DE102005028995A1 - Method for driving dynamics control and vehicle dynamics control for motorized single-track vehicles - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Fahrdynamikregelung für motorisierte Einspurfahrzeuge, welches Kamera-Bildsequenzen im Hinblick auf den Schräglagenwinkel p und/oder den Nickwinkel des Fahrzeugs zur Fahrbahn auswertet. Abhängig von dem erkannten Schräglagenwinkel p und/oder dem Nickwinkel werden Regelschwellen eines elektrohydraulischen oder elektromechanischen Bremsensteuergeräts angepasst. Weiterhin betrifft die Erfindung einen Fahrdynamikregler für motorisierte Einspurfahrzeuge, mit einem elektrohydraulischen ode elektromechanischen Bremsensteuergerät mit einer Steuerelektronik und Speicher für Fahrdynamikregelprogramm, mit einer Kamera in Fahrtrichtung sowie einer Bildsequenz-Auswerte-Einrichtung, wobei der Fahrdynamikregler neben einem Standard-ABS-TCS-Regler (60) einen ersten Block (72) zur Schätzung des Nickwinkels und der Nickgeschwindigkeit, einen zweiten Block (73) zur Schätzung des Schräglagenwinkels und einen Gefahrenrechner (80) zur Berechnung von Regelschwellen umfasst.The invention relates to a method for driving dynamics control for motorized single-track vehicles, which evaluates camera image sequences with regard to the bank angle p and / or the pitch angle of the vehicle to the road. Control thresholds of an electrohydraulic or electromechanical brake control device are adapted depending on the recognized inclination angle p and / or the pitch angle. Furthermore, the invention relates to a driving dynamics controller for motorized single-track vehicles, with an electrohydraulic or electromechanical brake control unit with control electronics and memory for driving dynamics control program, with a camera in the direction of travel and an image sequence evaluation device, the driving dynamics controller in addition to a standard ABS TCS controller ( 60) comprises a first block (72) for estimating the pitch angle and the pitching speed, a second block (73) for estimating the bank angle and a hazard calculator (80) for calculating control thresholds.
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Fahrdynamikregelung für motorisierte Einspurfahrzeuge gemäß Oberbegriff von Anspruch 1 und einen Fahrdynamikregler für motorisierte Einspurfahrzeuge gemäß Anspruch 18.The The invention relates to a method for driving dynamics control for motorized Single-track vehicles according to the preamble of claim 1 and a vehicle dynamics controller for motorized single-track vehicles according to claim 18th
Das
Motorrad hat sich im Laufe der letzten Jahrzehnte von einem billigen
Fortbewegungsmittel zu einem Freizeitgefährt entwickelt, bei dem auch vermehrt
die Sicherheit des Fahrers in den Vordergrund gerückt wird. Ähnlich wie
bei den Automobilen vor einigen Jahren werden immer mehr Motorräder mit
Anti-Blockiersystemen (ABS) ausgerüstet. Aus der
Aus
der
Um eine derartige Beurteilung des Fahrzeugverhaltens durchführen zu können, ist es erforderlich, den Nickwinkel des Fahrzeugs zu kennen. Dabei ist keine große Genauigkeit oder Auflösung des absoluten Nickwinkels im Raum oder relativ zur Fahrbahn gefordert; es ist vielmehr wichtig, den Verlauf des Nickwinkels zu verfolgen.Around Carry out such an assessment of the vehicle behavior can, it is necessary to know the pitch angle of the vehicle. there is not a big one Accuracy or resolution of the absolute pitch angle in space or relative to the roadway required; it is rather important to follow the course of the pitch angle.
Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren zur Fahrdynamikregelung und einen Fahrdynamikregler für motorisierte Einspurfahrzeuge bereitzustellen, welche es ermöglichen, kritische Situationen, wie z. B. ein Abheben eines Vorder- oder Hinterrades oder das Bremsen während einer Kurvenfahrt, mittels einer Kamera zuverlässig zu erkennen und zu regeln.task The invention is a method for driving dynamics control and a driving dynamics controller for to provide motorized single-track vehicles which make it possible critical situations, such as B. lifting a front or rear wheel or the braking while cornering, using a camera to reliably detect and regulate.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch das Verfahren zur Fahrdynamikregelung nach Anspruch 1 und den Fahrdynamikregler nach Anspruch 18 gelöst.These The object is achieved by the Method for driving dynamics control according to claim 1 and the vehicle dynamics controller solved according to claim 18.
