DE102010030675A1

DE102010030675A1 - Querneigungswinkel-Erfassungssystem von Fahrzeugen sowie Scheinwerfervorrichtung

Info

Publication number: DE102010030675A1
Application number: DE102010030675A
Authority: DE
Inventors: Takuya Akashi-shi Sakamoto; Yoshiteru Akashi-shi Harada; Makoto Akashi-shi Baino
Original assignee: Kawasaki Heavy Industries Ltd; Kawasaki Jukogyo KK
Current assignee: Kawasaki Motors Ltd Akashi Shi Jp
Priority date: 2009-06-30
Filing date: 2010-06-29
Publication date: 2011-01-05
Anticipated expiration: 2030-06-30
Also published as: JP5534724B2; DE102010030675B4; JP2011011582A

Abstract

Ein Querneigungswinkel-Erfassungssystem enthält einen Winkelgeschwindigkeitssensor, welcher geneigt mit einem vorbestimmten Neigungswinkel θ um eine bezüglich einer Längsachse eines Fahrzeugs transversale Achse angeordnet ist; ein Geschwindigkeitssensor zum Erfassen einer Fahrtgeschwindigkeit v des Fahrzeugs; und Querneigungswinkel-Berechnungsmittel zum Bestimmen eines berechneten Querneigungswinkels δ, welcher ein berechneter Querneigungswinkel des Fahrzeugs ist, durch zeitliches Integrieren einer berechneten Rollrate P, welche eine Winkelgeschwindigkeit um die Längsachse berechnet, welche auf der Grundlage einer durch den Winkelgeschwindigkeitssensor erfassten Winkelgeschwindigkeit ω und des Neigungswinkels θ und der Fahrgeschwindigkeit v des Fahrzeugs erhalten wird.

Description

GEGENSTAND DER ERFINDUNG
Diese Anmeldung ist gestützt auf Unionspriorität und beansprucht diese für die japanische Patentanmeldung Nr. 2009-155408 , angemeldet am 30.06.2009, deren gesamte Offenbarung durch Bezugnahme hierin als Teil dieser Anmeldung einbezogen wird.
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Querneigungswinkel-Erfassungssystem, um den Querneigungswinkel eines Fahrzeugs, wie zum Beispiel eines Motorrads oder eines kleinen Wasserfahrzeugs, während der Kurvenfahrt des Fahrzeugs genau zu erfassen, und eine Scheinwerfervorrichtung, welche das Querneigungswinkel-Erfassungssystem verwendet.
STAND DER TECHNIK
Bei der Fahrt eines Motorrads macht das Motorrad eine Kurvenfahrt im allgemeinen mit quergeneigtem Körper. Jedoch ist der Scheinwerfer bei den meisten derzeit auf dem Markt erhältlichen Motorrädern in seiner Lage zur Motorradrahmenstruktur fixiert, und folglich ist der durch den Scheinwerfer beleuchtete Bereich entsprechend gekippt, wenn das Motorrad quergeneigt ist. Demzufolge nimmt die Menge des Lichts, welches durch den Scheinwerfer in ein bezüglich der Bewegungsrichtung des Motorrads innen liegendes Gebiet verteilt wird, auf welches die Augen des Motorradfahrers fokussiert sind, besonders wenn das Motorrad in der Nacht eine Kurve beschreibt, während der Kurvenfahrt ab, wobei das Blickfeld des Fahrers vorwärts in Fahrtrichtung folglich eingeengt wird.
Insbesondere bezugnehmend auf 13, welche das dem Motorradfahrer verfügbare Vorwärts-Blickfeld bei einer Geradeausfahrt in der Nacht zeigt, dehnt sich der beleuchtete Bereich A, der durch die Scheinwerfervorrichtung des Motorrads auf ein Gebiet der Straßenoberfläche vor dem Motorrad geworfen wird, vom Motorrad aus gesehen parallel zur horizontalen Bezugslinie H nach links und nach rechts aus. Wenn jedoch, wie am besten in 14 dargestellt, das Motorrad eine Linkskurve entlang einer Kurvenbahn 90 beschreibt, wie durch die Pfeillinie P in 14 dargestellt ist, macht das Motorrad eine Kurvenfahrt, wobei es mit einem bestimmten Querneigungswinkel gekippt ist. Folglich kippt der beleuchtete Bereich A, welcher in gleicher Weise durch den Motorradscheinwerfer auf ein Gebiet der Straßenoberfläche geworfen wird, verglichen mit dem beleuchteten Bereich A bei der Geradeausfahrt des Motorrads nach unten links. Demzufolge wird ein Geradeausanteil der Straßenoberfläche einwärts der Drehrichtung des Motorrads (wie durch den gestrichelten Kreis B in 14 gekennzeichnet), auf welchen die Augen des Motorradfahrers im allgemeinen während der Kurvenfahrt fokussiert sind, und welcher in den beleuchteten Bereich A miteinbezogen sein sollte, weniger als der bei der Geradeausfahrt beleuchtet, mit der Folge, dass das Blickfeld des Fahrers in Kurvenrichtung scheinbar eingeengt ist.
Im Hinblick darauf offenbart die japanische Patentveröffentlichung Nr. 2004-155404 eine Scheinwerfervorrichtung, welche derart wirkt, dass sie das weiter oben diskutierte Problem im Wesentlichen beseitigt. Gemäß dieser Veröffentlichung ist die Scheinwerfervorrichtung so entworfen und so gestaltet, dass die Linse und das Licht emittierende Element des Scheinwerfers auf der Grundlage des Querneigungswinkels des Motorrads, welcher durch Querneigungswinkel-Erfassungsmittel erfasst wird, um die optische Achse des Scheinwerfers in eine Richtung entgegen der Kipprichtung des Motorrads um einen dem erfassten Querneigungswinkel des Motorrads entsprechenden Winkel geschwenkt oder gedreht werden kann.
Gemäß dem oben angeführten Patentdokument wird als Querneigungswinkel-Erfassungsmittel ein Gierratensensor, so wie beispielsweise ein Kreisel verwendet, und der Querneigungswinkel δ wird durch die folgende Gleichung (1) erhalten, in welcher die Fahrtgeschwindigkeit des Motorrads durch v ausgedrückt wird, die Schwerebeschleunigung durch g ausgedrückt wird und die Gierrate durch R ausgedrückt wird: δ = sin^–1(v·R/g) (1)
Wenn das Scheinwerfermodul um einen dem durch Gleichung (1) bestimmten Querneigungswinkel δ entsprechenden Winkel in einer Richtung entgegen dem Querneigungswinkel δ gedreht wird, wird der relativ große durch das Scheinwerfermodul beleuchteter Bereich erhalten, welcher in der Lage ist, das Blickfeld des Fahrers in Kurvenrichtung zu vergrößern.
Es wurde jedoch entdeckt, dass sich der durch die oben diskutierte Gleichung (1) bestimmbare Querneigungswinkel δ in dem Querneigungswinkel widerspiegelt, welcher bei einer stationären Kurvenfahrt aufgewiesenen wird, bei welcher die Zentrifugalkraft und die Gravitationskomponente, welche beide auf das Motorradkörper wirken, miteinander im Gleichgewicht stehen. Mit anderen Worten wird ein vorübergehender Querneigungswinkel, welcher in einer Anfangsphase der Querneigung oder bei einer Slalomfahrt des Motorrads aufgewiesen wird, nicht genau widergespiegelt. Wenn das Scheinwerfermodul gemäß dem durch die Gleichung (1) oben bestimmten Querneigungswinkel gedreht wird, kann es somit vorkommen, dass dem Motorradfahrer ein unnatürlicher oder unangenehmer Eindruck entsteht.
OFFENBARUNG DER ERFINDUNG
Im Hinblick darauf soll die vorliegende Erfindung die im Stand der Technik inhärenten Probleme und Unannehmlichkeiten im Wesentlichen beseitigen und ein Querneigungswinkel-Erfassungssystem sowie eine das Querneigungswinkel-Erfassungssystem verwendende Scheinwerfervorrichtung zur Verfügung stellen, welche in der Lage sind, die Genauigkeit der Berechnung des Querneigungswinkels bei einer Vielfalt von Fahrtbedingungen einschließlich der Anfangsphase der Querneigung und einer Slalomfahrt des Motorrads zu verbessern.
Um das vorerwähnte Ziel der vorliegenden Erfindung zu erreichen, stellt ein Aspekt der vorliegenden Erfindung ein Querneigungswinkel-Erfassungssystem zur Verfügung, welches einen mit einem vorgegebenen Neigungswinkel θ um die bezüglich einer Längsachse des Fahrzeugs transversal verlaufende Achse geneigt angeordneten Winkelgeschwindigkeitssensor enthält; einen Geschwindigkeitssensor zur Erfassung der Fahrtgeschwindigkeit v des Fahrzeugs; und Querneigungswinkel-Berechnungsmittel, um einen berechneten Querneigungswinkel δ zu bestimmen, welcher ein berechneter Querneigungswinkel des Fahrzeugs ist, durch zeitliche Integration einer berechneten Rollrate P, welche eine Winkelgeschwindigkeit um die Längsachse berechnet, welche auf der Grundlage der durch den Winkelgeschwindigkeitssensor erfassten Winkelgeschwindigkeit ω und des Neigungswinkels θ und der Fahrtgeschwindigkeit v des Fahrzeugs erhalten wird.
Gemäß diesem Aspekt der vorliegenden Erfindung kann der Querneigungswinkel bei jeder aus einer Vielfalt von Fahrtbedingungen einschließlich der Anfangsphase der Querneigung und der Slalomfahrt des Motorrads genau berechnet werden, weil der Querneigungswinkel des Fahrzeugs durch Berechnen der Rollrate und zeitlichem Integrieren der berechneten Rollrate berechnet werden kann. Da ferner der Einsatz nur eines Winkelgeschwindigkeitssensors genügt, kann ein unerwünschtes Ansteigen der Anzahl von Einzelteilen unterbunden werden, um dadurch die Struktur zu vereinfachen, und folglich können die Herstellungskosten gedrückt werden.
In einer bevorzugten Ausführung der vorliegenden Erfindung können die Querneigungswinkel-Berechnungsmittel eine Integrierschaltung zum zeitlichen Integrieren der Rollrate P enthalten, um den berechneten Querneigungswinkel δ auszugeben, und eine Rückkopplungsschaltung zur Durchführung einer Gegenkopplung der Gierratenkomponente zur Winkelgeschwindigkeit ω enthalten, wobei die Gierratenkomponente durch Bestimmen einer für die Winkelgeschwindigkeit um die Vertikalachse des Fahrzeugs repräsentativen berechneten Gierrate, auf der Grundlage des berechneten Querneigungswinkels δ und der Fahrtgeschwindigkeit v und durch Multiplikation der resultierenden berechneten Gierrate mit cosθ erhalten wird.
Der Einsatz von Querneigungswinkel-Berechnungsmitteln der oben genannten Anordnung ist besonders vorteilhaft, da der aus dem Einsatz des Winkelgeschwindigkeitssensors resultierende numerische Wertintegrationsfehler und der aus der Sensordrift resultierende berechnete Fehler auf der Grundlage der berechneten Gierrate korrigiert werden, wobei eine Akkumulation dieser Fehler mit der Zeit vermieden werden kann, was die Berechnung des Querneigungswinkels mit hoher Genauigkeit ermöglicht.
In einer weiteren bevorzugten Ausführung der vorliegenden Erfindung können die Querneigungswinkel-Berechnungsmittel den Neigungswinkel θ und die Fahrtgeschwindigkeit v des Fahrzeugs verwenden, um den berechneten Querneigungswinkel δ gemäß der folgenden Gleichung zu kalkulieren:
wobei δ' für einen vorher kalkulierten berechneten Querneigungswinkel steht und g für die Schwerebeschleunigung steht.
