DE102005047145A1 - System zur Beseitigung von Hochgeschwindigkeitspendeln bei einem einspurigen Kraftfahrzeug und Motorrad mit einem derartigen System - Google Patents

System zur Beseitigung von Hochgeschwindigkeitspendeln bei einem einspurigen Kraftfahrzeug und Motorrad mit einem derartigen System Download PDF

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein System zur Beseitigung von Hochgeschwindigkeitspendeln bei einem einspurigen Kraftfahrzeug, insbesondere einem Motorrad. Das System umfasst Mittel zur Erfassung der Fahrzeugpendelbewegung sowie eine Steuereinrichtung die derart ausgebildet ist, dass bei Auftreten einer Fahrzeugpendelbewegung ein Steuersignal zur Ansteuerung eines Aktuators erzeugbar ist, wobei der mindestens eine Aktuator derart ausgebildet ist, dass ein Eingriff in die Fahrzeugsteuerung realisierbar ist, derart, dass dem Fahrzeugpendeln entgegengewirkt wird.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein System zur Beseitigung von Hochgeschwindigkeitspendeln bei einem einspurigen Kraftfahrzeug, insbesondere Motorrad sowie ein Motorrad umfassend ein derartiges System.
  • Es ist bekannt, dass es bei Motorrädern in höheren Geschwindigkeitsbereichen zum Pendeln des Fahrzeugs kommen kann. Dieses sogenannte Hochgeschwindigkeitspendeln definiert sich als eine Eigenschwingung des Gesamtfahrzeugs um seine im wesentlichen durch den Fahrzeugschwerpunkt verlaufende eigene Vertikalachse. Das Hochgeschwindigkeitspendeln kann auch durch Fahreraktionen (in Form von Lenkbewegungen und dergleichen) und/oder äußere auf das Fahrzeug wirkende Faktoren wie Fahrbahnunebenheiten, Spurrillen, stoßartige Windböen oder dergleichen eingeleitet werden, falls entsprechende Abstimmungsfaktoren des Fahrzeugs nicht optimal eingestellt sind. Üblicherweise wird dem Hochgeschwindigkeitspendeln durch eine entsprechende Abstimmung von Steifigkeiten im Fahrzeugchassis bzw. im Gesamtfahrzeug, durch bestimmte Fahrzeuggeometrien, durch eine bestimmte Gewichtsverteilung des Fahrzeuggewichts und/oder durch bestimmte Reifenspezifikationen vorgebeugt oder entgegengewirkt. Problematisch ist bei herkömmlichen Einspurfahrzeugen, dass diese bereits durch eine nicht geeignete Reifenspezifikation und/oder eine falsche Beladung in einem höheren Geschwindigkeitsbereich in den vorbeschriebenen Schwingungszustand, das sogenannte Hochgeschwindigkeitspendeln, eintreten können.
    •
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein System zuschaffen, mittels welchem die Sicherheit von Einspurfahrzeugen im Hinblick auf Hochgeschwindigkeitspendeln verbessert werden kann.
  • Erfindungsgemäß wird die Aufgabe durch die Gesamtheit der Merkmale des Anspruchs 1 gelöst. In abhängigen Ansprüchen sind bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung angegeben. Anspruch 6 beschreibt ein Motorrad ausgestattet mit einem erfindungsgemäßen System.
  • Gemäß der Erfindung sind Mittel zur Erfassung der Fahrzeugpendelbewegung (Hochgeschwindigkeitspendelbewegung) bzw. einer ggf. auftretenden Fahrzeugpendelbewegung vorhanden, wobei diese Erfassungsmittel derart ausgebildet sind, dass die Eigenschwingung des Einspurfahrzeugs um seine im wesentlichen durch den Fahrzeugschwerpunkt verlaufende Hochachse (Vertikalachse) erfassbar ist. Vorzugsweise umfassen diese Erfassungsmittel einen Gierratensensor zur Erfassung der Drehbewegung des Fahrzeugs um die Vertikalachse und/oder mindestens einen Querbeschleunigungssensor zur Erfassung der Beschleunigung des Fahrzeugs quer zur Fahrtrichtung. Erfindungsgemäß ist ferner eine Steuereinrichtung und ein über die Steuereinrichtung ansteuerbarer Aktuator vorhanden, wobei die Steuereinrichtung derart ausgebildet ist, dass bei Auftreten einer Fahrzeugpendelbewegung (bzw. Detektion einer Fahrzeugpendelbewegung über die Erfassungsmittel) ein Steuersignal zur automatischen Ansteuerung des Aktuators erzeugbar ist. Gemäß der Erfindung ist der mindestens eine Aktuator derart ausgebildet, dass ein automatischer Eingriff in die Fahrzeugsteuerung realisierbar ist derart, dass dem Fahrzeugpendeln entgegengewirkt wird, zumindest solange, bis ein vorgegebener Pendelbewegungsschwellenwert bzw. Schwingungswert unterschritten wird. Unter Fahrzeugsteuerung im Sinne der Erfindung sind alle Steuervorgänge zu verstehen, bei denen mittels einem Aktuator Fahrzeugkomponenten verstellt werden.
