DE102012009203B4

DE102012009203B4 - Fahrzeug und Verfahren zum Unterstützen eines Fahrers eines Fahrzeugs beim Führen des Fahrzeugs auf einem hinteren Rad

Info

Publication number: DE102012009203B4
Application number: DE102012009203.2A
Authority: DE
Inventors: Michael Wegscheider; Frank Schimmack; Andreas Unger
Original assignee: Audi AG
Current assignee: Audi AG
Priority date: 2012-05-10
Filing date: 2012-05-10
Publication date: 2014-08-07
Anticipated expiration: 2032-05-11
Also published as: DE102012009203A1

Abstract

Fahrzeug (1) mit einem vorderen und einem hinteren Rad (2, 3), mit einer Antriebsvorrichtung (11) zum Antreiben des hinteren Rades (3), und mit einer durch einen Fahrer betätigbaren Einstelleinheit (9) zum Einstellen einer Beschleunigungsanforderung (a) für die Antriebsvorrichtung (11) und zum Einleiten einer Fahrt auf dem hinteren Rad (3) ohne einen Fahrbahnkontakt des vorderen Rades (2), bei welcher ein Neigungswinkel (α) zwischen einer die jeweiligen Radaufstandspunkte (22, 23) des vorderen und des hinteren Rades (2, 3) verbindenden Verbindungsgeraden (21) und einer Fahrbahnebene größer als 0° ist, gekennzeichnet durch – eine Erfassungseinrichtung (18) zum Erfassen eines momentanen Istwerts (αIST) des Neigungswinkels (α) und – eine elektronische Regelungseinrichtung (17) zum Regeln des Neigungswinkels (α) während der Fahrt auf dem hinteren Rad (3), wobei die Regelungseinrichtung (17) dazu ausgelegt ist, abhängig von dem momentanen Istwert (αIST) des Neigungswinkels (α) Steuersignale (S) an die Antriebsvorrichtung (11) abzugeben und hierdurch den Neigungswinkel (α) auf einen vorgebbaren Sollwert (αSOLL) zu regeln.

Description

Die Erfindung betrifft ein Fahrzeug, insbesondere ein Zweirad, mit einem vorderen und einem hinteren Rad, mit einer Antriebsvorrichtung zum Antreiben des hinteren Rads, wie auch mit einer durch den Fahrer betätigbaren Einstelleinheit – etwa einem Gasgriff – zum Einstellen einer Beschleunigungsanforderung für die Antriebsvorrichtung und zum Einleiten einer Fahrt auf dem hinteren Rad ohne einen Fahrbahnkontakt des vorderen Rads. Bei der Fahrt auf dem hinteren Rad ist ein Neigungswinkel zwischen einer die jeweiligen Radaufstandspunkte des vorderen und des hinteren Rads verbindenden Verbindungsgeraden einerseits und einer Fahrbahnebene andererseits größer als 0°. Die Erfindung betrifft außerdem ein Verfahren zum Unterstützen eines Fahrers eines Fahrzeugs beim Führen des Fahrzeugs auf dem hinteren Rad.
Das Interesse gilt vorliegend dem so genannten „Wheelie”, d. h. dem Führen eines Zweirads auf dem hinteren Rad und ohne einen Fahrbahnkontakt des vorderen Rads. Ein solches Wheelie-Manöver erfordert ein hohes fahrerisches Können und ist daher üblicherweise ausschließlich den geübten Fahrern vorbehalten. Es wird dabei grundsätzlich zwischen zwei verschiedenen Wheelie-Arten unterschieden, nämlich zwischen dem so genannten „Beschleunigungs-Wheelie” einerseits und dem „Balanced Wheelie” andererseits. Beim Beschleunigungs-Wheelie liegt der gemeinsame Schwerpunkt des Fahrzeugs und des Fahrers – also der Schwerpunkt des Gesamtsystems Fahrer/Fahrzeug – vor der hinteren Achse und befindet sich somit in einem Abstand zu einer durch die hintere Achse verlaufenden Vertikalen. Dieser Beschleunigungs-Wheelie kann nur durch ein kontinuierliches Beschleunigen des Fahrzeugs aufrechterhalten werden und ist aufgrund der begrenzten Leistungsreserven in seiner Zeitdauer begrenzt. Demgegenüber liegt der gemeinsame Schwerpunkt beim „Balanced Wheelie” direkt über der Hinterachse und somit an der Vertikalen, welche durch die hintere Achse verläuft. Hier befindet sich das Gesamtsystem in einer Gleichgewichtslage, wobei diese „Wheelie-Art” bei nahezu konstanter Geschwindigkeit und daher auch nahezu beliebig lange aufrechterhalten werden kann.
Es sind aus dem Stand der Technik bereits Motorräder bzw. Fahrräder bekannt, bei denen der Fahrer beim Wheelie-Fahren unterstützt werden kann. So beschreibt beispielsweise das Dokument US 4 353 571 A ein Motorrad, bei welchem eine mechanische Abstützeinrichtung vorgesehen ist, über welche das Motorrad beim Wheelie-Fahren nach hinten abgestützt und der Neigungswinkel somit stabilisiert werden können. Diese Abstützeinrichtung kann hier unterschiedlich ausgestaltet sein und beispielsweise ein kleineres Rad beinhalten, welches über einen Arm an der hinteren Achse und außerdem an einem Rahmen des Motorrads befestigt ist.