In einer weiteren bevorzugten Ausführung der vorliegenden Erfindung können die Querneigungswinkel-Berechnungsmittel auch eine driftentfernende Schaltung enthalten, um die Winkelgeschwindigkeit durch Null zu ersetzen für den Fall, dass eine vorbestimmte Winkelgeschwindigkeits-Nullbedingung, in welcher die Winkelgeschwindigkeit des Fahrzeugs Null ist, durch die Winkelgeschwindigkeit erfüllt wird. Der Einsatz der driftentfernenden Schaltung in den Querneigungswinkel-Berechnungsmitteln ist besonders vorteilhaft, weil der aus der Drift des Winkelgeschwindigkeitssensors resultierende Fehler beseitigt werden kann und der Querneigungswinkel weiterhin genau berechnet werden kann. Beispielsweise können die oben genannten Winkelgeschwindigkeits-Nullbedingungen eine Bedingung enthalten, in welcher das Motorrad für eine längere Dauer geradeaus fährt als eine vorbestimmte Zeitdauer, eine Bedingung enthalten, in welcher die Fahrt unterbrochen wird, und eine Bedingung enthalten, in welcher der Verbrennungsmotor angehalten wird.
Ein weiterer Aspekt der vorliegenden Erfindung stellt eine Scheinwerfervorrichtung zur Verfügung, welche ein in Übereinstimmung mit dem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung aufgebautes Querneigungswinkel-Erfassungssystem enthält; ein Scheinwerfermodul um das Gebiet vor dem Fahrzeug zu beleuchten; einen die Lichtverteilung anpassenden Mechanismus, um den durch das Scheinwerfermodul hervorgebrachten Beleuchtungsbereich zu verändern; und Lichtverteilungssteuermittel, um den die Lichtverteilung anpassenden Mechanismus auf der Grundlage des berechneten Querneigungswinkels zu steuern, um ein Gebiet weg vom und einwärts des Kurvenradius zu beleuchten, entlang welchem das Fahrzeug während seiner Fahrt eine Drehung macht.
Gemäß diesem Aspekt der vorliegenden Erfindung kann der Querneigungswinkel mit einer so wie oben beschrieben aufgebauten Querneigungswinkel-Erfassungsvorrichtung bei einer Vielfalt von Fahrtbedingungen genau bestimmt werden, und die Lichtverteilungssteuermittel steuern den die Lichtverteilung anpassenden Mechanismus auf der Grundlage des so erfassten Querneigungswinkels des Motorradkörpers, um den durch die Scheinwerfervorrichtung hervorgebrachten Beleuchtungsbereich (verteiltes Licht) richtig zu verändern. Beispielsweise dreht der die Lichtverteilung anpassende Mechanismus den durch die Scheinwerfervorrichtung hervorgebrachten Beleuchtungsbereich um die Mittelachse davon in einer der Neigungsrichtung des Motorrads entgegengesetzten Richtung um einen Winkel, welcher der Größe des berechneten Querneigungswinkels entspricht. Entsprechend kann viel Licht in ein Gebiet einwärts der Richtung, in welche der Blick des Motorradfahrers gerichtet ist, verteilt werden, was dem Motorradfahrer eine verbesserte Sicht genießen lässt.
In einer bevorzugten Ausführung dieses Aspekts der vorliegenden Erfindung kann die Scheinwerfervorrichtung weiterhin eine Scheinwerfergeschwindigkeitsintegrierschaltung enthalten, um einen von den Lichtverteilungssteuermitteln ausgegebenen Scheinwerfergeschwindigkeitsbefehlswert über die Zeit zu integrieren, um einen Scheinwerferwinkel zu bestimmen, und eine erste Subtrahierschaltung enthalten, um eine Differenz zwischen dem berechneten Querneigungswinkel δ und dem Scheinwerferwinkel zu bestimmen, und wobei die Lichtverteilungssteuermittel den die Lichtverteilung anpassenden Mechanismus auf der Grundlage eines Ausgabewerts der ersten Subtrahierschaltung steuern.
Der Einsatz einer Scheinwerfergeschwindigkeitsintegrierschaltung und einer ersten Subtrahierschaltung in der Scheinwerfervorrichtung erlaubt es dem Scheinwerferwinkel, das heißt dem durch die Scheinwerfervorrichtung hervorgebrachten Beleuchtungsbereich (Bereich des verteilten Lichts), genau entsprechend dem Ergebnis der Berechnung des Querneigungswinkels vorteilhaft verändert zu werden.
In diesem Aspekt der vorliegenden Erfindung steuern die Lichtverteilungssteuermittel bevorzugt den die Lichtverteilung anpassenden Mechanismus mit der als ein Scheinwerfergeschwindigkeitsbefehl eingesetzten berechneten Rollrate P. Dies ist besonders vorteilhaft, weil das Ansprechen des Winkels der Scheinwerfervorrichtung auf den berechneten Querneigungswinkel erhöht werden kann. Das heißt eine Verzögerung des Winkels der Scheinwerfervorrichtung bezüglich des berechneten Querneigungswinkels kann vorteilhaft unterbunden werden.
In einer weiteren bevorzugten Ausführung dieses Aspekts der vorliegenden Erfindung kann die Scheinwerfervorrichtung der oben genannten Bauart eine Scheinwerfergeschwindigkeitsintegrierschaltung enthalten, um einen Scheinwerfergeschwindigkeitsbefehlswert über die Zeit zu integrieren, um einen Scheinwerferwinkel zu bestimmen. In diesem Fall enthalten die Querneigungswinkel-Berechnungsmittel vorzugsweise eine Winkelgeschwindigkeitsintegrierschaltung, um die berechnete Rollrate P über die Zeit zu integrieren, um den berechneten Querneigungswinkel δ zu bestimmen, und enthalten die Lichtverteilungssteuermittel eine zweite Subtrahierschaltung, um eine Differenz zwischen dem berechneten Querneigungswinkel δ und dem Scheinwerferwinkel zu bestimmen, eine Dividierschaltung, um die Ausgabe der zweiten Subtrahierschaltung durch eine vorbestimmte Zeiteinstellung zu dividieren, und eine Addierschaltung, um die Ausgabe der Dividierschaltung zur berechneten Rollrate P zu addieren, um den Scheinwerfergeschwindigkeitsbefehlswert zu erzeugen.
Wenn die Scheinwerfervorrichtung die Scheinwerfergeschwindigkeitsintegrierschaltung enthält, können durch richtiges Einstellen eines vorgegebenen Zeitwertes die Folgecharakteristik des Winkels der Scheinwerfervorrichtung bezüglich des berechneten Querneigungswinkels δ und das schnelle Ansprechen miteinander kompatibel sein. Der durch zeitliche Integration des Scheinwerfergeschwindigkeitsbefehlswerts bestimmte Scheinwerferwinkel kann aus dem Winkelwert des an den die Lichtverteilung anpassenden Mechanismus angepassten Wertgebers bestimmt werden.
Die vorliegende Erfindung stellt in Übereinstimmung mit einem weiteren Aspekt ein Querneigungswinkel-Erfassungsverfahren zur Bestimmung eines Querneigungswinkels eines Fahrzeugs mit dem Einsatz eines in einem vorbestimmten Neigungswinkel θ um die bezüglich einer Längsachse des Fahrzeugs transversal verlaufende Achse geneigt angeordneten Winkelgeschwindigkeitssensor zur Verfügung. Das Querneigungswinkel-Erfassungsverfahren enthält einen Erfassungsschritt für die Winkelgeschwindigkeit, bei welchem unter dem Einsatz nur eines Sensors in Intervallen einer vorbestimmten Zeit sequentiell eine Winkelgeschwindigkeit ω erfasst wird, welche sich zusammensetzt aus einer eine eine Winkelgeschwindigkeit um die Längsachse des Fahrzeugs darstellende Rollrate P enthaltende Rollkomponente P·sinθ und einer eine eine Winkelgeschwindigkeit um die Vertikalachse des Fahrzeugs darstellende Gierrate R enthaltende Gierkomponente R·cosθ; einen Erfassungsschritt für die Geschwindigkeit, bei welchem die Fahrtgeschwindigkeit v des Fahrzeugs erfasst wird; einen Berechnungsschritt, bei welchem eine Gierrate R_n-A kalkuliert wird im Falle, dass das Fahrzeug um einen berechneten Querneigungswinkel δ_n-A gekippt ist, welcher zu einem dem betreffenden Zeitpunkt t_n vorangehenden Zeitpunkt t_n-A bestimmt wird, und bei einer Geschwindigkeit v zum betreffenden Zeitpunkt t_n, und bei welchem eine durch den Winkelgeschwindigkeitssensor erfasste Gierkomponente R_n-A·cosθ kalkuliert wird im Falle, dass das Fahrzeug eine Kurvenfahrt mit der Gierrate R unternimmt; einen Extrahierschritt, bei welchem eine Rollkomponente P_n·sinθ durch Subtrahieren der Gierkomponente R_n-A·cosθ von einer Winkelgeschwindigkeit ω_n zum betreffenden Zeitpunkt t_n bestimmt wird, um dadurch die Rollrate P_n aus der Rollkomponente P_n·sinθ zu extrahieren; und einen Querneigungswinkel-Berechnungsschritt, bei welchem ein berechneter Querneigungswinkel des Fahrzeugs zum betreffenden Zeitpunkt t_n durch Summieren der Rollrate P kalkuliert wird, welche sequentiell während einer Dauer von einem vorbestimmten Zeitpunkt t₀ bis zum betreffenden Zeitpunkt t_n extrahiert wurde.
