DE102016208460A1

DE102016208460A1 - Lagebestimmungseinrichtung für ein einspuriges Kraftfahrzeug, einspuriges Kraftfahrzeug mit Lagebestimmungseinrichtung sowie Verfahren zur Lagebestimmung

Info

Publication number: DE102016208460A1
Application number: DE102016208460.7A
Authority: DE
Inventors: Achim Gordner
Original assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Current assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Priority date: 2016-05-18
Filing date: 2016-05-18
Publication date: 2017-11-23

Abstract

Es wird eine Lagebestimmungseinrichtung (1) für ein einspuriges Kraftfahrzeug (100) angegeben, die eine erste Inertialsensoreinheit (2) zur Messung zumindest einer Drehrate und zumindest einer Beschleunigung, eine zweite Inertialsensoreinheit (3) zur Messung zumindest einer Drehrate und zumindest einer Beschleunigung sowie eine Steuereinrichtung (4) aufweist. Die zweite Inertialsensoreinheit (3) ist von der ersten Inertialsensoreinheit (2) beabstandet angeordnet. Die Steuereinrichtung (4) ist ausgebildet, Signale der ersten Inertialsensoreinheit (2) und Signale der zweiten Inertialsensoreinheit (3) zu empfangen und auszuwerten. Die Lagebestimmungseinrichtung ist dazu eingerichtet, die Lage eines einspurigen Kraftfahrzeugs im Raum durch einen Vergleich der Signale der ersten Inertialsensoreinheit (2) mit den Signalen der zweiten Inertialsensoreinheit (3) zu bestimmen. Weiterhin werden ein einspuriges Kraftfahrzeug (100) mit einer Lagebestimmungseinrichtung (1) sowie ein Verfahren zur Lagebestimmung bei einem einspurigen Kraftfahrzeug (100) angegeben.

