DE102016211739A1

DE102016211739A1 - Verfahren und Vorrichtung zum Ermitteln des Kurvenfahrverhaltens zumindest eines Zweiradfahrers sowie der Eigenschaften von Kurven

Info

Publication number: DE102016211739A1
Application number: DE102016211739.4A
Authority: DE
Inventors: Christian Gorges; Kemal Öztürk
Original assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Current assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Priority date: 2016-06-29
Filing date: 2016-06-29
Publication date: 2018-01-04

Abstract

Die Erfindung schlägt ein Verfahren und eine Überwachungseinrichtung zum Ermitteln des Kurvenfahrverhaltens zumindest eines Zweiradfahrers sowie zum Ermitteln der Eigenschaften von Kurven mittels der folgenden Schritte vor: – Ermitteln des Beginns einer Kurvenfahrt eines Zweirads; – Ermitteln der Geschwindigkeit des Zweirades während der Kurvenfahrt; – Ermitteln des Rollwinkels des Zweirades während der Kurvenfahrt; – Ermitteln des Kurvenradius aus dem Rollwinkel und der Geschwindigkeit in einer Überwachungseinrichtung im Zweirad; und – Speichern des Kurvenradius in der Überwachungseinrichtung im Zweirad.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Ermitteln des Fahrverhaltens zumindest eines Zweiradfahrers in Kurven sowie zum Ermitteln der Eigenschaften und/oder Charakteristika von Kurven.
Es ist wünschenswert, Daten über das Fahrverhalten eines Zweiradfahrers, insbesondere in Kurven, zu ermitteln. Zum einen kann dadurch ermöglicht werden, das Verhalten von Assistenzsystemen an das Fahrverhalten eines Zweiradfahrers anzupassen. Zum anderen können Daten gewonnen werden, die für die Auslegung des Zweirades während der Entwicklung wichtig sind.
Es ist bekannt, die Schräglage eines Motorrades während dessen Verwendung zu ermitteln. Die Schräglage alleine ist nicht aussagekräftig genug, um Assistenzsysteme individuell zu parametrieren und/oder um Daten zur Auslegung eines Motorrades zu liefern.
DE 10 2014 205 070 A1 schlägt vor, Fahrzustände eines Kraftfahrzeuges für eine kurvenoptimierte Routenplanung zu verwenden.
Die DE 10 2012 203 462 A1 betrifft ein Verfahren zur Erfassung von Daten für eine Sicherheitsvorrichtung für ein Balancefahrzeug, wobei mittels zumindest zweier Sensoren erfasste fahrerspezifische Daten zusammen mit mittels eines weiteren Sensors erfassten fahrzeugspezifischen Daten an eine Speichereinrichtung übermittelt werden.
Die Erfindung stellt sich zur Aufgabe, ein verbessertes Verfahren und eine verbesserte Vorrichtung zum Ermitteln des Kurvenfahrverhaltens eines Zweiradfahrers anzugeben.
Die Aufgabe der Erfindung wird durch ein Verfahren nach Anspruch 1 und eine Überwachungseinrichtung nach Anspruch 9 gelöst. Die abhängigen Ansprüche beanspruchen bevorzugte Ausführungsformen.
Das Verfahren zum Ermitteln des Kurvenfahrverhaltens zumindest eines Zweiradfahrers umfasst den Schritt des Ermittelns des Beginns einer Kurvenfahrt, des Ermittelns der Geschwindigkeit des Zweirades während der Kurvenfahrt, des Ermittelns des Rollwinkels des Zweirades während der Kurvenfahrt, des Ermittelns des Kurvenradius auf Grundlage des Rollwinkel und der Geschwindigkeit in einer Überwachungseinrichtung im Zweirad und des Speicherns des Kurvenradius in der Überwachungseinrichtung im Zweirad. Der Rollwinkel des Zweirades entspricht der Schräglage des Zweirades in der Kurvenfahrt. Die Geschwindigkeit des Zweirades während der Kurvenfahrt ist die Geschwindigkeit des Zweirades gegenüber dem Untergrund, beispielsweise der Straße. Der Beginn einer Kurvenfahrt kann durch ein Ansteigen des Rollwinkels erkannt werden. Das Verfahren kann während der Fahrt des Zweirades durchgeführt werden.
