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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Bestimmung des Schräglagenwinkels eines Kraftrades, umfassend ein Fahrwerk mit jeweils einem Federelement an einem Vorderrad und/oder einem Hinterrad. Sie betrifft weiterhin eine Vorrichtung zur Durchführung eines derartigen Verfahrens.
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Moderne Motorrad-Antiblockiersysteme (ABS) und Integralbremssysteme sind bei Geradeausbremsungen und Bremsungen bei mittleren Schräglagen sehr weit entwickelt und damit relativ sicher. Bei größeren Schräglagen müssen die Parameter des Bremssystems (z. B. Bremskraftverteilung, Bremsdruckgradient und Regelstrategie) an die Kurvenfahrt angepasst werden, um auch hier ein sicheres Bremsen zu gewährleisten.
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Die Kenntnis des Schräglagenwinkels (Rollwinkels) ist dazu essentiell. Aber auch Kurvenlichtsysteme, Fahrwerksysteme und zukünftige Fahrdynamikregelsysteme erfordern den Rollwinkel als eine Eingangsgröße. Verschiedene bekannte Systeme zur Messung des Rollwinkels bzw. Schräglagenwinkels während der Fahrt sind entweder relativ ungenau oder zu aufwändig bzw. teuer für Serienanwendungen. Die zugrunde liegenden Messprinzipien zur Bestimmung des Rollwinkels sind entweder nur für stationäre oder nur für nichtstationäre Fahrsituationen geeignet.
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Aus der
DE 10 2006 061 483 A1 ist ein Verfahren zur Bestimmung des Schräglagenwinkels bzw. Rollwinkels bekannt, bei dem zwei Rollwinkelgrößen bestimmt werden, aus denen dann der Rollwinkel berechnet wird. Dabei wird eine erste Rollwinkelgröße aus einer, insbesondere mittels eines Drehratensensors, bestimmten Rollrate und eine zweite Rollwinkelgröße aus einer weiteren fahrdynamischen Kenngröße bestimmt.
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Nachteilig bei einem derartigen Verfahren ist die Notwendigkeit einer kostenintensiven Sensoranordnung bzw. Sensorbox zur Bestimmung der verwendeten fahrdynamischen Kenngrößen.
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Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Bestimmung des Schräglagewinkels anzugeben, das die Schräglage des Kraftrades bestimmt, ohne dass dafür zusätzliche Sensoren notwendig sind. Weiterhin soll eine Vorrichtung zur Ausführung des Verfahrens angegeben werden.
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In Bezug auf das Verfahren wird diese Aufgabe erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass ein Einfederweg bzw. eine Einfedergröße des jeweiligen Federelementes an wenigstens einem Rad bestimmt wird, wobei daraus die Schräglage bestimmt wird, und wobei eine Korrektur des Schräglagenwinkels erfolgt, wenn andere den Einfederweg bzw. die Einfedergröße beeinflussende Faktoren erkannt werden, die nicht von einer Schräglage herrühren bzw. nicht von einer Schräglage bzw. Schräglagenfahrt verursacht werden.
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Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
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Die Erfindung geht von der Überlegung aus, dass durch die Verwendung einer kostenintensiven Sensorbox in Krafträdern, welche Schräglageninformationen bereitstellt, in kostengünstigeren Fahrzeugen, in denen eine derartige Sensorbox nicht verbaut wird, dort diese Informationen bisher nicht verfügbar sind. Die Bestimmung der Schräglage auch ohne dedizierte Sensoren würde aber eine weitere Verbreitung von Fahrsicherheitssystemen wie kurvenoptimiertem ABS ermöglichen.