Description

Es wird eine Lagebestimmungseinrichtung für ein einspuriges Kraftfahrzeug, insbesondere für ein Motorrad, angegeben. Weiterhin werden ein einspuriges Kraftfahrzeug mit einer Lagebestimmungseinrichtung sowie ein Verfahren zur Lagebestimmung bei einem einspurigen Kraftfahrzeug angegeben.
Moderne Motorräder weisen heutzutage eine Sensorbox mit einem Inertialsensor zur Messung von Drehraten und Beschleunigungen auf. Mittels der Sensorsignale lässt sich beispielsweise die Schräglage eines Motorrads berechnen.
Nachteilig bei den im Stand der Technik bekannten Lösungen ist, dass bei einem Ausfall des Initialsensors im Falle eines technischen Defekts die Messung der Drehraten bzw. Beschleunigungen nicht mehr möglich ist und infolge sicherheitsrelevante Fahrerassistenzsysteme nicht mehr zuverlässig arbeiten können. Darüber hinaus kann es passieren, dass aufgrund eines oder mehrerer defekter Sensorelemente innerhalb des Inertialsensors falsche Werte an ein Fahrerassistenzsystem übermittelt werden, ohne dass die Möglichkeit besteht, die falschen Messwerte frühzeitig zu erkennen.
Es ist eine zu lösende Aufgabe zumindest einiger Ausführungsformen, eine Lagebestimmungseinrichtung für ein einspuriges Kraftfahrzeug anzugeben, mittels der die Sicherheit von Fahrerassistenzsystemen erhöht werden kann. Weitere Aufgaben sind es, ein einspuriges Kraftfahrzeug mit einer derartigen Lagebestimmungseinrichtung sowie ein Verfahren zur Lagebestimmung bei einspurigen Kraftfahrzeugen anzugeben.
Diese Aufgaben werden durch Gegenstände gemäß den unabhängigen Patentansprüchen gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen und Weiterbildungen der Gegenstände gehen weiterhin aus den abhängigen Patentansprüchen, der nachfolgenden Beschreibung und aus den Zeichnungen hervor.
Eine hier beschriebene Lagebestimmungseinrichtung für ein einspuriges Kraftfahrzeug weist gemäß zumindest einer Ausführungsform eine erste Inertialsensoreinheit zur Messung zumindest einer Drehrate und zumindest einer Beschleunigung sowie eine zweite Inertialsensoreinheit zur Messung zumindest einer Drehrate und zumindest einer Beschleunigung auf. Weiterhin weist die Lagebestimmungseinrichtung eine Steuereinrichtung auf, die ausgebildet ist, Signale der ersten und der zweiten Inertialsensoreinheit zu empfangen und auszuwerten. Die erste und zweite Inertialsensoreinheit sind voneinander beabstandet angeordnet. Mit anderen Worten sind die erste und zweite Inertialsensoreinheit räumlich voneinander getrennt. Die Lagebestimmungseinrichtung ist dazu eingerichtet, die Lage eines einspurigen Kraftfahrzeugs im Raum durch einen Vergleich der Signale der ersten Inertialsensoreinheit und der Signale der zweiten Inertialsensoreinheit zu bestimmen.
Vorteilhafterweise kann mittels der zwei räumlich getrennten Inertialsensoreinheiten eine Genauigkeitsoptimierung bei der Lagebestimmung des einspurigen Kraftfahrzeugs erfolgen. Weiterhin wird durch die zwei Inertialsensoreinheiten ein redundantes System bereitgestellt, sodass bei einem Ausfall einer Inertialsensoreinheit kein sicherheitsrelevantes Risiko auftritt. Durch den Vergleich der Messdaten der zwei Inertialsensoreinheiten kann, beispielsweise mittels der Steuereinrichtung, zu dem eine Fehlerminimierung erreicht werden.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform weisen die erste und zweite Inertialsensoreinheit einen Abstand von mindestens 5,0 cm in Richtung des Fahrzeuggeschwindigkeitsvektors zueinander auf. Dadurch kann beispielsweise gewährleistet werden, dass auch bei Einspurfahrzeugen mit einer Höchstgeschwindigkeit von über 200 km/h und Inertialsensoreinheiten mit Messraten von in etwa 1000 Hz ein sinnvoller Abgleich der Messdaten zwei Inertialsensoreinheiten zur Kontrolle geschehen kann. Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform weist die erste Inertialsensoreinheit zur zweiten Inertialsensoreinheit einen Abstand von mindestens 20 cm, besonders bevorzugt von mindestens 50,0 cm auf. Dieser Abstand kann beispielsweise in etwa ein halber Radstand des einspurigen Kraftfahrzeugs sein.