird, kann ein Meßwert für die Geschwindigkeit auch anders bestimmt werden und das Signal TACHO ersetzen.As will be shown later, a measured value for the speed can also be different be determined and replace the signal TACHO.

Im Gegensatz zur Drift von W sind der Offset und die Verstärkung der Sensoren 1, 2, 8, 10 langsam veränderliche Werte. Die Veränderung der Verstärkung ist dabei so gering, daß sie nahezu vernachlässigt werden kann.In contrast to the drift of W, the offset and the gain of sensors 1 , 2 , 8 , 10 are slowly changing values. The change in the gain is so small that it can almost be neglected.

Das Verfahren zur Bestimmung des Offsetwertes beruht auf zwei Ansätzen. Zum Einen fährt ein Zweirad im Mittel über eine längere Zeit immer senkrecht, genauso wie der Fahrer es "in die Kurve legt", richtet er es beim Verlassen der Kurve wieder auf. Daß heißt, das Integral W für diese Zeit über die Meßwerte des Gyrosensors 2, 8 muß ohne Drift 0° betragen, oder wenn bei größeren Schräglagen der aus der Resultierenden R(ϕ) ermittelte Winkel ϕ(R) hinreichend genau ermittelt werden kann, gleich ϕ(R) sein. Damit wird der Korrekturwert für den Offset
The procedure for determining the offset value is based on two approaches. On the one hand, a two-wheeler always drives vertically over a long period of time, just as the driver "puts it in the curve", he straightens it up again when he leaves the curve. That means that the integral W for this time over the measured values of the gyro sensor 2 , 8 must be 0 ° without drift, or if the angle ϕ (R) determined from the resulting R (ϕ) can be determined with sufficient accuracy, the same ϕ (R). This is the correction value for the offset

KG_n = (ϕ(R) - W_n)/T (3)
KG _n = (ϕ (R) - W _n ) / T (3)

und
and

G_OFFSET(n + 1) = G_OFFFSET(n) + KG_n (4)G _OFFSET (n + 1) = G _OFFFSET (n) + KG _n (4)

Zum Anderen ist der Einfluß der Drift von W um so geringer, je kürzer die Zeit ist, über die integriert wird, oder um so genauer wird der gemessene Winkel WG
On the other hand, the influence of the drift of W is smaller, the shorter the time over which integration takes place, or the more accurate the measured angle WG becomes

WGµ = ΣDWGµ . Δt mit µ = 1 bis m (5)
WGµ = ΣDWGµ. Δt with µ = 1 to m (5)

bestimmt werden. WG kann also zum Beispiel beim Einfahren in eine Kurve bestimmt werden, wenn das Motorrad in die Kurve geneigt wird. Dabei entspricht zum Zeitpunkt µ = 1 die Kurvenneigung dem Winkel ϕA und zum Zeitpunkt µ = m dem Winkel ϕB, wie es auch in Fig. 13 dargestellt ist.be determined. WG can thus be determined, for example, when entering a curve when the motorcycle is tilted into the curve. At the time µ = 1, the curve inclination corresponds to the angle 1A and at the time µ = m to the angle ϕB, as is also shown in FIG. 13.

Mit der so gewonnenen Genauigkeit der Messung, kann der Winkel der Kurvenneigung ϕ über die Beschleunigungssensoren 1, 10 sehr viel genauer bestimmt und in kurzen Zeitabständen von etwa 1 bis 3 Sekunden für die Korrektur des durch Integration gewonnen Neigungswinkels W verwendet werden.With the accuracy of the measurement obtained in this way, the angle of the curve inclination ϕ can be determined much more precisely via the acceleration sensors 1 , 10 and used in short time intervals of approximately 1 to 3 seconds for the correction of the inclination angle W obtained by integration.

Die periodische Korrektur von G_OFFSET erhöht die Genauigkeit des erfindungs gemäßen Gerätes und paßt ihn darüber hinaus an Veränderungen der Betriebs- und Umgebungstemperatur an.The periodic correction of G _OFFSET increases the accuracy of the device according to the _{Invention and also adapts} it to changes in the operating and ambient temperature.

Über den Stecker 13.2 werden elektrische Signale oder geschaltete Ströme ausgegeben. Er kann mit dem Stecker 13.1 eine bauliche Einheit bilden. Dabei kann der ermittelte Wert für den Neigungswinkel digital parallel über die Leitungen ϕ0 bis ϕ5, digital im Tastverhältnis eines periodischen Signals, digital seriell und analog als Spannung oder eingeprägter Strom auf der Leitung WA bereitgestellt werden.Electrical signals or switched currents are output via the connector 13.2 . It can form a structural unit with the plug 13.1 . The determined value for the angle of inclination can be provided digitally in parallel via lines ϕ0 to ϕ5, digitally in the duty cycle of a periodic signal, digitally in series and analogue as voltage or impressed current on line WA.