Durch die mit einer Kamera aufgenommene Bildsequenz können anhand von fest im Raum stehenden Objekten (Häuser, Bäume, Verkehrsschilder, bedingt auch der Fahrbahnhorizont) der Schräglage- und der Nickwinkel des mit der Kamera ausgerüsteten Fahrzeugs geschätzt werden.By the picture sequence recorded with a camera can be fixed in space standing objects (houses, trees, Road signs, also the roadway horizon) oblique and the pitch angle of the vehicle equipped with the camera can be estimated.
Die hier vorliegende Anmeldung geht davon aus, dass einem Fahrdynamik-Regler für Einspurfahrzeuge (Motorräder, Motorroller etc.) diese Winkelinformationen zur Verfügung gestellt werden. Das Verfahren zur Bildung der Informationen aus der Bildsequenz ist also nicht Gegenstand dieser Anmeldung.The here present application assumes that a driving dynamics controller for single-track vehicles (Motorcycles, Scooter etc.) this angle information provided become. The process of forming the information from the image sequence is therefore not the subject of this application.
Weiterhin wird hier als Grundlage für die Fahrdynamikregelung angenommen, dass ein Auswerte-Algorithmus existiert, der anhand der aufgenommenen Kamerabilder erkennen kann, ob sich das Fahrzeug auf einer trockenen oder nassen Fahrbahn bewegt. Das Verfahren zur Bildung der Fahrbahninformationen aus der Bildsequenz ist also ebenfalls nicht Gegenstand dieser Anmeldung.Farther is used as the basis for the vehicle dynamics control assumed that an evaluation algorithm exists, which can recognize from the recorded camera images, whether the vehicle is moving on a dry or wet road surface. The process of forming the lane information from the image sequence is therefore also not the subject of this application.
Zusätzlich dazu werden weitere Informationen über CAN-Bus oder direkte Sensoranbindung als gegeben angenommen, wie z.B. die Lufttemperatur und/oder Luftfeuchtigkeit.Additionally will be more information about CAN bus or direct sensor connection as given, such as e.g. the air temperature and / or humidity.
Unter dem Begriff „Kritikalität einer Kurvenfahrt" soll erfindungsgemäß verstanden werden, dass die Kurvenfahrt dicht an der physikalischen Grenze der Fahrdynamik (z. B. sehr große Schräglage des Fahrzeugs) erfolgt. Eine hohe Kritikalität bedeutet also, dass wenn beispielsweise ein Fahrzeug mit einer großen Schräglage (nahe am physikalischen Grenzbereich) bewegt wird, eine plötzliche Verschlechterung der Fahrbahnqualität (z. B. Reibwertwechsel auf der Fahrbahn durch Nässe) mit einer sehr hohen Wahrscheinlichkeit zu einem Sturz führt.According to the invention, the term "criticality of a cornering" is to be understood as meaning that the cornering occurs close to the physical limit of the driving dynamics (for example, very large banking angle of the vehicle.) High criticality therefore means that, for example, if a vehicle with a large vehicle Slope (close to the physical limit) is moved, a sudden deterioration of the road surface quality (eg, friction coefficient change on the road through wet) with ei very high probability of falling.
