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Stand der Technik
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Die Erfindung betrifft ein Verfahren, eine Recheneinheit und ein Fahrrad zur Feststellung einer Reifenverformung eines Zweirads.
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Das Dokument
US 6 736 004 A2 beschreibt die Erfassung der Verformung eines Fahrzeugreifens in Abhängigkeit des Fahrbahnbelages mittels eines in dem Reifen angeordneten Radarsensors. Die festgestellte Verformung kann auch als Information für ein ABS-System verwendet werden.
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Es ist jedoch nicht bekannt, die Verformung der Oberfläche eines Zweiradreifens unabhängig vom Fahrbahnkontakt zu erfassen und daraus Rückschlüsse auf die Kräfte zu ziehen, welche auf den Reifen wirken.
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Offenbarung der Erfindung
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Um diesem Problem zu begegnen, werden erfindungsgemäß ein Verfahren, eine Recheneinheit, die das Verfahren ausführt und ein die Recheneinheit aufweisendes Zweirad bzw. Fahrrad zur Feststellung einer Reifenverformung eines Zweirads vorgeschlagen. Die erfasste Reifenverformung wird zusätzlich bei einem Verfahren und einer das Verfahren ausführenden Recheneinheit bei Steuerung des Bremsverhaltens verwendet.
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Das Verfahren sowie die Recheneinheit zur Feststellung einer Reifenverformung erfassen ein Segment der seitlichen Außenfläche des Reifenmantels zu einem ersten und einem dem ersten Zeitpunkt folgenden zweiten Zeitpunkt, wobei das Segment an den Kontaktbereich des Reifenmantels zum Boden anschließt. Die Außenfläche des Reifenmantels bezeichnet hierbei die äußere Form oder Beschaffenheit des Reifens. Es ist hierbei sinnvoll eine zum Boden anschließende Außenfläche zu erfassen, da bei einer Verformung dort die größten Veränderungen zu erkennen sind. Ein Segment bezeichnet hierbei eine Teilfläche der Außenfläche des Reifenmantels. Darauf folgend wird eine Reifenverformung in Abhängigkeit der zu den zwei unterschiedlichen Zeitpunkten erfassten Außenflächensegmenten festgestellt. Die Reifenverformung kann hierbei eine Information über die Verformung eines einzelnen oder beider Reifen des Zweirads gemeinsam darstellen. Zusätzlich kann beispielsweise auch ein Signal erzeugt werden, welches die Reifenverformung beider Reifen codiert, sodass sie jeweils einzeln dargestellt werden können. Die Reifenverformung wird in diesem Fall erzeugt, wenn die zwei aufgenommenen Segmente der Außenfläche zu sehr voneinander abweichen. Bevorzugt werden hierzu die zu den zwei unterschiedlichen Zeitpunkten erfassten Außenflächensegmente miteinander verglichen und eine Reifenverformung festgestellt, falls eine festgestellte Außenflächensegmentabweichung einen ersten Schwellenwert überschreitet. Hierdurch können Verformungen, welche aufgrund unterschiedlicher Gründe auftreten, unterschiedlich bewertet werden.
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Vorzugsweise erfolgt die Erfassung des Außenflächensegments zu dem ersten Zeitpunkt vor der Belastung des wenigstens einen Reifens durch die Gewichtskraft eines Zweiradfahrers und eventuellem Gepäck. Die Erfassung des Außenflächensegments erfolgt anschließend zu dem zweiten Zeitpunkt mit der Belastung des wenigstens einen Reifens durch die Gewichtskraft des Zweiradfahrers und eventuellem Gepäck. Somit kann überprüft werden, ob sich beispielsweise schon zu Beginn der Fahrt eine zu große Verformung der Reifen ergeben hat. Dies könnte wiederum auf zu wenig Luftdruck im Radreifen hindeuten. Alternativ erfolgt die Erfassung des Außenflächensegments zu dem ersten Zeitpunkt während der Fortbewegung des Zweirads und die Erfassung des Außenflächensegments zu dem zweiten Zeitpunkt ebenfalls während der Fortbewegung des Zweirads. Somit können beispielsweise Verformungen aufgrund unterschiedlicher Bodenbeschaffenheiten oder einer sich wechselnden Dynamik des Zweirads besser erfasst werden.
