DE102005018484A1

DE102005018484A1 - Verfahren zur Detektierung einer Überschlaggefahr eines Fahrzeugs, insbesondere eines Motorrads, während eines Bremsvorgangs

Info

Publication number: DE102005018484A1
Application number: DE102005018484A
Authority: DE
Inventors: Hans-Albert Wagner
Original assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Current assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Priority date: 2005-04-21
Filing date: 2005-04-21
Publication date: 2006-10-26

Abstract

Verfahren zur Detektierung einer Überschlaggefahr eines Fahrzeugs, insbesondere eines Motorrads, während eines Bremsvorgangs mit folgenden Schritten: DOLLAR A - Ermitteln einer Längsbeschleunigung, wobei die Längsbeschleunigung eine Beschleunigung in Richtung einer fahrzeugfesten Längsachse ist, DOLLAR A - Ermitteln einer Vertikalbeschleunigung des Fahrzeugs, wobei die Vertikalbeschleunigung eine Beschleunigung in Richtung einer fahrzeugfesten Hochachse ist, DOLLAR A - Bilden eines Quotienten aus den beiden gemessenen Beschleunigungen und DOLLAR A - Erkennen einer Überschlaggefahr, wenn der Quotient in einem vorgegebenen kritischen Wertebereich liegt.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Detektierung einer Überschlaggefahr eines Fahrzeugs, insbesondere eines Motorrads, während eines Bremsvorgangs, gemäß den Merkmalen des Patentanspruches 1.

Bei Fahrzeugen, bei denen der Schwerpunkt in Bezug auf die Länge des Radstands relativ hoch liegt, was z. B. bei Motorrädern der Fall ist, besteht bei starken Bremsungen die Gefahr, dass das bzw. die Hinterräder von der Fahrbahn abheben und das Fahrzeug sich nach vorne überschlägt. Aus dem Stand der Technik sind eine Vielzahl von Verfahren bekannt, mit denen die Gefahr des Abhebens der Hinterräder detektiert werden kann.

Die DE 196 25 341 A1 beschreibt eine Bremsanlage, insbesondere für Nutzfahrzeuge, bei der der Bremsdruck an der Hinterachse in Abhängigkeit vom Beladungszustand begrenzt wird, so dass bei Leerfahrten Überbremsungen der Hinterachse, d. h. ein Blockieren der Hinterräder vermieden wird.

Aus der DE 42 00 440 A1 ist ein Verfahren zur Bremskraftregelung von Motorrädern bekannt. Ziel ist es, das Abheben des Hinterrads bei Bremsvorgängen zu verhindern. In Abhängigkeit von den durch Raddrehzahl sensoren gemessenen Drehzahlen bzw. Beschleunigungen des Vorderrads und des Hinterrads wird der Bremsdruck am Vorderrad in kritischen Situationen abgesenkt.

Zusätzlich zu der DE 42 00 440 A1 sind eine Vielzahl weiterer Druckschriften bekannt, bei denen die Überschlaggefahr durch Auswertung von Raddrehzahlsignalen überwacht wird.

Aus der DE 198 44 540 A1 ist ein Verfahren bekannt, bei dem mittels Drehratensensoren die Drehung des Fahrzeugs um die Vorderachse überwacht wird. Durch Integration kann aus den Drehraten der Neigungswinkel des Fahrzeugaufbaus ermittelt werden.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein weiteres Verfahren zur Detektierung einer Überschlaggefahr eines Fahrzeugs während eines Bremsvorgangs anzugeben, das alternativ oder redundant zu herkömmlichen Verfahren eingesetzt werden kann.

Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Patentanspruches 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung sind den Unteransprüchen zu entnehmen.

Das Grundprinzip der Erfindung besteht darin, mittels zweier Beschleunigungssensoren, die am Fahrzeugaufbau, z. B. am Rahmen des Motorrads angeordnet sind, die Beschleunigung des Fahrzeugaufbaus in zwei voneinander geometrisch unabhängigen Richtungen zu messen. So kann ein erster Beschleunigungssensor vorgesehen sein, mittels dem die Beschleunigung des Fahrzeugaufbaus in eine Längsrichtung des Fahrzeugaufbaus gemessen wird und ein zweiter Beschleunigungssensor, mittels dem die Beschleunigung parallel zu einer Hochachse des Fahrzeugaufbaus gemessen wird. Unter dem Begriff „Längsrichtung" ist beispielsweise eine Richtung zu verstehen, die bei unbeladenem Fahrzeug parallel zur Fahrbahn ist. Unter dem Begriff „Hochachse" kann eine Richtung verstanden werden, die bei unbeladenem Fahrzeug senkrecht zur Fahrbahn ist.

