DE102012211963A1 - Verfahren zur Stabilisierung eines Zweirads bei Kurvenfahrt - Google Patents

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Abstract

Bei einem Verfahren zur Stabilisierung eines Zweirads bei Kurvenfahrt wird anhand von Messwerten einschließlich des aktuellen Lenkwinkels auf ein Driften des Hinterrads bzw. ein Untersteuern des Vorderrads geschlossen und das Zweirad durch Ändern den Momentes am Vorderrad und/oder Hinterrad stabilisiert.

Description

  • Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Stabilisierung eines Zweirads bei Kurvenfahrt nach dem Oberbegriff des Anspruches 1.
  • Stand der Technik
  • Um mit einem Motorrad eine Kurve stabil durchfahren zu können, müssen die Motorradgeschwindigkeit, die Schräglage und der Lenkwinkel an den aktuellen Kurvenradius angepasst sein. Eine nicht angepasste Geschwindigkeit oder ein falscher Lenkwinkel kann zu einer kritischen Fahrsituation führen, bei der das Motorrad über- oder untersteuert, also das Hinterrad zu Driften beginnt bzw. das Vorderrad über die Kurve hinausschiebt. Derartige Situationen besitzen ein hohes Gefahrenpotenzial.
  • Offenbarung der Erfindung
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Zweirad bei Kurvenfahrt selbsttätig zu stabilisieren.
  • Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mit den Merkmalen des Anspruches 1 gelöst. Die Unteransprüche geben zweckmäßige Weiterbildungen an.
  • Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren kann ein Zweirad stabilisiert werden, insbesondere ein Motorrad oder ein sonstiges, motorbetriebenes Zweirad, das sich in einer Kurvenfahrt befindet und einem kritischen Fahrzustand nähert. Derartige kritische Fahrzustände treten bei Kurvenfahrten auf, wenn die aktuelle Fahrzeuggeschwindigkeit, der Lenkwinkel und/oder die Schräglage des Zweirads mit dem Kurvenradius nicht zusammenpassen. Insbesondere bei einer Abweichung des aktuellen Lenkwinkels von einem Soll-Lenkwinkel kann ein Untersteuern oder Übersteuern des Zweirades auftreten. Bei einem Übersteuern driftet das Hinterrad des Zweirads und beginnt, sich von der Ideallinie mit einer radialen Komponente nach außen zu bewegen, wohingegen bei einem Untersteuern das Vorderrad mit radialer Komponente nach außen schiebt.
  • Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren kann mittels einer Sensorik im Zweirad ein drohender bzw. bereits eingetretener kritischer Fahrzustand detektiert werden, wobei über die Sensorik aktuelle Fahrzeugzustandsgrößen gemessen werden. Über die Sensorik wird auch der aktuelle Lenkwinkel bestimmt, der für die Unterscheidung zwischen Driften des Hinterrades und Untersteuern des Vorderrades herangezogen wird. Es ist somit möglich, unter Berücksichtigung des aktuellen Lenkwinkels auf die Art der drohenden bzw. eingetretenen Fahrzeuginstabilität zu schließen, woraufhin entsprechende Maßnahmen zur Fahrzeugstabilisierung getroffen werden können. Bei diesen Maßnahmen handelt es sich um ein Ändern des am Vorderrad und/oder Hinterrad anliegenden Momentes, wobei am Hinterrad das Motormoment und/oder Bremsmoment und am Vorderrad das Bremsmoment eingestellt bzw. modifiziert werden kann. Die Einstellung erfolgt selbsttätig über Stellsignale eines Regel- bzw. Steuergerätes im Fahrzeug, über die eine Aktorik im Motor bzw. den Radbremsen zum Erzielen des gewünschten Momentes eingestellt wird.
  • Über die Sensorik werden, zusätzlich zum aktuellen Lenkwinkel, vorteilhafterweise Beschleunigungswerte des Zweirades ermittelt, wobei zumindest translatorische Beschleunigungen in allen drei Raumrichtungen, gegebenenfalls zusätzlich rotatorische Beschleunigungen um alle drei Raumachsen ermittelt werden. Eine derartige Sensorik ist gegebenenfalls Bestandteil einer im Fahrzeug bereits vorhandenen Antriebsschlupfregelung bzw. eines sonstigen Fahrerassistenzsystems, so dass die Sensorik ergänzend für das erfindungsgemäße Verfahren mit verwendet werden kann. Der Lenkwinkel wird ebenfalls über eine im Fahrzeug vorhandene Sensorik detektiert.