Ähnliche Abstützeinrichtungen sind außerdem aus dem Dokument US 5 330 221 A sowie aus der Druckschrift US 4 367 883 A bekannt.
Eine Lernanlage zum Üben von Wheelie-Manövern ist des Weiteren aus der Druckschrift WO 2005/091250 A1 bekannt.
Aus dem Dokument DE 20 2008 004 482 U1 ist ein elektronisches Neigungswinkelmessgerät mit einem Grundkörper bekannt, der mit Hilfe eines Adapters an beliebige Fahrzeuge angebracht werden kann. Das elektronische Gerät ist in der Größe einer Zigarettenschachtel bereitgestellt und weist ein Display, eine Reset-Taste sowie Leuchtdioden und einen Speicher auf. Mit Hilfe des elektronischen Geräts kann der Neigungswinkel beliebiger Fahrzeuge gemessen werden. Die Daten können über einen USB-Anschluss übertragen werden.
Das Dokument DE 103 20 006 A1 beschreibt ein Verfahren, bei welchem die aktuelle Lage eines Motorrades in Bezug auf die Fahrbahn mit Hilfe von Laserabstandssensoren, Ultraschallsensoren oder Neigungssensoren stetig überwacht wird. Die erfassten Messwerte werden an einen Rechner des Motorrades übermittelt. Bei aufsteigendem Vorderrad und somit bei dem „Wheelie” werden die Signale durch den Rechner erkannt und die Leistung des Motorrades sanft gedrosselt.
Ein Verfahren zur Verhinderung von „Wheelie”-Manövern ist auch aus der Druckschrift EP 1 184 272 A2 bekannt.
Es ist Aufgabe der Erfindung, eine Lösung aufzuzeigen, wie der Fahrer eines Fahrzeugs, insbesondere eines Zweirads, beim Führen des Fahrzeugs auf dem hinteren Rad besonders zuverlässig und ohne viel Konstruktionsaufwand unterstützt werden kann.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Fahrzeug sowie durch ein Verfahren mit den Merkmalen gemäß den jeweiligen unabhängigen Patentansprüchen gelöst. Vorteilhafte Ausführungen der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Patentansprüche, der Beschreibung und der Figuren.
Ein erfindungsgemäßes Fahrzeug weist ein vorderes und ein hinteres Rad auf, wie auch eine Antriebsvorrichtung zum Antreiben des hinteren Rads. Das Fahrzeug hat außerdem eine durch den Fahrer betätigbare Einstelleinheit – beispielsweise einen Gasgriff – zum Einstellen einer Beschleunigungsanforderung für die Antriebsvorrichtung und zum Einleiten einer Fahrt auf dem hinteren Rad ohne einen Fahrbahnkontakt des vorderen Rads. Bei diesem „Wheelie” ist ein Neigungswinkel zwischen einer die jeweiligen Radaufstandspunkte des vorderen und des hinteren Rads verbindenden Verbindungsgeraden einerseits und der Fahrbahnebene andererseits größer als 0°.
Erfindungsgemäß beinhaltet das Fahrzeug eine Erfassungseinrichtung zum Erfassen eines momentanen Ist-Werts des Neigungswinkels sowie eine elektronische Regelungseinrichtung zum Regeln des Neigungswinkels während der Fahrt auf dem hinteren Rad. Die Regelungseinrichtung ist dazu ausgelegt, abhängig von dem momentanen Ist-Wert des Neigungswinkels Steuersignale an die Antriebsvorrichtung abzugeben und hierdurch den Neigungswinkel auf einen vorgebbaren Soll-Wert elektronisch zu regeln.
Folglich wird der Fahrer beim Vornehmen eines Wheelie-Manövers mit dem erfindungsgemäßen Fahrzeug dadurch unterstützt, dass der Neigungswinkel, also der Wheelie-Winkel, automatisch mithilfe einer elektronischen Regelungseinrichtung des Fahrzeugs auf einen einstellbaren Soll-Wert geregelt wird. Die Einstellung des gewünschten Wheelie-Winkels übernimmt somit die elektronische Regelungseinrichtung, sodass sich der Fahrer nur noch auf die Kontrolle der seitlichen Lage des Fahrzeugs zu konzentrieren braucht. Der Fahrer braucht somit nicht mehr dafür zu sorgen, dass das vordere Rad in der Luft bleibt und nicht wieder auf die Fahrbahn abfällt. Denn die elektronische Regelungseinrichtung verhindert sowohl das Abfallen des vorderen Rads als auch einen Überschlag nach hinten, indem der Neigungswinkel auf den Soll-Wert automatisch geregelt wird. Eine solche Vorgehensweise ermöglicht das Wheelie-Fahren für Jedermann, sodass es nicht nur den geübten, wenigen Fahrern vorbehalten bleibt. Anders als im Stand der Technik brauchen auch keine mechanischen Abstützeinrichtungen eingesetzt zu werden, sodass einerseits der wertvolle Bauraum gespart und das Gewicht reduziert werden können und andererseits auch das optische Erscheinungsbild des Fahrzeugs nicht beeinträchtigt wird.