Die Erfinder haben erkannt, dass sich der Lenkeinschlag beim Fahren einer Kurve lediglich geringfügig ändert, aber der Rollwinkel deutlich zunimmt, insbesondere wenn die Kurve mit einer hohen Geschwindigkeit durchfahren wird. Dadurch ist es möglich, eine Kurve sicher zu erkennen.
Durch das Speichern des Kurvenradius im Zweirad ist es möglich, zumindest ungefähre Daten über die Präferenzen des Fahrers des Zweirades und/oder der Belastung des Zweirades während des Einsatzes zu gewinnen.
Das Verfahren kann zusätzlich den Rollwinkels während der Kurvenfahrt und/oder die Geschwindigkeit in der Überwachungseinrichtung im Zweirad speichern. Dadurch können genauere Vorhersagen über die Fähigkeiten des Fahrers und den Einsatz des Zweirades gewonnen werden, insbesondere wenn das Verfahren während der Fahrt des Zweirades durchgeführt wird.
Das Verfahren kann das Ende der Kurvenfahrt erfassen und den Winkel der Kurve, den das Zweirad durchfahren hat, mittels der Überwachungseinrichtung im Zweirad ermitteln. Dadurch können genauere Daten über die durchfahrenen Kurven, insbesondere auch Serpentinen, gewonnen werden.
Das Verfahren kann den Winkel der Kurve, den das Zweirad durchfahren hat, in der Überwachungseinrichtung des Zweirades auf Grundlage der zeitlichen Dauer der Kurvenfahrt, des Rollwinkels des Zweirades während der Kurvenfahrt und der Geschwindigkeit des Zweirades während der Kurvenfahrt ermitteln.
Der Schritt des Speicherns kann den Schritt des Klassierens zumindest des Kurvenradius und/oder des Rollwinkels während der Kurvenfahrt und/oder der Geschwindigkeit während der Kurvenfahrt und/oder des Kurvenwinkels in der Überwachungseinrichtung im Zweirad umfassen, um eine erste Klassierung zu erzeugen. Die zu speichernden Größen werden innerhalb ihres Wertebereichs in mehrere Teilewertebereiche (Klassen) aufgeteilt. Das Verfahren speichert, wie häufig sich ein Wert in einem Teilwertbereich befunden hat. Dadurch ist es möglich, den Speicherbedarf zu reduzieren und/oder die Auswertung der erzeugten Daten zu vereinfachen. Die Messwerte von Sensoren müssen nicht gespeichert werden, um Speicherplatz zu sparen.
Das Verfahren kann den Fahrer mittels der in der Überwachungseinrichtung gespeicherten Daten klassieren, beispielsweise auf Grundlage des Kurvenradius und/oder des Rollwinkels während der Kurvenfahrt und/oder der Geschwindigkeit während der Kurvenfahrt und/oder des Kurvenwinkels jeweils einer Mehrzahl von Kurven. Dadurch wird eine zweite Klassierung erzeugt. Die zweite Klassierung kann Rückschlüsse auf die Fahrfähigkeiten und/oder Fahrpräferenzen eines Fahrers zulassen.
Die erste und/oder die zweite Klassierung kann an eine Assistenzeinrichtung des Zweirades übergeben werden. Dadurch kann die Assistenzeinrichtung die Präferenzen und/oder die Fahrfähigkeiten des Fahrers auswerten. Das Verfahren kann ferner den Schritt des Kombinierens der ersten Klassierung und/oder der zweiten Klassierung von einer Mehrzahl von Zweirädern umfassen, um eine dritte Klassierung zu erzeugen. Dadurch können Daten erzeugt werden, die für die Entwicklung und Konstruktion von Zweirädern relevant sind.