  • Besonders bevorzugte Eingriffe in die Fahrzeugsteuerung werden realisiert, indem über den mindestens einen Aktuator ein Eingriff in die Motorsteuerung zur Änderung (insbesondere zur Reduzierung) der momentanen Motorleistung durchgeführt wird, und/oder eine Betätigung der Betriebsbremse zum Zwecke der Fahrzeugverzögerung erfolgt, und/oder ein entsprechendes Gegenlenkmoment erzeugbar ist, und/oder eine Veränderung der Fahrzeuggeometrie erfolgt, insbesondere derart, dass eine Absenkung des Fahrzeugschwerpunktes erreicht wird, und/oder eine Änderung der Aerodynamik vorgenommen wird derart, dass der Fahrzeugabtrieb erhöht wird, und/oder eine Änderung der Dämpfungseigenschaften mindestens eines Feder-Dämpferelementes vorgenommen wird.
  • Konkret kann für die Reduzierung der Motorleistung der Eingriff in die Motorsteuerung zum Beispiel durch Zündwinkelverstellung erfolgen und der Zündwinkel vorzugsweise soweit verstellt werden, bis ein vorgegebener Geschwindigkeitswert unterschritten ist.
  • Ein Gegenlenkmoment kann beispielsweise über ein sogenanntes steer-by-wire Lenksystem und/oder mittels einer gezielten Bremssteuerung einer Doppelscheibenbremse am Vorder- und/oder Hinterrad erfolgen. Die Doppelscheibenbremsanlage wird hierfür gezielt ausschließlich auf einer Seite bebremst oder auf beiden Seiten unterschiedlich stark bebremst. Hierfür kann beispielsweise ein herkömmliches Motorrad-ABS auf einfache Weise angepasst werden. Über das steer-by-wire Lenksystem sind neben den manuell erzeugten Lenkmomenten innerhalb kürzester Reaktionszeiten gezielt zusätzliche, dem Hochgeschwindigkeitspendeln entgegenwirkende Lenkmomente erzeugbar.
  • Die Veränderung der Fahrzeuggeometrie durch Absenkung des Fahrzeugschwerpunkts verkürzt den auf das Motorrad bei der Pendelbewegung wirkenden Hebelarm, so dass die auftretenden Kräfte wirksam verringert werden können. Die Absenkung des Fahrzeugschwerpunktes erfolgt vorzugsweise über automatisch verstellbare Feder/Dämpferelemente – insbesondere ist hierfür die Vorderradaufhängung bzw. Vorderraggabel und oder die Hinterradaufhängung bzw. jedes Hinterradfederbein in ihrer/seiner Länge automatisch einstellbar.
  • Eine aktive Veränderung der Fahrzeugaerodynamik erfolgt vorzugsweise durch die automatische Verstellung vorhandener Spoiler und/oder Verkleidungsscheiben.
    •
  • Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und im Folgenden näher beschrieben. Es zeigen:
  • 1: ein Motorrad in stark schematisierter Darstellung umfassend ein System gemäß der Erfindung, und
  • 2: das erfindungsgemäße System in einem stark schematisierten Blockschaltbild.