Über ein optionales Display 12 kann der Neigungswinkel visuell dargestellt werden.The angle of inclination can be shown visually via an optional display 12 .

Das Signal ZERO zeigt dem Mikrokontroller 4 oder einer funktional gleich wertigen, elektronischen Schaltung die neutrale Drehlage des Fahrscheinwerfers oder eine andere, definierte Drehlage an, während das Signal LICHT das Ein- und Ausschalten des Scheinwerfers steuert. Die Ergänzung um ein Signal zum Schalten zwischen Fern- und Abblendlicht ist ebenfalls möglich. Die Signale L+ und L- können z. B. einen Schrittmotor je Takt um einen Schritt nach links bzw. rechts steuern und so die Drehlage des Fahrscheinwerfers entsprechend der Kurvenneigung nachführen, so daß der Lichtkegel immer horizontal ausgerichtet ist. Damit wird während der Kurvenfahrt auf der einen Seite die Verkürzung des Leuchtfeldes vermieden und andererseits der Gegenverkehr nicht geblendet.The ZERO signal indicates to the microcontroller 4 or a functionally equivalent electronic circuit that the headlight is in the neutral rotational position or another defined rotational position, while the LIGHT signal controls the switching on and off of the headlight. It is also possible to add a signal to switch between high and low beams. The signals L + and L- can e.g. B. control a stepper motor per cycle by one step to the left or right and thus adjust the rotational position of the headlights according to the curve inclination so that the light cone is always aligned horizontally. This avoids shortening the illuminated field on the one hand while cornering and on the other hand does not blind oncoming traffic.

Durch Verstärkung der Signale L+ und L-, etwa durch je einen Leistungs transistor kann der Schrittmotor oder ein anderer Stellantrieb auch direkt betrieben werden. By amplifying the signals L + and L-, for example by one power each transistor, the stepper motor or another actuator can also directly operate.

Über die Taster oder Schalter 14 werden die Signale "Blinker Links Einschalten" BL, "Blinker Rechts Einschalten" BR und "Blinker Ausschalten" BOFF erzeugt und dem Mikrokontroller 4 zugeführt und sind hinreichend, um daraus mit einer bekannten Zeitsteuerung die elektrischen Signale "Blinker links Ein" BSL bzw. "Blinker Rechts Ein" BSR zu erzeugen, die ihrerseits nach Verstärkung durch einen Leistungsschalter, wie etwa ein Relais 15, die Blinkerlampen auch direkt treiben können.The buttons "Turn on left turn signal" BL, "Turn on right turn signal" BR and "Turn off turn signal" BOFF are generated via the buttons or switches 14 and fed to the microcontroller 4 and are sufficient to produce the electrical signals "turn signal left" with a known time control To generate a "BSL or" right turn signal "BSR, which in turn, after amplification by a circuit breaker, such as a relay 15 , can also drive the turn signal lamps directly.

Bekannt sind Schaltungen, die Blinker nach Ablauf einer bestimmten Zeit oder nach dem Zurücklegen einer bestimmten Strecke automatisch auszuschalten. Mit Gleichung (2) kann jedoch auch die Radialbeschleunigung ay aus W oder ϕ berechnet werden und die Geschwindigkeit v ist mit dem Signal Tacho verfügbar. Ebenfalls gilt die Gleichung
Circuits are known which automatically switch off the turn signals after a certain time has elapsed or after a certain distance has been covered. With equation (2), however, the radial acceleration ay can also be calculated from W or ϕ and the speed v is available with the speedometer signal. The equation also applies

ay = v²/r . sign(W) (6)
ay = v ² / r. sign (W) (6)

mit dem Radius r der gefahrenen Kurve. Der zurückgelegte Kurvenwinkel Ψ entspricht nun
with the radius r of the driven curve. The curve angle Ψ covered now corresponds

Ψ = 2 . π . r/v . t. (7)Ψ = 2. π. r / v. t. (7)

Mit Einsetzen von ay und Diskretisierung folgt daraus
With the onset of ay and discretization it follows

Ψ_n = Σ(2 . π . v_n)/ay_n. Δt (8)
Ψ _n = Σ (2. Π. V _n ) / ay _n . Δt (8)

für n = 1 bis n = N.for n = 1 to n = N.

