DE102017212117A1

DE102017212117A1 - Verfahren und Vorrichtung zur Stabilisierung eines Zweirads

Info

Publication number: DE102017212117A1
Application number: DE102017212117.3A
Authority: DE
Inventors: Tim Dackermann; Oliver Maier; Andreas Wienss; Felix Dauer
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2017-07-14
Filing date: 2017-07-14
Publication date: 2019-01-17
Anticipated expiration: 2037-07-15
Also published as: DE102017212117B4

Abstract

Vorgeschlagen wird ein Verfahren zur Stabilisierung eines Zweirads, wobei zur Stabilisierung Lenkeingriffe auf eine durch einen Aktuator (70a, 70b, 70c, 70d) steuerbare Hinterradlenkung des Zweirads vorgesehen sind. Hierbei werden Betriebsgrößen des Zweirads erfasst und in Abhängigkeit der erfassten Betriebsgrößen ein aktueller Stabilitätsparameter ermittelt, sowie eine Änderung des aktuellen Stabilitätsparameters abgeleitet. In Abhängigkeit der abgeleiteten Änderung des aktuellen Stabilitätsparameters wird dann ein Lenkeingriff durch einen Aktuator (70a- 70d) auf das Hinterrad des Zweirads derart erzeugt, dass sich das Zweirad aufrichtet.

