DE102013217593A1

DE102013217593A1 - Verfahren zur Ermittlung einer maximal zulässigen Bremsverzögerung eines einspurigen Fahrzeugs

Info

Publication number: DE102013217593A1
Application number: DE201310217593
Authority: DE
Inventors: Markus Lemejda
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2013-09-04
Filing date: 2013-09-04
Publication date: 2015-03-05
Also published as: WO2015032537A1

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Ermittlung einer maximal zulässigen Bremsverzögerung eines einspurigen Fahrzeugs zur Vermeidung eines Überschlags nach vorn, bei dem – die Gesamtneigung des Fahrzeugs um seine Querachse bzgl. der Richtung der Erdanziehung ermittelt wird und – abhängig von der ermittelten Gesamtneigung ein maximal zulässiger Verzögerungswert ermittelt wird.

Description

Stand der Technik
Fahrzeuge mit hohem Schwerpunkt, wie z.B. ein Motorrad, ein Fahrrad oder ein Quad, weisen beim Bremsen eine erhöhte Überschlagsgefahr auf. Deshalb wird bei Motorrädern von einem ABS-System über die Bremshydraulik der Bremsdruck vor allem am Vorderrad geeignet manipuliert, wenn das Hinterrad abzuheben droht. Aus der DE 10 2007 004 042 A1 ist hierzu ein Verfahren zur Überschlagsvermeidung bei Krafträdern mit einem Antiblockiersystem bekannt. Dabei wird eine Kenngröße, welche ein Maß für die Tendenz zum Abheben eines Rades darstellt, in Abhängigkeit von Radlastinformationen des Rades ermittelt und diese Kenngröße zur Regelung des Bremsdrucks an den Radbremsen herangezogen.
Eine Möglichkeit, die Radaufstandskraft zu schätzen, basiert auf dem dynamischen Radlastmodell, nach welchem die Radlast von der Radverzögerung abhängt. Die Maßnahmen zur Überschlagsvermeidung treten in Kraft, wenn die geschätzte Radlast am Hinterrad zu gering wird, was an der Überschreitung einer maximal zulässigen Verzögerungsschelle festgemacht wird. Die erwähnte Verzögerungsschwelle ist dabei unabhängig von der Steigung. Hierdurch kann es bergauf zu einem unterbremsten Fahrzeug kommen, während bergab ein Überschlag droht.
Offenbarung der Erfindung
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Ermittlung einer maximal zulässigen Bremsverzögerung eines einspurigen Fahrzeugs zur Vermeidung eines Überschlags nach vorn, bei dem

– die Gesamtneigung des Fahrzeugs um seine Querachse bzgl. der Richtung der Erdanziehung ermittelt wird und
– abhängig von der ermittelten Gesamtneigung ein maximal zulässiger Verzögerungswert ermittelt wird.