  • 1 zeigt ein Motorrad mit einem Hauptrahmen 2.1 einem fest mit dem Hauptrahmen 2.1 verbundenen Rahmenheckteil 2.2, einem über eine Vorderradführung 4 (beispielsweise in Form einer herkömmlichen Teleskopgabel, einer BMW Telelever Vorderradführung, einer BMW Duolever Vorderradführung oder dergleichen) mit dem Hauptrahmen 2.1 verbundenen Vorderrad VR, einem über eine Hinterradführung 6 beispielsweise in Form einer Hinterradschwinge und einem hinteren Feder/Dämpferelement 8 mit dem Haupt- bzw. Heckrahmen 2.1, 2.2 verbundenen Hinterrad HR sowie mit einem am Hauptrahmen 2.1 befestigten Antriebsmotor 10. Gemäß der vorliegenden Erfindung umfasst das System zur Beseitigung (Ausregelung) von Hochgeschwindigkeitspendeln Mittel 12 zur Erfassung der Fahrzeugpendelbewegung, insbesondere einen Gierratensensor zur Erfassung der Drehrate r des Fahrzeugs um seine Vertikalachse X und/oder einen Beschleunigungssensor zur Erfassung der Beschleunigung ay des Fahrzeugs quer zur Fahrtrichtung, sowie eine Steuereinrichtung 14 die in Abhängigkeit von Signalen der Erfassungsmittel 12 einen oder mehrere Aktuatoren A1, ..., An ansteuert um einer aufgetretenen Pendelbewegung bzw. Hochgeschwindigkeitspendelbewegung entgegen zu wirken. Vorzugsweise ist die Steuereinrichtung 14 derart ausgebildet, dass eine Ansteuerung der Aktuatoren A1, ..., An erst bei Überschreiten einer vorgegebenen Grenzgeschwindigkeit (Mindestgeschwindigkeit) des Fahrzeugs erfolgen kann. Im dargestellten Ausführungsbeispiel werden der Steuereinrichtung 14 neben dem Ausgangssignal der Erfassungsmittel 12 (Querbeschleunigungssignal und/oder Gier- bzw. Drehrate r) weitere Eingangsgrößen zur Verarbeitung zugeführt. Die Steuereinrichtung 14, die Erfassungsmittel 12 sowie die Aktuatoren A1, ..., An oder andere elektrische/elektronische Fahrzeugkomponenten sind vorzugsweise über ein Bussystem miteinander verbunden.
  • Wie auch in 2 veranschaulicht, sind weitere Eingangsgrößen der Steuereinrichtung 14 insbesondere die aktuelle Fahrzeuggeschwindigkeit v, das aktuelle Fahrzeuggewicht G, die aktuell verwendete Reifenspezifizierung (Reifentyp) R, die aktuellen Einstellungen der Federelemente von Gabel 4 und hinterem Ferderelement 8 im Hinblick auf deren Dämpfungseigenschaften und/oder die aktuelle Einstellung der Fahrwerksgeometrie im Hinblick auf den Fahrzeugschwerpunkt SP beziehungsweise den Abstand des Fahrzeugschwerpunktes SP zur Fahrbahn sowie aktuelle Einstellpositionen von aerodynamisch wirkenden Anbauteilen wie Spoiler S, Windschild W und dergleichen. Zur Erfassung der Einstellwerte im Hinblick auf Position (Länge) und im Hinblick auf Feder- bzw. Dämpfungseinstellungen sind Vorderradgabel 4 und das hintere Dämpferelement 8 jeweils mit einem Einstellerfassungsmittel versehen. Die Erfassung des Fahrzeugschwerpunktes SP wird vorzugsweise über ein am Fahrzeug fixiertes Abstandserfassungsmittel AE ermittelt, über welches der momentane Abstand des Fahrzeugs (und damit des Fahrzeugschwerpunktes SP) zur Fahrbahn ermittelt wird. Über Winkelsensoren kann der aktuelle Lenkwinkel erfasst werden.
  • Je nach erfasster Pendelbewegung wird durch die Steuereinrichtung 14 ein Stellsignal yi (yi1, ..., yin) erzeugt, über das ein oder mehrere Aktuatoren A1, ..., An zur gezielten Gegensteuerung der Pendelbewegung angesteuert werden. Im einzelnen können diese Aktuatoren A1, ..., An durch verschiedene Stellglieder realisiert sein. Beispielsweise können Stellglieder bzw. Aktuatoren A1 in Form einer Drosselklappe oder einem Zündwinkelversteller vorhanden sein, um die Motorleistung zu reduzieren und den kritischen Geschwindigkeitsbereich wieder zu unterschreiten. Alternativ oder zusätzlich ist vorgesehen Aktuatoren A2 in Form einer Bremssteuerung für die Doppelscheibenbremse eines Rades (insbesondere des Vorderrades) vorzusehen, wobei die beiden Bremsscheiben mit unterschiedlichem Bremsmoment beaufschlagt werden und so gezielt ein Lenkmoment induziert wird. Alternativ oder zusätzlich ist ferner vorgesehen gezielt ein Lenkmoment über einen in Form eines steer-by-wire Lenksystems ausgebildeten Aktuator A3 zu erzeugen. Alternativ oder zusätzlich kann die Betriebsbremse automatisch betätigt werden um die Fahrzeuggeschwindigkeit zu verringern. Ferner kann alternativ oder zusätzlich der Schwerpunkt SP des Fahrzeugs, durch automatische Verstellung der Vorderradgabel 4 und/oder der hinteren Feder/Dämpferelemente 8 mittels Aktuatoren A5.1, A5.2 hinsichtlich ihrer Länge, abgesenkt werden. Alternativ oder zusätzlich ist auch vorgesehen vorhandene aerodynamische Teile mittels beispielsweise als Stellmotoren ausgebildeten Aktuatoren A6.1, A6.2 automatisch verstellbar auszuführen und die verstellbaren Teile derart anzusteuern, dass der Fahrzeugabtrieb erhöht und hierdurch der Pendelbewegung entgegengewirkt wird.
