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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Einstellung wenigstens einer Komponente eines Zweirads auf einen definierten Betriebszustand um ein Verletzungsrisiko für den Fahrer zu reduzieren und ein Steuergerät, welches dazu eingerichtet ist, das Verfahren durchzuführen. Die Erfindung betrifft auch das Zweirad mit dem Steuergerät.
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Stand der Technik
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Ein Benutzer eines Zweirads, insbesondere eines Elektrofahrrads, ist im Straßenverkehr durch andere Verkehrsteilnehmer aufgrund einer relativ großen Unauffälligkeit und einer fehlenden Knautschzone besonders gefährdet. Im Falle eines Unfalls resultieren häufig schwere Verletzungen des Zweiradfahrers.
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Eine Unfallerkennung wird beispielsweise in der Schrift
WO 2011/018168 A1 offenbart.
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Einstellbare Fahrradkomponenten sind ebenfalls beschrieben, beispielsweise ein elektronisch einstellbares Federungssystem in der Schrift
DE 10 2012 214 867 A1 .
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Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin das Verletzungsrisiko eines Zweiradfahrers in einer gefährlichen Fahrsituation zu reduzieren. Diese Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1. Des Weiteren wird diese Aufgabe durch ein Steuergerät mit den Merkmalen des Anspruchs 10 gelöst. Ferner wird diese Aufgabe durch ein Zweirad mit den Merkmalen des Anspruchs 13 gelöst.
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Die Schrift
DE 10 2012 214 867 A1 offenbart ein elektronisch gesteuertes Federungssystem für ein Fahrrad.
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In der Schrift
DE 10 2013 106 770 B4 wird ein Fahrtenschreiber zur Warnung eines Kraftradfahrers vor einer Gefahr offenbart.
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Offenbarung der Erfindung
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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Einstellung wenigstens einer ersten Komponente eines Zweirads auf einen definierten Betriebszustand, wobei das Zweirad neben der ersten Komponente mindestens eine plastisch verformbare zweite Komponente aufweist.
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Das Verfahren umfasst eine erste Erfassung von mindestens einer Umgebungsgröße des Zweirads mittels eines ersten Sensors und eine zweite Erfassung von wenigstens einer Betriebsgröße des Zweirads mittels eines zweiten Sensors. Anschließend erfolgt eine Erkennung einer Gefahrensituation für das Zweirad in Abhängigkeit der erfassten Umgebungsgröße und der erfassten Betriebsgröße. Bei einer erkannten Gefahrensituation wird die erste Komponente auf den definierten Betriebszustand eingestellt. Der definierte Betriebszustand der ersten Komponente verursacht im Falle eines Unfalls eine plastische Verformung der zweiten Komponente. Durch den definierten Betriebszustand der ersten Komponente wird demnach mittels der zweiten Komponente eine Knautschzone erzeugt, wodurch im Falle eines Unfalls die Energie eines Aufpralls durch plastische Verformung verbraucht wird. Dadurch sinkt das Verletzungsrisiko für den Fahrer des Zweirads erheblich.
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Als Umgebungsgröße wird beispielsweise ein Abstand des Zweirads zu Gegenständen und/oder zu anderen Verkehrsteilnehmern und/oder die geografische Koordinate des Zweirads erfasst. Es können mehrere Umgebungsgrößen, beispielsweise der Abstand des Zweirads zu Gegenständen in der Umgebung, die Steigung der Fahrtstrecke und/oder die geographische Koordinate erfasst werden. Zusätzlich kann die erste Erfassung ein Abrufen wenigstens einer weiteren Umgebungsgröße aus einer Datenbank umfassen. Die Datenbank ist bevorzugt in einem Speicher des Zweirads gespeichert, insbesondere einem Speicher eines Steuergerätes des Zweirads, wobei die Datenbank bevorzugt regelmäßig mit aktuellen Daten aktualisiert wird. In der Datenbank ist bevorzugt mindestens eine Umgebungsgröße in Abhängigkeit des Ortes gespeichert, beispielsweise eine Information zur Unfallwahrscheinlichkeit, zur aktuellen Verkehrsdichte, zu einem Unfall auf der Fahrtstrecke, zur Bodenbeschaffenheit, zum Wetter und/oder zur Neigung der Fahrtstrecke.