Bevorzugt ist die Antriebsvorrichtung eine elektrische Vorrichtung, nämlich ein elektrischer Antriebsmotor, mittels welchem das hintere Rad angetrieben wird. Eine elektrische Antriebsvorrichtung hat den Vorteil, dass sie ohne viel Aufwand im Hinblick auf den gewünschten Neigungswinkel elektronisch geregelt werden kann. Bei einer solchen elektrischen Antriebsvorrichtung kann der Neigungswinkel ohne viel Aufwand durch entsprechende Beschleunigung bzw. Verzögerung des hinteren Rads auf den Soll-Wert geregelt werden.
In einer Ausführungsform ist vorgesehen, dass die Regelungseinrichtung die Regelung des Neigungswinkels auf den vorgebbaren Soll-Wert (erst) dann einleitet, wenn der aktuelle Ist-Wert des Neigungswinkels einen vorgegebenen Schwellwert überschreitet. Dies bedeutet, dass die automatische elektronische Regelung des Wheelie-Winkels erst dann eingreift, wenn der Fahrer das Wheelie-Manöver bereits selbst eingeleitet hat und der Wheelie-Winkel größer als der vorgegebene Schwellwert ist. Dann übernimmt die Regelungseinrichtung die automatische Einstellung des Neigungswinkels auf den vorgegebenen Soll-Wert. Somit kann ein ungewolltes Einleiten eines Wheelie-Manövers verhindert werden, und das Wheelie-Fahren wird nur dann automatisch geregelt, wenn dies von dem Fahrer auch tatsächlich gewollt wird und der Fahrer eine entsprechende Handlung an der Einstelleinheit (dem Gasgriff) vornimmt. Wird durch die Regelungseinrichtung erkannt, dass ein Wheelie-Manöver von dem Fahrer selbst eingeleitet wurde und der Neigungswinkel den vorgegebenen Schwellwert überschritten hat, kann die Regelungseinrichtung die weitere Regelung des Neigungswinkels auf den vorgebbaren Soll-Wert automatisch übernehmen. Somit wird ein sicheres Einleiten eines Wheelie-Manövers ermöglicht. Der genannte Schwellwert kann dabei beispielsweise in einem Wertebereich von 5° bis 20°, insbesondere in einem Wertebereich von 5° bis 15°, liegen. In einer Ausführungsform beträgt der genannte Schwellwert zum Beispiel 10°.
Durch den oben genannten Schwellwert kann ein Regelungsfenster definiert werden, also ein Winkelbereich, in welchem die elektronische Regelung mittels der Regelungseinrichtung durchgeführt wird. Dieses Regelungsfenster kann auch nach oben hin begrenzt sein, wobei hier der obere Schwellwert vorzugsweise relativ hoch sein kann, um gegebenenfalls einen Überschlag nach hinten verhindern zu können. Der obere Schwellwert des Regelungsfensters kann also größer als ein Neigungswinkel sein, bei welchem ein gemeinsamer Schwerpunkt des Systems Fahrzeug/Fahrer genau über der hinteren Achse liegt.
In einer Ausführungsform kann vorgesehen sein, dass die Regelung des Neigungswinkels mittels der Regelungseinrichtung dann abgebrochen wird, wenn eine mittels der Einstelleinheit eingestellte Beschleunigungsanforderung für die Antriebsvorrichtung einen vorgegebenen Wert unterschreitet. Mit anderen Worten kann die Regelung dann abgebrochen werden, wenn der Fahrer insgesamt „weniger Gas gibt” und mittels der Einstelleinheit (zum Beispiels Gasgriff) eine Beschleunigung einstellt, die unterhalb eines vorgegebenen Werts liegt. Lediglich beispielhaft sei an dieser Stelle ein Wert von 5% einer maximalen Beschleunigungsanforderung genannt, welche mittels der Einstelleinheit überhaupt eingestellt werden kann. Ist die Einstelleinheit in Form eines üblichen Gasgriffs bereitgestellt, so kann die Regelung dann unterbrochen werden, wenn die aktuelle Griffstellung 5% des maximalen Stellhubes unterschreitet. Somit wird dem Fahrer die Möglichkeit gegeben, das automatische Wheelie-Manöver besonders einfach und sicher zu unterbrechen, indem beispielsweise lediglich der Gasgriff losgelassen wird.