Das erfindungsgemäße Verfahren bietet den Vorteil, dass durch die Auswertung von Kamera-Bildinformationen einer in Vorwärtsrichtung des Fahrzeugs angebrachten Kamera starke Brems- und/oder Nickvorgänge des Fahrzeugs erkannt werden können. Hierdurch ist ein frühzeitiges Auslösen einer moderaten Druckverringerung am Vorderrad inner- und außerhalb einer ABS-Regelung bei erkanntem kritischem Nickwinkel oder Nickbeschleunigung, eine Abregelung der Motorleistung über CAN-Anforderung oder ähnlichen Zugriff zum Motorsteuergerät im Falle eines Nickwinkelverlaufs, der auf ein Abheben des Vorderrades während einer starken Fahrzeugbeschleunigung schließen lässt, möglich.The inventive method offers the advantage that through the evaluation of camera image information one in the forward direction Camera mounted strong braking and / or pitching of the camera Vehicle can be detected. This is an early one Trigger a moderate pressure reduction on the front wheel inside and outside an ABS control with recognized critical pitch angle or pitch acceleration, a reduction of engine power via CAN request or similar Access to the engine control unit in the case of a pitch angle course, on a lifting of the front wheel while a strong vehicle acceleration suggests, possible.
Ein
weiterer Vorteil liegt darin, in Kenntnis eines geschätzten Nickwinkels
sowie dessen zeitlicher Ableitung (Gradient) eine sehr gut angepasste
Regelstrategie zum Verhindern und Ausregeln des Hinterrad-Abhebens
zu aktivieren, die prinzipiell folgendermaßen abläuft:
Bei einer Zunahme
des Nickwinkels wird der Vorderrad-Bremsdruck nach einem bestimmten Muster
abgebaut, beim Rückgang
des Nickwinkels (Winkelgeschwindigkeit negativ oder unter einem
definierten Schwellwert) wird ein Halten des Vorderrad-Bremsdrucks
auf dem erreichten Druckniveau eingeleitet. Beim Wiederaufsetzen
des Hinterrades (erkenn bar über
den geschätzten
Winkel) wird der Druck wieder nach einem situationsabhängigen Profil
aufgebaut. Alle Maßnahmen
der Erkennung eines Abhebens und Wiederaufsetzens können dabei
prinzipiell über erkannte
Hinterrad-Geschwindigkeitsmuster
sowie über
die geschätzte
Fahrzeugverzögerung
gestützt und
bestätigt
werden.A further advantage is, with knowledge of an estimated pitch angle and its time derivative (gradient), to activate a very well adapted control strategy for preventing and balancing the rear wheel lift, which in principle proceeds as follows:
As the pitch angle increases, the front brake pressure decreases after a certain pattern, and when the pitch angle decreases (angular velocity negative or below a defined threshold), the front brake pressure is maintained at the pressure level reached. When replacing the rear wheel (recognizable bar on the estimated angle), the pressure is rebuilt to a situation-dependent profile. All measures for detecting a lift-off and restart can be supported and confirmed in principle by recognized rear-wheel speed patterns and by the estimated vehicle deceleration.
Weiterhin ist es vorteilhaft, dass durch Erkennung einer Kurvenfahrt und einbeziehen der Bodenqualität die Schlupfschwellen für den ABS-Eintritt beispielsweise durch sehr frühe Abregelung allein, durch das Druckniveau bzw. den Druckgradienten im Hauptzylinder, oder durch einen gepulsten Druckaufbau in der inaktiven ABS-Phase beeinflusst werden können.Farther It is advantageous that by detecting a cornering and involve the soil quality the sleep thresholds for the ABS admission, for example, by very early curtailment alone, by the pressure level or the pressure gradient in the master cylinder, or influenced by a pulsed pressure build-up in the inactive ABS phase can be.
Ein weiterer Vorteil besteht darin, dass bei Geradeausbremsungen auf Hochreibwert-Fahrbahnen eine extreme Reibwertausnutzung durchgeführt werden kann, Dies ist besonders für sportliche Zweiräder (Sport-ABS) vorteilhaft.One Another advantage is that when straight brakes on High Friction Lanes an extreme Reibwertausnutzung be performed This is especially for sporty two-wheelers (Sports ABS) advantageous.
Bevorzugt wird für die Erfassung der Kamera-Bildinformationen eine Mono- oder Stereokamera verwendet.Prefers is for the capture of the camera image information used a mono or stereo camera.