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Vorzugsweise wird durch das Verfahren als Betriebsgröße eine Geschwindigkeit des Zweirads ermittelt. Alternativ oder optional kann eine Beschleunigung des Zweirads und/oder eine Drehrate des Zweirads und/oder eine Stellung eines Notschalters, welcher am Zweirad angeordnet ist, erfasst werden. Durch diese Ausgestaltung wird eine Gefahrensituation zuverlässig erkannt.
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In einer bevorzugten Ausgestaltung erfolgt die Erkennung der Gefahrensituation in Abhängigkeit des zeitlichen Verlaufs der mindestens einen erfassten Umgebungsgröße und/oder des zeitlichen Verlaufs der erfassten Betriebsgröße. Dadurch wird die Erkennung der Gefahrensituation genauer bzw. fehlerfreier.
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In einer Ausgestaltung wird nach der Einstellung der ersten Komponente auf den definierten Betriebszustand eine Abschaltung eines Antriebsmotors des Zweirads durchgeführt. Durch die Abschaltung wird das Verletzungsrisiko für den Fahrer des Zweirads reduziert.
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In einer alternativen Ausgestaltung wird nach der Einstellung der ersten Komponente auf den definierten Betriebszustand eine Verdrehung der Tretachse des Zweirads durchgeführt, wodurch eine Pedalstellung angepasst wird. Die angepasste Pedalstellung schwächt das Verletzungsrisiko des Fahrers im Bereich der Unterschenkel ab.
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In einer Weiterführung erfolgt eine Aktivierung wenigstens einer Bremse des Zweirads, wobei die Aktivierung bevorzugt nach der Einstellung der ersten Komponente auf den definierten Betriebszustand erfolgt. Durch das Bremsen des Zweirads wird das Verletzungsrisiko des Zweiradfahrers weiter reduziert.
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In einer bevorzugten Weiterführung erfolgt nach der Einstellung der ersten Komponente auf den definierten Betriebszustand eine Überprüfung der Gefahrensituation. Die Überprüfung wird in Abhängigkeit der erfassten Umgebungsgröße und/oder der erfassten Betriebsgröße durchgeführt. Bei einer nicht mehr erkannten Gefahrensituation wird eine Rückstellung der ersten Komponente vom definierten Betriebszustand auf einen undefinierten Betriebszustand durchgeführt. Durch die bevorzugte Weiterführung wird für den Fahrer das Fahren des Zweirads sicher und komfortabel.
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In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung erfolgt nach der Einstellung der ersten Komponente auf einen definierten Betriebszustand eine Auslösung wenigstens eines Airbags. Der Airbag ist am Zweiradrahmen vorne, hinten, seitlich und/oder am Helm des Fahrers angeordnet. Diese Fortführung ist vorteilhaft, wenn als Gefahrensituation ein nicht mehr zu vermeidender und/oder unmittelbar bevorstehender Unfall erkannt wird.
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Die Erfindung betrifft auch ein Steuergerät, umfassend eine Recheneinheit, welche dazu eingerichtet ist, das Verfahren zur Einstellung der ersten Komponente des Zweirads auf den definierten Betriebszustand durchzuführen. Die Recheneinheit erfasst die mindestens eine Umgebungsgröße und die mindestens eine Betriebsgröße. Bei einer erkannten Gefahrensituation erzeugt die Recheneinheit mindestens ein erstes Steuersignal, wobei das erste Steuersignal dazu eingerichtet ist, die mindestens eine erste Komponente des Zweirads auf den definierten Betriebszustand einzustellen.
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In einer Ausgestaltung der Erfindung überprüft die Recheneinheit die Gefahrensituation. Bei nicht mehr erkannter Gefahrensituation erzeugt die Recheneinheit ein zweites Steuersignal zur Rückstellung der eingestellten ersten Komponente.
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In einer optionalen Ausgestaltung erzeugt die Recheneinheit nach der Erzeugung des ersten Steuersignals ein drittes Steuersignal. Das dritte Steuersignal ist dazu eingerichtet, mindestens eine dritte Komponente des Zweirads anzusteuern. Als dritte Komponente sind der Antriebsmotor, die Tretachse zur Anpassung der Pedalstellung, die mindestens eine Bremse und/oder der wenigstens eine Airbag vorgesehen.