Vorzugsweise hat das Fahrzeug eine Bedieneinrichtung, über welche der Soll-Wert für den Neigungswinkel durch den Fahrer eingestellt werden kann. Somit wird dem Fahrer die Möglichkeit eingeräumt, den gewünschten Soll-Wert des Wheelie-Winkels abhängig von den tatsächlichen Fähigkeiten selbst einzustellen. Ein wenig erfahrener Fahrer wird hier beispielsweise einen relativ geringen Soll-Wert einstellen, während ein mehr geübter Fahrer auch einen größeren Soll-Wert einstellen kann. Die Einstellung des Soll-Werts für den Neigungswinkel erfolgt insbesondere im Stillstand des Fahrzeugs, und nicht etwa beim Wheelie-Fahren selbst. So kann aus Sicherheitsgründen vorgesehen sein, dass die Bedieneinrichtung so ausgebildet ist, dass die Einstellung des Soll-Werts für den Neigungswinkel ausschließlich unterhalb einer vorgegebenen Geschwindigkeit des Fahrzeugs, und insbesondere ausschließlich im Stillstand des Fahrzeugs, möglich ist.
Mittels der genannten Bedieneinrichtung oder aber mittels einer anderen Bedieneinrichtung des Fahrzeugs kann der Fahrer bevorzugt zwischen den folgenden Betriebsmodi der Regelungseinrichtung wählen:

– einem ersten Betriebsmodus einerseits, in welchem der Neigungswinkel auf einen Gleichgewichtssollwert geregelt wird, bei welchem ein gemeinsamer Schwerpunkt des Systems Fahrzeug/Fahrer an einer Vertikalen liegt, die durch eine Drehachse des hinteren Rads verläuft, sowie
– einem zweiten Betriebsmodus andererseits, in welchem der Neigungswinkel auf einen einstellbaren bzw. einen vom Fahrer selbst eingestellten Soll-Wert in einem Wertebereich von 0° bis zu dem Gleichgewichtssollwert regelbar ist, und vorzugsweise in einem Wertebereich von 10° bis zu dem Gleichgewichtssollwert.

Mit anderen Worten wird bei dieser Ausführungsform dem Fahrer die Möglichkeit gegeben, zwischen einem „Beschleunigungs-Wheelie” (zweiter Betriebsmodus) einerseits und einem „Balanced Wheelie” (erster Betriebsmodus) andererseits selbst auszuwählen. Auch hier kann vorgesehen sein, dass die Auswahl eines der beiden Modi ausschließlich im Stillstand des Fahrzeugs möglich ist, sodass den Sicherheitsaspekten Rechnung getragen wird.
Der Ist-Wert des Neigungswinkels wird mittels der elektronischen Erfassungseinrichtung erfasst. Diese kann beispielsweise eine Sensoreinrichtung beinhalten, die zum Messen zumindest einer der folgenden Messgrößen ausgebildet ist: einer Beschleunigung des Fahrzeugs in Fahrzeughochrichtung und/oder einer Längsbeschleunigung des Fahrzeugs und/oder einer Drehgeschwindigkeit des Fahrzeugs um seine Querachse. Die Erfassungseinrichtung kann weiterhin eine elektronische Recheneinrichtung aufweisen, welche abhängig von der zumindest einen Messgröße den aktuellen Ist-Wert des Neigungswinkels rechnerisch ermittelt. In der elektronischen Recheneinrichtung kann zum Beispiel ein entsprechendes mathematisches Modell abgelegt sein, anhand dessen die Bestimmung des aktuellen Ist-Werts des Neigungswinkels anhand der zumindest einen Messgröße, und insbesondere anhand aller genannten Messgrößen, erfolgt. Diese Ausführungsform macht sich die Tatsache zunutze, dass die oben genannten Messgrößen einen eindeutigen und zuverlässigen Rückschluss auf den aktuellen Neigungswinkel des Fahrzeugs zulassen. Auf diese Art und Weise kann der momentane Ist-Wert besonders präzise und dennoch ohne viel Rechenaufwand bestimmt werden, sodass auch eine hochgenaue Regelung des Neigungswinkels möglich ist.
Bevorzugt ist das Fahrzeug ein Zweirad, nämlich insbesondere ein Elektrorad oder aber ein Motorrad.
Für den zweiten Betriebsmodus („Beschleunigungs-Wheelie”) ist es grundsätzlich ausreichend, wenn eine Antriebsvorrichtung eingesetzt wird, mittels welcher das Fahrzeug ausschließlich nach vorne angetrieben werden kann. Hier kann ein weiteres Ansteigen des vorderen Rades bzw. ein Überschlag nach hinten durch eine entsprechende Leistungsreduktion verhindert werden. Dies lässt sich beispielsweise auch bei einem Motorrad mit einem Verbrennungsmotor als Antriebsvorrichtung umsetzen. So kann zum Beispiel der Neigungswinkel auf einen sehr geringen Sollwert geregelt und das vordere Rad somit knapp über dem Boden gehalten werden, wodurch die bestmögliche Längsbeschleunigung mit dem Fahrzeug erzielt werden kann.
Hinsichtlich der Realisierung der beiden Betriebsmodi hat es sich jedoch als vorteilhaft erwiesen, wenn die Antriebsvorrichtung eine elektrische Vorrichtung ist. Allgemein gesagt kann hier vorgesehen sein, dass als Antriebsvorrichtung ein solcher Motor eingesetzt wird, welcher das Antreiben des hinteren Rads sowohl vorwärts als auch rückwärts ermöglicht. Somit können nämlich Drehmomente in beide Drehrichtungen auf das hintere Rad aufgebracht werden, und es kann somit eine präzise Regelung des Neigungswinkels durch entsprechende Beschleunigung bzw. Verzögerung des hinteren Rads erreicht werden, und zwar insbesondere auch beim „Balanced Wheelie”.
