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Verfahren zum Reduzieren einer Nickbewegung eines motorisierten Zweirades gemäß dem Oberbegriff des Hauptanspruchs und eine Regeleinheit zum Ausführen des erfindungsgemäßen Verfahrens.
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Beim Abbremsen oder Anfahren von Zweirädern tritt bei Motorrädern eine Radlaständerung auf, die bei Zweirädern mit Radfederungen dazu führt, dass das Zweirad in der Regel in die vordere Federung gedämpft eintaucht und hinten gedämpft ausfedert. Beim Bremsen ist dieses Phänomen für die Passagiere besonders stark spürbar und führt zu u. a. einer Komfortminderung. Dieser als Bremsnicken bezeichnete Umstand kann zudem zu einer instabilen Fahrsituation führen und die Sicherheit des Fahrers beeinträchtigen.
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Bekannt ist z. B. das Telelever-System zum Vermindern der Nickbewegung (Eintauchbewegung vorne) bei Motorrädern über zusätzliche Radaufhängungselemente am Vorderrad. Die zusätzlichen Kosten solcher Elemente und das zusätzliche Gewicht schränken dabei die Anwendbarkeit solcher Elemente auf größere Motorräder im hohen Preissegment ein.
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Ferner ist gemäß Fachliteratur („Bremsenhandbuch", Breuer / Hill, Vieweg Verlag, 1. Auflage, S. 162) bekannt, das Bremsnicken durch Beeinflussung der Federungsabstimmung zu reduzieren. Nachteilig sind dabei Verhärtung des Fahrwerks, der Komfortverlust und die eingeschränkte Fahrsicherheit.
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Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zu Grunde, ein Verfahren aufzuzeigen, mittels dessen Nickbewegungen eines motorisierten Zweirades unter weitestgehender Verhinderung der oben genannten Nachteile reduzierbar sind.
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Die Aufgabe wird gelöst gemäß einem Verfahren der eingangs genannten Art, bei der die Nickbewegung, bzw. Ein- und Ausfederbewegungen, des Zweirades anhand mindestens einer Fahrbetriebsgröße ermittelt wird.
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Die Erfindung basiert auf dem Gedanken, die ohnehin erfassbaren Fahrbetriebsgrößen intelligent dazu einzusetzen, um zum einen die Nickbewegung des Zweirades um den Nickpol zu ermitteln und auf Basis der ermittelten Nickbewegung die Dämpfungselemente, vorzugsweise laufend, so einzustellen, dass die Dämpfungskräfte der Nickbewegung entgegenwirken. Vorzugsweise weist das Dämpfungselement weist jeweils eine Dämpfungscharakteristik je nach Belastungstyp, d.h. Zugoder Druckbelastung, auf, die nachfolgend als Zugstufe bzw. Druckstufe bezeichnet wird. Für den Fall, dass das Zweirad zum Vorderrad hin eintaucht, wie es beim Bremsnicken der Fall ist, wird die Druckstufe des Dämpfungselements am Vorderrad steifer und die Zugstufe des Dämpfungselements am Hinterrad ebenfalls steifer eingestellt. Umgekehrt wird für den Fall, dass das Zweirad zum Hinterrad hin einnickt, wie es beim Beschleunigen der Fall ist, die Zugstufe des Dämpfungselements am Vorderrad erhöht und die Druckstufe am Hinterrad ebenfalls erhöht. Die auf die jeweilige Fahrsituation angepasste Einstellung des Dämpfungsvermögens der Dämpferelemente erlaubt auf diese Weise zu jedem Zeitpunkt das Nicken des Zweirads wirksam zu reduzieren, ohne die allgemeine Federungsabstimmung bzw. -einstellung des Zweirades dauerhaft zu verändern. Die temporäre Umstellung der Einstellung der Dämpfungselemente führt auch zu keiner grundlegenden Veränderung des Fahrverhaltens außerhalb der Fahrsituationen, in denen es zu einer Nickbewegung des Zweirades kommt. Der Federungskomfort in üblichen Fahrsituationen bleibt daher erhalten und wird durch das Reduzieren der Nickbewegung weiter erhöht.