Die zuvor genannten Schritte des Verfahrens können während der Fahrt des Zweirades durchgeführt werden, beispielsweise, nachdem das Ende eine Kurvenfahrt ermittelt wurde. Dadurch ist es möglich, Daten über das Können und/oder die Fähigkeiten des Fahrers während der Fahrt ständig zu aktualisieren.
Durch das Klassieren der ermittelten Werte wird lediglich ein vergleichsweise kleiner Speicherplatz benötigt.
Die Erfindung betrifft auch ein Computerprogrammprodukt, das, wenn es in einen Speicher eines Computers mit einem Prozessor geladen ist, zumindest eines der zuvor beschriebenen Verfahren ausführt.
Die Erfindung betrifft auch eine Überwachungseinrichtung, die dazu ausgebildet ist, die Kurvenfahrt eines Zweirades zu überwachen, wobei die Überwachungseinrichtung eine Schnittstelle, eine Berechnungseinrichtung und eine Speichereinrichtung aufweist. An die Schnittstelle können zumindest ein Geschwindigkeitssensor des Zweirades und zumindest ein Rollwinkelsensor, der den Rollwinkel des Zweirades ermittelt, angeschlossen sein. Die Berechnungseinrichtung ist dazu ausgebildet, den Kurvenradius aus dem Rollwinkel und der Geschwindigkeit zu ermitteln. In der Speichereinrichtung kann zumindest der Kurvenradius gespeichert werden.
Die Überwachungseinrichtung kann ferner eine Klassierungseinrichtung aufweisen, die dazu ausgebildet ist, den Kurvenradius und/oder den Rollwinkel während der Kurvenfahrt und/oder die Geschwindigkeit während der Kurvenfahrt und/oder einen Kurvenwinkel vor dem Speichern in der Speichereinrichtung zu klassieren. Die Klassierungseinrichtung kann zumindest einen der oben genannten Werte in Teilewertebereiche des gesamten Wertebereichs aufteilen und lediglich speichern, wie häufig sich zumindest einer der oben genannten Werte in einem Teilwertbereich befindet.
Die Überwachungseinrichtung kann so weitergebildet sein, wie zuvor hinsichtlich des Verfahrens beschrieben wurde.
Die Erfindung betrifft auch ein Zweirad mit der zuvor beschriebenen Überwachungseinrichtung.
Die Erfindung wird nun unter Bezugnahme auf die Figuren, die eine exemplarische und nicht beschränkende Ausführungsform der Erfindung darstellen, detaillierter beschrieben. Es zeigen:
1 eine Frontansicht eines Zweirades bei einer Kurvenfahrt;
2 ein Zweirad bei einer Kurvenfahrt aus der Vogelperspektive;
3 einen schematischen Schaltplan der Überwachungseinrichtung der vorliegenden Erfindung;
4 eine erste Tabelle;
5 eine zweite Tabelle; und
6 eine dritte Tabelle.
Es wird auf 1 Bezug genommen, die eine Frontansicht eines Zweirades, insbesondere Motorrad, 10 und die darauf wirkende Kräfte zeigt. Mit F_G wird die auf das Zweirad wirkende Gewichtskraft bezeichnet. F_Cen bezeichnet die auf das Zweirad 10 wirkende Zentrifugalkraft. R_C bezeichnet den Radius der Kurve, die das Zweirad durchfährt. Der Winkel φ ist der Rollwinkel bzw. die Schräglage des Zweirades 10, die mit dem Rollwinkelsensor 12 erfasst wird. Die Geschwindigkeit v des Zweirades 10 wird durch einen Geschwindigkeitssensor 14 ermittelt.