Gemäß diesem Aspekt der vorliegenden Erfindung kann der Querneigungswinkel bei einer Vielfalt von Fahrtbedingungen genau bestimmt werden, weil wie oben beschrieben der Querneigungswinkel des Fahrzeugs durch die zeitbezogene Integration der berechneten Rollrate P berechnet wird. Da ferner der aus dem Einsatz des Winkelgeschwindigkeitssensors resultierende numerische Wertintegrationsfehler und der aus der Sensordrift resultierende Berechnungsfehler mit der Gierrate korrigiert werden, kann die Akkumulation dieser Fehler mit der Zeit vermieden werden, um die Kalkulation des Querneigungswinkels weiterhin genau zu ermöglichen.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN:
Auf jeden Fall wird die vorliegende Erfindung mit der folgenden Beschreibung ihrer bevorzugten Ausführungen in Verbindung mit den begleitenden Zeichnungen klarer verstanden. Die Ausführungen und die Zeichnungen werden jedoch nur zum Zweck der Veranschaulichung und Erklärung angegeben und begrenzen in keinerlei Weise den Geltungsbereich der vorliegenden Erfindung, welcher aus den anliegenden Ansprüchen zu ermitteln ist. In den begleitenden Zeichnungen werden gleiche Bezugszeichen verwendet, um gleiche Teile in verschiedenen Ansichten zu bezeichnen, und:
1 ist eine schematische Seitenansicht eines Motorrads, welches mit einer Scheinwerfervorrichtung einer Bauart ausgestattet ist, welche ein Querneigungswinkel-Erfassungssystem gemäß einer ersten bevorzugten Ausführung der vorliegenden Erfindung verwendet;
2 ist ein Längsschnitt, welcher die Scheinwerfervorrichtung aus 1 vergrößert darstellt;
3 ist ein Blockschaltplan, welcher einen schematischen Aufbau der Scheinwerfervorrichtung darstellt;
4 ist ein Blockschaltplan, welcher einen schematischen Aufbau des Querneigungswinkel-Erfassungssystems darstellt;
5 ist eine schematische Vorderansicht des Motorrads, welche die Art und Weise darstellt, in welcher das Motorrad quergeneigt ist;
6 ist eine schematische Darstellung, welche die Beziehung zwischen dem Motorradkoordinatensystem und dem Sensorbefestigungskoordinatensystem darstellt;
7 ist ein Flussdiagramm, welches den Prozess der Kalkulation eines berechneten Querneigungswinkels darstellt;
8 ist eine Grafik, welche Daten zum berechneten Querneigungswinkel darstellt, welche durch das Querneigungswinkel-Erfassungssystem gemäß der vorliegenden Erfindung erhalten wurden, im Vergleich mit Daten, welche in Vergleichsbeispielen erhalten wurden;
9 ist ein Blockschaltplan, welcher einen schematischen Aufbau der Scheinwerfervorrichtung darstellt, welche in der ersten bevorzugten Ausführung der vorliegenden Erfindung eingesetzt wird, und die Beziehung zwischen dem berechneten Querneigungswinkel und dem Scheinwerferwinkel darstellt;
10 ist ein Blockschaltplan, welcher einen schematischen Aufbau der Scheinwerfervorrichtung darstellt, welche in einer zweiten bevorzugten Ausführung der vorliegenden Erfindung eingesetzt wird, und die Beziehung zwischen dem berechneten Querneigungswinkel und dem Scheinwerferwinkel darstellt;
11 ist ein Blockschaltplan, welcher einen schematischen Aufbau der Scheinwerfervorrichtung darstellt, welche in einer dritten bevorzugten Ausführung der vorliegenden Erfindung eingesetzt wird, und die Beziehung zwischen dem berechneten Querneigungswinkel und dem Scheinwerferwinkel darstellt;
12 ist eine schematische Abbildung, welche ein beleuchtetes Gebiet der Straßenoberfläche vor der Scheinwerfervorrichtung aus der vorliegenden Erfindung darstellt, während das Motorrad in einer Kurvenfahrt ist;
13 ist eine schematische Abbildung, welche ein beleuchtetes Gebiet der Straßenoberfläche vor der Scheinwerfervorrichtung aus der vorliegenden Erfindung darstellt, während das Motorrad geradeaus fährt; und
14 ist eine schematische Abbildung, welche ein beleuchtetes Gebiet der Straßenoberfläche vor der Scheinwerfervorrichtung aus dem Stand der Technik darstellt, während das Motorrad in einer Kurvenfahrt ist;
BESTMÖGLICHE AUSFÜHRUNGSFORM
Bevorzugte Ausführungen der vorliegenden Erfindung werden nun unter Bezugnahme der begleitenden Zeichnungen detailliert beschrieben. 1 veranschaulicht eine schematische Seitenansicht eines Motorrads, welches mit einer Scheinwerfervorrichtung einer Bauart ausgestattet ist, welche ein Querneigungswinkel-Erfassungssystem gemäß der vorliegenden Erfindung einsetzt. Das veranschaulichte Motorrad 1 enthält eine Vordergabelanordnung 4, welche an einem vorderen Endabschnitt einer Motorradrahmenstruktur 2 an einem Gabelschaft 3 schwenkbar gelagert ist und ein an einem unteren Endabschnitt der Vordergabelanordnung 4 befestigtes Vorderrad 5 aufnimmt. Ein an der Motorradrahmenstruktur 2 befestigter Schwingenhalter 6 weist an einem unteren Mittelabschnitt davon eine schwenkbar verbundene Schwinge 7 auf, und ein Hinterrad 8 ist an einem hinteren Endabschnitt der Schwinge 7 entfernt vom Schwingenhalter 6 befestigt. Ein Motorradverbrennungsmotor 9 zum Antreiben des Hinterrads 8 ist an diesem unterem Mittelabschnitt der Motorradrahmenstruktur 2 an einer Stelle befestigt, welche bezüglich der Vorwärtsfahrrichtung des Motorrads vor dem Schwingenhalter 6 liegt. Ein Hinterradaufhängungssystem 15 ist an der Motorradrahmenstruktur 2 so angebracht, dass es sich zwischen der Schwinge 7 und einem Abschnitt der Motorradrahmenstruktur 2 unterhalb einer Sitzeinheit 40 erstreckt. Selbstverständlich weist das veranschaulichte Motorrad eine Lenkstange 10 auf, welche starr an einem oberen Endabschnitt der Vordergabelanordnung 4 befestigt ist, um sich zusammen mit dieser zu bewegen, so dass das ganze Motorrad mittels solch einer Lenkstange 10 gesteuert werden kann.
Ein einen Teil einer Scheinwerfervorrichtung 11 bildendes Scheinwerfermodul 12 ist durch eine Haltekonsole 13 an der Vordergabelanordnung 4 befestigt. Es ist jedoch zu beachten, dass falls das Motorrad mit einer Vorderverkleidung ausgerüstet ist, das Scheinwerfermodul 12 oft an einem Vorderabschnitt der Motorradrahmenstruktur durch die Vorderverkleidung angebracht sein kann.
2 stellt einen Längsschnitt des oben genannten Scheinwerfermoduls 12 dar. Das veranschaulichte Scheinwerfermodul 12 enthält ein Lampengehäuse 21, welches eine innerhalb des Lampengehäuses 21 aufgenommene elektrische Glühlampe 22 aufweist und ein Licht emittierendes Element bildet, und eine Linse 23, welche auch innerhalb des Lampengehäuses 21 aufgenommen ist und der Glühlampe 22 unmittelbar gegenüber liegt, wobei ihre optische Achse auf die Glühlampe 22 ausgerichtet ist.
Die Glühlampe 22 ist zusammen mit der Linse 23 drehbar um eine mit C bezeichnete Längsmittelachse gelagert, um dadurch einen Beleuchtungsbereichsänderungsmechanismus 17 zu definieren. Mit anderen Worten ist das Lampengehäuse 21 mit Hilfe von Schraubenteilen (nicht dargestellt) an einem ringförmigen Randteil 14 angebracht, welches bezüglich des Lampengehäuses 21 vorne liegt, und ein im allgemeinen schüsselförmiger Reflektor 24 ist mit Hilfe von Haken und Schraubenteilen (beide nicht dargestellt) am ringförmigen Randteil 14 so angebracht, dass er die Glühlampe 22 umgibt. Die oben genannte Linse 23 ist drehbar gelagert an einem Drehstift 26, welcher einen Teil eines säulenförmigen Linsenhalteteils 25 bildet, welches an einem offenen vorderen Rand des schüsselförmigen Reflektors 24 von der Glühlampe 22 aus gesehen bezüglich der Richtung der Emission der Lichtstrahlen nach außen festgemacht ist. Ein drehbarer Sockel 27 ist an einem im Wesentlichen mittleren Abschnitt des Reflektors 24 so angeordnet, dass er eine koaxiale Lage mit der optischen Achse der Linse 23 einnimmt, und die vorher genannte Glühlampe 22 ist durch einen Lampenhalter 31 an einem im Wesentlichen mittleren Abschnitt des Drehsockels 27 befestigt, welcher auf der Längsmittelachse C liegt.
Der Drehsockel 27 wird von einem feststehenden Sockel 28 drehbar gehalten, welcher im allgemeinen vom Drehsockel 27 aus gesehen radial nach außen angeordnet ist, wobei der feststehende Sockel 28 wiederum vom Reflektor 24 mit Hilfe eines Halters 58 gehalten wird. Der Drehsockel 27 und die Linse 23 sind miteinander durch eine Halterung 38 verbunden, welche mit einem Ende an einem äußeren peripheren Abschnitt des Drehsockels 27 und mit dem gegenüberliegenden Ende an einem äußeren peripheren Abschnitt der Linse 23 festgemacht ist. Auf diese Weise sind die Glühlampe 22 und die Linse 23 drehbar gelagert bezüglich des Lampengehäuses 21, des Randteils 14 und des Reflektors 24. Eine Vorderabdeckung 30 ist an einem vorderen peripheren Rand des Reflektors 24 befestigt und eine Lampenfassung 37, in welche die Glühlampe 22 eingesteckt ist, ist elektrisch mit einem Verbindungskabel 33 verbunden.
Der Drehsockel 27 weist an seinem äußeren peripheren Abschnitt ein im Wesentlichen sektorförmiges getriebenes Rad 32 auf, welches in jeder geeigneten Weise geformt oder definiert sein kann, um sich über einen Winkel von im Wesentlichen 180° um die diesbezügliche Drehachse zu erstrecken, und andererseits ist eine Antriebseinheit 18, welche ein elektrischer DC Motor sein kann, zur Drehung des Drehsockels 27 an einem äußeren peripheren Abschnitt des feststehenden Sockels 28 befestigt. Zum Erfassen des Drehwinkels des Drehsockels 27, das heißt des Drehwinkels der Linse 23 bzw. der elektrischen Lampe 22, ist ein zu diesem Zweck entworfener Wertgeber 29 auch am äußeren peripheren Abschnitt des feststehenden Sockels 28 befestigt und ist in einer Umfangsrichtung des feststehenden Sockels 28 beabstandet von der Antriebseinheit 18 angeordnet. Die Drehung der Antriebseinheit 18 wird an den Drehsockel 27 durch ein rundes Antriebsrad 34 und das getriebene Rad 32 übertragen, welches in das Antriebsrad 34 greift, um dadurch die Linse 23 zusammen mit der Glühlampe 22 zu drehen. Entsprechend bilden die Antriebseinheit 18 und der vorher genannte Beleuchtungsbereichsänderungsmechanismus 17 zusammen einen die Lichtverteilung anpassenden Mechanismus 16.
Der Wertgeber 29 ist antriebsmäßig mit einem Getrieberad 35 verbunden, welches in das getriebene Rad 32 greift, und folglich drehbar ist, um die Drehzahl der Antriebseinheit 18 oder den Drehwinkel zu erfassen, so dass der Drehwinkel der Linse 23 und der Glühlampe 22 auf der Grundlage der Drehzahl der Antriebseinheit 18 erfasst werden kann. Das Getrieberad 35 weist die Anzahl von Zähnen auf, welche mit der des Antriebsrads 34 übereinstimmt, und kann entsprechend um das gleiche Maß, wie die des Antriebsrads 34, gedreht werden.
Ein Endschalter 36 ist am feststehenden Sockel 28 befestigt zum Erfassen einer Überdrehung des Drehsockels 27 hinter einen vorgegebenen Winkelabstand, so dass die Antriebseinheit angehalten werden kann. Stromkabel und/oder Signalleitungen, welche jeweils von der Antriebseinheit 18, vom Wertgeber 29 und vom Endschalter 36 ausgehen, und das Stromkabel 33 für die Glühlampe 22 werden aus dem Lampengehäuse 21 durch eine im Lampengehäuse 21 definierte Kabelaustrittsöffnung (nicht dargestellt) in jeder beliebigen dem Fachmann bekannten geeigneten Weise herausgezogen.
Wenn und solange wie der Drehwinkel der Linse 23 und der Glühlampe 22 in einer 0°-Bedingung ist, weist die Motorradscheinwerfervorrichtung 11 die Standardbeleuchtungsverteilungscharakteristik auf, in welcher von der Motorradscheinwerfervorrichtung 11 emittierte Beleuchtung auf ein Gebiet A geworfen wird, welches sich vom Motorrad aus gesehen wie in 13 dargestellt nach links und nach rechts parallel zur horizontalen Bezugslinie H ausdehnt. Falls beispielsweise eine die Lichtausbreitung anpassende Platte zum Anpassen der Ausbreitungsrichtung des Lichts in der in 2 dargestellten Glühlampe 22 vorgesehen wird und eine Mehrzahl von zylindrischen Linsenelementen oder Fresnel-Linsenelementen in eine Stirnfläche der Linse 23 oder eine Rückfläche der Linse 23 integriert werden, kann solch eine Beleuchtungsverteilungscharakteristik an die Scheinwerfervorrichtung 11 weitergegeben werden.