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Bevorzugt wird jeweils mindestens eine Betriebsgröße des Zweirads zu den zwei unterschiedlichen Zeitpunkten erfasst. Die Betriebsgrößen sind jeweils der gleichen Art. Die mindestens eine gleiche Betriebsgröße kann beispielsweise die Geschwindigkeit des Zweirads, die Beschleunigung des Zweirads, die Position der Pedale des Zweirads, den Bremsdruck innerhalb der Bremsleitung, die Drehzahl einer Tretkurbelwelle des Zweirads und/oder den Neigungswinkel des Zweirads darstellen. Reifenverformungen infolge beispielsweise einer hohen Beschleunigung sind nicht sicherheitskritisch. Entsprechend erfolgt die Anpassung des ersten Schwellenwertes in Abhängigkeit der erfassten Betriebsgrößen.
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Die festgestellte Reifenverformung wird in einem Verfahren bei Steuerung des Bremsverhaltens des Zweirads verwendet. In diesem Verfahren wird ebenfalls mindestens eine Betriebsgröße der gleichen Art zu den zwei unterschiedlichen Zeitpunkten erfasst. In Abhängigkeit der festgestellten Reifenverformung des wenigstens einen Reifens und der erfassten Betriebsgrößen erfolgt eine Steuerung des Bremsverhalten. Die zusätzliche Erfassung der Betriebsgrößen bietet den Vorteil, dass die Gründe für die Reifenverformungen besser bestimmt werden können und entsprechend eine Bremskraft bei gefährlich auftretenden Verformungen gesteuert werden kann.
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Vorzugsweise werden als Betriebsgrößen Geschwindigkeitssignale des Zweirads erfasst. In Abhängigkeit der festgestellten Reifenverformung und dieser erfassten Geschwindigkeitssignale wird dann eine Bremskraft erzeugt oder es kann so beispielsweise bei einer so festgestellten Bremsung des Zweirads die Bremskraft eines ABS-System des Zweirads gesteuert werden. Beispielsweise kann es auch dazu kommen, dass ein stehendes Zweirad in Abhängigkeit der erfassten Geschwindigkeitssignale festgestellt wird. Auch hierbei kann beispielsweise eine Bremskraft so gesteuert werden, dass das Zweirad zum Losfahren blockiert wird, falls eine Reifenverformung festgestellt wird, welche momentan oder zukünftig zu Sicherheitsproblemen führen kann. Zur Erzeugung einer Bremskraft ist die Recheneinheit dazu eingerichtet, wenigstens eine an dem Zweirad angeordnete Bremse zur Erzeugung einer Bremskraft anzusteuern.
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Die Erfindung umfasst zudem ein Fahrrad, welches wenigstens aus einer Recheneinheit, einer ersten Erfassungseinheit, einer zweiten Erfassungseinheit und einer Ausgabeeinheit besteht. Die wenigstens eine erste Erfassungseinheit, welche insbesondere eine Kamera und/oder Abstandssensor repräsentiert ist zur Erfassung einer zum Boden kontaktlosen Außenkontur wenigstens eines Reifens des Zweirads ausgebildet. Die wenigstens eine zweite Erfassungseinheit dient zur Erfassung von Betriebsgrößen des Zweirads. Die Ausgabeeinheit ist zur Ausgabe der festgestellten Reifenverformung ausgebildet. Vorzugsweise umfasst das Fahrrad zusätzlich eine Eingabeeinheit. Die Recheneinheit führt das zuvor beschriebene Verfahren zur Feststellung einer Reifenverformung eines Zweirads und das Verfahren zur Steuerung des Bremsverhaltens aus. Das Fahrrad besitzt wenigstens eine Bremse. Vorzugsweise umfasst das Zweirad eine Eingabeeinheit, die dazu eingerichtet ist, den ersten Zeitpunkt zu dem ein Segment der seitlichen Außenfläche des Reifenmantels erfasst wird, festzulegen. Somit kann der Fahrer durch Eingabe willentlich entscheiden zu welchem Zeitpunkt der Referenzwert zur Feststellung einer Reifenverformung gesetzt werden soll.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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1 zeigt eine Ausführungsform der erfindungsgemäßen Recheneinheit.