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Die Erfindung betrifft auch ein Zweirad. Das Zweirad umfasst mindestens den ersten Sensor zur ersten Erfassung der Umgebungsgröße und den zweiten Sensor zur zweiten Erfassung der Betriebsgröße und die wenigstens eine einstellbare erste Komponente sowie das erfindungsgemäße Steuergerät. Als zweite Komponente weist das Zweirad ein Rad, einen Rahmen und/oder ein Verformungselement auf.
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Als erste Komponente ist eine einstellbare Lenkerstange, beispielsweise ein einstellbares Lager der Lenkerstange, ein einstellbares Federelement, insbesondere eine Federgabel und/oder eine einstellbare Sattelstütze vorgesehen.
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Die vorliegende Erfindung wird nachfolgend anhand bevorzugter Ausführungsformen und beigefügter Zeichnungen erläutert.
- 1: Zweirad
- 2: Ablaufdiagramm des erfindungsgemäßen Verfahrens
- 3: Blockdiagramm eines Steuergeräts
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Ausführungsbeispiele
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In 1 ist das erfindungsgemäße Zweirad 100 abgebildet. Das Zweirad 100 weist wenigstens einen Rahmen 101, einen Lenker und einen Sattel auf. Der Lenker ist mittels einer einstellbaren Lenkerstange 102 mit dem Rahmen 101 verbunden. Der Lenkwinkel der Lenkerstange 102 kann fixiert werden, d.h. auf einen definierten Betriebszustand eingestellt werden. Zur Einstellung der Drehbarkeit der Lenkstange 102 kann ein einstellbarer Lenkungsdämpfer an der Lenkstange 102 vorgesehen sein, beispielsweise ein magnetorheologisches Lenkungslager, wodurch die Lenkerstange 102 leichtgängig drehbar, schwergänig drehbar und/oder fixiert werden kann. Alternativ kann der Lenkwinkel der Lenkerstange 102 durch beispielsweise einen Bolzen schlagartig mechanisch fixiert werden, wobei der Bolzen durch einen Federmechanismus oder einen Aktor angesteuert wird.
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Zwischen dem Vorderrad und der Lenkerstange 102 ist außerdem ein einstellbares Federelement 103 angeordnet, d.h. eine einstellbare Federgabel. Das Zweirad 100 umfasst außerdem ein weiteres Federelement 103 am Rahmen 101. Die Federelemente 103 können Stöße des Vorderrads oder des Hinterrads für den Fahrer abdämpfen oder starr eingestellt sein. Die Einstellung der Federelemente 103 erfolgt beispielsweise durch eine magnetorheologische Flüssigkeit oder eine mechanische bzw. hydraulische Einstellung des Federdrucks oder durch einen Bolzen, wobei der Bolzen durch einen Federmechanismus oder einen Aktor angesteuert wird.
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Mit einer einstellbaren Sattelstütze 104 des Zweirads 100 wird die Höhe des Sattels variiert, wodurch der Schwerpunkt des Zweirads 100 abgesenkt werden kann. Die Einstellung der Sattelstütze 104 erfolgt beispielsweise durch einen elektrischen, hydraulischen oder pneumatischen Linearaktuator, einen Piezoaktuator oder durch einen elektroaktiven Polymeraktor oder durch einen Bolzen und das Fahrergewicht, wobei der Bolzen durch einen Federmechanismus oder einen Aktor angesteuert wird.
