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Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Bewertung der Fahrbahnbeschaffenheit für ein Kraftfahrzeug, insbesondere ein Kraftrad, welches eine elektronischen Steuer- und Regeleinheit aufweist, die eingangsseitig mit Raddrehzahlsensoren verbunden ist.
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Wenn sich ein Kraftfahrzeug auf einer unebenen Straße bewegt, werden diese Unebenheiten durch Vibrationen über das Rad und die Dämpfung an den Fahrer übertragen. Dies führt in der Regel zu einem unkomfortablen Fahrgefühl, weshalb schon aus diesem Grund versucht wird, den Fahrer von der konkreten Fahrbahnbeschaffenheit möglichst gut zu entkoppeln. Auch aus sicherheitstechnischen Gründen ist es vorteilhaft, das Fahrzeug, insbesondere hinsichtlich seines Fahrwerkes, an den konkreten Fahrbahnzustand anzupassen.
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Aus der
DE 10 2005 058 754 A1 ist ein Verfahren zur Detektion von Straßenunebenheiten bekannt, bei dem mit Hilfe von Vertikalbeschleunigungsdaten von Dämpfungssystemen des rechten und des Vorderrades Fahrbahnunebenheiten erkannt werden.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein robustes und kostengünstiges Verfahren zur Bewertung der Fahrbahnbeschaffenheit bereitzustellen. Weiterhin soll eine zur Ausführung des Verfahrens geeignete Vorrichtung bereitgestellt werden.
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In Bezug auf das Verfahren wird diese Aufgabe erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass die Bewertung der Fahrbahnbeschaffenheit, insbesondere ausschließlich, auf Grund der in der Steuer- und Regeleinheit verfügbaren Signale der Raddrehzahlsensoren und/oder davon abgeleiteter Signale als Bewertungssignale erfolgt.
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Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
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Die Erfindung geht von der Überlegung aus, dass herkömmliche Methoden zur Bewertung der Fahrbahnbeschaffenheit, die auf direkt auswertbaren Sensorsignalen, insbesondere von Signalen vor Dämpfersensoren beruhen, zwar genaue Bewertungen vornehmen können. Diese Methoden sind aber auf diejenigen Kraftfahrzeuge beschränkt, bei denen diese Sensoren auch vorgesehen sind, so dass bei einer große Anzahl von Kraftfahrzeugen, bei denen diese Sensoren nicht verbaut sind, keine Fahrbahnerkennung durchgeführt wird.
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Wie nunmehr erkannt wurde, lässt sich eine Bewertung der Fahrbahnbeschaffenheit auch auf indirekte Art und Weise mittels gewöhnlich vorhandener Signale zuverlässig durchführen.
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Die Fahrbahnbeschaffenheit reflektiert sich nicht direkt in den Sensordaten, die den Dämpfern zugeordnet sind. Sie schlägt sich vielmehr auf indirekte Weise in den Sensordaten der Raddrehzahlsensoren nieder, die bei Brems- oder Stabilitätssystemen wie ABS oder ESC bereits vorhanden sind. Auf diese Weise ist für eine Diagnosemöglichkeit nur erforderlich, dass das Kraftfahrzeug mit einer Steuer- und Regeleinheit (beispielsweise aus ABS oder ESC Systemen) ausgestattet ist, welche eingangsseitig mit Raddrehzahlsensoren verbunden ist.
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Zu den Radgeschwindigkeiten und/oder -beschleunigungen wird vorzugsweise eine Frequenzanalyse durchgeführt, deren Ergebnis dann Aufschluss über die Fahrbahneigenschaften ergibt. Hierbei werden die Impulse der Raddrehzahlsensoren u.a. mit Hilfe einer Fouriertransformation analysiert. Auf Grundlage der verarbeiteten Signale und in Abhängigkeit festgelegter Schwellenwerten kann nun eine Annahme über die Beschaffenheit der Fahrbahnoberfläche getroffen werden.
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Das Verfahren wird bevorzugt bei einem einspurigen, zweirädrigen Kraftrad, insbesondere einem Motorrad oder Motorroller, durchgeführt. Wie nämlich erkannt wurde, lässt sich eine indirekte Erkennung der Fahrbahnbeschaffenheit auf robuste und zuverlässige Art und Weise auch nur mit Hilfe von zwei Raddrehzahlsensorsignalen durchführen.