Description

Stand der Technik
Die Erfindung betrifft ein Verfahren, eine Recheneinheit und ein Zweirad zur Kurvenstabilisierung des Zweirads, wobei zur Stabilisierung Lenkeingriffe auf eine steuerbare Hinterradlenkung des Zweirads vorgesehen sind.
Fährt ein Zweirad mit zu großer Geschwindigkeit, zu großer Schräglage oder zu großem Lenkwinkel in eine Kurve, kann es zum Untersteuern des Zweirads kommen, was ein Rutschen von dessen Vorderrad zur Folge hat. In Folge dessen kann es zu einem Kontrollverlust und zu einem Sturz des Fahrers kommen.
In dem Dokument EP 2 829 464 A1 wird ein Verfahren zur Stabilisierung des Fahrrads ganz allgemein bei kritischen Fahrsituationen beschrieben. Zu starke Lenkbewegungen des Fahrers werden hierbei durch eine Gegenbewegung des Lenkers ausgeglichen.
In dem Dokument DE 299 23 246 U1 ist ein Fahrrad mit mechanischer Hinterradlenkung beschrieben.
Es ist jedoch nicht bekannt, eine Hinterradlenkung auch zum Stabilisieren eines Zweirads während der Fahrt zu verwenden.
Offenbarung der Erfindung
Um diesem Problem zu begegnen, werden erfindungsgemäß ein Verfahren und eine Recheneinheit, die das Verfahren ausführt, zur Stabilisierung eines Zweirads vorgeschlagen. Außerdem wird ein Zweirad vorgeschlagen, welches die erfindungsgemäße Recheneinheit aufweist.
In dem Verfahren zur Stabilisierung des Zweirads sind zur Stabilisierung Lenkeingriffe auf eine Hinterradlenkung vorgesehen, welche durch einen Aktuator gesteuert wird. Es werden zunächst die Betriebsgrößen erfasst, welche nötig sind, um die Stabilität des Zweirads zu ermitteln. Hierbei kann als Betriebsgröße insbesondere die Geschwindigkeit des Zweirads erfasst werden. Ebenfalls kann beispielsweise als Betriebsgröße die Neigung eines gelenkten Vorderrads des Zweirads erfasst werden. Bei der Neigung des Zweirads handelt es sich um die Neigung des Zweirads relativ zu der Fahrbahnoberfläche. Auch die somit erfasste Schräglage des Vorderrads ist ein wichtiger Indikator, um einen Stabilitätsparameter des Vorderrads zu ermitteln. Als weitere Betriebsgröße kann beispielsweise ein Lenkwinkel des gelenkten Vorderrads erfasst werden. Der Lenkwinkel des Vorderrads bezeichnet die Stellung der Vorderradmittenebene relativ zu der Längsachse des Zweirads.
In Abhängigkeit der erfassten Betriebsgrößen wird ein aktueller Stabilitätsparameter ermittelt, wie auch eine prognostizierte Änderung des Stabilitätsparameters abgeleitet. Nur anhand des aktuellen Stabilitätsparameters lässt sich keine klare Aussage treffen, wie stabil das Zweirad unterwegs ist. Dafür muss auch noch prognostiziert werden, wie sich der Stabilitätsparameter zukünftig ändert. So hat beispielsweise ein aktuell erfasster, geringer Lenkwinkel nicht automatisch zu bedeuten, dass das Zweirad nicht zukünftig stabilisiert werden muss. Wird nämlich gleichzeitig ebenfalls eine geringe Geschwindigkeit erfasst, so kann davon ausgegangen werden, dass der Fahrer zukünftig Probleme haben wird, das Zweirad zu stabilisieren. Bei einer geringen Geschwindigkeit des Zweirads, wie beispielsweise Schrittgeschwindigkeit des Zweirads, ist es schwierig, die Stabilität des Zweirads zu gewährleisten. Grund hierfür sind die Kreiselkräfte der rotierenden Zweiradräder, welche bei hohen Geschwindigkeiten einem Kippen des Zweirads entgegenwirken. Andersherum muss eine große Neigung des Zweirads nicht automatisch bedeuten, dass das Zweirad zukünftig stabilisiert werden muss. Wird gleichzeitig ein Stillstand des Zweirads erfasst, kann zukünftig eine ungefährliche Änderung des Stabilitätsparameters ermittelt werden. Aus den Betriebsgrößen des Zweirads kann also abgeleitet werden, wie sich der Stabilitätsparameter zukünftig entwickeln wird. Je nachdem, welche zukünftige Änderung des ermittelten Stabilitätsparameters abgeleitet wird, wird ein Lenkeingriff durch den Aktuator auf das Hinterrad des Zweirads erzeugt. Der Lenkeingriff wird hierbei derart erzeugt, dass sich das Zweirad aufrichtet.Unter einem Aufrichten kann ein vollständiges Aufrichten des Zweirads zu verstehen sein, sodass die Längsachse des Zweirads nach dem Aufrichten vertikal zu der Fahrbahnoberfläche angeordnet ist. Unter einem Aufrichten des Zweirads kann aber auch eine demgegenüber kleine Aufrichtbewegung des Zweirads in Richtung einer Vertikalen zu der Fahrbahnoberfläche zu verstehen sein, sodass der Fahrer des Zweirads anschließend selbstständig für die Stabilität des Zweirads sorgen kann. Somit wird das Zweirad während seiner Fahrt stabilisiert.