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2 zeigt einen Verfahrensablauf gemäß verschiedener Ausführungsformen der Erfindung zur Feststellung einer Reifenverformung des Zweirads.
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3a zeigt schematisch einen belasteten Radreifen während der Fortbewegung des Zweirads zu einem ersten Zeitpunkt.
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3b zeigt schematisch einen belasteten Radreifen während der Fortbewegung des Zweirads zu einem zweiten Zeitpunkt.
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4a zeigt schematisch einen Radreifen ohne Bodenkontakt von der Seitenansicht zu einem ersten Zeitpunkt.
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4b zeigt schematisch einen belasteten Radreifen mit Bodenkontakt von der Seitenansicht zu einem ersten Zeitpunkt.
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5a zeigt schematisch einen Radreifen von vorne vor einer Bremsung.
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5b zeigt schematisch einen Radreifen von vorne während einer Bremsung.
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Ausführungsbeispiele
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1 zeigt eine beispielhafte schematische Darstellung der erfindungsgemäßen Recheneinheit 100. Hierbei ist die Recheneinheit 100 dazu eingerichtet, zu einem ersten Zeitpunkt und einem dem ersten Zeitpunkt zeitlich folgenden zweiten Zeitpunkt ein Segment der seitlichen Außenfläche des Reifenmantels, welcher an den Kontaktbereich des Reifenmantels zum Boden anschließt von einer ersten Erfassungseinheit 170 zu erfassen. Die Segmente der seitlichen Außenfläche sind in den 3a, 3b, 4a und 4b mit dem Bezugszeichen 440 gekennzeichnet. Die erste Erfassungseinheit 170 ist beispielsweise eine Kamera oder ein Abstandssensor und erfasst die Oberfläche des Reifenmantels von außen. Die Recheneinheit 100 ist weiterhin dazu eingerichtet, diese erfassten Außenflächensegmente 110 miteinander zu vergleichen und eine Reifenverformung in Abhängigkeit der zu den zwei unterschiedlichen Zeitpunkten erfassten Außenflächensegmenten festzustellen. Diese festgestellte Reifenverformung 120 kann die Verformung eines der beiden Reifen des Zweirads repräsentieren, sie kann allerdings auch eine Verformung beider Reifen gemeinsam darstellen. Zusätzlich kann beispielsweise auch ein Signal erzeugt werden, welches die Reifenverformung beider Reifen codiert, sodass sie jeweils einzeln dargestellt werden können.
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Optional leitet die Recheneinheit 100 diese festgestellte Reifenverformung 120 an eine Ausgabeeinheit 150 weiter, die die Information beispielsweise über einen Display an den Fahrer des Zweirads ausgibt.
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Die Recheneinheit 100 erfasst optional zu den zwei unterschiedlichen Zeitpunkten mindestens eine gleiche Betriebsgröße 130 des Zweirads von der zweiten Erfassungseinheit 180.
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Optional steuert die Recheneinheit 100 eine Bremse 160 zur Erzeugung einer Bremskraft in Abhängigkeit einer festgestellten Reifenverformung und der erfassten Betriebsgrößen an.
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Optional ist die Recheneinheit 100 dazu eingerichtet, eine Eingabe von einer Eingabeeinheit 165 zu erfassen, die den ersten Zeitpunkt zur Erfassung der Außenflächensegmente 110 festlegt.
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Die Recheneinheit 100 führt die in der 2 dargestellten Ausführungsbeispiele eines erfindungsgemäßen Verfahrens aus.