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Wie nunmehr erkannt wurde, lässt sich die Schräglage zuverlässig über bereits im, insbesondere semiaktiven, Fahrwerk vorhandene Sensoren bestimmen, nämlich Sensoren, die direkt oder indirekt die Einfederwege der Federn des Fahrwerkes messen. Dies wird ermöglicht, da in Schräglage die Zentrifugalkräfte derart auf ein Kraftrad einwirken, dass das Fahrzeug in die Federn gedrückt wird. Je größer die Zentrifugalkraft ist, desto größer ist auch der Einfederweg. Gleichzeitig ist die Zentrifugalkraft proportional zur Schräglage. Somit kann der Einfederweg im Wesentlichen ebenfalls proportional zur Schräglage angenommen bzw. modelliert werden.
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Im Rahmen dieser Anmeldung bezeichnet die Feder am Vorderrad auch die Situation, in der zur Federung zwei Federn verwendet werden. Gleichermaßen umfasst die Feder am Hinterrad auch den Fall, dass dort zwei Federn verwendet werden. Mit Feder werden elastische Federelemente bezeichnet, die zu einer Abfederung des Kraftrades geeignet sind.
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Unter der Bestimmung des Einfederweges (d.h. der Einfedergröße) wird jegliche Maßnahme verstanden, die auf direkte oder indirekte Art wenigstens eine Information liefert, mit deren Hilfe der Einfederweg quantitativ erfasst werden kann. Beispielsweise kann durch einen Wegsensor der Federweg bestimmt werden. Alternativ dazu kann durch einen Kraftsensor die beim Einfedern auf die jeweilige Feder ausgeübte Kraft bestimmt werden. Bei eine, mit Gasdruck betriebenen Dämpferversteller kann der Gasdruck als Maß für die Einfederstärke gewählt werden. Sind bei dem Vorderrad und/oder Hinterrad zwei Federn vorgesehen, kann zur Bestimmung des Einfederweges nur eine der beiden Federn verwendet werden, oder es werden beide Federn verwendet und der Einfederweg wird gemittelt.
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Vorteilhafterweise wird zur Bestimmung der Schräglage der Einfederweg bzw. die Einfedergröße am Vorderrad und der Einfederweg bzw. die Einfedergröße am Hinterrad bestimmt. Bei einer Schräglagenfahrt sind beide Einfederwege – gleiche Federstärke vorausgesetzt – im Wesentlichen gleich, was auch zur Plausibilisierung der Schräglagenfahrt verwendet werden kann.
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Der Schräglagenwinkel wird vorzugsweise proportional zum Einfederweg und/oder zur Federkraft bestimmt, was unmittelbar aus dem Wirken der Zentrifugalkraft bei Kurvenfahrt motiviert wird.
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Bevorzugt erfolgt eine Korrektur, wenn ein Einfedern aufgrund von Straßenanregung erkannt wird. Das Einfedern aufgrund von Straßenanregungen erfolgt gewöhnlich auf kürzeren Zeitskalen als das Einfedern aufgrund einer Kurvenfahrt.
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Eine Straßenanregung gilt vorteilhafterweise als erkannt, wenn die zeitliche Veränderung des jeweiligen Einfederweges außerhalb eines vorgegebenen Grenzbereiches liegt. Bodenwellen oder Unregelmäßigkeiten führen zu einem kurzen Eintauchen der Feder, während das Eintauchen der Federn bei einer Kurvenfahrt glatter und zeitlicher langsamer verläuft. Die Korrektur kann beispielsweise durch Tiefpassfiltern der Sensorsignale erfolgen. Alternativ werden die Signale invalidiert, und eine Berechnung des Schräglaufwinkels wird ausgesetzt.
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Bevorzugt alternativ oder besonders bevorzugt in Kombination dazu gilt Straßenanregung als erkannt, wenn ein zeitlicher Versatz zwischen den Änderungen des Einfederweges an den beiden Rädern einen vorgegebenen Schwellenwert überschreitet. Da im Regelfall zuerst das Vorderrad und dann das Hinterrad eine Bodenwellen oder ähnliche Erhebung oder Vertiefung erreicht, kann aus einer zeitlichen Differenz der Signale auf eine Straßenanregung geschlossen werden. Bei bekannten Radabstand und Fahrzeuggeschwindigkeit kann ein plausibles Zeitintervall für die beiden Eintauchvorgänge der Federn berechnet werden.