Als Antriebsvorrichtung kann zum Beispiel ein Radnabenmotor an dem hinteren Rad oder aber ein Motor bei einem Tretlager verwendet werden, der über eine Kette und eine Hinterradnabe mit gesperrtem Freilauf das hintere Rad in beide Richtungen antreiben kann.
Ein erfindungsgemäßes Verfahren dient zum Unterstützen eines Fahrers eines Fahrzeugs, insbesondere eines Zweirads, beim Führen des Fahrzeugs auf einem hinteren Rad ohne einen Fahrbahnkontakt eines vorderen Rads. Es wird der momentane Ist-Wert eines Neigungswinkels zwischen einer die jeweiligen Radaufstandspunkte des vorderen und des hinteren Rads verbindenden Verbindungsgeraden und einer Fahrbahnebene mittels einer Erfassungseinrichtung des Fahrzeugs während der Fahrt auf dem hinteren Rad erfasst. Abhängig von dem erfassten momentanen Ist-Wert des Neigungswinkels werden dann Steuersignale an eine Antriebsvorrichtung abgegeben, mittels welcher das hintere Rad angetrieben wird. Durch die abgegebenen Steuersignale wird der Neigungswinkel auf einen vorgegebenen Soll-Wert mittels einer elektronischen Regelungseinrichtung geregelt.
Die mit Bezug auf das erfindungsgemäße Fahrzeug vorgestellten bevorzugten Ausführungsformen und deren Vorteile gelten entsprechend für das erfindungsgemäße Verfahren.
Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den Ansprüchen, den Figuren und der Figurenbeschreibung. Alle vorstehend in der Beschreibung genannten Merkmale und Merkmalskombinationen sowie die nachfolgend in der Figurenbeschreibung genannten und/oder in den Figuren alleine gezeigten Merkmale und Merkmalskombinationen sind nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder aber in Alleinstellung verwendbar.
Die Erfindung wird nun anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispiels, wie auch unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen näher erläutert. Es sei an dieser Stelle betont, dass das nachfolgend beschriebene Ausführungsbeispiel eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung darstellt und folglich nicht einschränkend auszulegen ist und die Erfindung somit nicht auf die beispielhafte Ausführungsform beschränkt ist.
Es zeigen:
1 in schematischer Darstellung ein Zweirad gemäß einer Ausführungsform der Erfindung; und
2 in schematischer Darstellung ein Blockdiagramm des Zweirads gemäß 1, wobei ein Verfahren zur Regelung eines „Wheelie”-Manövers gemäß einer Ausführungsform der Erfindung näher erläutert wird.
Ein in 1 dargestelltes Fahrzeug 1 ist im Ausführungsbeispiel ein Zweirad, nämlich ein Elektrorad. Das Fahrzeug 1 weist ein vorderes Rad 2, wie auch ein hinteres Rad 3 auf. Die beiden Räder 2, 3 sind bekanntlich an einem Rahmen 4 drehbar gelagert, nämlich einerseits an einer vorderen Gabel 5 und anderseits an einem hinteren Teil 6 des Rahmens 4. An dem Rahmen 4 ist in bekannter Weise außerdem ein Sattel 7 befestigt. Zur Lenkung des vorderen Rads 2 weist das Elektrofahrrad 1 einen Lenker 8 mit einem Gasgriff 9 sowie einer elektronischen Bedieneinrichtung 10 auf. Der Gasgriff 9 dient als Einstelleinheit zur Vorgabe einer Beschleunigungsanforderung für eine elektrische Antriebsvorrichtung 11 des Fahrzeugs 1. Mit anderen Worten kann der Fahrer mittels des Gasgriffs 9 in bekannter Weise die Beschleunigung des Fahrzeugs 1 einstellen, wobei hier eine in die Antriebsvorrichtung 11 integrierte Motorsteuereinheit 12 (siehe 2, in welcher ein Blockdiagramm einer „Wheelie”-Regelung dargestellt ist) die vom Fahrer eingestellte Beschleunigungsanforderung empfängt und entsprechende Steuerbefehle an einen elektrischen Antriebsmotor selbst abgibt. Der Gasgriff 9 ist des Weiteren drehbar an dem Lenker 8 angeordnet, und zwar um eine im Wesentlichen horizontal verlaufende Drehachse, welche mit einer Erstreckungsrichtung des länglich ausgeführten Lenkers 8 zusammenfällt.
Die elektronische Bedieneinrichtung 10 hingegen ist eine Eingabeeinrichtung, über welche der Fahrer verschiedenste Einstellungen vornehmen kann. Die Bedieneinrichtung 10 kann zum Beispiel in Form eines Touch-Screens bereitgestellt sein.