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In dem ersten Ausführungsbeispiel gemäß 2 wird das Verfahren gestartet und in einem sich daran anschließenden ersten Verfahrensschritt 210 zu einem ersten Zeitpunkt ein Außenflächensegment erfasst. In einem auf den Verfahrensschritt 210 folgenden Verfahrensschritt 230 wird zu einem dem ersten Zeitpunkt folgenden zweiten Zeitpunkt das Außenflächensegment ein weiteres Mal erfasst. Hierbei werden die Segmente jeweils an demselben zum Boden anschließenden Kontaktbereich des Reifenmantels erfasst. In einem dem Verfahrensschritt 230 folgenden Verfahrensschritt 250 werden die zu den zwei unterschiedlichen Zeitpunkten erfassten Außenflächensegmente des wenigstens einen Zweiradreifens miteinander verglichen und überprüft, inwieweit die erfassten Außenflächensegmente voneinander abweichen. Im darauf folgenden Verfahrensschritt 270 kommt es in Abhängigkeit von einer Abweichung von diesen zu den zwei unterschiedlichen Zeitpunkten erfassten Außenflächensegmenten zur Feststellung einer Reifenverformung. Wird in Verfahrensschritt 270 keine Reifenverformung festgestellt, kann das Verfahren erneut gestartet werden oder optional beendet werden. Beispielsweise wird das Außenflächensegment zu dem ersten Zeitpunkt in Verfahrensschritt 210 vor der Belastung des wenigstens einen Reifens durch eine Gewichtskraft des Zweiradfahrers erfasst. Die Erfassung des Außenflächensegments zu dem zweiten Zeitpunkt in Verfahrensschritt 230 erfolgt mit Belastung des wenigstens einen Reifens durch die Gewichtskraft des Zweiradfahrers. Beispielsweise kann das Außenflächensegment zu dem ersten Zeitpunkt in Verfahrensschritt 210 aber auch während der Fortbewegung und die Erfassung des Außenflächensegments zu dem zweiten Zeitpunkt in Verfahrensschritt 230 ebenfalls während einer der Fortbewegung des Zweirads erfolgen.
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In einem zweiten Ausführungsbeispiel werden zusätzlich zu den Verfahrensschritten aus dem ersten Ausführungsbeispiel die zu den zwei unterschiedlichen Zeitpunkten erfassten Außenflächensegmente in Verfahrensschritt 250 miteinander verglichen und die festgestellte Außenflächensegmentabweichung mit einem Schwellenwert verglichen. Die Außenflächensegmente werden hinsichtlich ihrer äußeren Struktur miteinander verglichen und es wird beispielsweise überprüft, wie viele Unterschiede oder Abweichungen der zwei Segmente hinsichtlich ihrer Struktur festgestellt werden können. Die Feststellung einer Reifenverformung in Verfahrensschritt 270 erfolgt nur, wenn ein erster Schwellenwert durch zu viele festgestellte strukturelle Abweichungen der zwei Segmente überschritten wurde.
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In einem dritten Ausführungsbeispiel werden die zuvor beschriebenen Verfahrensschritte und zusätzlich die im Folgenden beschriebenen Verfahrensschritte durchgeführt. Hierbei wird im Verfahrensschritt 210 zu dem ersten Zeitpunkt mindestens eine Betriebsgröße des Zweirads erfasst. Im darauf folgenden Verfahrensschritt 230 wird zu dem zweiten Zeitpunkt eine weitere gleichartige Betriebsgröße des Zweirads erfasst. Durch die zusätzliche Erfassung der Betriebsgrößen können die Gründe für eine festgestellte Reifenverformung ermittelt werden. So kann z.B. eine hohe Beschleunigung hohe Reifenverformungen zur Folge haben. Eine aufgrund dessen festgestellte Reifenverformung ist entsprechend unbedenklich. Der erste Schwellenwert aus Verfahrensschritt 250 kann entsprechend den erfassten Betriebsgrößen angepasst werden. Reifenverformungen aus anderen Gründen, wie z.B. zu Gewichtsbelastung der Reifen können allerdings auch sicherheitskritisch sein, weshalb in Verfahrensschritt 330 die Steuerung des Bremsverhaltens des Zweirads in Abhängigkeit der in Verfahrensschritt 250 festgestellten Reifenverformung und der erfassten Betriebsgrößen erfolgt. Daraufhin wird das Verfahren beendet.