Das Scheinwerfermodul 12 kann von jeder bekannten Struktur sein, vorausgesetzt, dass der Beleuchtungsbereich des Scheinwerfermoduls 12 geändert werden kann, wenn ein Ansteuerungssignal angelegt wird, und darf folglich nicht darauf eingeschränkt werden, was oben in Verbindung mit der bevorzugten Ausführung der vorliegenden Erfindung beschrieben wurde. Beispielsweise kann das Scheinwerfermodul 12 von einer Bauart sein, in welcher an Stelle der Linse 23, welche in Winkelrichtung beweglich ist, der Reflektor, welcher eine reflektierende Platte ist, in Winkelrichtung beweglich sein kann. Obwohl in der Beschreibung der bevorzugten Ausführung auf den Einsatz der Linse 23 in Form einer Streulinse Bezug genommen wurde, darf die Linse 23 nicht notwendigerweise darauf eingeschränkt werden.
Wie in 3 dargestellt enthält die Scheinwerfervorrichtung 11 zusätzlich zum Scheinwerfermodul 12, zur Antriebseinheit 18 und zum Wertgeber (Drehpositionserfassungsmittel) 29, welche beide in das Scheinwerfermodul 12 eingebunden sind, eine Querneigungswinkel-Erfassungsvorrichtung 19 und ein Lichtverteilungssteuermittel 20. Wie in 6 dargestellt, besitzt der Motorradkörper drei Achsen, welche alle durch einen durch einen Winkelgeschwindigkeitssensor 55 definierten Referenzpunkt laufen. Diese Achsen enthalten eine Längsachse C1, eine Querachse C2, welche senkrecht zur Längsachse C1 verläuft, und eine Vertikalachse C3, welche senkrecht sowohl zur Längsachse C1 als auch zur Querachse C2 verläuft.
Besonders erstreckt sich die Längsachse C1 horizontal nach vorne und nach hinten in Bezug auf die Fahrtrichtung des Motorrads, wenn der Motorradkörper in einem Zustand der Geradeausvorwärtsfahrt bei einer konstanten Geschwindigkeit ist; die Querachse C2 erstreckt sich horizontal nach links und nach rechts in Bezug auf den Motorradkörper, wenn der Motorradkörper in der Bedingung der Geradeausvorwärtsfahrt bei der konstanten Geschwindigkeit ist; und die Vertikalachse C3 erstreckt sich vertikal in einer Richtung, welche sowohl zur Längsachse C1 als auch zur Querachse C2 senkrecht ist, wenn der Motorradkörper im Zustand der Geradeausvorwärtsfahrt bei der konstanten Geschwindigkeit ist. Die Achsen C1 bis C3 schneiden sich miteinander am Sensorreferenzpunkt. Ferner, in Anbetracht der Tatsache, dass die Achsen C1 bis C3 im Winkelgeschwindigkeitssensor 55 eingestellt sind, ändert sich die Ausrichtung der Achsen C1 bis C3 in Abhängigkeit von der Lage des Motorradkörpers, weil sich die Ausrichtung des Winkelgeschwindigkeitssensors 55 mit einer Änderung des Motorradkörpers ändert.
Die am besten in 3 dargestellte Querneigungswinkel-Erfassungsvorrichtung 19 ist derart gestaltet und derart betreibbar, dass sie einen berechneten Querneigungswinkel δ durch Erfassen der Winkelgeschwindigkeit um die in 6 dargestellte Längsachse C1 des Motorradkörpers, das heißt die berechnete Rollrate P, ausgibt, und die Lichtverteilungssteuermittel 20 sind derart gestaltet und derart betreibbar, dass sie in Antwort auf den berechneten Querneigungswinkel δ aktiviert werden, welcher von der Querneigungswinkel-Erfassungsvorrichtung 19 zugeführt wird, um den die Lichtverteilung anpassenden Mechanismus 16 zu steuern. Während die Details der Querneigungswinkel-Erfassungsvorrichtung 19 später beschrieben werden, sind die Lichtverteilungssteuermittel 20 derart gestaltet und derart betreibbar, dass sie die Antriebseinheit 18 des die Lichtverteilung anpassenden Mechanismus 16 in Antwort auf ein Rückkopplungssignal steuern, welches vom Wertgeber 29 zugeführt wird, um den Beleuchtungsbereichsänderungsmechanismus 17 zu veranlassen, die Glühlampe 22 und die Linse 23 gleichzeitig zu drehen.
Es muss beachtet werden, dass die oben genannten Lichterverteilungssteuermittel 20 derart gestaltet und derart betreibbar sein können, dass sie die Antriebseinheit 18 des die Lichtverteilung anpassenden Mechanismus 16 in Antwort auf ein integriertes Signal eines Scheinwerfergeschwindigkeitsbefehls D an Stelle des vom Wertgeber 29 zugeführten Rückkopplungssignals steuern.
Die Querneigungswinkel-Erfassungsvorrichtung 19 enthält den Winkelgeschwindigkeitssensor 55, welcher schräg mit einem vorbestimmten Neigungswinkel θ um die Querachse C2 (dargestellt in 6) bezüglich der Längsachse C1 (auch in 6 dargestellt) des Motorradkörpers angeordnet ist, einen Motorradgeschwindigkeitssensor 57 zum Erfassen der Fahrtgeschwindigkeit des Motorrads und Querneigungswinkel-Berechnungsmittel 59 zum Bestimmen des berechneten Querneigungswinkels δ des Motorrads auf der Grundlage der Winkelgeschwindigkeit ω, welche durch den Winkelgeschwindigkeitssensor 55 erfasst wird, des Neigungswinkels θ und der Fahrtgeschwindigkeit v welche durch den Motorradgeschwindigkeitssensor 57 erfasst wird. Sowohl der Motorradgeschwindigkeitssensor 57 als auch der Winkelgeschwindigkeitssensor 55 sind betreibbar, um erfasste Werte in Intervallen einer vorbestimmten Zeitdauer sequenziell auszugeben. Die Fahrtgeschwindigkeit v kann entweder aus der Drehzahl des Motorradrads oder aus einem Ausgabewert eines Beschleunigungssensors zum Erfassen der in Längsrichtung des Motorradkörpers wirkenden Beschleunigung oder aus dem Übersetzungsverhältnis und der Drehzahl des Motorradverbrennungsmotors bestimmt werden.
Der oben genannte Winkelsensor 55 wird beispielsweise in Form eines Kreisels verwendet und ist betreibbar, um die Winkelgeschwindigkeit ω um eine Sensorachse C4 zu erfassen, welche sich in der Ebene, welche die Längsachse C1 und die Vertikalachse C3 enthält, wie in 6 dargestellt durch die Querachse C2 hindurch erstreckt und welche bei einer um einen vorbestimmten Winkel gleich dem Neigungswinkel θ bezüglich der Längsachse C1 winkelmäßig beabstandeten Lage eingestellt ist. Die durch den Winkelgeschwindigkeitssensor 55 erfasste Winkelgeschwindigkeit ω enthält eine Komponente der berechneten Rollrate P, welche die Winkelgeschwindigkeit um die Längsachse C1 ist, und eine berechnete Gierrate, welche eine Winkelgeschwindigkeit um die Vertikalachse C3 ist.
Es muss jedoch beachtet werden, dass es in der gerade diskutierten bevorzugten Ausführung der vorliegenden Erfindung, soweit es den Winkelgeschwindigkeitssensor 55 zum Erfassen der Winkelgeschwindigkeit um die oben genannte vorgegebene Sensorachse C4 betrifft, ausreichen kann, dass die Sensorachse C4 so angeordnet ist, dass sie bezüglich sowohl der Längsachse C1 als auch der Vertikalachse C3 geneigt ist, und die Gestalt und die Stellung des Winkelgeschwindigkeitssensors 55 können wie gewünscht ausgewählt werden.
Die Details der Querneigungswinkel-Erfassungsvorrichtung 19 sind in 4 dargestellt. Wie darin dargestellt, enthalten die Querneigungswinkel-Berechnungsmittel 59 eine Rollratenberechnungsschaltung 60 zum Kalkulieren der berechneten Rollrate P in Bezug auf eine Ausgabe vom Winkelgeschwindigkeitssensor 55, eine Winkelgeschwindigkeitsintegrierschaltung 62 zum Integrieren der berechneten Rollrate P über die Zeit, und um dann den berechneten Querneigungswinkel δ auszugeben, eine Rückkopplungsschaltung 64 zum Bestimmen der berechneten Gierrate R des Motorradkörpers, welche die Winkelgeschwindigkeit um die in 6 dargestellte Vertikalachse C3 ist, auf der Grundlage des berechneten Querneigungswinkels δ und der Geschwindigkeit v, und um dann eine Gegenkopplung der bestimmten berechneten Gierrate R zur Winkelgeschwindigkeit ω durchzuführen, und eine driftentfernende Schaltung 66 zum Zurückstellen der Winkelgeschwindigkeit ω auf Null für den Fall, dass eine Winkelgeschwindigkeits-Nullbedingung erfüllt wird, welche von einer vorbestimmten Bedingung der Geradeausvorwärtsfahrt umfasst wird.
Die oben genannten Querneigungswinkel-Berechnungsmittel 59 sind betreibbar, um den berechneten Querneigungswinkel δ durch zeitliche Integration der berechneten Rollrate P zu kalkulieren, welche auf der Grundlage des Neigungswinkels θ vom Winkelgeschwindigkeitssensor 55, der durch den Winkelgeschwindigkeitssensor 55 erfassten Winkelgeschwindigkeit ω und der durch den Motorradgeschwindigkeitssensor 57 erfassten Geschwindigkeit v erhalten wurde.
Die Rückkopplungsschaltung 64 enthält Gierraten-Berechnungsmittel 68 zum Kalkulieren der berechneten Gierrate R auf der Grundlage des berechneten Querneigungswinkels δ', welcher vorher kalkuliert wurde, und der Geschwindigkeit v, Gierkomponenten-Berechnungsmittel 70 zum Kalkulieren einer Gierkomponente des Winkelgeschwindigkeitssensors 55 durch Multiplizieren dieser berechneten Gierrate R mit cosθ und eine Gegenkopplungsschaltung 72 zum Durchführen einer Gegenkopplung des Werts der Gierkomponente zur Winkelgeschwindigkeit ω, welche ein erfasster Wert des Winkelgeschwindigkeitssensors 55 ist. In dieser Ausführung ist die Gegenkopplungsschaltung 72 ein Subtrahierer.
Mit anderen Worten wird der berechnete Querneigungswinkel δ aus der berechneten Rollrate P erhalten, welche zu jeder Zeit mit der berechneten Gierrate R korrigiert wurde. Deshalb wird die Anhäufung der Einflüsse, welche durch eine Nullpunktverschiebung des Winkelgeschwindigkeitssensors 55 bedingt sind, und ein Integrationsfehler mit der Zeit vermieden.