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform sind die erste Inertialsensoreinheit und die zweite Inertialsensoreinheit jeweils zur Messung zumindest zweier Drehraten und zur Messung zumindest zweier Beschleunigungen ausgebildet. Weiterhin können die erste Inertialsensoreinheit und die zweite Inertialsensoreinheit jeweils zur Messung dreier Drehraten, insbesondere von drei Drehraten um die drei Raumachsen, und zur Messung dreier Beschleunigungen, insbesondere von drei Beschleunigungen in Richtung der drei Raumachsen, ausgebildet sein. Somit können die erste und die zweite Inertialsensoreinheit jeweils zur Messung der Rollrate, der Gierrate und der Nickrate sowie zur Messung der Längsbeschleunigung, Querbeschleunigung und Vertikalbeschleunigung ausgebildet sein.
Durch die hier beschriebene Lagebestimmungseinrichtung kann eine eindeutige Rückmeldung über eine Lagenverschiebung von zwei Radaufstandspunkten eines einspurigen Kraftfahrzeugs im Raum erhalten werden.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform sind die erste und die zweite Inertialsensoreinheit über eine Regelelektronik miteinander verbunden und können über die Regelelektronik miteinander kommunizieren.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform werden die von der ersten Inertialsensoreinheit gesendeten Signale und die von der zweiten Inertialsensoreinheit gesendeten Signale mittels einer Auswerteelektronik miteinander verglichen. Beispielsweise kann die Auswerteelektronik Teil der Steuereinrichtung sein.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform sind die erste Inertialsensoreinheit und die zweite Inertialsensoreinheit in MEMS-Technologie (MEMS, „Micro-Electro-Mechanical System“) ausgeführt. Beispielsweise können die erste und die zweite Inertialsensoreinheit jeweils eine Mehrzahl von mikromechanischen Sensorelementen, beispielsweise Halbleiter-Sensorelemente, aufweisen. Bei der hier beschriebenen Lagebestimmungseinrichtung lassen sich vorteilhafterweise aufgrund der Redundanz bzw. der möglichen Kontrollfunktion kostengünstige MEMS-Inertialsensoreinheiten einsetzen.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist die erste Inertialsensoreinheit in einem Motorsteuergerät eines einspurigen Kraftfahrzeugs integriert.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist die zweite Inertialsensoreinheit in einem ABS-Steuergerät (ABS, „Antiblockiersystem“) eines einspurigen Kraftfahrzeugs integriert.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform kann eine der beiden Inertialsensoreinheiten in der Steuereinrichtung selbst integriert sein.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist die Steuereinrichtung der Lagebestimmungseinrichtung dazu ausgebildet, mittels Messdaten zu einer Beschleunigung, die von der ersten Inertialsensoreinheit gemessen wird, eine von der zweiten Inertialsensoreinheit gemessene Drehrate zu kontrollieren bzw. zu validieren. Weiterhin kann eine Steuereinrichtung dazu ausgebildet sein, mittels Messdaten zu einer von der zweiten Inertialsensoreinheit gemessenen Beschleunigung eine von der ersten Inertialsensoreinheit gemessene Drehrate zu überprüfen. Dadurch kann vorteilhafterweise eine Fehlerminimierung der Lagebestimmungseinrichtung erzielt werden.
Weiterhin wird ein einspuriges Kraftfahrzeug angegeben, welches eine hier beschriebene Lagebestimmungseinrichtung aufweist. Die Lagebestimmungseinrichtung des einspurigen Kraftfahrzeugs kann ein oder mehrere Merkmale der vorbeschriebenen Ausführungsformen aufweisen. Insbesondere weist die Lagebestimmungseinrichtung des einspurigen Kraftfahrzeugs eine erste und eine zweite Inertialsensoreinheit, die voneinander beabstandet sind, auf. Beispielsweise können die erste und die zweite Inertialsensoreinheit in Richtung einer Mittelachse des einspurigen Kraftfahrzeugs voneinander beabstandet sein, wobei die erste Inertialsensoreinheit zur zweiten Inertialsensoreinheit z.B. ein Abstand aufweisen kann, der mindestens die Hälfte des Radstandes des einspurigen Kraftfahrzeugs beträgt.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform weist das einspurige Kraftfahrzeug weiterhin ein Steuergerät eines Fahrerassistenzsystems auf, wobei die Steuereinrichtung der Lagebestimmungseinrichtung dazu ausgebildet ist, mit dem Steuergerät des Fahrerassistenzsystems zu kommunizieren. Bei dem Fahrerassistenzsystem kann es sich z.B. um ein erweitertes Bremssystem, wie z.B. Kurven-ABS, um ein aktives Fahrwerksregelungssystem oder um ein Stabilisationskontrollsystem handeln.