Die Antriebsvorrichtung 11 ist im Ausführungsbeispiel im Bereich des Tretlagers angeordnet und treibt das hintere Rad 3 über eine Kette 24 an. Die Kette 24 steht in Eingriff mit einem korrespondierenden Zahnrad 13, welches an einer Hinterradnabe 14 mit gesperrtem Freilauf angeordnet ist.
Zur Versorgung der elektrischen Antriebsvorrichtung 11 mit elektrischer Energie ist eine elektrische Batterie 15 vorgesehen, welche elektrische Energie für die Antriebsvorrichtung 11 bereitstellt.
Zum Unterstützen des Fahrers beim Wheelie-Fahren beinhaltet das Fahrzeug 1 ein Steuergerät 16, welches beispielsweise in dem Rahmen 4 untergebracht sein kann. Die Ausgestaltung des Steuergeräts 16 zur Regelung des „Wheelie”-Manövers wird nachfolgend unter Bezugnahme auf 2 näher erläutert:
Das Steuergerät 16 hat eine elektronische Regelungseinrichtung 17 sowie eine Erfassungseinrichtung 18, welche einerseits eine Sensoreinrichtung 19 sowie andererseits eine Recheneinrichtung 20 (beispielsweise Signalprozessor bzw. Mikrokontroller) beinhaltet. Die Regelungseinrichtung 17 ist einerseits mit der Bedieneinrichtung 10 sowie dem Gasgriff 9 und andererseits mit der Motorsteuereinheit 12 gekoppelt. Von dem Gasgriff 9 empfängt die Regelungseinrichtung 17 die oben genannte Beschleunigungsanforderung a. Die Sensoreinrichtung 19 ist zum Messen der folgenden Messgrößen ausgebildet: einer Längsbeschleunigung a_X des Fahrzeugs 1, einer Beschleunigung a_Z des Fahrzeugs 1 in Fahrzeughochrichtung sowie einer Drehgeschwindigkeit α . des Fahrzeugs um seine Querachse. Aus diesen Messgrößen a_X, a_Z, α . berechnet die Recheneinrichtung 20 den aktuellen Ist-Wert α_IST eines Neigungswinkels α bzw. eines Wheelie-Winkels, d. h. eines Winkels zwischen der Fahrbahnebene einerseits und einer Verbindungsgeraden 21 (siehe 1) andererseits, welche über die jeweiligen Radaufstandspunkte 22, 23 der beiden Räder 2, 3 verläuft. Dieser Ist-Wert α_IST wird dann der Regelungseinrichtung 17 übermittelt. Die gemessene Drehgeschwindigkeit α . stellt hier eine zeitliche Ableitung des Neigungswinkels α und somit die primäre Messgröße für die Erfassung des aktuellen Neigungswinkels α dar.
Die Regelungseinrichtung 17 dient zum Regeln des Neigungswinkels α. Hierzu kann die Regelungseinrichtung 17 Steuersignale S an die Motorsteuereinheit 12 abgeben, um das hintere Rad 3 entsprechend zu beschleunigen bzw. zu verzögern. Als Rückmeldung empfängt die Regeleinrichtung 17 von der Motorsteuereinheit 12 die aktuellen Ist-Werte eines am Rad 3 eingestellten Drehmoments M_IST.
Das Unterstützen des Fahrers beim Durchführen von Wheelie-Manövern erfolgt folgendermaßen:
Zunächst stellt der Fahrer mithilfe der Bedieneinrichtung 10 – insbesondere im Stillstand des Fahrzeugs 1 – einen Betriebsmodus Mod der Regelungseinrichtung 17 ein, wobei diese Information Mod durch die Regelungseinrichtung 17 von der Bedieneinrichtung 10 empfangen wird (siehe 2). Hierbei kann der Fahrer beispielsweise zwischen zwei Betriebsmodi auswählen, nämlich:

– einem ersten Betriebsmodus für „Balanced Wheelie” – hier wird der Neigungswinkel α auf einen Gleichgewichtssollwert geregelt, bei welchem der gemeinsame Schwerpunkt des Fahrzeugs 1 und des Fahrers über der hinteren Achse des Fahrzeugs 1 und somit an einer durch die hintere Achse verlaufenden Vertikalen liegt; und
– einem zweiten Betriebsmodus für „Beschleunigungs-Wheelie” – hier erfolgt die Regelung des Neigungswinkels auf einen einstellbaren Soll-Wert α_SOLL, wobei der Schwerpunkt vor der hinteren Achse liegt.

Der Fahrer hat somit die Möglichkeit, mithilfe der Bedieneinrichtung 10 den Betriebsmodus Mod der Regelungseinrichtung 17 einzustellen, je nachdem, ob ein „Beschleunigungs-Wheelie” oder aber ein „Balanced Wheelie” durchgeführt werden soll. Wird der zweite Betriebsmodus für „Beschleunigungs-Wheelie” gewählt, so hat der Fahrer weiterhin auch die Möglichkeit, mittels der Bedieneinrichtung 10 den Soll-Wert α_SOLL festzulegen, auf welchen der Neigungswinkel α geregelt werden soll. Beispielsweise kann der Fahrer einen Soll-Wert α_SOLL in einem Wertebereich von 10° bis 60° definieren.