Weitere bevorzugte Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Verfahrens und des erfindungsgemäßen Fahrdynamikreglers gehen aus den Unteransprüchen hervor. Die Erfindung wird im Folgenden anhand von Figuren beschrieben. Hierbei zeigt:Further preferred embodiments the method according to the invention and the vehicle dynamics controller according to the invention go from the subclaims out. The invention will be described below with reference to figures. Hereby shows:
Zum
Zeitpunkt
Zum
Zeitpunkt
Der Vorteil des hier beschriebenen Verfahrens der Ausregelung der Hinterrad-Abhebetendenz gegenüber bisher bekannten Verfahren, die nur über Hinterrad-Geschwindigkeitsmuster den Verlust des Bodenkontakts erkennen, liegt darin, dass der Nickwinkelverlauf während der Vorderrad-Druckmodulation sehr genau Aufschluss darüber gibt, ob sich das Fahrzeug wieder stabilisiert und der Druckabbau am Vorderrad ausreichend ist, oder ob auf Grund eines noch zunehmenden Nickwinkels ein weiterer Druckabbau am Vorderrad notwendig ist.Of the Advantage of the method described here of the adjustment of the rear-wheel lift tendency compared to previously known methods that only have rear wheel speed pattern recognize the loss of ground contact, is that the pitch angle course while the front wheel pressure modulation gives very accurate information about whether the vehicle stabilizes again and the pressure reduction on the front wheel is sufficient, or if due to an even increasing pitch angle a further pressure reduction on the front wheel is necessary.
Beim Abheben des Vorderrades während einer starken Fahrzeugbeschleunigung wird ebenfalls der Nickwinkel herangezogen, um die Schwere der Situation zu beurteilen und eine entsprechend angepasste Ausregelung einzuleiten.At the Lifting the front wheel during A strong vehicle acceleration is also the pitch angle used to assess the severity of the situation and one initiate appropriately adjusted compensation.
Prinzipiell wird die Anfahrdynamik des Fahrzeugs leicht beschränkt, um das Vorderrad wieder abzusetzen. Dies kann über ein aktives Einbremsen am Hinterrad geschehen, wenn ein aktiver Druckaufbau durch die verwendete Bremshydraulikeinheit ermöglicht wird, oder durch einen Motoreingriff, wenn eine entsprechende Schnittstelle zur Motorelektronik vorhanden ist.in principle the starting dynamics of the vehicle is slightly limited to to lower the front wheel again. This can be done via an active braking on the Rear wheel happen when an active pressure build-up by the used Brake hydraulic unit allows is, or by an engine intervention, if a corresponding interface to the engine electronics is present.
Seitens des elektronischen Bremsensteuergeräts sind üblicherweise beide Eingriffsarten technisch möglich, da sie zusammen oder alternativ üblicherweise bei der sog. Traktionskontrolle oder Antriebsschlupfregelung benutzt werden.by of the electronic brake control unit are usually both types of intervention technically possible, since they are together or alternatively usually used in the so-called traction control or traction control become.
Da die Motorregelung die sinnvollere Eingriffsart bei einem Fahrzeug mit nur einem Antriebsrad ist, wird hier ein Realisierungsbeispiel auf der Basis eines reinen Motoreingriffs beschrieben. Bei erkanntem Vorderradabheben wird zuerst das vom Fahrer vorgegebene Motormoment in Stufen reduziert. Die Stärke der Reduzierung hängt dabei ab von der Schwere der Vorderrad-Abhebetendenz. Bei erkanntem Wiederaufsetzen des Vorderrades erfolgt ein zügiges Anheben des Motormoments bis hin zur Fahrervorgabe, um eine optimale mittlere Fahrzeugbeschleunigung zu gewährleisten.There the engine control the more meaningful procedure in a vehicle with only one drive wheel, here is an example of realization described on the basis of a pure engine intervention. When recognized Front wheel lift is first the engine torque given by the driver reduced in stages. The strenght the reduction depends starting from the severity of the front-wheel lift tendency. When recognized Retrofitting the front wheel, there is a rapid lifting of the engine torque up to the driver's specification, for an optimal average vehicle acceleration to ensure.