Damit wird fortlaufend ein aktueller Wert für den seit dem Setzen des Blinkers (n = 1) zurückgelegten Kurvenwinkel verfügbar und der Blinker kann nach Überschreiten eines vorgegebenen Wertes erfindungsgemäß abgeschaltet werden, wenn zu erwarten ist, daß das Abbiegen auch erfolgt ist. Mit Berücksichtigung des Vorzeichens von W(sign) wird das Fahren einer Links- bzw. Rechtskurve unterschieden. So kann der rechte Blinker nach dem Fahren einer Rechtskurve und sinngemäß der linke Blinker nach einer Linkskurve ausgeschaltet werden.This continuously updates the current value for the indicator that has been set since the turn signal was set (n = 1) traveled corner angles available and the turn signal can Exceeded a predetermined value switched off according to the invention if the turn is expected to have occurred. Taking into account the sign of W (sign), driving a left- or right curve distinguished. So the right turn signal after driving a right turn and the left turn signal after a left turn turned off.

Darüber hinaus wird es mit dem erfindungsgemäßen Gerät möglich, einen Sturz oder das Umfallen des Motorrades zu erkennen, wie es im Zeitverlauf der Fig. 14 ersichtlich ist. Denn ein Sturz durch Verlust der Reifenhaftung oder anderweitig herbeigeführtes Umkippen, also eine Drehung des Motorrades um die Längsachse X, zeichnet sich durch zwei Kennzeichen aus. Die auf den Beschleunigungssensor 1, 10 wirkende Gravitation ist wegen der bereits erfolgten Drehung um 60° bis 90° nicht mehr meßbar und allenfalls ist die aus der Gleitreibung resultierende, negative Beschleunigung wirksam. Damit wird der gemessene Wert R sehr viel kleiner als 1 G. Gleichzeitig wird die gemessene Kurvenneigung W etwa ±60° bis 90° betragen, ein Neigungswinkel, der im normalen Fahrbetrieb nicht erreicht wird. Durch Vergleich von R und W gegen Grenzwerte und die logische UND-Verknüpfung der Ergebnisse wird das Signal STURZ ermittelt und elektrisch weiter gemeldet. Es kann benutzt werden, um den Motor auszuschalten oder weitere aktive Sicherungseinrichtungen, wie etwa einen Airbag zu aktivieren.In addition, the device according to the invention makes it possible to detect a fall or the motorcycle falling over, as can be seen in the course of time in FIG. 14. Because a fall due to loss of tire grip or otherwise caused tipping, i.e. a rotation of the motorcycle about the longitudinal axis X, is characterized by two characteristics. The gravitation acting on the acceleration sensor 1 , 10 is no longer measurable because of the rotation that has already taken place by 60 ° to 90 ° and at most the negative acceleration resulting from the sliding friction is effective. The measured value R thus becomes very much less than 1 G. At the same time, the measured curve inclination W will be approximately ± 60 ° to 90 °, an angle of inclination which is not reached in normal driving operation. By comparing R and W against limit values and logically ANDing the results, the STURZ signal is determined and reported electrically. It can be used to switch off the engine or to activate other active safety devices such as an airbag.

Ebenso ist es von Vorteil, wenn mit dem Beschleunigungssensor 10 oder einem anderen eindimensionalen Beschleunigungssensor ein Maß für die Beschleunigung X in Fahrtrichtung X verfügbar ist. In Verbindung mit REF_K, oder einem anderen drehzahlabhängigen Signal, wird durch Messen der Frequenz und Multiplikation mit einem Faktor die Geschwindigkeit des Motorrades bestimmt. Entsprechend dem Übersetzungsverhältnissen im Antriebsstrang gibt es für jeden Gang einen solchen konstanten Faktor. Nur im Leerlauf und während des Gangwechsels, durch Betätigen der Kupplung, trifft dies nicht zu. Mit der letzten gemessenen Geschwindigkeit als Startwert ergibt die Integration über die Beschleunigung X einen Schätzwert für die Geschwindigkeit v. Wenn der Kraftschluß wieder hergestellt ist, wird durch Vergleich der entsprechend den Faktoren und Drehzahl möglichen Geschwindig keiten mit der extrapolierter Geschwindigkeit festgestellt, welcher Gang gewählt wurde und mit dem zugehörigen Faktor v wieder mit der Drehzahl synchronisiert.It is also advantageous if a measure of the acceleration X in the direction of travel X is available with the acceleration sensor 10 or another one-dimensional acceleration sensor. In conjunction with REF _K , or another speed-dependent signal, the speed of the motorcycle is determined by measuring the frequency and multiplying it by a factor. There is such a constant factor for each gear in accordance with the transmission ratios in the drive train. This is not the case only when idling and when changing gears by operating the clutch. With the last measured speed as the starting value, the integration via the acceleration X gives an estimated value for the speed v. When the frictional connection is restored, it is determined by comparing the possible speeds according to the factors and speed with the extrapolated speed, which gear was selected and synchronized with the associated factor v again with the speed.