Vorzugsweise wird die abgeleitete prognostizierte Änderung des aktuellen Stabilitätsparameters mit einem Grenz-Stabilitätsparameters verglichen. Der Grenz-Stabilitätsparameter bezeichnet hierbei einen Wert des Stabilitätsparameters, welcher auf einen Sturz infolge zu geringer Stabilität des Zweirads hindeutet. Es wird also überprüft, inwiefern die abgeleitete prognostizierte Änderung des aktuellen Stabilitätsparameters auf einen zu großen zukünftigen Stabilitätsverlust hindeutet. In Abhängigkeit des Vergleichs zwischen prognostizierter Änderung des aktuellen Stabilitätsparameters und dem Grenz-Stabilitätswerts wird der Lenkeingriff auf das Hinterrad des Zweirads erzeugt.
Bevorzugt werden als Betriebsgrößen eine Geschwindigkeit des Zweirads, eine Neigung eines gelenkten Vorderrads des Zweirads und eine Kurvenfahrt des Zweirads erfasst. In Abhängigkeit der erfassten Betriebsgrößen wird eine Kurvenfahrt des Fahrzeugs erkannt. Wird z.B. eine große Neigung zusammen mit einem großen Lenkwinkel des Zweirads erfasst, kann davon ausgegangen werden, dass sich das Zweirad in einer Kurvenfahrt befindet. Zusätzlich wird ein Ist-Schwimmwinkel des Vorderrads bei der Kurvenfahrt als aktueller Stabilitätsparameter in Abhängigkeit der erfassten Betriebsgrößen ermittelt. Der Ist-Schwimmwinkel des Vorderrads bezeichnet den Winkel zwischen Trajektorie bzw. Bewegungsrichtung des Vorderrads und der Schnittlinie zwischen Radmittenebene und Fahrbahnebene. Während der Ist-Schwimmwinkel während einer gleichförmigen Geradeausfahrt des Zweirads etwa 0° beträgt, vergrößert sich dieser während einer Kurvenfahrt und kann durch die erfassten Betriebsgrößen berechnet werden. In Abhängigkeit der erfassten Betriebsgrößen wird außerdem eine prognostizierte Änderung des Ist-Schwimmwinkels abgeleitet und die abgeleitete prognostizierte Änderung des Ist-Schwimmwinkels mit einem Grenz-Schwimmwinkel als Grenz-Stabilitätsparameter verglichen. Während der Ist-Schwimmwinkel den aktuell, direkt aus den erfassten Größen ermittelbaren Schwimmwinkel während der Kurvenfahrt repräsentiert, bezeichnet der Grenz-Schwimmwinkel den theoretischen Schwimmwinkel, bei dem das Vorderrad wegrutschen und infolgedessen das Zweirad untersteuern würde. Der Grenz-Schwimmwinkel bezeichnet also eine noch mögliche Vergrößerung der aktuell erfassten Schräglage und der aktuell erfassten Geschwindigkeit und des aktuell erfassten Lenkwinkels, bevor es zu einem Wegrutschen des Vorderrads kommt. In Abhängigkeit des Vergleichs der abgeleiteten Änderung des Ist-Schwimmwinkels mit dem Grenz-Schwimmwinkel wird der Lenkeingriff durch den Aktuator auf das Hinterrad des Zweirads erzeugt. Durch das damit erzeugte Aufrichten des Fahrzeugs wird das Risiko eines Wegrutschens des Vorderrads verringert. Der Lenkeingriff auf das Hinterrad bietet im Unterschied zu einem Lenkeingriff auf das Vorderrad den Vorteil, dass für das Aufrichten des Zweirads der Lenkwinkel nicht noch unvorteilhafterweise weiter vergrößert werden muss. Als Lenkeingriff auf das Hinterrad des Zweirads kann eine Drehung des Hinterrads entgegen einer Lenkbewegung des gelenkten Vorderrads durch den Aktuator erzeugt werden. Dies entspricht beispielsweise bei einer Kurvenfahrt einer Drehung des Hinterrads entgegen der Richtung des Kurvenmittelpunkts um eine Hochachse des Hinterrads. Das Aufstellen des Zweirads wird hierbei durch das Rückstellmoment verursacht, welches dem ausgeführten Lenkeinschlag des Vorderrads aufgebrachten Drehmoment entgegenwirkt. Dieser Effekt tritt aufgrund des Nachlaufs zwischen gedacht verlängerter Lenkachse und Radaufstandspunkt ein. Alternativ wird bevorzugt der komplette Hinterbau des Zweirads um eine vertikale Achse entgegen der Lenkbewegung des gelenkten Vorderrads durch den Aktuator gedreht. Bei einem Fahrrad entspricht eine solche vertikale Achse beispielsweise der Sattelrohrachse. Der Hinterbau umfasst hierbei auch das Hinterrad. Dies kann ebenfalls in Kurvensituationen zum Aufrichten des Zweirads verwendet werden. Bei einer Kurvenfahrt würde dieser Eingriff beispielsweise einer Drehung des Zweiradhinterbaus entgegen der Richtung des Kurvenmittelpunkts entsprechen. Andererseits kann diese Methode auch aufgrund der mit der Drehung des Hinterbaus verbundenen Querverschiebung des Schwerpunkts des Zweirads dazu dienen, das Zweirad bei niedrigen Geschwindigkeiten zu stabilisieren.