Der Radius R_C der von dem Zweirad durchfahrenden Kurve wird wie folgt berechnet: F_G = mg; F_Cen = tanφF_G = mv²/R_C; R_C = v²/tanφg
Bei dem in 1 dargestellten Fall herrscht ein Momomentengleichgewicht zwischen der Zentrifugalkraft F_Cen und der Gewichtskraft F_G bei einer stationären Kurvenfahrt und einem vernachlässigbaren Lenkwinkel.
Nach Abschluss der Kurvenfahrt kann der Kurvenwinkel γ, der den Winkel der von dem Zweirad 10 durchfahrenen Kurve 16 der Straße 18 beschreibt und der in 2 dargestellt ist, mittels folgender Formel berechnet werden: γ = ωt = vt/R_C
Folglich ist zum Bestimmen des Radius R_C der Kurve lediglich die Geschwindigkeit v des Zweirades und der Rollwinkel φ erforderlich. Zum Ermitteln des Kurvenwinkels γ ist die Geschwindigkeit v des Zweirades, die zeitliche Dauer t der Kurve und der Radius R_C der Kurve erforderlich.
Die Geschwindigkeit v des Zweirades und der Rollwinkel φ des Zweirades können vergleichsweise genau und zuverlässig ermittelt werden, so dass eine vergleichsweise genaue Ermittlung des Radius R_C der Kurve möglich ist. Die Erfindung erzeugt durch Ermitteln des Radius R_C der Kurve aussagekräftiger Daten als Verfahren des Standes der Technik.
In 3 ist ein Blockschaltbild der Überwachungseinrichtung 100 dargestellt. Ein Bus übergibt an die Überwachungseinrichtung 100 den Rollwinkel 102 und die Geschwindigkeit des Fahrzeuges 104.
Eine Kurvenberechnungseinrichtung 120 ermittelt auf Grundlage des Rollwinkels φ 102 und der Geschwindigkeit 102 den Kurvenradius 142 und den Kurvenwinkel γ 126 einer Kurve. Dabei können die zuvor beschriebenen Formeln verwendet werden.
Der Rollwinkel 102 des Zweirades, der Radius 142 der Kurve, die Geschwindigkeit 104 des Zweirades in der Kurve und der Winkel 144 der Kurve werden an eine Klassierungseinrichtung 150 übergeben, die die ermittelten Daten, wie nachstehend beschrieben wird, klassiert und klassierte Daten erzeugt.
Die klassierten Daten können an ein Assistenzsystem 160 übergeben werden. Dadurch können Parameter des Assistenzsystems 160 an den Fahrer angepasst werden.
Die klassierten Daten können über ein Netzwerk 170 an eine zentrale Datenbank 180 übergeben werden, in der klassierte Kurvendaten einer Mehrzahl Zweiräder gespeichert werden. Aus den Kurvendaten der Mehrzahl Zweiräder können beispielsweise mittels statistischer Verfahren Daten für die Konstruktion von Zweirädern erzeugt werden.
Es wird auf 4 Bezug genommen, die eine erste Klassierung der Kurven nach ihrem Radius in einer eindimensionalen Klassierung darstellt. Die linke Spalte legt Teilwertbereiche fest. Ein erster Teilwertbereich umfasst die Anzahl der durchfahrenen Kurven, die einen Radius von kleiner 30 m aufweisen. Der zweite Teilwertebereich umfasst die Anzahl an Kurven, die einen Radius von größer gleich 30 m und kleiner 60 m aufweisen. Der dritte Teilwertebereich umfasst die Anzahl an Kurven mit einem Radius von kleiner gleich 60 m bis kleiner 300 m. Der vierte Teilwertebereich umfasst die Anzahl an Kurven mit einem Teilwertbereich von größer gleich 300 m bis kleiner 700 m. Der fünfte Teilwertebereich umfasst die Anzahl der Kurven, die einen Radius von größer gleich 700 m aufweisen. Mittels dieser eindimensionalen Klassierung können beispielsweise Belastungen ermittelt werden, die auf ein Zweirad während eines typischen Einsatzes wirken und in einer Datenbank gespeichert werden. Es versteht sich, dass die in 4 dargestellten Bereiche willkürlich gewählt sind und dass je nach zur Verfügung stehendem Speicherplatz und Anwendung beliebige andere Bereiche und eine beliebige andere Anzahl von Bereichen gewählt werden können.