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Das Ermitteln der Nickbewegung des Zweirades erfolgt dabei anhand der Fahrbetriebsgrößen. Die Nickbewegung wird somit nicht über eine direkte Vermessung der Nickbewegung als solches, bspw. anhand entsprechender Sensoren, erfasst, sondern indirekt über die Fahrbetriebsgrößen ermittelt. Auf diese Weise wird der Einsatz von Messsensorik zum direkten Messen der Drehung bzw. des Nickmoments des Aufbaus überflüssig. Es wird auf solche Fahrbetriebsgrößen zurückgegriffen, die in Zweirädern bereits weit verbreitet vorhanden sind, um bspw. andere Grundfunktionen bereitzustellen. Hierbei kann auf gängige Auswerte- und Regel- bzw. Steuereinheiten, wie z. B. elektrische Steuereinheiten (ECU) oder entsprechende Sensoren zurückgegriffen werden, die in erster Linie nicht zum Messen der Nickbewegung dienen. Damit ist es auch denkbar, bereits bestehende Zweiräder durch Anpassung der Auswerteund Steuereinheiten derart nachzurüsten, um das Verfahren ausführen zu können. Durch die Verwendung vorhandener Sensorik wird zum einen das Gewicht für weitere Komponenten eingespart und zum anderen werden zusätzliche Kosten für Komponenten vermieden.
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Das Ermitteln der Nickbewegung umfasst zum einen die Identifikation, ob das Zweirad aktuell einnickt, und des Weiteren auch eine Bewertung der Intensität der Nickbewegung. Sowohl die Identifikation als auch die Bewertung der Nickbewegung erfolgt anhand der Auswertung der Fahrbetriebsgrößen unter Berücksichtigung vordefinierter Bedingungen und Parameter. Diese sind je nach Zweirad individuell zu bestimmen.
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Das Dämpfungsvermögen der Dämpfungselemente wird zum Reduzieren der Nickbewegung eingestellt, sobald eine Nickbewegung identifiziert wird. Das Dämpfungsvermögen umfasst u. a. die Dämpfungseigenschaften des Dämpfungselements, die bspw. über die Veränderungen der Dämpfungskennlinie der Zug- oder Druckstufe eingestellt werden kann. Je Intensität der Nickbewegung wird ein vordefiniertes Dämpfungsvermögen derart ausgewählt, dass eine möglichst große Reduzierung der Nickbewegung erzielt wird. Die jeweiligen Einstellungen des Dämpfungsvermögens können dabei zweiradspezifisch durch Testfahrten und dgl. ermittelt werden.
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Das hier beschriebene vereinfachte Verfahren zum Reduzieren der Nickbewegung ist insbesondere bei Zweirädern besonders wirksam anwendbar. Aufgrund ihrer Einspurigkeit und aufgrund der Beschränkung des Regelumfangs auf die Dämpfungselemente am Vorder- und Hinterrad können auch mittels des vereinfachten Verfahrens die Nickbewegung des Zweirades hinreichend genau ermittelt werden und die Dämpfungselemente so eingestellt werden, dass eine effektive Reduzierung der Nickbewegung stattfindet. Zudem ist es gerade bei Zweirädern besonders vorteilhaft, dass eine konstruktive Anpassung des Zweirades im Vergleich z. B. zum Telelever-System entfällt.
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Das erfindungsgemäße Verfahren wird vorteilhafterweise weitergebildet durch Ermitteln einer einsetzenden Nickbewegung des Zweirades um den Nickpol des Zweirades. Anhand der erfassten Betriebsgrößen wird die gerade einsetzende bzw. initiierte Nickbewegung ermittelt, so dass der einsetzenden Nickbewegung rechtzeitig entgegengewirkt werden kann. Es wird laufend und zu jedem Zeitpunkt der Ermittlung der einsetzende bzw. der in diesem Zeitpunkt neu initiierte Nickbewegung ermittelt.
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Das erfindungsgemäße Verfahren wird des Weiteren vorteilhafterweise weitergebildet durch Ermitteln einer voraussichtlich einsetzenden Nickbewegung des Zweirades um den Nickpol des Zweirades. Es wird anhand der Fahrbetriebsgrößen eine Voraussage der einzusetzenden bzw. der voraussichtlich einsetzenden Nickbewegung getroffen, um das Dämpfungsvermögen der Dämpfungselemente entsprechend einstellen zu können und die Reaktionszeit zum ausgleichen der Nickbewegung verkürzen zu können.
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Das erfindungsgemäße Verfahren wird vorteilhafterweise dadurch weitergebildet, dass die Fahrbetriebsgrößen die Druckveränderung zur Betätigung der Bremseinrichtungen umfassen. Das Zweirad weist hierzu jeweils Bremseinrichtungen auf, welche durch Zufuhr von Druck betätigbar sind. Bremseinrichtungen enthalten u. a. Bremsen mit Bremsbacken und Bremsscheiben sowie eine manuelle, hydraulische oder elektrische Druckquelle. Der Druck wird entweder manuell durch Betätigen eines Hebels oder Pedals durch den Fahrer, hydraulisch mittels einer Pumpe oder mittels eines elektrisch angetriebenen Motors erzeugt. Dabei kann auf den erzeugten Druck oder den im System in der Radbremse herrschenden Druck durch Messung oder rechnerische Schätzung in einer ECU zurückgegriffen werden. Das Messen und Berücksichtigen des tatsächlich an den Bremseinrichtungen herrschenden Drucks ermöglicht eine besonders schnelle und präzise Ermittlung der Nickbewegung.