Besonders in Bezug auf 5 und 6 wird nun ein Verfahren zum Erfassen des berechneten Querneigungswinkels δ mittels der Querneigungswinkel-Berechnungsmittel 59 detailliert beschrieben. Angenommen, dass der Drehradius des Motorrads durch r ausgedrückt wird, die Schwerebeschleunigung durch g ausgedrückt wird und die Winkelgeschwindigkeit um die Vertikalachse (die Gierrate im festen Koordinatensystem), welche ohne Rücksicht auf die Haltung des Motorrads eingestellt wird, durch R0 ausgedrückt wird, so kann die berechnete Gierrate bei einer Kippung des Motorrads mit dem Querneigungswinkel δ bezüglich der Vertikalachse des Motorradkörpers durch die folgende Gleichung ausgedrückt werden: R = R0·cosδ (2)
Andererseits kann die auf den Schwerpunkt G des Motorrads wirkende Zentrifugalkraft f durch die folgende Gleichung ausgedrückt werden, wenn die Masse des Motorrads durch m ausgedrückt wird, wobei zu beachten ist, dass die Masse m für die Gesamtmasse des Motorrads und eines Fahrers auf dem Motorrad steht: f = m·v·v/r (3)
Bedenkt man, dass die Winkelgeschwindigkeit R0 um die Vertikalachse durch die folgende Gleichung (4) ausgedrückt werden kann, und fügt man diese Gleichung (4) in die Gleichung (3) ein, ergibt sich die Zentrifugalkraft f ausgedrückt durch die folgende Gleichung (5): R0 = v/r (4) f = m·v·R0 (5)
Ferner bildet sich bei dem Querneigungswinkel δ die durch die folgende Gleichung (6) ausgedrückte Beziehung zwischen der auf den Motorradkörper wirkenden Zentrifugalkraft und der Schwerkraft m·g, und folglich ergibt sich die folgende Gleichung (7) durch Einfügen der Gleichung (6) in die Gleichung (5): tanδ = f/(m·g) (6) tanδ = v·R0/g (7)
Durch Einfügen des Querneigungswinkels δ aus der obigen Gleichung (2) in die Gleichung (7) ergibt sich die folgende Gleichung (8), von welcher aus eine Beziehung erhalten werden kann, wie sie durch die folgende Gleichung (9) ausgedrückt ist: tanδ = v·R/(g·cosδ) (8) sinδ = v·R/g (9)
Entsprechend wird der berechnete Querneigungswinkel δ durch die folgende Gleichung ausgedrückt: δ = sin^–1(v·R/g) (10)
Da der Winkelsensor 55 wie in 6 dargestellt gekippt mit einem Neigungswinkel θ bezüglich der Längsachse C1 wie oben beschrieben angeordnet ist, wird die durch den Winkelgeschwindigkeitssensor 55 gemessene Winkelgeschwindigkeit ω gemäß der Koordinatentransformation vom Motorradkörperkoordinatensystem (durch die Strichpunktlinie dargestellt) zum Sensorhalterungskoordinatensystem (durch die durchgezogene Linie dargestellt) durch die folgende Gleichung (11) als ein Ergebnis der Kombination der Rollkomponente P·sinθ, welche die Rollrate P enthält, und der Gierkomponente R·cosθ, welche die Gierrate R enthält, ausgedrückt. Da die Roll- und Gierrate P und R nicht ein tatsächlich gemessener Wert sind, muss beachtet werden, dass sie nachstehend in Gleichung (11) jeweils berechnete Rollrate P und berechnete Gierrate R genannt werden: ω = P·sinθ + R·cosθ (11)
Durch Bestimmen der berechneten Gierrate R aus der obigen Gleichung (9) und durch anschließendes Einfügen in die Gleichung (11) ergibt sich die berechnete Rollrate P, welche durch die folgende Gleichung (12) ausgedrückt wird:
Durch Integration der berechneten Rollrate P ergibt sich der berechnete Querneigungswinkel δ. Mit anderen Worten kann der berechnete Querneigungswinkel δ angenommen, dass der vorher berechnete Querneigungswinkel durch δ' ausgedrückt ist, durch die folgende Gleichung (13) ausgedrückt werden:
Die in 4 dargestellten Gierraten-Berechnungsmittel 68 sind betreibbar zum Kalkulieren der berechneten Gierrate R (= g·sinδ'/v) gemäß der obigen Gleichung (9), welche den vorherigen berechneten Querneigungswinkel δ' und die durch den Motorradgeschwindigkeitssensor 57 erfasste Fahrtgeschwindigkeit v benutzt. Die Gierkomponenten-Berechnungsmittel 70 sind betreibbar zum Kalkulieren der Gierkomponente R·cosθ, welche durch den Winkelgeschwindigkeitssensor 55 erfasst würde, indem die berechnete Gierrate R mit cosθ multipliziert wird. Die Gegenkopplungsschaltung 72 ist betreibbar zur Ausgabe der Rollkomponente P·sinθ, welche im erfassten Wert ω des Winkelgeschwindigkeitssensors 55 enthalten wäre, indem die Gierkomponente R·cosθ von der vom Winkelgeschwindigkeitssensor 55 gemessenen Winkelgeschwindigkeit ω (= P·sinθ + R·cosθ) subtrahiert wird.
Die Rollratenberechnungsschaltung 60 ist betreibbar zum Kalkulieren der berechneten Rollrate P (wie durch die obige Gleichung (12) ausgedrückt) durch Dividieren der berechneten Rollkomponente P·sinθ durch sinθ. Andererseits ist die Winkelgeschwindigkeitsintegrierschaltung 62 betreibbar zum Kalkulieren des berechneten Querneigungswinkels δ (wie durch die obige Gleichung (13) ausgedrückt) durch Integrieren der berechneten Rollrate P.
Die driftentfernende Schaltung 66 ist betreibbar zum Umwandeln der Winkelgeschwindigkeit ω, welche durch den Winkelgeschwindigkeitssensor 55 erfasst wird, in Null für den Fall, dass die vorbestimmte Geradeausvorwärtsfahrtbedingung oder eine Haltebedingung, in welchen der Querneigungswinkel des Motorradkörpers Null erreicht, erfüllt wird. Die oben genannte Geradeausvorwärtsfahrtbedingung tritt ein, wenn das Motorrad beispielsweise geradeaus nach vorne für eine vorbestimmte Zeitdauer fährt oder wenn das Motorrad unter einem automatischen Reisemodus für eine vorbestimmte Zeitdauer fährt, wobei es weder beschleunigt noch gebremst wird. Ferner tritt die oben genannte Haltebedingung ein, wenn das Fahrzeug beispielsweise angehalten wird, ein Seitenständerschalter betätigt wird oder der Verbrennungsmotor angehalten wird. Es muss jedoch beachtet werden, dass der Einsatz der oben genannten driftentfernenden Schaltung 66 nicht immer unerlässlich ist und folglich überflüssig sein kann.
Die jeweils vorstehend genannten Querneigungswinkel-Berechnungsmittel 59 und Lichtverteilungssteuermittel 20 sind in eine in 3 dargestellte Steuereinheit 42 eingebaut und sind beispielsweise unter der in 1 dargestellten Sitzeinheit 40 angeordnet. Obwohl der Winkelgeschwindigkeitssensor 55 bevorzugt in der Nähe des unter Berücksichtigung der Kombination des Motorradkörpers und des Fahrers definierten Schwerpunkts G angeordnet ist, kann er überall angeordnet werden, sofern eine ausreichende Starrheit der Befestigung des Winkelgeschwindigkeitssensors 55 sichergestellt werden kann.
Wie leicht aus der obigen Gleichung (11) verstanden werden kann, werden die durch die Gierkomponente R·cosθ bedingten Einflüsse beträchtlich, wenn der Neigungswinkel θ des Winkelgeschwindigkeitssensors 55 klein wird, das heißt sich Null nähert. Wenn umgekehrt der Neigungswinkel θ groß wird, das heißt sich 90° nähert, werden die durch die Rollkomponente P·sinθ bedingten Einflüsse beträchtlich.
Die Kalkulation des berechneten Querneigungswinkels δ erfolgt in der durch das Flussdiagramm in 7 dargestellten Weise. Für die Diskussion der Kalkulation des berechneten Querneigungswinkels δ wird nun Bezug auf das Flussdiagramm von 7 genommen.
Nach dem Start der Kalkulation des berechneten Querneigungswinkels δ wird bei Schritt S1 bestimmt, ob die Bedingung zum Entfernen der Drift, insbesondere die Geradeausvorwärtsfahrbedingung oder die Haltebedingung, erfüllt ist oder nicht. Falls die Bedingung zum Entfernen der Drift bei Schritt S1 als erfüllt bestimmt wird, wird bei Schritt S2A die Winkelgeschwindigkeit gleich Null gespeichert, falls aber bei Schritt S1 die Bedingung zum Entfernen der Drift als nicht erfüllt bestimmt wird, erfolgt die Erfassung der Winkelgeschwindigkeit bei Schritt S2B. Beim Schritt S2B wird die Winkelgeschwindigkeit ω, welche sich aus der die berechnete Rollrate P enthaltenden Rollkomponente P·sinθ und der die berechnete Gierrate R enthaltenden Gierkomponente R·cosθ zusammensetzt, sequenziell in Intervallen einer vorbestimmten Zeit erfasst. Obwohl in der nun diskutierten veranschaulichten Ausführung die Rollkomponente P·sinθ und die Gierkomponente R·cosθ durch den einzigen in 6 dargestellten Winkelgeschwindigkeitssensor 55 erfasst werden und mit einem Neigungswinkel θ geneigt angeordnet sind, muss beachtet werden, dass das Flussdiagramm zur Kalkulation des berechneten Querneigungswinkels wie in 7 dargestellt gleichermaßen gelten kann, selbst wenn zwei Sensoren jeweils für die Erfassung der Rollrate und für die Erfassung der Gierrate verwendet werden.
Daraufhin erfolgt nach einem Geschwindigkeitserfassungsschritt S3, bei welchem die Motorradfahrtgeschwindigkeit v erfasst wird, ein Übernahmeschritt eines vorherigen Querneigungswinkels S4. Während des Übernahmeschritts eines vorausgehenden Querneigungswinkels S4 wird der berechnete Querneigungswinkel δ_n-A übernommen, welcher an einem dem betreffenden Zeitpunkt t_n-A vorausgehenden Zeitpunkt t_n-A bestimmt wurde. In der nun diskutierten veranschaulichten Ausführung wird der berechnete Querneigungswinkel übernommen, welcher bei einem Querneigungswinkelspeicherungs- und ausgabeschritt S8 aufgenommen wird, wie später beschrieben wird.
Anschließend erfolgt ein Gierraten-Berechnungsschritt S5. Während des Gierraten-Berechnungsschritts S5 wird die Gierrate R_n-A, welche sich zeigt, wenn das Motorrad bei einer Fahrtgeschwindigkeit v zum betreffenden Zeitpunkt t_n fahrend quergeneigt wird, unter dem Einsatz des vorherigen berechneten Querneigungswinkels δ_n-A kalkuliert und daraufhin die durch den Winkelgeschwindigkeitssensor 55 erfasste Gierkomponente R_n-A·cosθ kalkuliert, wenn das Motorrad eine Drehung mit der Gierrate R macht. In der nun diskutierten veranschaulichten Ausführung ist es bestimmt durch die Gierrate R_n-A = g(sinδ_n-A)/v.
Bei einem dem Gierkomponenten-Berechnungsschritt S5 folgenden Rollratenextrahierschritt S6 wird die Rollkomponente P_n·sinθ durch Subtrahieren der Gierkomponente R_n-A·cosθ von der Winkelgeschwindigkeit ω_n zum betreffenden Zeitpunkt t_n bestimmt und daraufhin wird die Rollrate P_n aus der Rollkomponente P_n·sinθ extrahiert. Bei einem Querneigungswinkelkalkulationsschritt S7, welcher anschließend an den Rollratenextrahierschritt S6 erfolgt, wird die sequenziell während einer Dauer von einem vorbestimmten Zeitpunkt t₀ bis zum betreffenden Zeitpunkt t_n extrahierte Rollrate P integriert, um dadurch den berechneten Querneigungswinkel δ_n des Motorrads zum betreffenden Zeitpunkt t_n zu kalkulieren.