  • Aus den gemessenen Zustandsgrößen, insbesondere den Beschleunigungswerten, kann zweckmäßigerweise der sich anbahnende, kritische Fahrzustand mit einer Vorlaufzeit von beispielsweise einigen Sekunden ermittelt werden, so dass bereits vor dem Eintreten des kritischen Zustandes über die Erzeugung von Stellsignalen stabilisierende Maßnahmen bzw. den kritischen Zustand verhindernde Maßnahmen getroffen werden können.
  • Gemäß eines weiteren Aspektes der Erfindung wird ein Soll-Lenkwinkel ermittelt, mit dem das Zweirad unter optimalen Bedingungen, also im stabilen Fahrzustand, durch die Kurve fährt. Über einen Vergleich zwischen dem aktuellen Lenkwinkel und dem Soll-Lenkwinkel kann auf den kritischen Fahrzustand entweder am Vorderrad oder am Hinterrad geschlossen werden. Je nach Abweichung des aktuellen Lenkwinkels in positiver oder negativer Richtung vom Soll-Lenkwinkel betrifft der kritische Fahrzustand das Hinterrad oder das Vorderrad, woraufhin eine angepasste, stabilisierende Maßnahme getroffen wird, bei der das Moment am Vorderrad und/oder am Hinterrad beeinflusst wird. Üblicherweise unterscheiden sich die stabilisierenden Maßnahmen, je nachdem, ob das Hinterrad driftet oder das Vorderrad untersteuert.
  • Der Soll-Lenkwinkel wird beispielsweise aus der aktuellen Schräglage des Zweirades und der aktuellen Fahrzeuggeschwindigkeit ermittelt. Die Fahrzeuggeschwindigkeit ist aus sensorischen Daten bekannt, die Schräglage kann beispielsweise aus gemessenen Beschleunigungswerten errechnet.
  • Beim Driften des Hinterrades bzw. des gesamten Zweirades weicht die Zweiradlängsachse von der aktuellen Tangente an die Kurvenbahn ab. Über die stabilisierenden Maßnahmen, also die Beeinflussung des Momentes am Hinterrad und/oder am Vorderrad, kann das Driften auf ein zulässiges Maß zurückgeführt werden. Hierbei kann es zweckmäßig sein, eine maximal zulässige Driftwinkeltoleranz in Form einer erlaubten Winkeldifferenz in positiver und negativer Richtung zuzulassen, wobei die Driftwinkeltoleranz werksseitig, gegebenenfalls aber auch vom Fahrer einzustellen ist. Über die Driftwinkeltoleranz wird auf das Fahrverhalten des Zweirades Einfluss genommen, wobei eine größere Driftwinkeltoleranz einem sportlicheren Fahrverhalten entspricht.
  • Über die Momentenbeeinflussung am Vorderrad und/oder Hinterrad wird zweckmäßigerweise zur Stabilisierung des Fahrzeugs die Fahrzeuggeschwindigkeit verringert. Grundsätzlich möglich ist aber auch, durch Rücknahme eines aktuell anliegenden Bremsmomentes bzw. Erhöhung des Motormomentes die Geschwindigkeit zu erhöhen.
  • Das Verfahren läuft in dem Regel- bzw. Steuergerät ab, in welchem die Messsignale der Sensorik ausgewertet werden und gemäß einer hinterlegten Logik festgestellt wird, ob bei der Kurvenfahrt eine kritische Fahrsituation vorliegt bzw. sich anbahnt. Sofern dies der Fall ist, werden Stellsignale erzeugt, um in der vorbeschriebenen Weise die aktuell anliegenden Momente am Vorderrad und/oder am Hinterrad zu modifizieren. Das Regel- bzw. Steuergerät ist hierbei zweckmäßigerweise Bestandteil eines Fahrerassistenzsystems zur Fahrdynamikregelung.
  • Weitere Vorteile und zweckmäßige Ausführungen sind den weiteren Ansprüchen, der Figurenbeschreibung und den Zeichnungen zu entnehmen. Es zeigen:
  • 1 in schematischer Darstellung ein Motorrad in Kurvenfahrt mit untersteuerndem Vorderrad,
  • 2 eine 1 entsprechende Darstellung, jedoch mit driftendem Hinterrad,
  • 3 ein Blockschaltdiagramm zur Stabilisierung des Zweirads bei Kurvenfahrt,
  • 4 eine Blockschaltdarstellung mit den Eingangs- und Ausgangsgrößen einer Momentenregelung, welche zur Stabilisierung des Zweirads bei Kurvenfahrt eingesetzt wird.