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Das Zweirad 100 umfasst außerdem wenigstens eine zweite Komponente, wobei als zweite Komponente wenigstens ein Rad 120, der Rahmen 101 und/oder ein Verformungselement 121 vorgesehen ist. Die zweite Komponente wird im Falle eines Unfalls plastisch verformt, wenn der definierte Betriebszustand der ersten Komponente eingestellt ist. Das Verformungselement 121 ist ein am Zweirad zum Zwecke der Energieabsorption zusätzlich angeordnetes Element, welches sich im Falle eines Unfalls durch eine hohe Energieabsorption kennzeichnet. Beispielsweise umfasst das Verformungselement 121 ein hartelastisches Material und ist zwischen den Speichen und der Nabe des Rads 120 angeordnet. Das Verformungselement 121 absorbiert zusätzliche Energie, wodurch bei einem Unfall ein Biegen und/oder Knicken der Radspeichen und/oder des Rahmens kurzzeitig verzögert wird. Es können mehrere Verformungselement 121 angeordnet sein. Das Verformungselement 121 kann im Rad 120, insbesondere an den Radspeichen zwischen der Nabe und dem Reifen, an der Lenkerstange 102 und/oder am Rahmen 101 angebracht sein.
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Am Zweirad 100 sind außerdem als dritte Komponente ein Antriebsmotor 105, eine Tretachse 106, mindestens eine Bremse 107, insbesondere eine Scheibenbremse, sowie ein Airbag 108 vorgesehen. Die Tretachse 106 kann verdreht werden, insbesondere durch den Antriebsmotor 105, wodurch eine Pedalstellung geändert wird. Als dritte Komponente kann auch eine höhenverstellbare Lenkerstange vorgesehen sein.
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Das Zweirad 100 umfasst des Weiteren einen ersten Sensor 110 zur ersten Erfassung 201 einer Umgebungsgröße des Zweirads 100 und einen zweiten Sensor 111 zur zweiten Erfassung 202 einer Betriebsgröße des Zweirads 100. Der erste Sensor 110 und der zweite Sensor 111 können in einer Ausgestaltung der Erfindung der gleiche Sensor 110, 111 sein, beispielsweise eine Kamera, welche ein Kamerabild erfasst, wobei das Kamerabild zur ersten und zweiten Erfassung mit bekannten Bildanalyseverfahren ausgewertet wird. In einer alternativen Ausgestaltung können mehrere erste Sensoren 110 und/oder mehrere zweite Sensoren 111 am Zweirad 100 angeordnet sein. Die Sensoren 110, 111 umfassen bevorzugt einen Beschleunigungssensor, einen Geschwindigkeitssensor, eine inertiale Messeinrichtung, einen Bremssensor, welcher ein Aktivieren der Bremse 107 des Zweirads 100 erkennt, einen GPS-Sensor zur Erfassung der geografischen Koordinaten des Zweirads, eine Kamera und/oder ein Abstandssensor, insbesondere ein Radar, ein Ultraschallsensor und/oder ein Laser-Sensor.
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Das Zweirad weist außerdem ein Steuergerät 300 auf, welches dazu eingerichtet ist, das erfindungsgemäße Verfahren durchzuführen. Das Steuergerät 300 wird in 3 bzw. im Folgenden detaillierter erläutert.
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In 2 ist zunächst ein Ablaufdiagramm des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Einstellung einer ersten Komponente des Zweirads auf den definierten Betriebszustand dargestellt. In einem ersten Schritt 201 wird eine Umgebungsgröße mittels des ersten Sensors 110 erfasst. In einem zweiten Schritt 202 wird eine Betriebsgröße mittels des zweiten Sensors 111 erfasst.
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In einem anschließenden Schritt wird eine Erkennung 203 einer Gefahrensituation in Abhängigkeit der erfassten Umgebungsgröße und der erfassten Betriebsgröße durchgeführt. Bei der Erkennung 203 der Gefahrensituation können die erfasste Umgebungsgröße und die erfasste Betriebsgröße zueinander in Bezug gesetzt werden. Bei mehreren erfassten Umgebungsgrößen und/oder erfassten Betriebsgrößen können diese erfassten Größen untereinander in Bezug gesetzt sein um das Erkennen einer Gefahrensituation zu verbessern. Beispielsweise werden als Umgebungsgrößen eine geografische Koordinate mittels des ersten Sensors und ein Unfall aus einer Datenbank erfasst und miteinander verglichen, wobei eine Gefahrensituation nur bei einem örtlich naheliegenden Unfall auf der aktuellen Fahrtstrecke in Fahrtrichtung erkannt wird.