In
Während der
Regelung zwischen den Zeitpunkten
Bei
der Kurvenfahrt ergeben sich für
Einspurfahrzeuge gegenüber
Zweispurfahrzeugen einige zusätzliche
fahrdynamische Probleme. Der Fahrer begibt sich mit dem Fahrzeug
in eine Schräglage,
mit der gemäß
Mit dem hier vorgestellten Konzept, den Schräglagewinkel ρ des Fahrzeugs auf der Basis von Kamera-Bildsequenzen zu ermitteln, können diese Probleme leicht überwunden werden. Der daraus resultierende geschätzte Schräglaufwinkel kann zusätzlich über einen vertikal am Fahrzeug angebrachten Beschleunigungssensor abgesichert werden. Damit ist das Problem der eindeutigen Kurvenfahrterkennung mit einer Kamera lösbar.With the concept presented here, the angle of inclination ρ of the vehicle On the basis of camera image sequences, these problems can be identified easily overcome become. The resulting estimated skew angle can additionally via a Secured vertically on the vehicle mounted acceleration sensor become. This is the problem of clear cornering detection detachable with a camera.
Fahrdynamisch sind nun in den Bremsenregelfunktionen besondere Vorkehrungen zu treffen, die einen möglichen Sturz verhindern können. Kritisch ist besonders das harte Anbremsen in Kurven, das über den Kammschen Kreis zu einem Abbau der Seitenführungskräfte an den Reifen führt. Beim Einspurfahrzeug ist das Blockieren und/oder seitliche Wegrutschen des Vorderrades besonders gefährlich. Daher wird hier vorgesehen, den Bremsdruck am Vorderrad abhängig vom erreichten Schräglaufwinkel zu limitieren.driving dynamics are now in the brake control functions special precautions too meet a possible Can prevent fall. Critical is especially the hard braking in curves, the over the Kamm's circle leads to a reduction of cornering forces on the tire. At the Einspurfahrzeug is blocking and / or slipping sideways of the front wheel particularly dangerous. Therefore is provided here, the brake pressure on the front wheel depends on reached slip angle limit.
Verschiedene Verfahren sind denkbar, ein zu hartes Einbremsen durch Druckgradienten-Begrenzung zu unterbinden oder auch den absoluten Bremsdruck, den der Fahrer während einer Kurvenfahrt aufbringen kann, auf ein definiertes Maximum zu beschränken. Ziel ist es in jedem Fall, ein eindeutiges Überbremsen des Vorderrades zu vermeiden. Der Vorderrad-Druck und der Vorderrad-Druckgradient werden dabei umso stärker begrenzt, je extremer die jeweilige Kurvenfahrt bzw. je größer der erreichte Schräglagewinkel ist. Da dieser recht genau quantitativ erfasst wird, kann eine sehr gut angepasste Bremsenregelstrategie für die Kurvenfahrt verwirklicht werden.Various Methods are conceivable, too hard braking by pressure gradient limitation to stop or even the absolute brake pressure, the driver while cornering, to a defined maximum restrict. The goal is in any case, a clear overbraking of the front wheel to avoid. The front wheel pressure and the front wheel pressure gradient are all the more limited, the more extreme the respective cornering or the greater the angle of inclination reached is. Since this is detected quite accurately quantitatively, a very Well adapted brake control strategy for cornering realized become.
Einen
zeitlichen Ablauf einer solchen Bremsenregelstrategie zeigt
In einem Standard-ABS-Regler kann durch eine Vielzahl von Parameteranpassungen bei Regelschwellen und der Berechnung von Druckabbau- und Druckaufbaugradienten eine derartig moderate Regelung erzielt werden. Insbesondere muss der erste Eintritt in die ABS-Regelung während einer Kurvenbremsung moderat gestaltet werden, was durch eine Drucksteuerung geschehen kann, die schon in Kraft tritt, bevor das Vorderrad Schlupfeinläufe zeigt. Dies ist insbesondere dann perfekt möglich, wenn der Bremsenregler über Drucksensoren im Hauptzylinder- und Radkreis verfügt.In A standard ABS controller can be characterized by a variety of parameter adjustments with control thresholds and the calculation of pressure reduction and pressure increase gradients such a moderate regulation can be achieved. In particular, must the first entry into ABS control during corner braking be made moderately, which is done by a pressure control which already comes into force before the front wheel shows slip enemas. This is perfectly possible especially when the brake controller via pressure sensors in the master cylinder and wheel circle.