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Eine Korrektur erfolgt vorteilhafterweise, wenn ein Beschleunigungsvorgang (dieser umfasst positive und auch negative Beschleunigungen) erkannt wird. Auch bei einem Beschleunigungsvorgangs bzw. einem Abbremsvorgang mit negativer Beschleunigung erfolgt im Regelfall ein Eintauchen zumindest einer Feder.
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Zur Erkennung eines Beschleunigungsvorganges werden vorteilhafterweise Signale von Raddrehzahlsensoren berücksichtigt. Starke positive Veränderungen der Raddrehzahl deuten auf einen Beschleunigungsvorgang hin. Die Berechnung des Schräglagenwinkels wird dann vorzugsweise korrigiert. Dabei wird bevorzugt die erkannte Überlagerung herausgerechnet. Alternativ, wenn eine Korrektur nicht möglich ist, wird die Bereitstellung des Schräglagenwinkels ausgesetzt bzw. der bisherige Wert weiterhin bereitgestellt bis eine Korrektur wieder möglich ist oder nicht mehr notwendig ist.
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Bevorzugt alternativ oder besonders bevorzugt in Kombination dazu werden zur Erkennung eines Beschleunigungsvorganges Signale der Motorsteuerung und/oder wenigstens eines ABS-Drucksensors berücksichtigt. So kann insbesondere die Drosselklappenstellung bzw. Gasgriffstellung auf eine starke Vorwärtsbeschleunigung hinweisen, während ein vom Drucksensor gemessener Druckaufbau Kennzeichen eines Bremsvorganges ist. Des Weiteren kann auch bevorzugt ein Signal des Bremslichtschalters berücksichtigt werden, das die Betätigung der Vorder- und/oder Hinterradbremse anzeigt.
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Die Erkennung der Schräglage mit Hilfe wenigstens eines Einfederweges wird bevorzugt mit Hilfe anderer Signale plausibilisiert. Dies kann insbesondere erfolgen durch die Berücksichtigung des geometrischen Schlupfes der Reifen des Kraftrades in Schräglage. Aufgrund der Reifenkontur weist der Reifen in Abhängigkeit von der aktuellen Schräglage jeweils einen anderen momentanen Radius auf. Das heißt, bei gleicher Geschwindigkeit des Fahrzeuges aber unterschiedlicher Schräglage dreht sich aufgrund des unterschiedlichen Radius das jeweilige Rad unterschiedlich schnell. Da das Vorderrad und das Hinterrad gewöhnlich eine andere Reifenkontur aufweisen, erfolgen die Änderungen der Raddrehzahl aufgrund von Schräglage in unterschiedlicher Weise. Aufgrund der auf diese Weise schräglagenabhängigen Raddrehzahlveränderungen, die bei Bodenwellen, Talfahrten oder anderen Situationen, in denen die Federn eintauchen, in dieser Weise nicht auftreten, kann die Erkennung einer Schräglage plausibilisiert bzw. bestätigt werden.
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In Bezug auf die Vorrichtung wird die oben genannte Aufgabe erfindungsgemäß gelöst mit Mitteln zur Ausführung eines oben beschriebenen Verfahrens. Diese Mittel umfassen bevorzugt eine Steuer- und Regeleinheit, in der das Verfahren hardware- und/oder softwaremäßig installiert ist. Die Steuer- und Regeleinheit ist bevorzugt ein Mikrocontroller oder Computer mit einem Mikroprozessor. Dieser kann auch mit einem in einem Fahrdynamikregler des Kraftrades schon vorhandenen kombiniert werden.
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Die Vorteile der Erfindung liegen insbesondere darin, dass durch die Berechnung des Schräglagenwinkels mit Hilfe des Einfederweges der Federn des Fahrwerkes diese Information Fahrsicherheitssystemen und Fahrassistenzsystemen zugänglich gemacht werden kann, ohne dass zusätzliche Sensoren verbaut werden müssen. Dies führt zu einer weiteren Verbreitung von derartigen Systemen, in denen auch während der Kurvenfahrt Regelvorgänge präzise durchgeführt werden können, wodurch sich die Sicherheit für den Fahrer erhöht.