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In einem weiteren Ausführungsbeispiel wird als Umgebungsgröße ein Kamerabild in Fahrtrichtung durch eine Kamera als erster Sensor 110 erfasst. Alternativ können auch zwei Kamerabilder mittels zwei Kameras 110 am Zweirad 100 erfasst werden. In dem Kamerabild werden rechnerisch Abstände des Zweirads 100 zu Gegenständen und/oder anderen Verkehrsteilnehmern ermittelt. Als Betriebsgröße wird die Geschwindigkeit des Zweirads 100 durch einen Geschwindigkeitssensor als zweiten Sensor 111 erfasst. Eine Gefahrensituation wird beim erfassten Abstand in Abhängigkeit der Geschwindigkeit des Zweirads ermittelt, beispielsweise wird eine Gefahrensituation nur bei einer hohen Geschwindigkeit und einem geringer werdenden Abstand zu einem Gegenstand erkannt.
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In einem anderen Ausführungsbeispiel wird im ersten Schritt 201 als Umgebungsgröße ein Abstand des Zweirads 100 zu Gegenständen in der Umgebung bzw. anderen Verkehrsteilnehmern durch ein Radar als ersten Sensor 110 erfasst. Außerdem wird als Betriebsgröße im zweiten Schritt 202 die Beschleunigung durch einen Beschleunigungssensor als zweiten Sensor 111 erfasst. Eine Gefahrensituation wird bei einem geringen Abstand zu einem Gegenstand sowie einer erfassten negativen Beschleunigung erkannt, wobei die negative Beschleunigung durch ein Bremsen des Zweirads 100 resultiert.
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Der Fahrer des Zweirads 100 wird in einer Weiterführung nach der Erkennung 203 der Gefahrensituation zusätzlich durch beispielsweise einen Ton oder eine Vibration der Griffe des Lenkers oder einer Vibration des Sattels vor der Gefahrensituation gewarnt.
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Bei einer erkannten Gefahrensituation erfolgt erfindungsgemäß eine Einstellung 204 der mindestens einen ersten Komponente 102, 103 und/oder 104 auf den definierten Betriebszustand, wodurch bei einem Unfall Energie durch plastische Verformung der zweiten Komponente absorbiert und somit das Verletzungsrisiko für den Fahrer reduziert wird.
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Bevorzugt wird als definierter Betriebszustand ein Lenkwinkel der Lenkerstange 102 des Zweirads 100 fixiert und/oder das Federelement 103 in einen starren Betriebszustand eingestellt. Durch den fixierten Lenkwinkel der Lenkerstange 102 und/oder das starre Federelement 103 wird im Falle eines Unfalls das Rad 120, der Rahmen 101 und/oder das Verformungselement 121 plastisch verformt, wodurch Energie absorbiert und das Verletzungsrisiko des Zweiradfahrers reduziert wird. Alternativ oder optional kann als erste Komponente die einstellbare Sattelstütze 104 auf den definierten Betriebszustand eingestellt werden, beispielsweise auf die niedrigste Höhe, wodurch eine Absenkung des Schwerpunkts des Zweirads 100 erfolgt. Dadurch wird die plastische Verformung der zweiten Komponente 120, 101 und/oder 121 im Falle eines Unfalls zumindest verstärkt.
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In einer Weiterführung der Erfindung erfolgt die Einstellung 204 der mindestens einen ersten Komponente 102, 103 und/oder 104 in Abhängigkeit einer erfassten geographischen Koordinate und/oder eines erfassten Abstands. Beispielsweise wird bei einer erkannten Gefahrensituation die Lenkerstange 102 in Abhängigkeit des Abstands zu einem Gegenstand und/oder zu einem anderen Verkehrsteilnehmer zunehmend schwergängiger eingestellt, wobei erst kurz vor dem Aufprall die Fixierung des Lenkwinkels der Lenkerstange 102 erfolgt.
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In einem weiteren Beispiel kann bei einer erkannten Gefahrensituation eine Federgabel als Federelement 103 zunächst dämpfend eingestellt werden, wodurch sich der Bremsweg des Zweirads 100 reduziert, da die Federgabel durch das Zusammendrücken Energie absorbiert. In unmittelbarer geographischer Nähe und/oder bei einem geringen Abstand zu einem Gegenstand erfolgt dann die Einstellung 204 des Federelements auf einen starren Betriebszustand, d.h. auf den definierten Betriebszustand, wodurch die plastische Verformung der zweiten Komponente bei einem Unfall ermöglicht bzw. verstärkt wird.