Damit kann die Sicherheit von Zweiradfahrern insbesondere bei Bergabfahrten wesentlich verbessert werden.
Eine vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass der Gesamtneigungswinkel aus der momentanen Fahrzeugverzögerung sowie dem Ausgangssignal eines in Längsrichtung des Fahrzeugs ausgerichteten inertialen Beschleunigungssensors ermittelt wird. Hier wird die Eigenschaft des inertialen Beschleunigungssensors ausgenutzt, dass er im eigentlichen Sinne ein Kraftsensor ist, der nicht nur durch eine Beschleunigung bewirkte Trägheitskräfte, sondern auch durch die Fahrzeug- oder Strassenneigung bedingte Kräfte erfasst.
Eine vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass die momentane Fahrzeugverzögerung durch zeitliche Differentiation der momentanen Fahrzeuglängsgeschwindigkeit ermittelt wird.
Eine vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass der Gesamtneigungswinkel mittels der Gleichung γ = arcsin ((dv_x/dt – a_x)/g) ermittelt wird, wobei γ den Gesamtneigungswinkel kennzeichnet, v_x die momentane Fahrzeuglängsgeschwindigkeit, a_x das Ausgangssignal des in Längsrichtung der Fahrzeugs ausgerichteten inertialen Beschleunigungssensors und g die Erdbeschleunigung.
Eine vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass der maximal zulässige Verzögerungswert mittels der Gleichung (dv_x/dt)_max = g·sin(γ) – l_v/h·g·cos(γ) ermittelt wird, wobei (dv_x/dt)_max die maximal zulässige Verzögerung kennzeichnet, l_v den Abstand des Vorderradaufstandpunktes zum Schwerpunkt und h die Schwerpunkthöhe.
Eine vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass bei Erreichen des maximal zulässigen Verzögerungswertes ein Entbremsen des Vorderrades stattfindet. Ein Entbremsvorgang am Hinterrad wäre wenig effektiv, da das Hinterrad infolge der Überschlagsgefahr nur noch einen schwachen Bodenkontakt aufweist.
Eine vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass zur Ermittlung des Gesamtneigungswinkels zusätzlich ein oder mehrere inertiale Drehratensensoren verwendet werden.
Weiter umfasst die Erfindung eine Vorrichtung zur Ermittlung einer maximal zulässigen Bremsverzögerung eines einspurigen Fahrzeugs, enthaltend Mittel, die zur Durchführung der erfindungsgemäßen Verfahren speziell ausgelegt sind. Dabei handelt es sich insbesondere um ein Steuergerät, welches den Programmcode zur Durchführung der erfindungsgemäßen Verfahren enthält.
Die Zeichnung besteht aus der 1.
1 zeigt in schematischer Darstellung ein Zweirad, bei dem die für die Erfindung wesentlichsten physikalischen Größen eingezeichnet sind.
Die Aufgabe der Erfindung ist es, das Verhalten eines Bremsregelsystems möglichst gut auf die aktuelle Straßensteigung bzw. den aktuellen Fahrzeugnickwinkel anzupassen. Hierdurch soll das Abheben des Hinterrads beim Bremsen während einer Bergabfahrt zuverlässig vermieden werden und zugleich soll ein geringer Bremsweg realisiert werden.
Die dynamische Radaufstandskraft F_zR am Hinterrad ist gegeben durch F_zR = m·a_z·l_v/l + m·a_x·h/l
Dabei kennzeichnet m die Fahrzeugmasse, l den Radstand, l_v den Abstand des Vorderradaufstandpunktes zum Schwerpunkt, h die Schwerpunkthöhe, a_x die insbesondere von einem Inertialsensor gemessene Längsbeschleunigung und a_z die Vertikalbeschleunigung. Diese Größen sind auch in 1 eingezeichnet.
Die maximale Bremsverzögerung ist dann erreicht, wenn das Hinterrad gerade abhebt. Dies ist der Fall, wenn die Radaufstandskraft F_zR am Hinterrad Null wird.
Aus F_zR = 0 folgt a_x = –a_z·l_v/h.
Die vertikale Beschleunigung a_z ist an Gefällstrecken abhängig vom Steigungswinkel γ, wobei g die Erdbeschleunigung bezeichnet: a_z = g·cos(γ).
Die mittels eines Inertialsensors gemessene Längsbeschleunigung a_x beinhaltet neben der zeitlichen Änderung der Fahrzeuggeschwindigkeit dv_x/dt zusätzlich die Komponente der Erdgravitation: a_x = dv_x/dt – g·sin(γ).
Die maximal mögliche Fahrzeugverzögerung im Gefälle ist somit gegeben durch (dv_x/dt)_max = g·sin(γ) + a_x = g·sin(γ) – a_z·l_v/h und weiter (dv_x/dt)_max = g·sin(γ) – l_v/h·g·cos(γ).
Das Abheben des Hinterrades während einer Bremsung wird unterbunden, indem bei Überschreiten dieser Verzögerungsschwelle (dv_x/dt)_max der Bremsdruck am Vorderrad reduziert wird. Hierbei sind auch mehrere Schwellen denkbar, wobei mit zunehmender Verzögerung zunächst der Druckanstieg am Vorderrad begrenzt wird, dann der Bremsdruck eingefroren wird und erst dann reduziert wird.
Der Steigungswinkel γ beschreibt den Gesamtneigungswinkel des Fahrzeugs und enthält im allgemeinen eine aus der Fahrbahnlängsneigung herrührende Komponente und eine aus dem Nicken des Fahrzeugs herrührende Komponente. Dieser Winkel kann z.B. bei stabiler Fahrt aus folgender Gleichung ermittelt werden: γ = arcsin((dv_x/dt – a_x)/g)
Während dynamischer Fahrsituationen dagegen kann der Steigungswinkel γ durch zeitliche Integration einer gemessenen Nickrate ω_y bestimmt werden: γ = γ₀ + ∫ω_ydt.
Deshalb ist eine Kombination der beiden genannten Möglichkeiten zur Ermittlung von γ abhängig von der Fahrsituation sinnvoll.
In 1 ist in schematischer Darstellung ein Zweirad dargestellt. Dieses befindet sich auf einer nach rechts bergab geneigten Fahrbahn mit dem Neigungswinkel γ. Dieser entspricht hier wie eingezeichnet dem Winkel zwischen dem Erdlot und der Hochachse des Zweirads. Das Zweirad weist in Fahrzeuglängsrichtung die Geschwindigkeit v_x und die Beschleunigung a_x auf, in Fahrzeughochrichtung die Beschleunigung a_z. Das Fahrzeug dreht sich um die Querachse mit der Nickwinkelgeschwindigkeit ω_y. h kennzeichnet die Schwerpunktshöhe, l den
Radstand und l_v den Abstand des Vorderradaufstandpunktes zum Schwerpunkt F_zR kennzeichnet die am Hinterrad wirkende Radaufstandskraft.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102007004042 A1 [0001]