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Des Weiteren wird das erfindungsgemäße Verfahren dadurch vorteilhaft weitergebildet, dass die Fahrbetriebsgrößen jeweils die Beschleunigung des Vorderrades und des Hinterrades umfassen. Die Beschleunigung umfasst sowohl die positive als auch die negative Beschleunigung und wird für jedes Rad individuell erfasst. Dieser Schritt kann durch die mathematische Ableitung der Radgeschwindigkeit erfolgen. Auf diese Weise kann zusätzlich zum Bremsdruck die initiierte Nickbewegung bzw. die initiierte Nickbewegung noch zuverlässiger ermittelt werden.
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Ferner wird das erfindungsgemäße Verfahren dadurch vorteilhaft weitergebildet, dass die Fahrbetriebsgrößen jeweils die Änderung der Geschwindigkeit des Vorderrades und des Hinterrades umfassen. Hierbei kann auf die Werte eines Raddrehzahlsensors zurückgegriffen werden.
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Darüber hinaus wird das erfindungsgemäße Verfahren dadurch vorteilhaft weitergebildet, dass das Zweirad eine Antriebseinheit aufweist, wobei die Fahrbetriebsgrößen Steuerdaten zum Regeln der Antriebseinheit umfassen. Die Steuerdaten sind über mehrere Wege ermittelbar. Beispielsweise kann hierzu die Leistungsabgabe der Antriebseinheit erfasst werden. Bei Verbrennungsmotoren kann hierzu die Drosselklappenstellung erfasst werden. Des Weiteren besteht auch die Möglichkeit, den Fahrerwunsch, z. B. über die Gasgriffsstellung, zu erfassen. Auf diese Weise sind Nickbewegungen beim Anfahren besonders gut ermittelbar.
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Bevorzugterweise wird das erfindungsgemäße Verfahren dadurch weitergebildet, dass das Ermitteln des jeweils benötigten Dämpfungsvermögens der Dämpfungselemente durch Vergleich einzelner Fahrbetriebsgrößen mit Schwellenwerten erfolgt. Für jeden Typ der Fahrbetriebsgrößen werden entsprechende Schwellenwerte vordefiniert. Mit den Schwellenwerten ist ein Wert zum Einstellen des Dämpfungsvermögens des Dämpfungselements verknüpft. Als Bedingung zum Einstellen des verknüpften Dämpfungsvermögens wird geprüft, ob der aktuelle Fahrbetriebsgrößenwert größer oder kleiner ist als ein Schwellenwert. Je nach Anwendungsfall kann das Zweirad dabei so eingestellt werden, dass die Dämpfungselemente in Abhängigkeit davon eingestellt werden, ob das Über- oder Unterschreiten eines Schwellenwertes bei nur einem Fahrbetriebsgrößentyp oder bei mehreren Fahrbetriebsgrößentypen vorliegt. Das Bewerten der Fahrbetriebsgrößen in Abhängigkeit von Schwellenwerten ermöglicht eine einfache und hinreichend genaue Schätzung der Nickbewegung.
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Des Weiteren wird das erfindungsgemäße Verfahren dadurch vorteilhaft weitergebildet, dass das Ermitteln des jeweils benötigten Dämpfungsvermögens der Dämpfungselemente durch Ermitteln der Veränderungsrate einzelner Fahrbetriebsgrößen erfolgt. Darunter sind zum einen die zeitliche Ableitung der Fahrbetriebsgrößen zu verstehen oder alternativ die Zeitabstände, zwischen denen Schwellenwerte über- bzw. unterschritten werden. Dies ermöglicht eine Berücksichtigung und Analyse der Fahrbetriebsgrößen über eine Zeitperiode und dadurch die Reaktionszeit auf eine Nickbewegung zur verkürzen und des Weiteren auch die Nickbewegung vorausschauend einzuschätzen, so dass die Dämpfungselemente insgesamt genauer auf die jeweilige Fahrsituation eingestellt werden können.