Schließlich folgt der Querneigungswinkelspeicherungs- und ausgabeschritt S8 nach dem oben beschriebenen Querneigungswinkelkalkulationsschritt S7, bei welchem der kalkulierte berechnete Querneigungswinkel δ_n gespeichert und ausgegeben wird. Der derart aufgenommene berechnete Querneigungswinkel δ_n wird als der vorherige Querneigungswinkel δ_n-A beim Übernahmeschritt des vorherigen Querneigungswinkels S4 während des anschließenden Kalkulationszyklus des berechneten Querneigungswinkels übernommen.
8 veranschaulicht eine Grafik, welche den berechneten Querneigungswinkel δ darstellt, welcher mit dem Neigungswinkel θ des Winkelgeschwindigkeitssensors 55 aus 6 geändert gemessen wird, wobei die Ordinatenachse für Werte des berechneten Querneigungswinkels steht und die Abszissenachse für die Zeit steht. Ein Vergleichsbeispiel 1 steht für eine durch den Einsatz eines 3-Achsen-Hochleistungs-Kreiselsensors gemessene Kurve, Vergleichsbeispiele 2 und 3 und Beispiele 1 und 2 stehen für entsprechende Kurven, welche durch den Einsatz der in 4 dargestellten Querneigungswinkel-Erfassungsvorrichtung 19 erhalten wurden. Die Vergleichsbeispiele 2 und 3 veranschaulichen auch entsprechende Beispiele, wobei verwendete Winkelgeschwindigkeitssensoren 55 bei zugehörigen Neigungswinkeln von 0° und 90° befestigt wurden, wohingegen die Beispiele 1 und 2 entsprechende Beispiele veranschaulichen, wobei die Winkelgeschwindigkeitssensoren 55 bei zugehörigen Neigungswinkeln von 30° und 60° befestigt wurden.
Da der Querneigungswinkel δ im Vergleichsbeispiel 2 bei einem Neigungswinkel von 0° kalkuliert wurde, das heißt, nur gestützt auf die Gierrate, ändert sich der Querneigungswinkel beispielsweise im Vergleich zum Vergleichsbeispiel 1 abrupt, ein Fehler z. B. während der Slalomfahrt des Motorrads ist groß. Da andererseits im Vergleichsbeispiel 3 der Querneigungswinkel δ bei einem Neigungswinkel von 90° kalkuliert ist, das heißt nur durch Integrieren der Rollrate, zeigt sich im Vergleich zum Vergleichsbeispiel 1 eine sanfte Bewegung, aber die Korrektur durch die Rückkopplungsschaltung 64 funktioniert nicht und die Drift steigt vom tatsächlichen Wert aus mit der Zeit aufgrund der angehäuften Integrationsfehler an, welche durch den Einsatz des Winkelgeschwindigkeitssensors 55 verursacht werden. Im in 8 dargestellten Vergleichsbeispiel 3 verschiebt sich die Grafik in ihrer Gesamtheit mit der Zeit nach unten.
Die Beispiele 1 und 2 weisen die entsprechenden berechneten Querneigungswinkel bei den Neigungswinkeln von 30° und 60° auf, welche nahezu frei sind vom Fehler während der Slalomfahrt des Motorrads, wie sich beispielsweise im Vergleichsbeispiel 2 zeigt, und von der Anhäufung des Integrationsfehlers mit der Zeit, wie sich beispielsweise im Vergleichsbeispiel 3 zeigt, und welche sanft übergehen im Vergleich zum Vergleichsbeispiel 1 und bei einem Wert nahe dem im Vergleichsbeispiel 1. Dadurch kann der berechnete Querneigungswinkel genau kalkuliert werden, da in den Beispielen 1 und 2 die berechnete Rollrate und die berechnete Gierrate zum Berechnen des Querneigungswinkels verwendet werden, im Vergleich zu den Vergleichsbeispielen 2 und 3, worin entweder die Gierrate oder die Rollrate verwendet werden.
Der in 6 dargestellte Neigungswinkel θ des Winkelgeschwindigkeitssensors 55 ist bevorzugt innerhalb des Bereichs von 30 bis 60° und besonders bevorzugt 45°. Es muss jedoch beachtet werden, dass der optimale Winkel von der Präzision (Driftmaß) des Winkelgeschwindigkeitssensors 55 und/oder der Betriebseigenschaft des Motorradkörpers abhängt und folglich muss der Neigungswinkel θ von einem Wert kleiner als 30° oder größer als 60° als in den Umfang der vorliegenden Erfindung miteinbezogen ausgelegt werden.
9 veranschaulicht einen Plan, welcher die Schaltung zum Steuern des Scheinwerferwinkels darstellt, das heißt den durch die Scheinwerfervorrichtung wie vorstehend beschrieben hervorgebrachten Beleuchtungsbereich, auf der Grundlage des durch die Querneigungswinkel-Erfassungsvorrichtung 19 der vorliegenden Erfindung kalkulierten berechneten Querneigungswinkel δ. Die Scheinwerfervorrichtung 11 enthält die Lichtverteilungssteuermittel 20, eine Scheinwerfergeschwindigkeitsintegrierschaltung 74 zum Durchführen einer zeitlichen Integration eines von den Lichtverteilungssteuermitteln 20 ausgegebenen Scheinwerfergeschwindigkeitsbefehlswerts D, um den Scheinwerferwinkel α zu bestimmen, eine erste Subtrahierschaltung 76 zum Bestimmen einer Differenz zwischen dem berechneten Querneigungswinkel δ und dem Scheinwerferwinkel α und einen Rückkopplungszweig 78 zum Zuführen einer Ausgabe der Scheinwerfergeschwindigkeitsintegrierschaltung 74 zurück zu einem negativen Anschluss der ersten Subtrahierschaltung 76.
Die erste Subtrahierschaltung 76 ist betreibbar zum Erzeugen der Differenz (δ – α) zwischen dem vom Querwinkelerfasser 19 ausgegebenen berechneten Querneigungswinkel δ und dem von der Scheinwerfergeschwindigkeitsintegrierschaltung 74 ausgegebenen Scheinwerferwinkel α als eine Scheinwerferwinkelsteuerabweichung δ1. Die Lichtverteilungssteuermittel 20 sind betreibbar zur Ausgabe des Scheinwerfergeschwindigkeitsbefehls D auf der Grundlage des Ausgabewerts der ersten Integrierschaltung 76. Die Scheinwerfergeschwindigkeitsintegrierschaltung 74 ist betreibbar zur Ausgabe des Scheinwerferwinkels α durch Integrieren des Scheinwerfergeschwindigkeitsbefehls D. Der Rückkopplungszweig 78 ist betreibbar zum Zuführen des Scheinwerferwinkels α, welcher eine Ausgabe von der Scheinwerfergeschwindigkeitsintegrierschaltung 74 ist, zurück zum negativen Anschluss der ersten Subtrahierschaltung 76. Die oben genannten Lichtverteilungssteuermittel 20 steuern den in 3 dargestellten die Lichtverteilung anpassenden Mechanismus 16 auf der Grundlage des Scheinwerfergeschwindigkeitsbefehls D.
Die Folgecharakteristik des Scheinwerferwinkels δ in der Scheinwerfervorrichtung an den berechneten Querneigungswinkel δ ist bestimmt durch eine Steuerverstärkung der Lichtverteilungssteuermittel 20. Je größer die Steuerverstärkung ist, desto besser ist die Folgecharakteristik, aber die Scheinwerfervorrichtung wird durch Rauschen beeinflusst werden, falls die Steuerverstärkung groß ist. Entsprechend wird die Steuerverstärkung unter Berücksichtigung der Folgecharakteristik und des Rauschwiderstands entworfen. Schließlich würde jedoch eine Abstimmung der Steuerverstärkung benötigt, um das Gleichgewicht zwischen der Folgecharakteristik und dem Widerstand gegenüber Rauschen zu bewahren.
Durch den Betrieb des die Lichtverteilung anpassenden Mechanismus 16 werden sowohl die Linse 23 als auch die Glühlampe 22 in eine Richtung entgegen der Richtung gedreht, in welche der Motorradkörper quergeneigt ist, um dadurch den Beleuchtungsbereich (verteiltes Licht) A in eine entgegengesetzte Richtung durch eine Geschwindigkeit gleich dem in 9 dargestellten Scheinwerfergeschwindigkeitsbefehls D zu schwenken. Zu diesem Zeitpunkt wird die Drehung der Antriebseinheit 18 so gesteuert, dass der Drehungswinkel sowohl der Glühlampe 22 als auch der Linse 23 beispielsweise ein oder zwei Mal der berechnete Querneigungswinkel δ sein kann. Die Lichtverteilungssteuermittel 20 halten die Antriebseinheit 18 an, wenn der Scheinwerferwinkel α den berechneten Querneigungswinkel δ erreicht. Entsprechend wird der Beleuchtungsbereich A um einen Winkel entsprechend dem berechneten Querneigungswinkel δ (in 9 dargestellt) in eine Richtung entgegengesetzt der Querneigungsrichtung des Motorradkörpers geschwenkt. Es muss beachtet werden, dass der Scheinwerferwinkel α aus dem Maß der Drehung der Antriebseinheit 18 geliefert werden kann, welches durch den Wertgeber 29 erfasst wird.
Wenn das Motorrad seine Fahrtrichtung beispielsweise durch den Pfeil P dargestellt nach links entlang einer Kurvenbahn 90 wie in 12 dargestellt ändert, verschiebt sich der durch die Scheinwerfervorrichtung 11 hervorgebrachte Beleuchtungsbereich A von dem Gebiet, welches sich vom Motorrad aus gesehen nach links und nach rechts parallel zur horizontalen Bezugslinie H wie in 13 dargestellt ausdehnt und während der Geradeausfahrt des Motorrads angenommen wird, zu einem Gebiet, welches wie in 12 dargestellt, etwas nach oben links geneigt ist. Demzufolge kann im Vergleich zur in 14 dargestellten herkömmlichen Scheinwerfervorrichtung viel Licht hervorgebracht und in ein Gebiet einwärts der Richtung verteilt werden, in welche der Blick des Motorradfahrers gerichtet ist, (ein durch den gestrichelten Kreis in 12 umfasstes Gebiet B), was dem Motorradfahrer eine verbesserte Sicht genießen lässt.
Es ist zu beachten, dass es abhängig von der Gestalt des Beleuchtungsbereichs A vorkommen kann, dass der Beleuchtungsbereich A um einen Winkel entsprechend dem berechneten Querneigungswinkel δ in eine Richtung, nicht ihr entgegen, sondern identisch mit der Richtung, in welche das Motorrad quergeneigt ist, gedreht werden kann, um dadurch ein erhöhtes Maß an Licht in ein Sichtgebiet des Fahrers einwärts der Drehrichtung des Motorrads zu verteilen.
Somit wird gemäß der vorliegenden Erfindung der Querneigungswinkel δ des Motorrads durch Berechnen der Rollrate P und durch zeitliches Integrieren der berechneten Rollrate P berechnet. Entsprechend ist es möglich, den Querneigungswinkel δ mit hoher Genauigkeit während einer Vielfalt von Fahrtbedingungen einschließlich beispielsweise einer Anfangsphase der Querneigung und einer Slalomfahrt des Motorrads zu berechnen. Da ferner der Einsatz des nur einen Winkelgeschwindigkeitssensors 55 in der Praxis der vorliegenden Erfindung genügt, kann die Struktur vereinfacht werden, wobei eine Steigerung der Anzahl der Komponententeile vermieden wird, und folglich können die Herstellungskosten gedrückt werden.