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Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird anhand einer Zeichnung näher erläutert. Darin zeigen in stark schematisierter
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Darstellung:
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1 ein Kraftrad mit einem Vorderrad und einem Hinterrad und einem Fahrwerk mit den Rädern zugeordneten Dämpfungsfedern;
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2 ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens zur Bestimmung des Schräglaufwinkels eines Kraftrades in einer bevorzugten Ausführungsform; und
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3 eine Vorrichtung zur Bestimmung des Schräglaufwinkels eines Kraftrades in einer bevorzugten Ausführungsform.
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Ein in 1 dargestelltes Kraftrad 2 weist ein Vorderrad 6 und ein Hinterrad 10 auf. Zur Messung der Umdrehungszahlen der Räder 6, 10 sind Raddrehzahlsensoren 14, 18 vorgesehen, wobei der Raddrehzahlsensor 14 die Drehzahl des Vorderrades 6 und der Raddrehzahlsensor 18 die Drehzahl des Hinterrades 10 misst. Ein aktives Fahrwerk 20 weist eine Vorderradfeder 22 auf, durch die das Vorderrad 6 abgefedert wird und eine Hinterradfeder 24, durch die das Hinterrad 10 abgefedert wird. Ein Einfederwegsensor 26 misst den Einfederweg der Feder 22 und ein Einfederwegsensor 28 misst den Federweg der Feder 24.
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Das Kraftrad 2 weist weiterhin eine Bremsanlage auf, die einen Fahrdynamikregler 34 aufweist, der ein Antiblockiersystem 38 umfasst, welches bedarfsweise aktiv Bremseingriffe an einer Vorderradbremse 44 und/oder einer Hinterradbremse 48 durchführt.
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Ein in 2 dargestelltes Ablaufdiagramm eines Verfahrens zur Bestimmung des Schräglaufwinkels eines Kraftrades wird am Beispiel des in 1 dargestellten Kraftrades 2 erläutert.
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Das dargestellte Verfahren überwacht in einem Block 50 den Einfederweg bzw. Einfederungsweg der Hinterradfeder 24 und den Einfederungsweg bzw. Einfederungsweg der Vorderradfeder 22.
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In einem Block 54 wird überprüft, ob die Einfederwege auf eine Schräglage des Kraftrades 2 hindeuten. Dies ist insbesondere dann der Fall sie im Wesentlichen gleich sind und sich gleich verändern. In einem Block 58 wird überprüft, ob noch Anteile des Einfederweges beigemischt sein können, die nicht von einer Kurvenfahrt bzw. Fahrt in Schräglage hervorgerufen werden, wie z. B. Straßenanregungen, Beschleunigungen, Talfahrt mit anschließendem Anstieg etc. Die in den Blöcken 54 und 58 durchgeführten Verfahrensschritte können auch im Wesentlichen gleichzeitig oder in anderer Reihenfolge durchgeführt werden.
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In einem Block 62 wird dann ein korrigierter und gemittelter Wert des Einfederweges berechnet. In einem Block 66 wird aus diesem korrigierten Wert ein Wert für die Schräglage des Motorrads bestimmt. Dazu wird bevorzugt, unter Berücksichtigung eines gegebenenfalls vorhandenen Offsets, der Schräglagenwinkel proportional zum korrigierten und gemittelten Einfederweg berechnet. Falls eine Herausrechnung des nicht durch Schräglage verursachten Anteils nicht oder nur schwer möglich ist, kann beispielsweise auch der bisherige Wert beibehalten werden. In einem Block 80 wird der Schräglagenwinkel dem Fahrdynamikregler 34 bereitgestellt.