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In einem vierten Ausführungsbeispiel werden die zuvor im dritten Ausführungsbeispiel ausgeführten Verfahrensschritte durchgeführt. Als Betriebsgrößen werden in diesem Ausführungsbeispiel in Verfahrensschritt 210 und 230 Geschwindigkeitssignale des Zweirads erfasst. In dem auf Verfahrensschritt 270 folgenden Verfahrensschritt 310 werden die zwei Geschwindigkeitssignale miteinander verglichen. In dem auf Verfahrensschritt 310 folgenden Verfahrensschritt 330 erfolgt dann in Abhängigkeit der in Verfahrensschritt 270 festgestellten Reifenverformung und in Abhängigkeit der erfassten Geschwindigkeitssignale die Steuerung der Bremskraft des Zweirads.
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So kann eine festgestellte Bremsung des Fahrrads noch einmal zusätzlich unterstützt werden. In einem anderen Fall wird durch Vergleich der Geschwindigkeitssignale ein stehendes Fahrzeug festgestellt bzw. dass sich das Zweirad während den zwei unterschiedlichen Zeitpunkten nicht fortbewegt hat. Nun wird in Verfahrensschritt 330 eine Bremskraft des Zweirads so gesteuert, dass eine Bremskraft erzeugt wird. Dies kann beispielsweise als Wegfahrsperre dienen, falls eine zu hohe Reifenverformung wenigstens eines Zweiradreifens festgestellt wird. Gründe dafür können beispielsweise ein zu geringer Luftdruck oder eine zu hohe Gewichtsbelastung wenigstens eines Zweiradreifens sein. 3a zeigt schematisch einen während einer Fortbewegung des Zweirads belasteten Reifen 400 zu einem ersten Zeitpunkt. Aufgrund beispielsweise auftretender Gewichtskräfte des Zweirads und dessen Fahrer, kommt es an der Kontaktfläche des Reifens 400 zum Boden 420 zu leichten Verformungen des Reifens 400. Das erfasste Segments 440 der seitlichen Außenfläche des Reifenmantels 410, welcher an den Kontaktbereich des Reifenmantels 410 zum Boden 420 anschließt, ist in dieser Situation auch kaum verformt.
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3b zeigt schematisch den während einer Fortbewegung des Zweirads belasteten Reifen 400 aus 3a zu einem dem ersten Zeitpunkt zeitlich folgenden zweiten Zeitpunkt. Der Reifen 400 wird aufgrund einer Bremsung und der deshalb auftretenden Radaufstandskräfte sowohl im Kontaktbereich zum Boden 420, wie auch im Bereich des erfassten Segments 440 der seitlichen Außenfläche des Reifenmantels 410, welcher an den Kontaktbereich des Reifenmantels 410 zum Boden 420 anschließt, stark verformt.
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4a zeigt schematisch einen Reifen 400 ohne Kontakt zum Boden 420 zu einem ersten Zeitpunkt. Somit ist der Reifen 400 in diesem Moment unbelastet und es kommt entsprechend zu keiner Verformung des erfassten Segments 440 des Reifenmantels.
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4b zeigt schematisch einen Reifen 400 mit Kontakt zum Boden 420 zu einem zweiten Zeitpunkt. Es kommt hierbei aufgrund hoher Gewichtsbelastung des Reifens 400 zu starken Verformungen des erfassten Segments 440 der seitlichen Außenfläche des Reifenmantels 410, welcher an den Kontaktbereich des Reifenmantels 410 zum Boden 420 anschließt.
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5a zeigt schematisch einen an einer Fahrradgabel 520 befestigten Reifen 500 vor einer Bremsung zu einem ersten Zeitpunkt aus der Vorderansicht. 5b zeigt den Reifen 500 während der Bremsung zu einem zweiten Zeitpunkt aus der Vorderansicht. Im Vergleich zu 5a befindet sich die Fahrradgabel 520 auf 5b wesentlich näher zum Boden 540 und der Reifen 500 wird durch die auftretenden Radaufstandskräfte stark verformt und platt gedrückt.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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