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Vorteilhafterweise werden jedem der Bewertungssignale ein oder mehrere Schwellenwerte zugeordnet, wobei bei Überschreitung eines oberen Schwellenwertes oder Unterschreitung eines unteren Schwellenwertes eine Bewertung der Fahrbahnbeschaffenheit vorgenommen wird. Dies kann auch so realisiert werden, dass die Bewertung vorgenommen wird, wenn das jeweilige Bewertungssignal betragsmäßig einen vorgegebenen positiven Schwellenwert nicht über- oder unterschreitet. Diese Schwellenwerte werden vorzugsweise derart vorgegeben, dass ihre Über- bzw. Unterschreitung jeweils auf eine bestimmte Fahrbahnbeschaffenheit hindeuten. So können beispielsweise hohe Werte für die Änderung von Radbeschleunigungen, die durch zeitliche Ableitungen aus den Radgeschwindigkeiten gewonnen werden können, auf eine unebene Fahrbahn hindeuten. Geringe Änderungen der Radbeschleunigungen hingegen weisen auf ein gleichmäßiges Laufverhalten der Räder und damit eine ebene bzw. flache Fahrbahn hin.
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In einer bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens werden auf Grund der Bewertung der Fahrbahnbeschaffenheit Steuersignale generiert. Diese Steuersignale sind vorzugsweise abhängig von der erkannten Fahrbahnbeschaffenheit und können zur Einstellung des Fahrzeuges bzw. dessen Anpassung an die erkannte Fahrbahnbeschaffenheit verwendet werden. Es sind auch andere Anwendungen denkbar, beispielsweise kann in Abhängigkeit von der Fahrbahnbeschaffenheit der Sitz des Fahrers unterschiedlich eingestellt werden. Eine weitere Funktion zur Nutzung der Bewertung der Fahrbahnbeschaffenheit ist ein Zähler, welcher die gefahrenen Kilometer auf unebener und glatter Fahrbahn aufsummiert. Hieraus ergibt sich die Möglichkeit einer Bewertung des Verschleißes am Fahrzeug.
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Um das Fahrzeug möglichst gut an die aktuellen Fahrbahnbedingungen anzupassen, werden vorteilhafterweise Steuersignale zur Einstellung des Fahrwerkes des Kraftfahrzeugs generiert. Dies umfasst vorzugsweise Signale zur Einstellung der Dämpfer, der Stabilisatoren, und/oder der Federung.
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Dies erfolgt bevorzugt bei einem Kraftfahrzeug mit einem semiaktiven Fahrwerk. Bei dieser Art von Fahrwerk können Kräfte entgegengesetzt zur Bewegungsrichtung durch Variation der Dämpfungskonstante bzw. Dämpfungskennlinie erzeugt werden. Die Variation der Dämpfungskonstante kann über die Veränderung des hydraulischen Widerstandes einer im Dämpfer verwendeten Flüssigkeit erreicht werden. Dies kann durch Veränderung des Flussquerschnittes von Ventilen oder auch durch Einstellung der Viskosität der Flüssigkeit mittels elektrischer und/oder magnetischer Felder erfolgen. Das Verfahren eignet sich auch zur Ansteuerung von aktiven Fahrwerken.
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In Abhängigkeit von der Bewertung der Fahrbahnbeschaffenheit durch die Steuersignale wird vorteilhafterweise eine Anpassung der jeweiligen Dämpfungskennlinie eines Dämpfers des semiaktiven Fahrwerkes vorgenommen. Dabei kann die Einstellung des jeweiligen Dämpfers von sehr hart bis sehr weich variieren.
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Insbesondere um eine Redundanz zu schaffen, gehen vorzugsweise zur Bewertung zusätzliche Bewertungssignale ein aus der Gruppe: Geschwindigkeit des Motorrades, Drosselklappenstellung, Stellung des Gasgriffs, Bremsdruck, Dämpfersensorsignale. Das heißt, zusätzlich zu den Signalen der Raddrehzahlsensoren können beispielsweise auch die Signale der Dämpfersensoren ausgewertet werden. Dadurch stehen zwei voneinander unabhängige und redundante Arten von Signalen zur Verfügung, um die Fahrbahnbeschaffenheit zu bewerten. Andererseits kann durch die Verwertung zusätzlicher Signale auch die Fehleranfälligkeit des Verfahrens reduziert werden. Beispielsweise kann anhand der Motordrehzahl und/oder der Betätigung des Gasgriffes eine Beschleunigung des Kraftrades erkannt werden, so dass dieser Fall von einer Radbeschleunigung, die auf Grund unebener Fahrbahn entsteht, differenziert werden kann. Ebenso können Bremseingriffe des Fahrers, die zu einer negativen Radbeschleunigung führen, berücksichtigt werden.