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Das erfindungsgemäße Verfahren wird ferner weitergebildet durch Ermitteln und Einstellen einer vordefinierten Dämpfungskennlinie des jeweiligen Verstelldämpfungselements zum Ausgleichen der Nickbewegung bzw. Federbewegungen des Zweirades. Auf diese Weise entfällt das aufwendige Ermitteln des Dämpfungsvermögens. Stattdessen kann je nach Fahrsituation eine vordefinierte Dämpfungskennlinie, z. B. aus den vom Hersteller der Dämpfungselemente vorgegebenen, ermittelt werden, mit der die bestmögliche Reduzierung einer Nickbewegung möglich ist. Dadurch vereinfacht sich die Umsetzung des Verfahrens erheblich und kann auch mittels einfacher Steuereinheiten der Dämpfungselemente angewendet werden.
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Es ist ferner bevorzugt, das Dämpfungsvermögen der Dämpfungselemente im Falle entstehendes Nickens kurzfristig entsprechend vordefinierten Fahrwerkseinstellungen einzustellen. Die Fahrwerkseinstellungen enthalten vordefinierte Einstellungen der Dämpfungselemente, die dauerhaft eingestellt sind. Denkbar sind dabei sportlich oder auf maximalen Komfort ausgerichtete Fahrwerkseinstellungen, sog. Sport- oder Komfort-Modi, bei denen die Dämpfungselemente unterschiedlich steif bzw. weich eingestellt sein können. Das Zurückgreifen auf bereits vorhandene Einstellungen ermöglicht eine besonders einfache Umsetzung des Verfahrens.
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Die Erfindung umfasst ferner eine Regeleinheit eines motorisierten Zweirades zum Ausführen der Verfahren nach einem der vorgenannten Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Verfahrens.
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Weitere bevorzugte Ausführungsformen ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels an Hand von Figuren. Es zeigen:
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1 ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Regeleinheit zum Ausführen des Verfahrens,
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2 einen Eingriff der Regeleinheit gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren am Beispiel eines Druckverlaufs in einer Bremsvorrichtung, und
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3 einen Eingriff der Regeleinheit gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren am Beispiel der Geschwindigkeit eines Motorrades und dessen Vorderrades und sowie einer Beschleunigung des Vorderrades.
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1 zeigt eine Regeleinheit 1 in einem Motorrad zum Ausführen des erfindungsgemäßen Verfahrens. Die Regeleinheit 1 enthält eine elektrische Steuereinheit 2 zum Erfassen und Verarbeiten von Fahrbetriebsgrößen sowie zum Ermitteln einer geeigneten Dämpfungskennlinie der Dämpfungselemente. Ferner enthält die Regeleinheit 1 eine Fahrwerksteuereinheit 3 zum Steuern von Dämpfungselementen. Beispielsweise ist die elektrische Steuereinheit 2 in einem Antiblockiersystem integriert. Ferner ist es denkbar, dass die Fahrwerksteuereinheit 3 in einem Semi-Aktiven-Fahrwerk System (SAF-System) integriert ist.
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Die elektrische Steuereinheit 2 weist eine Vielzahl von Eingängen 4 zum Erfassen von Fahrbetriebsgrößen auf. Das Erfassen bzw. Einlesen der Fahrbetriebsgrößen erfolgt über einen Control Area Network Bus (CAN-Bus) oder über direkt verbundene Sensoren. Die Fahrbetriebsgrößen umfassen in dem dargestellten Ausführungsbeispiel die Geschwindigkeit des Vorderrades vRV, des Hinterrades vRH, des Fahrerwunsches DRIVER und des Drucks in einem Bremssystem PTHZ. Der Fahrerwunsch wird dabei über die aktuelle Stellung eines Gasgriffes am Motorrad und / oder über die Stellung einer Drosselklappe am Motor des Motorrads erfasst. Die Fahrbetriebsgrößen umfassen darüber hinaus auch den Druck an den Bremsarmaturen des Motorrades. Ferner sind als Eingangsdaten die Geschwindigkeiten des Vorder- und Hinterrades mit erfasst, aber nicht dargestellt.
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Mittels der Daten wird die Nickbewegung des Motorrades um den Nickpol ermittelt. Vorzugsweise handelt es sich bei der Nickbewegung dabei um eine einsetzende oder voraussichtlich einsetzende Nickbewegung. Hierfür werden vordefinierte Schwellenwerte 8 und die zeitliche Veränderung der Fahrbetriebsgrößen herangezogen werden. Hierzu sei auf die 2 und 3 sowie auf die dazugehörigen Beschreibungen verwiesen.