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In einer bevorzugten Ausgestaltung werden mehrere erste Komponenten 102, 103 und/oder 104 durch die Einstellung 204 auf den definierten Betriebszustand eingestellt, wobei besonders bevorzugt die oben in der Weiterführung der Erfindung beschriebene Einstellung 204 in Abhängigkeit der erfassten geographischen Koordinate und/oder des erfassten Abstands erfolgt.
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Optional wird im Schritt 205 eine Abschaltung des Antriebsmotors 105 durchgeführt. Ebenfalls optional erfolgt eine Verdrehung 206 der Tretachse 106, wobei eine Pedalstellung angepasst wird, und/oder eine Aktivierung 207 wenigstens einer Bremse 107.
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In einer Ausgestaltung erfolgt nach der Einstellung 204 der ersten Komponente 102, 103 und/oder 104 auf den definierten Betriebszustand eine Überprüfung 208 der Gefahrensituation in Abhängigkeit der erfassten Umgebungsgröße und/oder der erfassten Betriebsgröße. Bei einer nicht mehr erkannten Gefahrensituation wird eine Rückstellung 209 der mindestens einen ersten Komponente 102, 103 und/oder 104 in einen undefinierten Betriebszustand durchgeführt. Durch die Rückstellung 209 kann eine frühzeitige Erkennung einer Gefahrensituation erfolgen. Beispielsweise wird die erste Komponente 102,103 und/oder 104 in dieser Ausgestaltung laufend an die Fahrsituation des Zweirads 100 angepasst.
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In einem optionalen Schritt 210 wird ein Airbag 108 des Zweirads 100 ausgelöst. Es können mehrere Airbags 108 vorgesehen sein. Bevorzugt ist ein großer Frontairbag vorgesehen, welcher sich kurz vor einem Unfall vor und oberhalb des Lenkers aufbläst, sodass der Fahrer des Zweirads 100 bei einem Frontalaufprall auf dem Airbag landet.
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In 3 ist ein Blockdiagramm des erfindungsgemäßen Steuergeräts 300 dargestellt. Das Steuergerät 300 weist eine Recheneinheit 301 auf. Die Recheneinheit 301 erfasst eine Betriebsgröße des Zweirads 100 vom zweiten Sensor 111, beispielsweise eine Beschleunigung des Zweirads 100 von einem Beschleunigungssensor 111. Die Recheneinheit 301 erfasst außerdem die mindestens eine Umgebungsgröße von einem ersten Sensor 110, beispielsweise wird ein Maß für einen Abstand von einem Ultraschallsensor oder eine GPS-Koordinate von einen GPS-Sensor erfasst. Die Recheneinheit 301 kann zusätzlich wenigstens eine Umgebungsgröße aus einer Datenbank bzw. einem Speicher 302 des Steuergeräts 300 erfassen bzw. empfangen, beispielsweise kann eine Steigung der Fahrtstrecke oder eine Information über die Verkehrsdichte in der Datenbank gespeichert sein. Die Datenbank kann laufend mittels einer Empfangsvorrichtung, welche am Zweirad 100 angeordnet ist, über Funk aktualisiert werden, beispielsweise durch eine typische Internetverbindung des Steuergeräts 300. Die Recheneinheit 301 erzeugt mindestens ein erstes Steuersignal, welches dazu eingerichtet ist, die wenigstens eine erste Komponente 102, 103 und/oder 104 auf den definierten Betriebszustand einzustellen.
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Die Recheneinheit 301 kann optional das Vorliegen einer Gefahrensituation überprüfen, wobei die Recheneinheit 301 im Falle einer nicht mehr vorliegenden Gefahrensituation ein zweites Steuersignal zur Rückstellung der ersten Komponente 102,103 und/oder 104 erzeugt. Außerdem kann die Recheneinheit 301 optional ein drittes Steuersignal zur Ansteuerung einer dritten Komponente 105, 106,107 und/oder 108 erzeugen.