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Den Fahrwerkseinstellungen werden vorteilhafterweise diskrete Stufen zugeordnet. Diese können bestimmten Straßentypen oder Fahrbahntypen bzw. Fahrbahnbeschaffenheiten entsprechen. Zum Beispiel kann eine straffe, normale, oder weiche Dämpfereinstellung jeweils einer normalen Verkehrsstraße, einer unebenen Verkehrsstraße oder einer Offroad-Strecke entsprechen. Diesen Stufen entsprechen dann Parametersätze, die die Einstellung des Fahrwerkes, insbesondere der Dämpfer anhand deren Kennlinien, beschreiben.
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Vorteilhafterweise erfolgt eine Zuordnung dieser Stufen zu voreingestellten Parametern des Fahrwerkes. So kann ein semiaktives Fahrwerk beispielsweise die Einstellungen bzw. der Parameter „Sport“, „Normal“ und „Komfort“ aufweisen. Diesen können beispielsgemäß die Dämpfereinstellungen zugeordnet werden in der Weise, dass die straffe Dämpfereinstellung für eine normale Verkehrsstraße der Einstellung „Sport“, die normale Dämpfereinstellung für eine unebene Verkehrsstraße der Einstellung „Normal“, und die Dämpfereinstellung für eine Offroad-Fahrbahn der Einstellung des Fahrwerkes „Komfort“ zugeordnet wird.
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In Bezug auf die Vorrichtung wird die oben genannte Aufgabe erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass in ihr ein beschriebenes Verfahren durchgeführt wird. Dabei kann eine separate Steuer- und Regeleinheit vorgesehen sein, diese kann auch mit einer bereits vorhandenen Steuer- und Regeleinheit, beispielsweise eines Regelsystems wie ABS oder ESC, kombiniert sein oder mit dieser identisch sein. In letzterem Fall kann beispielsweise softwaremäßig ein zusätzliches Modul realisiert werden. Vorteilhafterweise sind Signalleitungen vorgesehen, über die die Steuer- und Regeleinheit mit Hilfe erzeugter bzw. generierter Steuersignale Komponenten des Fahrzeuges, insbesondere das Fahrwerk, ansteuern kann.
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Die Vorteile der Erfindung liegen insbesondere darin, dass bei einer bereits existierenden Hardware-Architektur, insbesondere eines ABS-Systems, und semiaktiver Dämpfung keine weiteren elektronischen Komponenten bzw. Sensoren zur Umsetzung des Verfahrens notwendig sind. Es ist also keine Zusatzsensorik notwendig. Eine Anpassung der Dämpfungskennlinie in Abhängigkeit von der Fahrbahnbeschaffenheit verringert den Übertrag von Vibrationen an den Fahrer und verbessert somit seinen Fahrkomfort sowie die Fahrstabilität und -sicherheit des Fahrzeuges.
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Durch die Anpassung der Dämpfungskennlinien in Abhängigkeit von der Fahrbahnbeschaffenheit werden der Übertrag von Vibrationen an den Fahrer verringert und dadurch der Fahrkomfort und die Fahrstabilität und -sicherheit des Fahrzeuges verbessert.
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Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird anhand einer Zeichnung näher erläutert. Darin zeigen in stark schematisierter Darstellung:
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1 einen vorderen Teil eines Fahrwerkes eines Kraftrades mit einem Vorderrad, einem Raddrehzahlsensor und einem vorderen Dämpfer,
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2 ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens zur Bewertung der Fahrbahnbeschaffenheit in einer bevorzugten Ausführungsform,
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3 Signale der Geschwindigkeit eines Kraftrades, der Raddrehzahl des Vorderrades und die daraus abgeleitete Beschleunigung, und
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4 eine Vorrichtung zur Ausführung des Verfahrens gemäß 2 in einer bevorzugten Ausführungsform.
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Gleiche Teile sind in allen Figuren mit denselben Bezugszeichen versehen.