Da die Querneigungswinkel-Berechnungsmittel 59 die berechnete Gierrate R auf der Grundlage des berechneten Querneigungswinkels δ und der Geschwindigkeit v bestimmen und daraufhin die Gegenkopplung des Produkts der berechneten Gierrate R multipliziert mit cosθ zur Winkelgeschwindigkeit ω durchführen, können der numerische Integrationsfehler, welcher aus dem Einsatz des Winkelgeschwindigkeitssensors 55 resultiert, und der berechnete Fehler, der aus der Sensordrift resultiert, auf der Grundlage der berechneten Gierrate R korrigiert werden, und folglich kann die Anhäufung der Fehler mit der Zeit vermieden werden, um dem Querneigungswinkel zu ermöglichen genau berechnet zu werden. Insbesondere wird der berechnete Querneigungswinkel δ gemäß der vorstehend diskutierten Gleichung (13) kalkuliert.
Da die Querneigungswinkel-Berechnungsmittel 59 ferner von der driftentfernenden Schaltung 66 Gebrauch machen, welche betreibbar ist zum Einstellen der Winkelgeschwindigkeit ω auf Null für den Fall, dass die vorbestimmte Geradeausfahrbedingung erfüllt wird, welche eine der Winkelgeschwindigkeits-Nullbedingungen ist, wird der aus der im Winkelgeschwindigkeitssensor 55 auftretenden Drift resultierende Fehler entfernt, und der Querneigungswinkel δ kann weiterhin genau berechnet werden.
Da die Scheinwerfervorrichtung 11 gemäß der vorliegenden Erfindung mit der Querneigungswinkel-Erfassungsvorrichtung 19der vorstehend diskutierten Bauart versehen ist, kann der Querneigungswinkel δ zusätzlich unter einer Vielfalt von Motorradfahrtbedingungen genau bestimmt werden und das Scheinwerfermodul 12 kann genau gesteuert werden. Die Lichtverteilungssteuermittel 20 steuern den die Lichtverteilung anpassenden Mechanismus 16 auf der Grundlage des erfassten Querneigungswinkels δ des Motorradkörpers, um den Beleuchtungsbereich A (verteiltes Licht) während der Kurvenfahrt des Motorrads zu einem Gebiet einwärts der Fahrtrichtung des in der Kurvenfahrt befindlichen Motorrads hin zu ändern, das heißt wie in 12 dargestellt zu einem Gebiet fern vom Krümmungsmittelpunkt, um welchen sich das Motorrad in einer Kurvenfahrt befindet. Beispielsweise dreht der die Lichtverteilung anpassende Mechanismus 16 den durch das Scheinwerfermodul 12 hervorgebrachten Beleuchtungsbereich A in eine Richtung entgegengesetzt der Richtung, in welche das Motorrad quergeneigt ist, um die Mittelachse um einen der Größe des berechneten Querneigungswinkels δ entsprechenden Winkel. Auf diese Weise kann viel Licht vom Scheinwerfermodul 12 in ein Gebiet einwärts der Richtung verteilt werden, in welche der Blick des Motorradfahrers gerichtet ist, was dem Motorradfahrer eine verbesserte Sicht genießen lässt.
Da jedoch die Lichtverteilungssteuermittel 20 den die Lichtverteilung anpassenden Mechanismus 16 auf der Grundlage des Ausgabewerts der ersten Subtrahierschaltung 76 steuern, welche die Differenz zwischen dem berechneten Querneigungswinkel δ und dem Scheinwerferwinkel α bestimmt, kann der Scheinwerferwinkel α, das heißt der durch das Scheinwerfermodul hervorgebrachte Beleuchtungsbereich (verteiltes Licht) gemäß dem Ergebnis der Berechnung des Querneigungswinkels genau geändert werden.
Gemäß dem vorstehend beschriebenen Querneigungswinkel-Erfassungsverfahren kann der Querneigungswinkel genau unter der Vielfalt der Motorradfahrtbedingungen bestimmt werden, da der Querneigungswinkel δ durch zeitliches Integrieren der berechneten Rollrate P berechnet wird. Da ferner die Drift des Winkelgeschwindigkeitssensors 55, welche auftreten würde, wenn der Kreiselsensor für den Winkelgeschwindigkeitssensor 55 eingesetzt wird, mit der Gierrate R korrigiert wird, kann die Anhäufung des Fehlers mit der Zeit vermieden werden und der Querneigungswinkel δ mit hoher Genauigkeit berechnet werden.
In 10 ist ein Blockschaltplan der Scheinwerfervorrichtung 11A gemäß einer zweiten bevorzugten Ausführung der vorliegenden Erfindung dargestellt. In der zweiten bevorzugten Ausführung sind die Lichtverteilungssteuermittel 20 betreibbar zum Steuern des die Lichtverteilung anpassenden Mechanismus 16 mit der als Scheinwerfergeschwindigkeitsbefehl D eingesetzten berechneten Rollrate P. Auf der Grundlage der vom Winkelgeschwindigkeitssensor 55 ausgegebenen Winkelgeschwindigkeit ω erzeugt die Rollratenberechnungsschaltung 60 die berechnete Rollrate P, welche wiederum an die Winkelgeschwindigkeitsintegrierschaltung 62 ausgegeben wird. Die Winkelgeschwindigkeitsintegrierschaltung 62 integriert daraufhin die berechnete Rollrate P über die Zeit, um den berechneten Querneigungswinkel δ zu kalkulieren. Der resultierende Querneigungswinkel δ wird in jeder beliebigen anderen Anwendung eingesetzt, wie beispielsweise einer Schaltung zum Begrenzen des Motordrehmoments gegenüber einem übermäßigen Querneigungswinkel, wie später detailliert beschrieben wird.
In der Praxis der in 9 dargestellten und besonders bezugnehmend auf 9 beschriebenen voranstehenden ersten Ausführung wird nicht nur die Abstimmung der Steuerverstärkung der Lichtverteilungssteuermittel 20 benötigt, um das Gleichgewicht zwischen der Folgecharakteristik und dem Rauschwiderstand zu bewahren, sondern auch wird der Scheinwerferwinkel α eine Verzögerung bezüglich des berechneten Querneigungswinkel δ haben. In der Praxis der in 10 dargestellten und besonders bezugnehmend auf 10 oben beschriebenen zweiten Ausführung koinzidieren im Gegensatz dazu der Scheinwerfergeschwindigkeitsbefehl D und die berechnete Rollrate P miteinander, und folglich wird der Scheinwerferwinkel α keine Verzögerung bezüglich des berechneten Querneigungswinkel δ haben und es wird ferner keine Abstimmung der Steuerverstärkung benötigt.
Ein Blockschaltplan der Scheinwerfervorrichtung 11B gemäß einer dritten bevorzugten Ausführung der vorliegenden Erfindung ist in 11 dargestellt, worauf nun Bezug genommen wird. Die dritte Ausführung der vorliegenden Erfindung ist im Wesentlichen ähnlich der vorher beschriebenen zweiten Ausführung, unterscheidet sich davon aber darin, dass die in der Praxis der zweiten Ausführung verwendeten Lichtverteilungssteuermittel 20 eine zweite Subtrahierschaltung 80 zum Bestimmen der Differenz zwischen dem Querneigungswinkel δ und dem Scheinwerferwinkel α, eine Dividierschaltung 82 zum Dividieren einer Ausgabe der zweiten Subtrahierschaltung 80 durch einen vorbestimmten Standardzeitwert und eine Addierschaltung 84 zum Addieren einer Ausgabe aus der Dividierschaltung 82 zur berechneten Rollrate P zum Erzeugen eines Winkelgeschwindigkeitsbefehlssignals D enthalten.
Die zweite Subtrahierschaltung 80 ist betreibbar zum Erzeugen der Differenz (δ – α) zwischen dem berechneten Querneigungswinkel δ, welcher von der Winkelgeschwindigkeitsintegrierschaltung 62 ausgegeben wird, und dem Scheinwerferwinkel α, welcher von der Scheinwerfergeschwindigkeitsintegrierschaltung 74 ausgegeben wird, und die Dividierschaltung 82 ist betreibbar zum Dividieren dieser Differenz (δ – α) durch die Zeit T. Die Addierschaltung 84 ist betreibbar zum miteinander Summieren einer Ausgabe der Dividierschaltung 82 und einer Ausgabe der Rollratenberechnungsschaltung 60. Die Scheinwerfergeschwindigkeitsintegrierschaltung 74 ist betreibbar zur Ausgabe des Scheinwerferwinkels α durch Integrieren einer Ausgabe der Addierschaltung 84. Der Rückkopplungszweig 78 ist betreibbar zum Zuführen der Ausgabe α der Scheinwerfergeschwindigkeitsintegrierschaltung 74 zurück zu einem negativen Eingabeanschluss der zweiten Subtrahierschaltung 80.
In der Praxis der in 9 dargestellten und besonders bezugnehmend auf 9 beschriebenen ersten Ausführung der vorliegenden Erfindung ist es möglich, den Scheinwerferwinkel α dem berechneten Querneigungswinkel δ genau folgen zu lassen, aber, wie vorstehend diskutiert, wird der Scheinwerferwinkel α eine gewisse Verzögerung bezüglich des berechneten Querneigungswinkels δ haben. Andererseits kann in der Praxis der in 10 dargestellten und bezugnehmend auf 10 beschriebenen zweiten Ausführung der vorliegenden Erfindung die Verzögerung des Scheinwerferwinkels α bezüglich des berechneten Querneigungswinkels δ verbessert werden, aber es gibt keine Gewähr, dass der Scheinwerferwinkel α und der berechnete Querneigungswinkel δ miteinander koinzidieren werden für den Fall, dass im die Lichtverteilung anpassenden Mechanismus 16 eine Steuerabweichung bei der tatsächlichen Scheinwerfergeschwindigkeit bezüglich der Scheinwerferbefehlsgeschwindigkeit D auftritt.
Die in 11 dargestellte und bezugnehmend auf 11 oben beschriebene dritte Ausführung macht im Gegensatz dazu Gebrauch von den entsprechenden Konstruktionen der ersten und zweiten Ausführungen der vorliegenden Erfindung und folglich können die Folgecharakteristik und das Ansprechen miteinander kompatibel sein, wenn die Zeiteinstellung T richtig eingestellt wird. Die Ausgabe der in 11 dargestellten zweiten Subtrahierschaltung 80 ist äquivalent zur Ausgabe der in 9 dargestellten ersten Subtrahierschaltung 76. Mit anderen Worten kann der Scheinwerfergeschwindigkeitsbefehl D, welcher in der in 11 dargestellten Schaltung erscheint, durch Addieren des Quotienten erhalten werden, welcher durch Dividieren der in der in 9 dargestellten Schaltung erhaltenen Scheinwerferwinkelsteuerabweichung δ1 durch die Zeit T erhalten wird, mit der berechneten Rollrate P, welche in der in 10 dargestellten Schaltung erscheint. Entsprechend kann durch richtiges Einstellen der Zeit T die Folgecharakteristik, welche durch die erste Ausführung der vorliegenden Erfindung aufgewiesen wird, und das Ansprechen, welches durch die zweite Ausführung der vorliegenden Erfindung aufgewiesen wird, miteinander kompatibel gemacht werden.