  • In den Figuren sind gleiche Bauteile mit gleichen Bezugszeichen versehen.
  • In den 1 und 2 ist stark schematisiert ein Zweirad bei Kurvenfahrt dargestellt, das ein Vorderrad 1 und ein Hinterrad 2 aufweist, wobei das Vorderrad 1 um eine Lenkachse 3 mit dem aktuellen Lenkwinkel Δφa verstellt wird. In 1 untersteuert das Fahrzeug, dementsprechend ist der aktuelle Lenkwinkel Δφa positiv. In 2 übersteuert das Fahrzeug, der aktuelle Lenkwinkel φaist negativ. In beiden 1 und 2 ist der Soll-Lenkwinkel, welcher die ideale Position des Vorderrades auf der Kurvenbahn 4 darstellt, mit φd bezeichnet. Die ideale Sollposition des Vorderrades ist gestrichelt eingetragen und mit dem Bezugszeichen 1’ gekennzeichnet. Die Lenkwinkeldifferenz Δφ ergibt sich aus der Differenz von aktuellem Lenkwinkel φaund Soll-Lenkwinkel φd. Beim Untersteuern gemäß 1 ist die Lenkwinkeldifferenz Δφ positiv, beim Übersteuern gemäß 2 negativ.
  • Da das Zweirad sich auf einer Kurvenbahn 4 bewegt, weist das Zweirad auch eine Schräglage auf. Im Idealfall gehört zu einem gegebenen Kurvenradius und einer bestimmten Fahrzeuggeschwindigkeit ein definierter Wert für die Schräglage sowie für den Lenkwinkel. Bei einer Abweichung des aktuellen Lenkwinkels φa vom Soll-Lenkwinkel φd gerät das Zweirad ins Untersteuern bzw. Übersteuern, so dass sich eine Lenkwinkeldifferenz Δφ ungleich null einstellt. Um das Untersteuern bzw. Übersteuern zu kompensieren, kann am Vorderrad 1 und/oder am Hinterrad 2 das aktuell anliegende Moment selbsttätig beeinflusst werden. Im Bereich des Vorderrades kann das aktuell anliegende Bremsmoment modifiziert werden, im Bereich des Hinterrades über einen Eingriff in das Motormanagement das antreibende Moment oder über einen Eingriff in die Hinterradbremse das Bremsmoment. Die Modifizierung der Momente erfolgt über Stellsignale eines Regel- bzw. Steuergeräts, welches im Zweirad mitgeführt wird und in dem aus Eingangssignalen Stellsignale erzeugt werden, über die Aktoren im Motor bzw. in den Radbremsen am Vorder- oder Hinterrad eingestellt werden.
  • 3 zeigt ein Blockschaltbild mit dem grundsätzlichen Ablauf der Regelung zur Stabilisierung des Zweirads bei Kurvenfahrt. Ein erster Block 10 repräsentiert die Sensorik im Fahrzeug, welche beispielsweise Bestandteil einer im Zweirad verbauten Antriebsschlupfregelung sein kann und über die als Fahrzeugzustandsgrößen die translatorischen und rotatorischen Beschleunigungen in allen drei Raumrichtungen ermittelbar sind. Darüber hinaus sind die Fahrzeuggeschwindigkeit sowie die Radgeschwindigkeiten am Vorderrad und Hinterrad zu detektieren. Des Weiteren ist das Fahrzeug mit einer Sensorik zur Ermittlung des aktuellen Lenkwinkels φa ausgestattet.
  • Ein weiterer Block 11 repräsentiert einen Beobachter, der ausgangsseitig einen Soll-Lenkwinkel φd liefert, welcher vom aktuellen Lenkwinkel φa subtrahiert wird, um die Lenkwinkeldifferenz Δφ zu ermitteln. Die Lenkwinkeldifferenz Δφ wird als Eingangsgröße einem Block 12 zugeführt, der ein Fahrzeugmodell repräsentiert, dem zusätzlich als Eingangsgrößen die Messsignale zugeführt werden können, beispielsweise die Fahrzeuggeschwindigkeit v, Beschleunigungen a, insbesondere die Längsbeschleunigung und die Querbeschleunigung des Fahrzeugs sowie die Schräglage β, welche vorteilhafterweise nicht gemessen wird, sondern aus Messgrößen ermittelt werden kann.