Alternativ dazu kann unter dem Begriff „Längsrichtung" bzw. „x-Richtung" eine Richtung verstanden werden, die bei beladenem Fahrzeug, das beschleunigungsfrei mit konstanter Geschwindigkeit fährt, parallel zur Fahrbahn ist. Unter dem Begriff „Hochachse" kann ganz allgemein eine Richtung verstanden, die senkrecht zu der als Längsrichtung bzw. zu der als x-Richtung definierten Richtung ist. Die „Hochachse" wird im folgenden auch als „z-Achse" bezeichnet.

Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass das Verhältnis zweier in geometrisch unabhängigen Richtungen gemessener Beschleunigungen des Fahrzeugaufbaus zumindest näherungsweise zur Abschätzung der Gefahr eines Fahrzeugüberschlags nach vorne verwendet werden kann.

Gemäß der Erfindung wird aus den beiden gemessenen Beschleunigungen ein Quotient gebildet. Bei einer Geradeausfahrt des Fahrzeugs kann der Quotient unmittelbar als Maß dafür verwendet, ob ein „kritischer" oder „unkritischer" Fahrzustand vorliegt, d. h., ob die Gefahr des Abhebens des Hinterrad besteht oder nicht. Wenn der Quotient in einem vorgegebenen kritischen Wertebereich liegt, dann wird die entsprechende Fahrsituation als kritisch angesehen und der Bremsdruck am Vorderrad verringert, was dazu führt, dass sich die momentane Neigung des Fahrzeugs, sich nach vorne zu überschlagen, verringert. Wenn der Quotient in einem unkritisch angesehenen Wertebereich liegt, wird der dem Bremssystem vom Fahrer vorgegebene Bremsdruck nicht verändert.

In abgewandelter Form kann das oben beschriebene Verfahren auch dann angewendet werden, wenn sich das Motorrad in Schräglage, d. h. in Kurvenfahrt befindet. Dies wird später noch näher erläutert.