5 zeigt eine zweidimensionale Klassierung, wobei in den Zeilen der Radius der durchfahrenen Kurven und in den Spalten der Winkel der Kurven aufgetragen ist. Dadurch lassen sich Präferenzen des Fahrers und somit auch das Können des Fahrers ermitteln. In die durch die Zeilen und Spalten definierten Elemente wird die Anzahl der Kurven gespeichert, die in die durch die Zeilen und Spalten definierten Elemente fallen. Mittels der in 5 dargestellten Klassierung können Kurveneigenschaften und Kurvencharakteristika ermittelt werden. Es versteht sich, dass je nach Anwendung Zeilen und Spalten beliebig getauscht werden können.
Es wird auf 6 Bezug genommen, in der eine dreidimensionale Klassierung des Kurvenradius, des Kurvenwinkels und des Rollwinkel teilweise dargestellt ist. Aus Darstellungsgründen ist in 6 lediglich eine zweidimensionale Tabelle des Kurvenradius bei einem Kurvenwinkel von größer 60° über den Rollwinkel (die Schräglage) φ dargestellt. Bei einem gegebenen Kurvenradius, der durch die Straße per se festgelegt ist, kann die Kurve unterschiedlich schnell durchfahren werden. Je schneller ein Zweirad eine Kurve durchfährt, desto höher muss der Rollwinkel sein. Da eine höhere Geschwindigkeit mehr Zentrifugalkraft erzeugt, muss sich das Motorrad weiter in die Kurve legen, um das Gleichgewicht zu halten. Folglich müssen der Kurvenradius und der Rollwinkel im Zusammenhang betrachtet werden, um die Präferenzen und das Können des Fahrers zu betrachten. Durch die Klassierung nach 6 kann ermittelt werden, welches Können der Fahrer des Zweirades aufweist. Die Daten können an ein Assistenzsystem 160 übergeben werden, das mittels der Daten parametriert werden kann, um das Assistenzsystem an die Fahrfähigkeiten und/oder Fahrpräferenzen anzupassen. Ferner können die Belastungen geschätzt werden, die auf das Zweirad im Einsatz wirken.
Die vorliegende Erfindung ermittelt während der Kurvenfahrt und nach der Kurvenfahrt eines Zweirades Parameter über die Kurve und/oder eine Mehrzahl von dem Zweirad durchfahrene Kurven. Dadurch ist es möglich, das Können des Fahrers zu beurteilen und die Belastung des Zweirades im Einsatz zu schätzen. Um die Auswertung zu vereinfachen und Speicherplatz zu sparen, werden die ermittelten Werte in den Klassen eingeteilt (klassiert). Die Speicherung der ermittelten bzw. klassierten Werte erfolgt im Zweirad während dessen Fahrt und kann zu vorbestimmten Zeitpunkten von einer Auswerteeinrichtung ausgelesen werden, um sie beispielsweise der Entwicklung eines Zweirades zur Verfügung zu stellen. Die Erfindung ermöglicht die Berechnung von Kurveneigenschaften und des Kurvenfahrverhaltens eines Zweirades in Echtzeit (online).