Ist der Betriebsmodus Mod gewählt und gegebenenfalls der Soll-Wert α_SOLL festgelegt, so kann das Wheelie-Fahren beginnen: Der Fahrer leitet nun das Wheelie-Manöver selbst ein, indem in bekannter Weise der Gasgriff 9 betätigt und gegebenenfalls auch der Lenker 8 nach oben gezogen wird. Das vordere Rad 2 wird nun nach oben gerissen und verliert den Kontakt mit der Fahrbahn. Die Regelungseinrichtung 17 überwacht gleichzeitig und kontinuierlich den aktuellen Ist-Wert α_IST des Neigungswinkels α und überprüft, ob ein vorbestimmtes Kriterium erfüllt ist, damit die Regelung des Neigungswinkels α eingeleitet werden kann. Dieses Kriterium beinhaltet, dass der aktuelle Ist-Wert α_IST einen vorgegebenen Schwellwert überschreitet. Dieser Schwellwert beträgt beispielsweise 10°. Ist der aktuelle Ist-Wert α_IST größer als dieser Schwellwert, so wird die elektronische Regelung des Neigungswinkels α mittels der Regelungseinrichtung 17 automatisch eingeleitet. Hierbei gibt die Regelungseinrichtung 17 die Steuersignale S an die Motorsteuereinheit 12 ab und regelt somit den Neigungswinkel α auf den zuvor festgelegten Soll-Wert α_SOLL durch entsprechendes Beschleunigen bzw. Verzögern des hinteren Rads 3.
Für das Abbrechen der automatischen Regelung des Neigungswinkels α können nun verschiedenste Ausführungsformen vorgesehen sein. In einer Ausführungsform wird die automatische Regelung dann abgebrochen, wenn die mittels des Gasgriffs 9 eingestellte Beschleunigungsanforderung a einen vorgegebenen Wert unterschreitet. Dieser Wert kann beispielsweise als prozentualer Anteil des gesamten Stellhubes des Gasgriffs 9 in der Regelungseinrichtung 17 abgelegt sein. Beispielsweise beträgt dieser Wert 5%. Dies bedeutet, dass die Regelung dann abgebrochen wird, wenn die aktuelle Beschleunigungsanforderung a 5% einer maximalen Beschleunigungsanforderung unterschreitet. Praktisch bedeutet dies, dass der Fahrer den Gasgriff 9 loszulassen braucht, um die automatische Regelung zu unterbrechen. Dann gelangt das vordere Rad 2 wieder in Kontakt mit der Fahrbahn, und das Wheelie-Fahren ist beendet.

Claims

Fahrzeug (1) mit einem vorderen und einem hinteren Rad (2, 3), mit einer Antriebsvorrichtung (11) zum Antreiben des hinteren Rades (3), und mit einer durch einen Fahrer betätigbaren Einstelleinheit (9) zum Einstellen einer Beschleunigungsanforderung (a) für die Antriebsvorrichtung (11) und zum Einleiten einer Fahrt auf dem hinteren Rad (3) ohne einen Fahrbahnkontakt des vorderen Rades (2), bei welcher ein Neigungswinkel (α) zwischen einer die jeweiligen Radaufstandspunkte (22, 23) des vorderen und des hinteren Rades (2, 3) verbindenden Verbindungsgeraden (21) und einer Fahrbahnebene größer als 0° ist, gekennzeichnet durch – eine Erfassungseinrichtung (18) zum Erfassen eines momentanen Istwerts (α_IST) des Neigungswinkels (α) und – eine elektronische Regelungseinrichtung (17) zum Regeln des Neigungswinkels (α) während der Fahrt auf dem hinteren Rad (3), wobei die Regelungseinrichtung (17) dazu ausgelegt ist, abhängig von dem momentanen Istwert (α_IST) des Neigungswinkels (α) Steuersignale (S) an die Antriebsvorrichtung (11) abzugeben und hierdurch den Neigungswinkel (α) auf einen vorgebbaren Sollwert (α_SOLL) zu regeln.
Fahrzeug (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Regelungseinrichtung (17) dazu ausgelegt ist, die Regelung des Neigungswinkels (α) auf den Sollwert (α_SOLL) dann einzuleiten, wenn der aktuelle Istwert (α_IST) des Neigungswinkels (α) einen vorgegebenen Schwellwert überschreitet.
Fahrzeug (1) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Regelungseinrichtung (17) dazu ausgelegt ist, die Regelung des Neigungswinkels (α) dann abzubrechen, wenn die mittels der Einstelleinheit (9) eingestellte Beschleunigungsanforderung (a) einen vorgegebenen Wert unterschreitet.
Fahrzeug (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Fahrzeug (1) eine Bedieneinrichtung (10) aufweist, mittels welcher der Sollwert (α_SOLL) für den Neigungswinkel (α) durch den Fahrer einstellbar ist.