Im folgenden wird die Erfindung im Zusammenhang mit der einzigen 1 näher erläutert.
1 zeigt in stark schematisierter Form ein Motorrad 1 mit einem Vorderrad 2 und einem Hinterrad 3, das bereits von der Fahrbahn abgehoben ist. Am „Fahrzeugaufbau" ist eine Sensoranordnung 4 vorgesehen, welche Beschleunigungen des Fahrzeugaufbaus misst. Die Sensoranordnung 4 kann beispielsweise am Rahmen des Motorrads angeordnet sein. Wesentlich ist, dass die Sensoranordnung 4 Beschleunigungen des Fahrzeugaufbaus misst und nicht etwa andere, damit mehr oder weniger stark korrelierende physikalische Größen, wie z. B. Raddrehzahlzahlsignale.
Die Sensoranordnung 4 weist einen ersten Beschleunigungssensor auf, der die Beschleunigung des Fahrzeugaufbaus in x-Richtung misst und einen zweiten Beschleunigungssensor, der die Beschleunigung des Fahrzeugaufbaus in z-Richtung misst. Die x-Richtung ist eine Richtung parallel zu einer Längsachse des Motorradaufbaus. Die x-Achse weist in Fahrtrichtung nach vorne. Die z-Achse ist bei dem hier gezeigten Ausführungsbeispiel orthogonal zur x-Achse. Sie ist somit parallel zu einer Hochachse des Motorradaufbaus. Die z-Achse weist in Richtung zur Fahrbahn 5 nach unten.
1 beschreibt die physikalischen Zustände bei einer Bremsung bei Geradeausfahrt. Bei Geradeausfahrt vereinfacht sich das Problem physikalisch auf einen zweidimensionalen Fall. Bei einer starken Bremsung, bei dem das Hinterrad sich unmittelbar vor dem Abheben befindet bzw. bereits abgehoben ist, greifen am Motorrad folgende Kräfte an.
Im Schwerpunkt S des Motorrads 1 greift die Gewichtskraft G = m·g an. Die Gewichtskraft G ist parallel zum Vektor der Erdanziehungskraft g, der in 1 mit dem Bezugszeichen 6 gekennzeichnet ist. Bei dem hier gezeigten Fall, bei dem das Motorrad 1 stark abgebremst wird und die Längs- bzw. x-Achse des Motorrads um einen Winkel α gegenüber der Fahrbahn 5 geneigt ist, lässt sich die Gewichtskraft G in eine Komponente G_X und eine Komponente G_z zerlegen, wobei gilt G_x = G·sin α und G_z = G·cos α.
Da das Hinterrad 3 des Motorrads sich unmittelbar vor dem Abheben befindet bzw. bereits von der Fahrbahn 5 abgehoben ist, wird die gesamte Gewichtskraft des Motorrads über den Radaufstandspunkt des Vorderrads 2 abgestützt. Die Radaufstandskraft F_V am Vorderrad 2 entspricht also der Gewichtskraft G = m·g.
Am Radaufstandspunkt des Vorderrads 2 greift ferner eine Bremskraft F_B an. Die Bremskraft F_B wirkt parallel zur Fahrbahn.
Die am Radaufstandspunkt des Vorderrads 2 angreifenden Kräfte F_V und F_B können jeweils in eine Komponente parallel zur x-Achse und eine Komponente parallel zur z-Achse zerlegt werden.
Stellt man die Kräftegleichgewichte in x-Richtung und in z-Richtung auf, so ergeben sich folgende Gleichungen: –FB·cos α – m·g·sin α + m·g·sin α = m·d2x/dt2 –m·g·cos α + FB·sin α + m·g·cos α = m·d2z/dt2
Fasst man die beiden Gleichungen zusammen, so ergibt sich folgende Gleichung: tan α = –d2z/dt2/d2x/dt2.
Der „Abhebewinkel α", d. h. der Neigungswinkel des Fahrzeugaufbaus gegenüber der Fahrbahn ist also eine Funktion der Längsbeschleunigung d²x/dt² und der Vertikalbeschleunigung d²z/dt².
In Abhängigkeit von den geometrischen Verhältnissen eines konkreten Fahrzeugs können Wertebereiche für α bzw. tan α vorgegeben werden, die als kritisch bzw. unkritisch angesehen werden. Ergibt das Verhältnis der Längs- und Vertikalbeschleunigung einen Wert, der in dem als kritisch vorgegebenen Wertebereich liegt, so wird definitionsgemäß davon ausgegangen, dass das Hinterrad 3 des Motorrads zum Abheben neigt bzw. dass die Gefahr eines Überschlags nach vorne besteht. Wenn eine Abhebe- bzw. Überschlaggefahr detektiert wird, kann vorgesehen sein, dass der Bremsdruck am Vorderrad 2 durch die Bremselektronik (nicht dargestellt) automatisch abgesenkt wird.
Sofern sich das Motorrad in Kurvenfahrt befindet, kann das oben beschriebene Verfahren in modifizierter Weise angewendet werden. Bei Kurvenfahrt handelt es sich um ein dreidimensionales physikalisches Problem. Zusätzlich zur Gewichtskraft und der am Vorderrad angreifenden Radaufstandskraft und der Vorderradbremskraft, wirken auf das Motorrad in Radialrichtung die Zentrifugalkraft und in entgegengesetzter Richtung die Seitenführungskraft.
Bei Geradeausfahrt ist die in z-Richtung gemessene Beschleunigung im wesentlichen gleich der Erdbeschleunigung g. Wie aus 1 ersichtlich ist, kann die gemessene Vertikalbeschleunigung aufgrund des beim Bremsen auftretenden Neigungswinkels α etwas kleiner als g sein. Aufgrund von Störungen, wie z. B. Fahrbahnunebenheiten kann die gemessene Vertikalbeschleunigung kurzzeitig aber auch etwas größer als g sein.
Bei einer Kurvenfahrt hingegen, kann die gemessene Vertikalbeschleunigung deutlich größer sein, da nämlich die Zentrifugalkraft durch eine Schräglage des Motorrads abgestützt wird und sich somit die in z-Richtung gemessene Beschleunigung aus der vektoriellen Addition der Erdbeschleunigung und der Zentrifugalbeschleunigung ergibt. Bei hohen Geschwindigkeiten bzw. bei engen Kurvenradien kann die in z-Richtung gemessene Beschleunigung während der gesamten Zeitspanne des Durchfahrens der Kurve einen Wert annehmen, der deutlich größer als die Erdbeschleunigung g ist. Die „Dif ferenz" zwischen der in z-Richtung gemessenen Beschleunigung und der Erdbeschleunigung resultiert, wie bereits erläutert, primär aus der Zentrifugalbeschleunigung. Folglich muss der für die Beurteilung der real bestehenden „Abhebegefahr" verwendete z-Beschleunigungswert entsprechend „korrigiert" werden.
Wenn die in z-Richtung gemessene Beschleunigung nicht nur für Sekundenbruchteile, wie dies beim Überfahren von Fahrbahnunebenheiten der Fall ist, sondern während einer längeren Zeitspanne größer als die Erdbeschleunigung g ist, dann kann dies als Kurvenfahrt interpretiert werden. Wenn auf diese Weise sensorisch eine Kurvenfahrt „erkannt" wird, kann vorgesehen sein, dass der „z-Beschleunigungswert" gleich der Erdbeschleunigung oder gleich einem vorgegebenen Wert gesetzt wird, der etwas kleiner als die Erdbeschleunigung ist.
Dieser „modifizierte z-Beschleunigungswert" kann dann wieder ins Verhältnis mit dem Längsbeschleunigungswert gesetzt werden. Wenn der „modifizierte Beschleunigungsquotient" in einem vorgegebenen kritischen Bereich liegt, dann wird davon ausgegangen, dass Gefahr besteht, dass das Hinterrad abhebt. Liegt der modifizierte Beschleunigungsquotient hingegen in einem vorgegebenen als unkritisch angesehenen Wertebereich, dann wird der Fahrzustand des Motorrads als unkritisch angesehen und es erfolgt kein Bremseingriff.
Es sei ausdrücklich darauf hingewiesen, dass das oben beschriebene Verfahren auch redundant eingesetzt werden kann. Zusätzlich zur Auswertung zweier geometrisch unabhängiger Beschleunigungen des Fahrzeugaufbaus kann die Abhebe- bzw. Überschlaggefahr auch mittels eines Drehwinkelgebers überwacht werden. Beispielsweise kann am Fahrzeugaufbau ein Drehratensensor vorgesehen sein, welcher die Winkelgeschwindigkeit des Fahrzeugsaufbaus um eine Fahrzeugquerachse, d. h. um eine zur Hinterachse des Motorrads parallele Achse misst. Durch Integration der Winkel geschwindigkeit des Fahrzeugaufbaus kann der beim Bremsen auftretende Neigungswinkel des Fahrzeugs rechnerisch ermittelt werden. Bei Überschreiten eines vorgegebenen Neigungswinkels ist davon auszugehen, dass das Hinterrad abhebt bzw. dass Überschlaggefahr besteht. Bei Erkennen einer Überschlaggefahr kann vorgesehen sein, dass der Bremsdruck am Vorderrad durch die Bremselektronik verringert wird.
Ausdrücklich sei ferner darauf hingewiesen, dass Raddrehzahlsignale redundant ausgewertet werden können. So kann z.B. aus den von ABS-Sensoren gemessenen Raddrehzahlsignalen eine Beschleunigung parallel zur Fahrbahn in Fahrtrichtung ermittelt werden. Diese Beschleunigung entspricht bei geringen „Abhebewinkeln" näherungsweise der von dem fahrzeugfesten Beschleunigungssensor gemessenen Beschleunigung in x-Richtung. Sollte aufgrund von Störungen momentan oder dauerhaft kein Beschleunigungssignal von dem fahrzeugfesten Beschleunigungssensor in x-Richtung vorliegen, könnte die von ABS-Sensoren gemessene Beschleunigung in Fahrtrichtung des Motorrads näherungsweise als Beschleunigung in x-Richtung angesehen werden.