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Anhand der ermittelten Nickbewegung werden die Dämpfungselemente angepasst, um eine Reduzierung der Nickbewegung zu erzielen. Hierzu steuert die Fahrwerksteuereinheit 3 die Dämpfungselemente am Vorderrad und am Hinterrad jeweils separat voneinander mittels der Steuersignale DV und DH an. Beim Bremsnicken wird die Druckstufe des Dämpfungselements am Vorderrad versteift und die Zugstufe des Dämpfungselements am Hinterrad ebenfalls versteift, um einem Eintauchen des Motorrades in die vorderen Dämpfungselemente und dem Nicken entgegenzuwirken Beim Anfahren erfolgt eine steifere Einstellung der Druckstufe des Dämpfungselements am Hinterrad und eine steifere Einstellung der Zugstufe der Dämpfungselements am Vorderrad.
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2 zeigt das Eingreifen der Fahrwerksteuereinheit 3 in Abhängigkeit von der Änderung des Drucks im Bremssystem PTHZ. Es wird der Verlauf 7 des Bremsdrucks PTHZ bei einem starken Bremsmanöver gezeigt, bei welchem der Bremsdruck zunächst stark ansteigt und danach auf einem hohen Druckniveau aufrechterhalten wird, bis der Bremsdruck bei t3 gelöst wird. Erfasst die Regeleinheit 1 einen starken Druckanstieg, wie es in der Phase zwischen t0 und t1 der Fall ist, wird ein Bremsnicken des Motorrades erkannt und die Regeleinheit greift über die Fahrwerksteuereinheit 3 ein, um die Dämpfungselemente entsprechend zum Verringern des Bremsnickens einzustellen. Das Dämpfungsvermögen der Dämpfungselemente wird jeweils über einen Zeitraum zwischen t1 und t2 abweichend von der ursprünglichen Einstellung temporär so angepasst, um die Nickbewegung des Motorrades zu reduzieren. Nach t2 wird das Dämpfungsvermögen der Dämpfungselemente jeweils wieder in ihre ursprüngliche Einstellung zurückgestellt. Das Identifizieren der Nickbewegung erfolgt über eine Bewertung des Verlaufs des Bremsdrucks über eine Zeitdauer. Die Intensität der Nickbewegung wird mittels der zeitlichen Ableitung des aktuellen Bremsdrucks ermittelt. Dabei gibt es mehrere Stufen des Dämpfungsvermögens bzw. mehrere Dämpfungskennlinien, die in der Phase zwischen t1 und t2 entsprechend eingestellt werden können.
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3 zeigt den Verlauf der Geschwindigkeit am Vorderrad vRv (11) und des Motorrades vM (12) sowie den Verlauf 13 der Drehbeschleunigung des Vorderrades aRv. Die Regeleinheit 1 enthält mehrere Schwellenwerte 8, 9, 10 für die Drehbeschleunigung des Vorderrades, mittels dessen eine Ermittlung der Nickbewegung erfolgt. Beim Über- oder Unterschreiten eines dieser Schwellenwerte 8, 9, 10 erfolgt eine Einstufung der Nickbewegung und des jeweils dazu benötigten Dämpfungsvermögens der Dämpfungselemente. Parallel oder alternativ dazu ist es je nach Zweirad denkbar, die Zeitabstände zwischen dem Über- oder Unterschreiten von mehreren Schwellenwerten 8, 9, 10 zu erfassen, um in vereinfachter Weise die Änderung der Beschleunigung des Fahrzeuges zu ermitteln. Gleichzeitig dient die Veränderung der Beschleunigung des Fahrzeuges dazu, um eine Nickbewegung als solches zu identifizieren. Die jeweiligen Schwellenwerte sowie die damit verknüpften Einstellungen werden im Zuge der Fahrwerksparametrisierung eingestellt und sind individuell auf das jeweilige Motorrad bzw. Zweirad abgestimmt.
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Zur genaueren Ermittlung der Nickbewegung kann zudem ein Vergleich der Geschwindigkeit des Vorderrades vRv bzw. des Hinterrades vh mit der des Motorrades VM erfolgen. Die Differenzen der jeweiligen Geschwindigkeiten stellen ein Indiz für ein Nicken des Motorrades dar. Zusätzlich zu den anderen Fahrbetriebsgrößen kann die Differenz zur genaueren Ermittlung bzw. Einschätzung der Nickbewegung, bzw. der Ein- oder Ausfederbewegungen, verwendet werden.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Nicht-Patentliteratur
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- „Bremsenhandbuch“, Breuer / Hill, Vieweg Verlag, 1. Auflage, S. 162 [0004]