Claims

Verfahren zur Ermittlung einer maximal zulässigen Bremsverzögerung eines einspurigen Fahrzeugs zur Vermeidung eines Überschlags nach vorn, bei dem – die Gesamtneigung (γ) des Fahrzeugs um seine Querachse bzgl. der Richtung der Erdanziehung ermittelt wird und – abhängig von der ermittelten Gesamtneigung (γ) ein maximal zulässiger Verzögerungswert ((dv_x/dt)_max) ermittelt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Gesamtneigungswinkel aus der momentanen Fahrzeugverzögerung sowie dem Ausgangssignal eines in Längsrichtung des Fahrzeugs ausgerichteten inertialen Beschleunigungssensors ermittelt wird.
Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die momentane Fahrzeugverzögerung durch zeitliche Differentiation der momentanen Fahrzeuglängsgeschwindigkeit ermittelt wird.
Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Gesamtneigungswinkel mittels der Gleichung γ = arcsin ((dv_x/dt – a_x)/g) ermittelt wird, wobei γ den Gesamtneigungswinkel kennzeichnet, v_x die momentane Fahrzeuglängsgeschwindigkeit, a_x das Ausgangssignal des in Längsrichtung der Fahrzeugs ausgerichteten inertialen Beschleunigungssensors und g die Erdbeschleunigung.
Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der maximal zulässige Verzögerungswert mittels der Gleichung (dv_x/dt)_max = g·sin(γ) – l_v/h·g·cos(γ) ermittelt wird, wobei (dv_x/dt)_max die maximal zulässige Verzögerung kennzeichnet, l_v den Abstand des Vorderradaufstandpunktes zum Schwerpunkt und h die Schwerpunkthöhe.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass bei Erreichen des maximal zulässigen Verzögerungswertes ein Entbremsen des Vorderrades stattfindet.
Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass zur Ermittlung des Gesamtneigungswinkels zusätzlich ein oder mehrere inertiale Drehratensensoren verwendet werden.
Vorrichtung zur Ermittlung einer maximal zulässigen Bremsverzögerung eines einspurigen Fahrzeugs, enthaltend Mittel, die zur Durchführung der erfindungsgemäßen Verfahren speziell ausgelegt sind.