Claims

Verfahren zur Detektierung einer Überschlaggefahr eines Fahrzeugs, insbesondere eines Motorrads, während eines Bremsvorgangs, mit folgenden Schritten: – Ermitteln einer Längsbeschleunigung (d²x/dt²), wobei die Längsbeschleunigung (d²x/dt²) eine Beschleunigung in Richtung einer fahrzeugfesten Längsachse (x) ist, – Ermitteln einer Vertikalbeschleunigung (d²z/dt²) des Fahrzeugs, wobei die Vertikalbeschleunigung (d²z/dt²) eine Beschleunigung in Richtung einer fahrzeugfesten Hochachse (z) ist, – Bilden eines Quotienten aus den beiden gemessenen Beschleunigungen (d²x/dt², d²z/dt²), und – Erkennen einer Überschlaggefahr, wenn der Quotient in einem vorgegebenen kritischen Wertebereich liegt.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass für die Bildung des Quotienten ein modifizierter Vertikalbeschleunigungswert verwendet wird, der kleiner als die ermittelte Vertikalbeschleunigung (d²z/dt²) ist, wenn die ermittelte Vertikalbeschleunigung (d²z/dt²) größer als die Erdbeschleunigung (g) ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass für die Bildung des Quotienten ein modifizierter Vertikalbeschleunigungswert verwendet wird, der kleiner oder höchstens gleich der Erdbeschleunigung (g) ist, wenn die ermittelte Vertikalbeschleunigung (d²z/dt²) größer als die Erdbeschleunigung ist.