Des Weiteren wird ein Verfahren zur Lagebestimmung bei einem einspurigen Kraftfahrzeug angegeben, bei dem eine hier beschriebene Lagebestimmungseinrichtung, welche ein oder mehrere Merkmale der vorbeschriebenen Ausführungsformen aufweist, bereitgestellt wird. Weiterhin werden zumindest eine Drehrate sowie zumindest eine Beschleunigung mittels der ersten Inertialsensoreinheit der Lagebestimmungseinrichtung und zumindest eine Drehrate sowie zumindest eine Beschleunigung mittels der zweiten Inertialsensoreinheit der Lagebestimmungseinrichtung gemessen. Signale der ersten Inertialsensoreinheit werden mit Signalen der zweiten Inertialsensoreinheit zur Bestimmung der Lage des einspurigen Kraftfahrzeugs im Raum verglichen. Dadurch kann vorteilhafterweise eine genauere Lageerfassung im Raum erreicht werden.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform werden von der zweiten Inertialsensoreinheit gemessene Drehraten durch Messdaten zu Beschleunigungen, die von der ersten Inertialsensoreinheit gemessen werden, kontrolliert bzw. validiert. Weiterhin können Drehraten, die von der ersten Inertialsensoreinheit gemessen werden, durch Messdaten zu Beschleunigungen, die von der zweiten Inertialsensoreinheit gemessen werden, überprüft werden. Vorteilhafterweise kann durch das hier beschriebene Verfahren durch einen Vergleich der Signale der Inertialsensoreinheiten eine Fehlerminimierung erzielt werden.
Weitere Vorteile und vorteilhafte Ausführungsformen der hier beschriebenen Lagebestimmungseinrichtung und des hier beschriebenen Verfahrens ergeben sich aus der im Folgenden in Verbindung mit der 1 beschriebenen Ausführungsform.
Die dargestellten Elemente und deren Größenverhältnisse untereinander sind grundsätzlich nicht als maßstabsgerecht anzusehen. Vielmehr können einzelne Elemente zur besseren Darstellbarkeit und/oder zum besseren Verständnis übertrieben dick oder groß dimensioniert dargestellt sein.
Die 1 zeigt eine schematische Darstellung eines einspurigen Kraftfahrzeugs 100 mit einer hier beschriebenen Lagebestimmungseinrichtung 1 gemäß einem Ausführungsbeispiel.
Das einspurige Kraftfahrzeug 100 weist eine Lagebestimmungseinrichtung 1 auf, welche eine erste Inertialsensoreinheit 2, eine zweite Inertialsensoreinheit 3 sowie eine Steuereinrichtung 4 umfasst. Die erste und die zweite Inertialsensoreinheit 2, 3 sind jeweils zur Messung zumindest einer Drehrate und zumindest eine Beschleunigung ausgebildet. Weiterhin sind die zwei Inertialsensoreinheiten 2, 3 voneinander beabstandet angeordnet, z.B. sind sie durch einen Abstand voneinander getrennt, welcher mindestens einen halben Radstand des einspurigen Kraftfahrzeugs 100 beträgt. Die Steuereinrichtung 4 ist mit den Inertialsensoreinheiten 2, 3 verbunden und dazu ausgebildet, die Signale der Inertialsensoreinheiten 2, 3 zu empfangen und auszuwerten.
Die Lagebestimmungseinrichtung 1 ist dazu eingerichtet, die Lage des einspurigen Kraftfahrzeugs 1 im Raum durch ein Vergleich der Signale der ersten Inertialsensoreinheit 2 mit den Signalen der zweiten Inertialsensoreinheit 3 zu bestimmen. Die Inertialsensoreinheiten 2, 3 können beispielsweise jeweils als Sensoreinheiten in MEMS-Technologie ausgeführt sein und z.B. jeweils eine Mehrzahl von mikromechanischen Sensorelementen aufweisen. Besonders bevorzugt sind die erste Inertialsensoreinheit 2 und die zweite Inertialsensoreinheit 3 jeweils zur Messung von drei Drehraten um drei zueinander senkrechte Raumachsen sowie zur Messung von drei Beschleunigungen in Richtung dreier zueinander senkrechte Raumachsen ausgebildet.
Durch die hier beschriebene Lagebestimmungseinrichtung 1 des einspurigen Kraftfahrzeugs 100 ist eine im Vergleich zum Stand der Technik noch genauere Positionserfassung des einspurigen Kraftfahrzeugs 100 im Raum möglich. Weiterhin wird eine Funktionssicherheitsmaximierung aufgrund des redundanten Systems erreicht.
Alternativ oder zusätzlich kann das in den Figuren gezeigte Ausführungsbeispiel weitere Merkmale gemäß den Ausführungsformen der allgemeinen Beschreibung aufweisen.
Bezugszeichenliste