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Auf einer in der 1 dargestellten unebenen Fahrbahn 2 rollt ein Vorderrad 8 eines Kraftrades (nicht dargestellt), wobei ein Raddrehzahlsensor 14 die Umdrehungen des Vorderrades 8 misst und ein Signal generiert, welches über eine nicht dargestellte Signalleitung zu einer (nicht dargestellten) Steuer- und Regeleinheit geführt wird und dort als Eingangsgröße für eine Bewertung der Fahrbahnbeschaffenheit dient. In eine Gabel 20 ist ein Dämpfer 26 eingesetzt, welcher in Abhängigkeit von der erfolgten Bewertung der Fahrbahn angesteuert wird.
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Dem Hinterrad des Kraftrades ist ein weiterer Raddrehzahlsensor zugeordnet, welcher ebenfalls eingangsseitig mit der Steuer- und Regeleinheit verbunden ist.
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Ein Verfahren in einer bevorzugten Ausführungsform, mit dem die Bewertung der Fahrbahnbeschaffenheit und diese Ansteuerung erfolgen, wird nun anhand von 2 besprochen.
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In einem Block 40 werden die Signale des Raddrehzahlsensors 14 und eines weiteren Raddrehzahlsensors am Hinterrad des Kraftrades überwacht und verarbeitet. Zusätzlich dazu wird die Geschwindigkeit des Motorrades überwacht. Die Bestimmung der Geschwindigkeit erfolgt dabei über die Anzahl der gemessenen Raddrehzahlimpulse pro Zeiteinheit. Diese Daten werden in einem Block 46 verarbeitet. Dabei werden die mit Hilfe der Signale der Raddrehzahlsensoren ermittelten Radgeschwindigkeiten zeitlich abgeleitet, wodurch die entsprechenden Radbeschleunigungen bestimmt werden. Entsprechend wird aus der Motorradgeschwindigkeit dessen Beschleunigung ermittelt. Es erfolgt dann eine Frequenzanalyse der Radgeschwindigkeiten und Radbeschleunigungen von Vorder- und Hinterrad und der Geschwindigkeit des Motorrades Die Frequenzanalyse wird vorteilhafterweise mit Hilfe einer Fouriertransformation der Impluse aus dem Radgeschwindigkeitssensor durchgeführt. Als Ergebnis dieser Analyse ergibt sich ein verarbeitetes Raddrehzahlsignal, welches wiederrum hinsichtlich seiner Betragsänderung analysiert wird. In Abhängigkeit der festgelegten Schwellwerte kann eine Annahme über die Beschaffenheit der vorhandenen Fahrbahnoberfläche getroffen werden. Diese verarbeiteten Signale dienen dann als Bewertungssignale für die Bewertung der Beschaffenheit der Fahrbahn.
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In einer Entscheidung 52 wird überprüft, ob die Bewertungssignale vorgegebene Schwellen- bzw. Grenzwerte über- bzw. unterschreiten. Für die Erkennung einer bestimmten Fahrbahnbeschaffenheit, beispielsweise Offroad, kann vorgesehen sein, dass alle Bewertungssignale oder auch nur eine Untermenge davon den jeweils vorgegebenen Schwellenwert überbzw. unterschreiten (hierbei kann auch eine betragsmäßige Überschreitung oder Unterschreitung eines entsprechend positiv gewählten Schwellenwertes vorgesehen sein).
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Falls die Kriterien zur Erkennung bzw. Bewertung der Fahrbahnbeschaffenheit nicht erfüllt sind bzw. keine veränderte Fahrbahnbeschaffenheit erkannt wurde, verzweigt das Verfahren zurück zu Block 40. Falls durch die Bewertung eine spezifische Fahrbahnbeschaffenheit erkannt wurde, geht das Verfahren weiter zu einem Block 58, in dem Steuersignale zur Ansteuerung eines semiaktiven Fahrwerkes erzeugt werden. Dabei kann beispielsweise bei Erkennen einer normalen, ebenen Verkehrsstraße die Dämpfung auf straff eingestellt werden. Bei der Bewertung der Fahrbahnbeschaffenheit, die zur Erkennung einer unebenen Verkehrsstraße führt, können die Dämpfer etwas weicher eingestellt werden, und bei der Bewertung, dass sich das Fahrzeug im freien Gelände befindet (Offroad), kann eine weiche Dämpfereinstellung vorgenommen werden. Dabei werden bevorzugt vorgegebene Zeiträume abgewartet, bevor ein konkretes Steuersignal erzeugt wird. Dadurch wird verhindert, dass die Fahrwerksabstimmung verändert wird, wenn nur kurzzeitig oder phasenweise die Bewertung der Fahrbahn anders als vorher ausfällt.