  • 2 veranschaulicht anhand des schematisch dargestellten Systems gemäß der Erfindung noch einmal dessen Wirkungsweise. Die Steuereinrichtung 14 erhält neben der Fahrzeugdrehrate r und/oder der Fahrzeugquerbeschleunigung ay verschiedenste Eingangsgrößen, wie Art des montierten Reifentyps R, Gesamtgewicht G des Fahrzeugs, Einstellung FE der vorderen und/oder hinteren Feder/Dämpferelemente im Hinblick auf Längeneinstellung FEL und/oder Dämpfungseigenschaften FED. In Abhängigkeit von einer zumindest anhand der Drehrate r und/oder der Fahrzeugquerbeschleunigung ay detektierten Pendelbewegung wird über die Steuereinrichtung 14 über einen oder mehrere Aktuatoren A1 ... An durch eine automatische Fahrzeugsteuerung durch automatischen Eingriff in die Motorsteuerung und/oder automatischen Eingriff in die Bremssteuerung und/oder automatischen Eingriff in die Lenkung und/oder automatischen Eingriff in die Aerodynamikeinstellung der detektierten Pendelbewegung gezielt entgegengewirkt. Durch das erfindungsgemäße System kann die Fahrsicherheit bei Einspurfahrzeugen erheblich verbessert werden. Die Fahrzeugstabilität wird signifikant erhöht und das Fahrzeug wird erheblich unempfindlicher gegenüber einer falschen Beladung oder einem ungeeigneten Reifentyp.

Claims (6)

  1. System zur Beseitigung von Hochgeschwindigkeitspendeln bei einem einspurigen Kraftfahrzeug, insbesondere einem Motorrad, umfassend – Mittel (12) zur Erfassung der Fahrzeugpendelbewegung, – sowie eine Steuereinrichtung (14) die derart ausgebildet ist, dass bei Auftreten einer Fahrzeugpendelbewegung ein Steuersignal (yi) zur Ansteuerung eines Aktuators (A1, ..., An) erzeugbar ist, wobei der mindestens eine Aktuator (A1, ..., An) derart ausgebildet ist, dass ein Eingriff in die Fahrzeugsteuerung realisierbar ist, derart, dass dem Fahrzeugpendeln entgegengewirkt wird.
  2. System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Steuersignal (yi) dergestalt ist und der mindestens eine Aktuator (A1, ..., An) derart ausgebildet ist, dass – ein Eingriff in die Motorsteuerung zur Änderung der momentanen Motorleistung möglich ist, und/oder – eine Betätigung der Betriebsbremse möglich ist, und/oder – ein Gegenlenkmoment erzeugbar ist, und/oder – eine Veränderung der Fahrzeuggeometrie, insbesondere derart, dass eine Absenkung des Fahrzeugschwerpunktes (SP) erfolgt, möglich ist, und/oder – eine Änderung der Aerodynamik derart, dass der Fahrzeugabtrieb erhöht wird möglich ist, und/oder – eine Änderung der Dämpfungseigenschaften mindestens eines Feder-Dämpferelementes einstellbar ist.
  3. System nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Betriebsbremse eine Doppelscheibenbremse umfasst, und das Steuersignal (yi) dergestalt ist und der mindestens eine Aktuator (A1, ..., An) derart ausgebildet ist, dass die Betätigung der Betriebsbremse () derart erfolgt, dass in Abhängigkeit von der auftretenden Pendelbewegung eine gegenphasige einseitige Betätigung der Doppelscheibenbremse erfolgt.
  4. System nach einem oder mehreren der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittel (12) zur Erfassung der Fahrzeugpendelbewegung Mittel zur Erfassung der Fahrzeugquerbeschleunigung und/oder Mittel zur Erfassung der Fahrzeuggierrate umfassen.
  5. System nach einem oder mehreren der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass – Mittel zur Erfassung der Fahrzeuggeschwindigkeit vorhanden sind und – die Steuereinrichtung (14) derart ausgebildet ist, dass erst bei Erreichen bzw. Überschreiten einer vorgegebenen Grenzgeschwindigkeit das Steuersignal (yi) erzeugbar ist.
  6. Motorrad umfassend ein System zur Beseitigung von Hochgeschwindigkeitspendeln, wobei das System gemäß einem der vorstehenden Ansprüche 1–5 ausgebildet ist.
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