  • In dem Fahrzeugmodell 12 wird aus der Lenkwinkeldifferenz Δφ einschließlich des Vorzeichens der Lenkwinkeldifferenz, aus dem auf ein Driften am Hinterrad bzw. Untersteuern am Vorderrad geschlossen werden kann, eine Lenkwinkel-Regelgröße φk generiert, die, wie in 4 dargestellt, einen Momentenregler als Eingangsgröße zugeführt wird. Im Fahrzeugmodell 12 werden außerdem als Ausgangsgröße Sollwerte erzeugt, die von korrespondierenden Istwerten subtrahiert werden, welche vom Block 10 stammen. Die Differenz wird als Eingangsgröße dem Beobachter 11 zugeführt. Bei den Soll- und Ist-Größen handelt es sich insbesondere um die Fahrzeuggeschwindigkeit, die Schräglage und den Lenkwinkel.
  • Außerdem kann dem Beobachter 11 eine Driftwinkeltoleranz γ als Eingangsgröße zugeführt werden, die bei der Berechnung des Soll-Lenkwinkels φd berücksichtigt wird. Über die Driftwinkeltoleranz φd kann ein Driftwinkel, also die Abweichung der Fahrzeuglängsachse von der Ideallinie, zugelassen werden, beispielsweise in absoluten Zahlen 1° oder 3° in beide Richtungen. Über die Driftwinkeltoleranz γ kann das Fahrverhalten beeinflusst werden, wobei mit zunehmender Driftwinkeltoleranz ein sportlicheres Verhalten eingestellt wird.
  • 4 zeigt den Momentenregler 13 zur Einstellung der Momente M am Vorderrad bzw. Hinterrad. Dem Momentenregler 13 wird als Eingangsgröße die Lenkwinkel-Korrekturgröße φk zugeführt, die im Block 12 (3) berechnet worden ist. Als weitere Eingangsgrößen können Korrekturgrößen für die Schräglage, die Driftwinkeltoleranz, Korrekturgrößen für Beschleunigungen und Geschwindigkeiten sowie gegebenenfalls ein vom Fahrer einzustellender Fahrmodus, beispielsweise eine sportliche oder bequeme Fahrweise berücksichtigt werden. Außerdem kann ein zulässiger Driftwinkel vorgewählt werden, der ebenfalls als Eingangsgröße berücksichtigt wird.
  • Die Ausgangsgröße M ist ein Stellsignal, das einem Aktor im Antriebsmotor des Zweirades oder in einer der Radbremsen am Vorderrad bzw. Hinterrad zur Einstellung zugeführt wird. Der Momentenregler 13 ist zweckmäßigerweise in einem Regel- bzw. Steuergerät realisiert, in welchem auch der Beobachter 11 und das Fahrzeugmodell 12 aus 3 enthalten sein können.

Claims (11)

  1. Verfahren zur Stabilisierung eines Zweirads bei Kurvenfahrt, bei dem der aktuelle Fahrzustand detektiert und in Abhängigkeit des Fahrzustands mindestens ein Fahrzeugrad abgebremst oder beschleunigt wird, dadurch gekennzeichnet, dass anhand von Messwerten einschließlich des aktuellen Lenkwinkels (φa) auf ein Driften des Hinterrades (2) bzw. ein Untersteuern des Vorderrades (1) geschlossen und das Zweirad durch Ändern des Moments am Vorderrad (1) und/oder Hinterrad (2) stabilisiert wird.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass Beschleunigungswerte detektiert werden, aus denen auf einen kritischen Fahrzustand geschlossen wird.
  3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass ein Soll-Lenkwinkel (φd) ermittelt und aus der Abweichung des aktuellen Lenkwinkels (φa) vom Soll-Lenkwinkel (φd) auf ein Driften des Hinterrades (2) bzw. ein Untersteuern des Vorderrades (1) geschlossen wird.
  4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Soll-Lenkwinkel (φd) aus der Schräglage (β) und der Fahrzeuggeschwindigkeit (v) ermittelt wird.
  5. Verfahren nach Anspruch 2 und 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Schräglage (β) aus gemessenen Beschleunigungswerten ermittelt wird.
  6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass ein maximaler zulässiger Driftwinkel vorgegeben wird.
  7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass ein Fahrmodus für verschiedene Fahrweisen vorgegeben wird, beispielsweise für eine sportliche oder bequeme Fahrweise.
  8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Bremsmoment am Vorderrad (1) und/oder Hinterrad (2) verändert wird.
  9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass das auf das Hinterrad (2) wirkende Motormoment verändert wird.
  10. Regel- bzw. Steuergerät zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 9.
  11. Fahrerassistenzsystem in einem Zweirad mit einem Regel- bzw. Steuergerät nach Anspruch 10.
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