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102014205070 A1 [0004]
DE 102012203462 A1 [0005]

Claims

Verfahren zum Ermitteln von Eigenschaften von Kurven (16) und/oder des Kurvenfahrverhaltens zumindest eines Zweiradfahrers, aufweisend die folgenden Schritte: – Ermitteln des Beginns einer Kurvenfahrt eines Zweirads (10); – Ermitteln der Geschwindigkeit des Zweirades während der Kurvenfahrt; – Ermitteln des Rollwinkels (φ) des Zweirades während der Kurvenfahrt; – Ermitteln des Kurvenradius aus dem Rollwinkel und der Geschwindigkeit in einer Überwachungseinrichtung (100) im Zweirad; und – Speichern des Kurvenradius (R_C) in der Überwachungseinrichtung im Zweirad (10).
Verfahren nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch zumindest einen der folgenden Schritte: – Speichern des Rollwinkels (φ) während der Kurvenfahrt und/oder der Geschwindigkeit in der Überwachungseinrichtung (100) im Zweirad (10).
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch folgende Schritte: – Erfassen des Endes der Kurvenfahrt; und – Ermitteln des Winkels (γ) der Kurve, den das Zweirad (10) durchfahren hat, in der Überwachungseinrichtung (100) im Zweirad.
Verfahren nach Anspruch 3, gekennzeichnet durch folgende Schritte: – Ermitteln des Winkels (γ) der Kurve (16), die das Zweirad (10) durchfahren hat, in der Überwachungseinrichtung (100) des Zweirades auf Grundlage der zeitlichen Dauer der Kurvenfahrt, des Rollwinkels (φ) des Zweirades während der Kurvenfahrt und der Geschwindigkeit des Zweirades (10) während der Kurvenfahrt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Schritt des Speicherns den Schritt des Klassierens zumindest des Kurvenradius (R_C) und/oder des Rollwinkels (φ) während der Kurvenfahrt und/oder der Geschwindigkeit während der Kurvenfahrt und/oder des Kurvenwinkels (γ) in der Überwachungseinrichtung (100) im Zweirad (10) umfasst, um eine erste Klassierung zu erzeugen.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, gekennzeichnet durch den Schritt des Klassierens des Fahrers mittels der Überwachungseinrichtung (100) in dem Zweirad (10) auf Grundlage des Kurvenradius (R_C) und/oder des Rollwinkels (φ) während der Kurvenfahrt und/oder der Geschwindigkeit während der Kurvenfahrt und/oder des Kurvenwinkels (γ) jeweils einer Mehrzahl von Kurven, die in der Überwachungseinrichtung (100) im Zweirad (10) gespeichert sind, um eine zweite Klassierung zu erzeugen.
Verfahren nach Anspruch 6, gekennzeichnet durch den Schritt des Übergebens der ersten und/oder zweiten Klassierung an eine Assistenzeinrichtung des Zweirades (10).
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, gekennzeichnet durch den Schritt des Kombinierens der ersten Klassierung und/oder der zweiten Klassierung von einer Mehrzahl von Zweirädern (10), um eine dritte Klassierung zu erzeugen.
Überwachungseinrichtung (100), die dazu ausgebildet ist, die Kurvenfahrt eines Zweirades zu überwachen, aufweisend: – eine Schnittstelle, an die – zumindest ein Geschwindigkeitssensor (14) des Zweirades angeschlossen werden kann; und – zumindest ein Rollwinkelsensor (12), der den Rollwinkel (φ) des Zweirades ermittelt, angeschlossen werden kann; – eine Berechnungseinrichtung, die dazu ausgebildet ist, den Kurvenradius (R_C) aus dem Rollwinkel (φ) und der Geschwindigkeit zu ermitteln; und – eine Speichereinrichtung, in der der Kurvenradius (R_C) abgespeichert wird.
Überwachungseinrichtung, ferner aufweisend eine Klassierungseinrichtung, die dazu ausgebildet ist, den Kurvenradius (R_C) und/oder den Rollwinkel (φ) während der Kurvenfahrt und/oder die Geschwindigkeit während der Kurvenfahrt und/oder einen Kurvenwinkel (γ) vor dem Speichern in der Speichereinrichtung zu klassieren.