Falls insbesondere die Zeit T auf einen kleinen Wert eingestellt wird, wird die Ausgabe der Differenz δ – α, welche in der Dividierschaltung 82 durch die Zeit T dividiert wurde, ansteigen und sich dem Wert nähern, welcher in der in 9 dargestellten und besonders bezugnehmend auf 9 beschriebenen ersten Ausführung aufgewiesen wird. Falls andererseits die Zeit T auf einen großen Wert eingestellt wird, wird die Ausgabe der Differenz δ – α, welche durch die Zeit T dividiert wurde, abnehmen und sich dem Wert nähern, welcher in der in 10 dargestellten und bezugnehmend auf 10 beschriebenen zweiten Ausführung aufgewiesen wird. Es ist zu beachten, dass die vorgegebene Zeit T bevorzugt innerhalb des Bereichs von 0,5 bis 5 Sekunden, besonders bevorzugt innerhalb des Bereichs von 1 bis 2 Sekunden liegt. Es ist ferner zu beachten, dass sogar in der in 11 dargestellten und bezugnehmend auf 11 beschriebenen dritten Ausführung der Scheinwerferwinkel α vom Maß der Drehung der Antriebseinheit 18 geliefert werden kann, welches durch den Wertgeber 29 erfasst wird.
Obwohl die vorliegende Erfindung in Verbindung mit ihren bevorzugten Ausführungen bezugnehmend auf die begleitenden Zeichnungen, welche nur zum Zweck der Veranschaulichung eingesetzt werden, vollständig beschrieben wurde, wird der Fachmann leicht zahlreiche Änderungen und Modifikationen innerhalb des Rahmens der Offensichtlichkeit auf die Lektüre der hier vorgestellten Spezifikation der vorliegenden Erfindung hin konzipieren. Beispielsweise kann das Querneigungswinkel-Erfassungssystem der vorliegenden Erfindung nicht nur in der Schweinwerfervorrichtung für ein Motorrad verwendet werden, sondern auch für ein kleines Wasserfahrzeug und weiterhin in einer jeden von mehreren Anwendungen, welche beschrieben werden werden.
Das Querneigungswinkel-Erfassungssystem der vorliegenden Erfindung kann besonders in der Anwendung eingesetzt werden, in welcher das Motordrehmoment in Abhängigkeit von der Größe des erfassten Querneigungswinkels limitiert werden soll, so dass wenn beispielsweise während der Fahrt des Motorrads die Motorradradreifen für Schlupf anfällig sein wird, falls der Querneigungswinkel groß ist, kann der Schlupf vermieden werden.
Ferner kann das Querneigungswinkel-Erfassungssystem der vorliegenden Erfindung in der Anwendung verwendet werden, in welcher ein Motorradrennfahrer, falls die Querneigungswinkel, welche während der Fahrt auftreten, in einem Fahrtenrecorder als Daten gespeichert werden, Inhalte des Rennens unter Bezugnahme auf die gespeicherten Daten untersuchen kann oder diese als Bezug während der zukünftigen Rennen verwenden kann.
Zusätzlich kann das Querneigungswinkel-Erfassungssystem der vorliegenden Erfindung in der Anwendung verwendet werden, in welcher eine Warnung ausgegeben werden kann, falls der Querneigungswinkel groß wird, wenn das Motorrad beispielsweise auf einer rutschigen Straßenoberfläche während Regens fährt, um die Aufmerksamkeit des Fahrers zu erregen.
Das Querneigungswinkel-Erfassungssystem der vorliegenden Erfindung kann jedoch nicht nur im Motorrad verwendet werden, sondern auch in einem kleinen Wasserfahrzeug.
Entsprechend müssen Änderungen und Modifikationen als darin enthalten ausgelegt werden, es sei denn sie weichen vom Umfang der vorliegenden Erfindung wie von den angefügten Ansprüchen geliefert ab.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

- JP 2009-155408 [0001]
- JP 2004-155404 [0005]

Claims

Querneigungswinkel-Erfassungssystem, welches umfasst: einen Winkelgeschwindigkeitssensor, welcher in einem vorbestimmten Neigungswinkel θ um eine bezüglich einer Längsachse eines Fahrzeugs transversale Achse geneigt angeordnet ist; einen Geschwindigkeitssensor zum Erfassen einer Fahrtgeschwindigkeit v des Fahrzeugs; und Querneigungswinkel-Berechnungsmittel zum Bestimmen eines berechneten Querneigungswinkels δ, welcher ein berechneter Querneigungswinkel des Fahrzeugs ist, durch zeitliches Integrieren einer berechneten Rollrate P, welche eine Winkelgeschwindigkeit um die Längsachse berechnet, welche auf der Grundlage einer durch den Winkelgeschwindigkeitssensor erfassten Winkelgeschwindigkeit ω, und des Neigungswinkels θ und der Fahrtgeschwindigkeit v des Fahrzeugs erhalten wird.
Querneigungswinkel-Erfassungssystem nach Anspruch 1, wobei die Querneigungswinkel-Berechnungsmittel enthalten: eine Integrierschaltung zum Integrieren der Rollrate P über die Zeit zum Ausgeben des berechneten Querneigungswinkels δ, eine Rückkopplungsschaltung zum Durchführen einer Gegenkopplung einer Gierratenkomponente zur Winkelgeschwindigkeit ω, wobei die Gierratenkomponente durch Bestimmen einer berechneten Gierrate, welche für die Winkelgeschwindigkeit um eine Vertikalachse des Fahrzeugs steht, auf der Grundlage des berechneten Querneigungswinkels δ und der Fahrtgeschwindigkeit v und durch Multiplizieren der resultierenden berechneten Gierrate mit cosθ erhalten wird.
Querneigungswinkel-Erfassungssystem nach den Ansprüchen 1 oder 2, wobei die Querneigungswinkel-Berechnungsmittel Gebrauch machen vom Neigungswinkel θ und von der Fahrtgeschwindigkeit v des Fahrzeugs, um den berechneten Querneigungswinkel δ gemäß der folgenden Gleichung zu kalkulieren:
wobei δ' für einen vorher kalkulierten berechneten Querneigungswinkel steht und g für eine Schwerebeschleunigung steht.
Querneigungswinkel-Erfassungssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die Querneigungswinkel-Berechnungsmittel auch eine driftentfernende Schaltung enthalten zum Ersetzen der Winkelgeschwindigkeit mit Null für den Fall, dass eine vorbestimmte Winkelgeschwindigkeits-Nullbedingung erfüllt wird, in welcher die Winkelgeschwindigkeit des Fahrzeugs Null ist.
Scheinwerfervorrichtung, welche umfasst: das Querneigungswinkel-Erfassungssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 4; ein Scheinwerfermodul zum Beleuchten eines Gebiets vor einem Fahrzeug; ein die Lichtverteilung anpassender Mechanismus zum Ändern des durch das Scheinwerfermodul hervorgebrachten Beleuchtungsbereichs; und Lichtverteilungssteuermittel zum Steuern des die Lichtverteilung anpassenden Mechanismus auf der Grundlage des berechneten Querneigungswinkels, um ein Gebiet weg vom und einwärts des Kurvenradius zu beleuchten, entlang welchem das Fahrzeug während seiner Fahrt eine Drehung macht.
Scheinwerfervorrichtung nach Anspruch 5, weiterhin umfassend eine Scheinwerfergeschwindigkeitsintegrierschaltung zum Integrieren eines Scheinwerfergeschwindigkeitsbefehlswerts, welcher von den Lichtverteilungssteuermitteln ausgegeben wird, über die Zeit, um einen Scheinwerferwinkel zu bestimmen, und eine erste Subtrahierschaltung zum Bestimmen einer Differenz zwischen dem berechneten Querneigungswinkel δ und dem Scheinwerferwinkel, und wobei die Lichtverteilungssteuermittel den die Lichtverteilung anpassenden Mechanismus auf der Grundlage eines Ausgabewerts der ersten Subtrahierschaltung steuern.
Scheinwerfervorrichtung nach Anspruch 5, wobei die Lichtverteilungssteuermittel den die Lichtverteilung anpassenden Mechanismus mit der als Scheinwerfergeschwindigkeitsbefehl eingesetzten berechneten Rollrate P steuern.
Scheinwerfervorrichtung nach Anspruch 5, weiterhin umfassend: eine Scheinwerfergeschwindigkeitsintegrierschaltung zum Integrieren des Scheinwerfergeschwindigkeitsbefehlswerts über die Zeit, um den Scheinwerferwinkel zu bestimmen; und wobei die Querneigungswinkel-Berechnungsmittel eine Winkelgeschwindigkeitsintegrierschaltung zum Integrieren der berechneten Rollrate P über die Zeit enthalten zum Bestimmen des berechneten Querneigungswinkels δ und die Lichtverteilungssteuermittel eine zweite Subtrahierschaltung zum Bestimmen einer Differenz zwischen dem berechneten Querneigungswinkel δ und dem Scheinwerferwinkel, eine Dividierschaltung zum Dividieren einer Ausgabe von der zweiten Subtrahierschaltung durch eine vorbestimmte Zeiteinstellung und eine Addierschaltung zum Addieren einer Ausgabe der Dividierschaltung mit der berechneten Rollrate P enthalten, um den Scheinwerfergeschwindigkeitsbefehlswert zu erzeugen.
Querneigungswinkel-Erfassungsverfahren zum Bestimmen eines Querneigungswinkels eines Fahrzeugs unter dem Einsatz eines Winkelgeschwindigkeitssensors, welcher mit einem vorbestimmten Neigungswinkel θ um eine bezüglich einer Längsachse des Fahrzeugs transversale Achse geneigt angeordnet ist, wobei das Verfahren umfasst: einen Winkelgeschwindigkeitserfassungsschritt zum sequenziellen Erfassen einer Winkelgeschwindigkeit ω, welche zusammengesetzt ist aus einer Rollkomponente P·sinθ, welche eine Rollrate P enthält, welche eine Winkelgeschwindigkeit um die Längsachse des Fahrzeugs ist, und einer Gierkomponente R·cosθ, welche die Gierrate R enthält, welche eine Winkelgeschwindigkeit um eine Vertikalachse des Fahrzeugs ist, unter dem Einsatz nur eines Sensors in Intervallen einer vorbestimmten Zeit; einen Geschwindigkeitserfassungsschritt zum Erfassen einer Fahrtgeschwindigkeit v des Fahrzeugs; einen Berechnungsschritt zum Kalkulieren einer Gierrate R_n-A, für den Fall, dass das Fahrzeug mit einem berechneten Querneigungswinkel δ_n-A gekippt ist, welcher zu einem dem betreffenden Zeitpunkt t_n vorausgehenden Zeitpunkt t_n-A bestimmt wird, und bei einer Geschwindigkeit v zum betreffenden Zeitpunkt t_n, und zum Kalkulieren einer Gierkomponente R_n-A·cosθ, welche durch den Winkelgeschwindigkeitssensor erfasst wird für den Fall, dass das Fahrzeug eine Kurvenfahrt mit der Gierrate R unternimmt; einen Extrahierschritt zum Bestimmen einer Rollkomponente P_n·sinθ durch Subtrahieren der Gierkomponente R_n-A·cosθ von einer Winkelgeschwindigkeit ω_n zum betreffenden Zeitpunkt t_n, um dadurch die Rollrate P_n aus der Rollkomponente P_n·sinθ zu extrahieren; und einen Querneigungswinkel-Kalkulierschritt zum Kalkulieren eines berechneten Querneigungswinkels des Fahrzeugs zum betreffenden Zeitpunkt t_n durch Summieren der Rollrate P, welche sequenziell während einer Dauer von einem vorbestimmten Zeitpunkt t₀ bis zum betreffenden Zeitpunkt t_n extrahiert wurde.