Ansonsten
könnte
man bei jeder Bremsung während
einer extremen Kurvenfahrt das Einlassventil des Vorderrad-Bremskreises getaktet
ansteuern, um den ersten Blockierpunkt mit einem stark limitierten
Druckaufbaugradienten und damit sehr geringer Überschussdynamik anzufahren.
Die Schließpausen
In
Während der erkannten Kurvenfahrt kann nicht nur der Bremsdruck an einem oder mehreren Rädern beeinflusst werden, sondern es können auch Motoreingriffe erfolgen, die die Kurvenfahrt sicherer machen. Bei zu hohem Antriebsmoment kann das antreibende Hinterrad durchdrehen und seine notwendige Seitenkraftreserve verlieren. Das Fahrzeug bricht dann leicht am Heck aus. Weiterhin kann jeder Lastwechsel bei extremer Kurvenfahrt zu einer Instabilität des Fahrzeugs führen. Daher sieht ein weiterer Teil der Erfindung vor, das Motormoment bei sehr großer Fahrzeugschräglage – wiederum abhängig vom Schräglagewinkel auf ein definiertes Maximum zu begrenzen und im Falle abrupter Gaswegnahme eine Motorschleppmomenten-Regelung vorzunehmen, die für eine kurze Nachlaufzeit etwas mehr Moment anfordert als der Fahrer vorgibt, indem das Moment rampenförmig mit variablem Gradienten abgebaut wird.During the Recognized cornering can not just be the brake pressure on one or the other several wheels can be influenced, but it can also engine interventions take place, which make the cornering safer. If the drive torque is too high, the driving rear wheel may spin and lose its necessary lateral reserve. The vehicle breaks then slightly at the rear. Furthermore, any load change in extreme Cornering to instability lead the vehicle. Therefore, another part of the invention, the engine torque at very large Vehicle tilt - again depending on Bank angle to limit to a defined maximum and in case of abrupt deceleration one Motor Schleppmomenten control to do something for a short follow-up time Requires more torque as the driver pretends to ramp up with the moment variable gradient is degraded.
Die Erkennung von Radabhebevorgängen und Kurvenfahrten im Grenzbereich kann in Kombination mit den vorgeschlagenen Regelstrategien, die aktive Eingriffe in die Stelleinrichtungen des Fahrzeugs durchführen, in vielen Fällen Unfälle vermeiden. Wird der Grenzbereich der Fahrdynamik jedoch überschritten, sind Unfälle oftmals unvermeidbar. Mit der vorgeschlagenen Kameraüberwachung können auch solche Situationen, wie beispielsweise ein Fahrzeugüberschlag oder ein seitliches Wegrutschen eindeutig erkannt werden. In solchen Fällen sieht die Erfindung vor, dass aufgrund der Auswertung der Kamerabildsequenzen passive Sicherheitssysteme, wie Airbags und/oder eine vom Fahrer getragene Luftpolsterjacke aktiviert werden.The Detection of Radabhebevorgängen and Bends in the border area can be combined with the proposed Control strategies, the active intervention in the control equipment of the vehicle, in many cases accidents avoid. However, if the limit of driving dynamics is exceeded, are accidents often unavoidable. With the proposed camera surveillance can also such situations, such as a vehicle rollover or a sideways slipping can be clearly recognized. In such Sees cases the invention that, due to the evaluation of the camera image sequences passive safety systems, such as airbags and / or one by the driver worn air cushion jacket can be activated.
Dieses
Standardsystem wird nun um die Blöcke
durch
direktes Einlesen von Sensoren oder Busnachrichten von anderen Steuergeräten. Weiterhin
erhält
der Gefahrenrechner auch Daten
Bei
unvermeidbaren Überschlägen und
seitlichem Wegrutschen oder Überrollen
löst der
Gefahrenrechner über
die Signale
Claims (20)
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