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Relativ schnelle Veränderungen des Einfederweges, die beispielsweise durch Bodenwelle verursacht werden können, werden bevorzugt mit Hilfe eines Tiefpassfilters jeweils aus dem Signal des Einfederweges herausgerechnet bzw. unterdrückt.
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Eine in 3 dargestellte Vorrichtung 100 zur Bestimmung des Schräglagenwinkels eines Kraftrades 2 umfasst eine Steuer- und Regeleinheit 106, in der das Verfahren hardware- und/oder softwareseitig implementiert ist. Die Steuer- und Regeleinheit 106 ist signaleingangsseitig mit den Einfederwegsensoren 26, 28 (siehe 1) verbunden, von denen der Einfederwegsensor 26 den Einfederweg am Vorderrad 6 und der Einfederwegsensor 28 den Einfederweg am Hinterrad 10 misst.
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Die Steuer- und Regeleinheit 106, die beispielsweise als Fahrdynamikregler 34 ausgestaltet sein kann, ist signaleingangsseitig weiterhin mit den Raddrehzahlsensoren 14, 18 verbunden, von denen der Raddrehzahlsensor 14 die Umdrehungszahl des Vorderrades 6 und der Raddrehzahlsensor 18 die Drehzahl des Hinterrades 10 des Kraftrades 2 misst.
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Die Steuer- und Regeleinheit 106 ist weiterhin bevorzugt signaleingangsseitig mit der Motorsteuerung und/oder einem Drucksensor 116 eines ABS 78 des Kraftrades 2 verbunden. Die Steuer- und Regeleinheit 106 kann auch mit der Steuer- und Regeleinheit eines Fahrdynamikreglers, beispielsweise eine ESC-Systems oder ABS kombiniert sein.
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Das oben beschriebene Verfahren ist in der Steuer- und Regeleinheit 106 bevorzugt softwaremäßig implementiert. Alternativ dazu kann es auch software- und hardwaremäßig oder nur rein hardwaremäßig implementiert sein.
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Die Steuer- und Regeleinheit 106 weist bevorzugt verschiedene software- und/oder hardwaremäßig implementierte Module auf, die jeweils unterschiedliche Aufgaben übernehmen können. Ein Sensordatenverarbeitungsmodul 120 empfängt die Signale der Sensoren 14, 18, 26, 28 und gibt diese ggf. gefiltert und aufbereitet an ein Verarbeitungsmodul 126 weiter. Das Verarbeitungsmodul 126 ermittelt mit Hilfe der Signale, ob eine Schräglage des Kraftrades 2 vorliegt. Das Verarbeitungsmodul 126 führt dabei Korrekturen aus aufgrund von Beiträgen zu den gemessenen Einfederwegen, die von anderen Ursachen wie Bodenwellen, Brems- oder Beschleunigungsmanövern etc. herrühren. Ein Berechnungsmodul 132 bestimmt mit Hilfe der korrigierten Daten die Schräglage des Kraftrades 2. Dieser Wert wird von einem Schnittstellenmodul 138 an den Fahrdynamikregler weitergegeben, der diese Information für aktive Eingriffe berücksichtigen kann.
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Bezugszeichenliste
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- 2
- Kraftrad
- 6
- Vorderrad
- 10
- Hinterrad
- 14
- Raddrehzahlsensor
- 18
- Raddrehzahlsensor
- 20
- Fahrwerk
- 22
- Vorderradfeder
- 24
- Hinterradfeder
- 26
- Einfederwegsensor
- 28
- Einfederwegsensor
- 34
- Fahrdynamikregler
- 38
- Antiblockiersystem
- 44
- Vorderradbremse
- 48
- Hinterradbremse
- 50
- Block
- 54
- Block
- 58
- Block
- 62
- Block
- 66
- Block
- 80
- Block
- 100
- Vorrichtung
- 106
- Steuer- und Regeleinheit
- 116
- Drucksensor
- 120
- Sensordatenverarbeitungsmodul
- 126
- Verarbeitungsmodul
- 132
- Berechnungsmodul
- 138
- Schnittstellenmodul
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102006061483 A1 [0004]