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Ein Beispiel hierfür ist die Überfahrt eines Bahnüberganges. Beim Überfahren der Schienen erfährt das Raddrehzahlsignal zweimal eine hohe Beschleunigungsänderung am Vorder- und Hinterrad. In dieser Situation ist eine Änderung der Fahrwerkseinstellung jedoch nicht erwünscht, da das Überfahren der Schienen nur ein kurzzeitiger Vorgang ist, für den einerseits eine Verstellung des Fahrwerkes nicht notwendig ist und der andererseits vergleichsweise schnell geht. Die Dauer des Bewertungszeitrahmens kann beispielsweise nach Anforderungen des Herstellers und/oder Kunden festgelegt werden.
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Das Verfahren läuft dann in Block 40 weiter, und die oben diskutierten Signale werden weiter überwacht. Die Verfahrensschritte in den Blöcken 40 und 46 können auch parallel zu den Verfahrensschritten in Block 58 ausgeführt werden.
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In 3 sind schematisch bei dem Verfahren bevorzugt als Bewertungssignale verwendete Signale dargestellt. Auf einer x-Achse 64 ist die Zeit, auf einer y-Achse 70 jeweils die Größe des Signals dargestellt. Von oben nach unten sind Motorradgeschwindigkeit 76, Vorderradgeschwindigkeit 82 und Vorderradbeschleunigung 88 dargestellt, wobei sich die Vorderradbeschleunigung 88 durch zeitliche Ableitung der Vorderradgeschwindigkeit 82 ergibt. Durch Berücksichtigung der Motorradgeschwindigkeit 76 können Beschleunigungs- und Bremsvorgänge des Kraftrades identifiziert werden, so dass diese Gesamtbewegung des Kraftrades aus den entsprechende Radgeschwindigkeiten und -beschleunigungen herausgerechnet werden kann.
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Das Verfahren wird bevorzugt in eine Regelstrategie des Fahrwerkes und/oder des Bremssystems eingebunden, so dass auf regelungsbedürftige Situationen schnell reagiert werden kann. Die Regelung hat dabei vorzugsweise höhere Priorität als die Einstellung des Fahrzeuges auf Grund der Beschaffenheit der Fahrbahn.
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Eine Vorrichtung 90 zur Bewertung der Fahrbahnbeschaffenheit in einer bevorzugten Ausführungsform ist in 4 dargestellt. Die Vorrichtung 90 umfasst eine elektronische Steuer- und Regeleinheit 96, welche eingangsseitig durch einen CAN-Bus 102 über eine Signalleitung 108 die Stellung der Drosselklappe des Kraftrades (alternativ oder zusätzlich können hier auch andere, den Fahrerwunsch ausdrückende Signale übertragen werden), über eine Signalleitung 114 die Raddrehzahl des Hinterrades, und über eine Signalleitung 120 die Raddrehzahl des Vorderrades des Kraftrades übermittelt bekommt, bzw. eingangsseitig mit den entsprechenden Sensoren verbunden ist.
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Die Steuer- und Regeleinheit 96 führt das im Zusammenhang mit den 1 bis 3 diskutierte Verfahren aus: Sie verarbeitet diese Signale und erzeugt daraus die Bewertungssignale, anhand derer die Beschaffenheit der Fahrbahn bewertet wird. Sie erzeugt Steuersignale zur Ansteuerung eines semiaktiven Fahrwerkes 126. Auf Grund dieser Signale wird dann über ein Signal 132 der vordere Dämpfer, über ein Signal 138 der hintere Dämpfer angesteuert.
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Bezugszeichenliste
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- 2
- Fahrbahn
- 8
- Vorderrad
- 14
- Raddrehzahlsensor
- 20
- Gabel
- 26
- Dämpfer
- 40
- Block
- 46
- Block
- 52
- Entscheidung
- 58
- Block
- 64
- x-Achse
- 70
- y-Achse
- 76
- Motorradgeschwindigkeit
- 82
- Vorderradgeschwindigkeit
- 88
- Vorderradbeschleunigung
- 90
- Vorrichtung
- 96
- Steuer- und Regeleinheit
- 102
- CAN-Bus
- 108
- Signalleitung
- 114
- Signalleitung
- 120
- Signalleitung
- 126
- semiaktives Fahrwerk
- 132
- Signal
- 138
- Signal
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102005058754 A1 [0003]