Fahrzeug (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Fahrzeug (1) eine Bedieneinrichtung (10) aufweist, mittels welcher die Regelungseinrichtung (17) zwischen den folgenden Betriebsmodi (Mod) durch den Fahrer umschaltbar ist: – einem ersten Betriebsmodus, in welchem der Neigungswinkel (α) auf einen Gleichgewichtssollwert regelbar ist, bei welchem ein gemeinsamer Schwerpunkt des Fahrzeugs (1) und des Fahrers an einer Vertikalen liegt, die durch eine Drehachse des hinteren Rades (3) verläuft, und – einem zweiten Betriebsmodus, in welchem der Neigungswinkel (α) auf einen einstellbaren Sollwert (α_SOLL) in einem Wertebereich von 0° bis zu dem Gleichgewichtssollwert, insbesondere von 10° bis zu dem Gleichgewichtssollwert, regelbar ist.
Fahrzeug (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Erfassungseinrichtung (18) eine Sensoreinrichtung (19) zum Messen zumindest einer der folgenden Messgrößen aufweist: – einer Beschleunigung (a_z) des Fahrzeugs (1) in Hochrichtung und/oder – einer Längsbeschleunigung (a_x) des Fahrzeugs (1) und/oder – einer Drehgeschwindigkeit (α .) des Fahrzeugs (1) um seine Querachse, wobei die Erfassungseinrichtung (18) weiterhin eine elektronische Recheneinrichtung (20) aufweist, welche dazu ausgelegt ist, den aktuellen Istwert (α_IST) des Neigungswinkels (α) abhängig von der zumindest einen Messgröße zu bestimmen.
Fahrzeug (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Fahrzeug (1) ein Zweirad, insbesondere ein Elektrofahrrad oder ein Motorrad, ist.
Verfahren zum Unterstützen eines Fahrers eines Fahrzeugs (1), insbesondere eines Zweirades, beim Führen des Fahrzeugs (1) auf einem hinteren Rad (3) ohne einen Fahrbahnkontakt eines vorderen Rades (2) durch: – Erfassen des momentanen Istwerts (α_IST) eines Neigungswinkels (α) zwischen einer die jeweiligen Radaufstandspunkte (22, 23) des vorderen und des hinteren Rades (2, 3) verbindenden Verbindungsgeraden (21) und einer Fahrbahnebene mittels einer Erfassungseinrichtung (18) des Fahrzeugs (1) während der Fahrt auf dem hinteren Rad (3) und – abhängig von dem erfassten momentanen Istwert (α_IST) des Neigungswinkels (α) Abgeben von Steuersignalen (S) an eine Antriebsvorrichtung (11) des Fahrzeugs (1), mittels welcher das hintere Rad (3) angetrieben wird, und hierdurch Regeln des Neigungswinkels (α) auf einen vorgegebenen Sollwert (α_SOLL) mittels einer elektronischen Regelungseinrichtung (17).
Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Regelung des Neigungswinkels (α) auf den vorgegebenen Sollwert (α_SOLL) mittels der Regelungseinrichtung (17) dann eingeleitet wird, wenn der aktuelle Istwert (α_IST) des Neigungswinkels (α) einen vorgegebenen Schwellwert überschreitet.
Verfahren nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Regelung des Neigungswinkels (α) mittels der Regelungseinrichtung (17) dann abgebrochen wird, wenn eine mittels einer Einstelleinheit (9) des Fahrzeugs (1) eingestellte Beschleunigungsanforderung (a) für die Antriebsvorrichtung (11) einen vorgegebenen Wert unterschreitet.
Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass mittels einer Bedieneinrichtung (10) des Fahrzeugs (1) der Sollwert (α_SOLL) für den Neigungswinkel (α) durch den Fahrer eingestellt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass mittels einer Bedieneinrichtung (10) des Fahrzeugs (1) die Regelungseinrichtung (17) zwischen den folgenden Betriebsmodi (Mod) durch den Fahrer umgeschaltet wird: – einem ersten Betriebsmodus, in welchem der Neigungswinkel (α) auf einen Gleichgewichtssollwert geregelt wird, bei welchem ein gemeinsamer Schwerpunkt des Fahrzeugs (1) und des Fahrers an einer Vertikalen liegt, die durch eine Drehachse des hinteren Rades (3) verläuft, und – einem zweiten Betriebsmodus, in welchem der Neigungswinkel (α) auf einen eingestellten Sollwert (α_SOLL) in einem Wertebereich von 0° bis zu dem Gleichgewichtssollwert geregelt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass mittels einer Sensoreinrichtung (19) des Fahrzeugs (1) zumindest eine der folgenden Messgrößen gemessen wird: – eine Beschleunigung (a_z) des Fahrzeugs (1) in Hochrichtung und/oder – eine Längsbeschleunigung (a_x) des Fahrzeugs (1) und/oder – eine Drehgeschwindigkeit (α .) des Fahrzeugs (1) um seine Querachse, wobei mittels einer elektronischen Recheneinrichtung (20) der aktuelle Istwert (α_IST) des Neigungswinkels (α) abhängig von der zumindest einen Messgröße bestimmt wird.