Dieses Verfahren ist nicht nur vorteilhaft, um das Signal TACHO und die damit verbundenen Teile und Kosten einzusparen, sondern gerade im Bereich großer Verzögerungen, in denen das Antiblockiersystem (ABS) anspricht, bietet es dem ABS eine Referenzgeschwindigkeit, unabhängig von den gebremsten und damit geregelten Reifen, um die Bremswirkung zu optimieren. Über die elektrische leitende Verbindung VAUS wird die so ermittelte Geschwin digkeit analog oder digital an andere Systeme übermittelt.This method is not only beneficial to the TACHO signal and thus save connected parts and costs, but especially in the area of large It offers delays in which the anti-lock braking system (ABS) responds ABS a reference speed, regardless of the braked and therefore regulated tires to optimize the braking effect. The speed determined in this way is via the electrically conductive connection VAUS transmitted to other systems in analog or digital form.

Fig. 8 zeigt den Zeitverlauf des Ausgangssignales des Beschleunigungssensors 10. Der Meßwert ist in dem Tastverhältnis codiert und kann entsprechend dem Meßbereich des Sensors interpretiert werden. Fig. 8 shows the time course of the output signal of the acceleration sensor 10. The measured value is coded in the duty cycle and can be interpreted according to the measuring range of the sensor.

Fig. 9 zeigt den Zeitverlauf des Signals REF_K synchron zur Kurbelwelle und den Takt CL_SAMPLE für die Abtastung der Sensoren 1, 2, 8, 10 als Vielfaches von REF_K FIG. 9 shows the time _curve of the signal REF _K synchronous to the crankshaft and the clock CL _SAMPLE for the scanning of the sensors 1 , 2 , 8 , 10 as a multiple of REF _K

Fig. 10 zeigt eine Prinzipschaltung zur Erzeugung von CL_SAMPLE als ein Vielfaches von REF_K in einem bekannten, ganzzahligen Verhältnis. Fig. 10 shows a schematic circuit for generating CL _SAMPLE than a multiple of _K REF in a known integer ratio.

In Fig. 11 ist ein weiteres Detail des schematisierten Stromlaufplans des erfindungsgemäßen Gerätes dargestellt. Der Offset des Gyrosensors 2 wird durch einen ladbaren Korrekturwert mit dem Digital-/Analogwandler 27 kompensiert. Ein Addierer mit Akkumulator 18 kann mit einem Korrekturwert für G_Offset 28 geladen werden und summiert dann mit dem Takt CL_SAMPLE für eine Periode von REF_K die digitalisierten Meßwerte des Gyrosensors 2.In Fig. 11 is a more detailed schematic of the circuit diagram is shown of the device according to the invention. The offset of the gyro sensor 2 is compensated for by a loadable correction value with the digital / analog converter 27 . An adder with accumulator 18 can be loaded with a correction _value for G _offset 28 and then sums the digitized measurement values of the gyro sensor 2 with the clock CL _SAMPLE for a period of REF _K.

In Fig. 12 ist eine weitere Variante des schematisierten Stromlaufplans des erfindungsgemäßen Gerätes dargestellt. Zu Beginn jeder Meßperiode wird ein Zähler mit einem Startwert aus dem Register 29 geladen. Bei bekannter Periodendauer des Sensorsignals 1 werden die Takte einer festen Frequenz während der Zeit S (Fig. 8) gemessen. Nach Ablauf von S entspricht der Zählerstand dem Wert der Beschleunigung 1. In dem Akkumulator 19 erfolgt die Summation für eine Periode von REF_K. FIG. 12 shows a further variant of the schematic circuit diagram of the device according to the invention. At the beginning of each measurement period, a counter with a start value is loaded from register 29 . If the period of the sensor signal 1 is known , the clocks of a fixed frequency are measured during the time S ( FIG. 8). After S has expired, the counter reading corresponds to the value of acceleration 1 . In the accumulator 19 , the summation takes place for a period of REF _K.