1: Lagenbestimmungseinrichtung
2: erste Inertialsensoreinheit
3: zweite Inertialsensoreinheit
4: Steuereinrichtung
100: einspuriges Kraftfahrzeug

Claims

Lagebestimmungseinrichtung (1) für ein einspuriges Kraftfahrzeug, aufweisend – eine erste Inertialsensoreinheit (2) zur Messung zumindest einer Drehrate und zumindest einer Beschleunigung, – eine zweite Inertialsensoreinheit (3) zur Messung zumindest einer Drehrate und zumindest einer Beschleunigung, wobei die zweite Inertialsensoreinheit (3) von der ersten Inertialsensoreinheit (2) beabstandet angeordnet ist, und – eine Steuereinrichtung (4), die ausgebildet ist, Signale der ersten Inertialsensoreinheit (2) und Signale der zweiten Inertialsensoreinheit (3) zu empfangen und auszuwerten, – wobei die Lagebestimmungseinrichtung dazu eingerichtet ist, die Lage eines einspurigen Kraftfahrzeugs im Raum durch einen Vergleich der Signale der ersten Inertialsensoreinheit (2) mit den Signalen der zweiten Inertialsensoreinheit (3) zu bestimmen.
Lagebestimmungseinrichtung nach Anspruch 1, wobei die erste Inertialsensoreinheit (2) und die zweite Inertialsensoreinheit (3) jeweils zur Messung zumindest zweier Drehraten und zur Messung zumindest zweier Beschleunigungen ausgebildet sind.
Lagebestimmungseinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die erste Inertialsensoreinheit (2) und die zweite Inertialsensoreinheit (3) jeweils zur Messung von drei Drehraten, insbesondere einer Rollrate, einer Gierrate und einer Nickrate, und zur Messung von drei Beschleunigungen, insbesondere einer Längsbeschleunigung, einer Querbeschleunigung und einer Vertikalbeschleunigung, ausgebildet sind.
Lagebestimmungseinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die erste Inertialsensoreinheit (2) zur zweiten Inertialsensoreinheit (3) einen Abstand von mindestens 5,0 cm aufweist.
Lagebestimmungseinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die erste Inertialsensoreinheit (2) zur zweiten Inertialsensoreinheit (3) einen Abstand von mindestens 50,0 cm aufweist.
Lagebestimmungseinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die erste Inertialsensoreinheit (2) und die zweite Inertialsensoreinheit (3) jeweils als Sensoreinheiten in MEMS-Technologie ausgeführt sind.
Lagebestimmungseinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die erste Inertialsensoreinheit (2) und die zweite Inertialsensoreinheit (3) jeweils eine Mehrzahl von mikromechanischen Sensorelementen umfassen.
Lagebestimmungseinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die erste Inertialsensoreinheit (2) in einem Motorsteuergerät integriert ist.
Lagebestimmungseinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die zweite Inertialsensoreinheit (3) in einem ABS-Steuergerät integriert ist.
Lagebestimmungseinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei einer der beiden Inertialsensoreinheiten (2, 3) in die Steuereinrichtung (4) integriert ist.
Lagebestimmungseinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Steuereinrichtung (4) dazu ausgebildet ist, mittels Messdaten zu einer von der ersten Inertialsensoreinheit (2) gemessenen Beschleunigung eine von der zweiten Inertialsensoreinheit (3) gemessene Drehrate zu überprüfen.
Einspuriges Kraftfahrzeug (100) aufweisend eine Lagebestimmungseinrichtung (1) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche.
Einspuriges Kraftfahrzeug gemäß Anspruch 12, wobei die erste Inertialsensoreinheit (2) und die zweite Inertialsensoreinheit (3) in Richtung der Mittelachse des einspuriges Kraftfahrzeugs (100) beabstandet sind, und wobei die erste Inertialsensoreinheit (2) zur zweiten Inertialsensoreinheit (3) einen Abstand aufweist, der mindestens die Hälfte des Radstandes des einspurigen Kraftfahrzeugs (100) beträgt.
Einspuriges Kraftfahrzeug gemäß einem der Ansprüche 12 oder 13, weiterhin aufweisend ein Steuergerät eines Fahrerassistenzsystems, wobei die Steuereinrichtung (4) dazu ausgebildet ist, mit dem Steuergerät des Fahrerassistenzsystems zu kommunizieren.
Verfahren zur Lagebestimmung bei einem einspurigen Kraftfahrzeug (100), aufweisend die folgenden Schritte: – Bereitstellen einer Lagebestimmungseinrichtung (1) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 10, – Messen zumindest einer Drehrate und zumindest einer Beschleunigung mittels der ersten Inertialsensoreinheit (2), – Messen zumindest einer Drehrate und zumindest einer Beschleunigung mittels der zweiten Inertialsensoreinheit (3), – Vergleichen von Signalen der ersten Inertialsensoreinheit (2) mit Signalen der zweiten Inertialsensoreinheit (3) zur Bestimmung der Lage eines einspurigen Kraftfahrzeugs (100) im Raum.
Verfahren nach Anspruch 15, wobei mittels Messdaten zu Beschleunigungen, die von der ersten Inertialsensoreinheit (2) gemessen werden, von der zweiten Inertialsensoreinheit (3) gemessene Drehraten kontrolliert werden.