Claims

1. Electronic device and device for the periodic measurement of the curve inclination of motorcycles while driving, consisting of a microcomputer 4 , plug with cable 5 , other electrical and electronic components and a circuit board 3 , which produces the electrically conductive connections between the contacts of all components and a housing 7 which is attached to a frame element 9 of the motorcycle according to the coordinates x, y, z, characterized in that at least one gyro sensor 2 , for measuring the rate of rotation about the vehicle longitudinal axis X and at least one acceleration sensor 1 , for measuring the resultant R from gravitation and radial acceleration in the direction of the perpendicular ZM of the motorcycle are provided.

2. Electronic device according to claim 1, characterized in that at least one further gyro sensor 8 is mounted on the board 3 such that its orientation -X is exactly opposite to that of the gyro sensor 2 , and that its output signal, evaluated via resistors and other electronic Components, serves as a reference for the output signal of the gyro sensor 2 in an operational amplifier 11 , and the difference thus largely eliminates the temperature-dependent drift of the sensors 2 , 8 and the sensitivity is doubled.

3. Electronic device according to claim 1 or 2, characterized in that the acceleration sensor 1 is replaced by an in two mutually orthogonal dimensions measuring acceleration sensor 10 , or is supplemented with at least one further acceleration sensor, so that additionally the acceleration in the direction of travel X of the vehicle is measured and that the acceleration sensors 1 , 10 can deliver an analog or alternatively digital output signal.

4. Electronic device according to at least one of the above claims, characterized in that a synchronous to the crankshaft of the internal combustion engine signal REF _{K is} electrically connected to the circuit via a plug 13 and so the disruptive influence of the speed and load-dependent vibrations by arithmetic averaging 18 , 19 of the sensor signals R, DWG is significantly reduced over one motor revolution by multiplying REF _K with a PLL 16 and a counter 17 by a defined factor and thus as clock CL _SAMPLE the analog or digital sampling of the sensor signals 1 , 2 , 8 , 10 controls, or that the number of samples CL _{SAMPLE is counted} during a period of REF _K and used for the averaging.

5. Electronic device according to at least one of the above claims, characterized in that at least one correction value for the offset of the one or more gyro sensors 2 , 8 is determined mathematically, which in the digital / analog converter 27 generates an analog signal which evaluates over different Electrical components, such as resistors, correct the measured value as the summand of the operational amplifier 11 .

6. Electronic device according to at least one of the above claims, characterized in that at least one electrical signal, analogously to the angle of the curve inclination, is connected in an electrically conductive manner to at least one plug 13 with other devices or displays in the vehicle, and this signal WA optionally analog can be coded as voltage or current, digitally serial or in the duty cycle of a periodic signal, or digitally coded in parallel over several electrically conductive connections ϕ0. , , , ϕ5 is output.

7. Electronic device according to at least one of the above claims, characterized in that at least two electrical lines L +, L-, via at least one connector 13 are electrically connected to an actuator for the rotational position of at least one headlight, and above the rotational position of the headlight is changed in accordance with the change in the curve inclination, for example with a motor or stepper motor, in such a way that the rotational position of the headlight remains virtually horizontal regardless of the curve inclination.

8. Electronic device according to at least one of the above claims, characterized in that a loss of grip of the tires while driving or tipping over the motorcycle by comparing the measured value R in a memory 19 , or accordingly in the microcontroller 4 , is determined with a selectable limit value 22 and that if at the same time the inclination angle DWG in the register 18 indicates a sufficient inclined position by comparison against a positive and negative limit value, a fall is detected and this is reported as a signal to downstream systems via an electrically conductive connection via at least one of the plugs 13 , for example, to stop the engine, ignite an airbag or take other safety measures.

9. Electronic device according to at least one of claims (1) to (6), characterized in that a signal proportional to the speed of the motorcycle TACHO is electrically connected via at least one connector 13 to the circuit, and the value of the signal of a frequency, corresponds to a voltage or a current.

10. Electronic device according to at least one of the above claims, characterized in that the angle of the driven curve is calculated from the speed and curvature of the two-wheeler, and that at least one electrical signal BL, BR indicates the start or duration of the flashing and with the Flashing begins to measure the cornering angle traveled until a limit value is reached or exceeded, and that reaching a cornering angle leads to the turn-off of the turn signal and this signal is connected in an electrically conductive manner to the control of the turn signals via at least one plug 13 or, reinforced by Circuit breakers, such as relays 15.1 15.2, directly drive the left turn signals via the BSL electrical line and right turn signals via the BSR electrical line and switch them off directly.