Vorzugsweise wird eine Haftungsgröße als Betriebsgröße erfasst. Hierbei kann es sich um eine Größe handeln, welche die Haftung zwischen Vorderrad und/oder Hinterrad und der Fahrbahnoberfläche repräsentiert. Der aktuelle Stabilitätsparameter, sowie die abgeleitete Änderung des Stabilitätsparameters werden zusätzlich in Abhängigkeit der erfassten Haftungsgröße ermittelt. Die Haftung zwischen Vorderrad und Fahrbahnoberfläche ist ein wichtiges Kriterium, wenn es darum geht, wie stabil das Zweirad unterwegs ist. So kann ein Reifen mit wenig Profil auf nassem Untergrund beispielsweise während einer Kurvenfahrt schneller Wegrutschen, als ein Reifen mit viel Profil auf trockenem Untergrund.
Eine weitere Größe, welche vorzugsweise als Betriebsgröße zur Ermittlung des aktuellen Stabilitätsparameters und der abgeleiteten prognostizierten Änderung des Stabilitätsparameters erfasst wird, ist die Bremskraft auf das Vorderrad. Je stärker das Vorderrad abgebremst wird, desto schneller beginnt es auch beispielsweise während einer Kurvenfahrt wegzurutschen.
Bevorzugt wird der Lenkeingriff auf das Hinterrad erzeugt, falls der Grenz-Stabilitätsparameter durch die abgeleitete prognostizierte Änderung des aktuellen Stabilitätsparameters überschritten wird. Hierbei wird also mit dem Lenkeingriff auf das Hinterrad reagiert, falls eine Situation eintritt, die aktuell auf einen Stabilitätsverlust des Zweirads hindeutet. Im Falle einer erkannten Kurvenfahrt wird entsprechend der Lenkeingriff dann erzeugt, wenn ein Wegrutschten des Vorderrads schon detektiert wird. Alternativ wird bevorzugt der Lenkeingriff erzeugt, wenn das Verhältnis von prognostizierter Änderung des aktuellen Stabilitätsparameters zu Grenz-Stabilitätsparameter einen sicherheitskritischen Schwellenwert übersteigt. Der sicherheitskritische Schwellenwert wird hierbei vorzugsweise derart gesetzt, dass ein sicherheitskritischer Stabilitätsverlust des Zweirads noch nicht eingesetzt hat, sondern zukünftig wahrscheinlich einsetzt. Im Falle einer Kurvenfahrt wird der sicherheitskritische Schwellenwert beispielsweise so gesetzt, dass ein Wegrutschen des Vorderrads noch nicht eingesetzt hat und somit das Zweirad einfacher für die Kurvenfahrt stabilisiert werden kann.
Die Erfindung umfasst zudem eine Recheneinheit, welche das erfindungsgemäße Verfahren ausführt. Zusätzlich umfasst die Erfindung ein Zweirad, welches die Recheneinheit und eine erste Erfassungseinheit umfasst. Die erste Erfassungseinheit dient vorzugsweise zur Erfassung einer Geschwindigkeit des Zweirads. Hierbei kann es sich beispielsweise um einen Drehzahlensensor an dem Vorder- und/oder Hinterrad des Zweirads, wie aber auch um einen Abstandssensor handeln, bei dem über den Dopplereffekt die Geschwindigkeit des Zweirads erfasst wird. Das Zweirad umfasst des Weiteren eine zweite Erfassungseinheit, die zur Erfassung der Neigung des Zweirads ausgebildet ist. Hierbei kann es sich beispielsweise um einen am Zweirad angebrachten Neigungssensor handeln. Zusätzlich umfasst das Zweirad eine dritte Erfassungseinheit, die dazu ausgebildet ist, den Lenkwinkel des lenkbaren Zweiradvorderrads zu erfassen. Hierbei kann es sich beispielsweise um einen Lenkwinkelsensor handeln. Zusätzlich umfasst das Zweirad einen Aktuator, der dazu ausgebildet ist, in Abhängigkeit einer Ansteuerung durch die Recheneinheit einen Eingriff in einen Lenkwinkel des Hinterrads zu erzeugen. Der Aktuator kann hierbei an einer zentralen, also mittigen Hochachse des Zweirads oder an der Aufhängung des Hinterrads angeordnet sein. Vorzugsweise umfasst das Zweirad zusätzlich eine vierte Erfassungseinheit, die dazu ausgebildet ist, eine Haftungsgröße als Betriebsgröße zu erfassen. Hierbei können beispielsweise über einen am Vorderrad angeordneten Drehzahlsensor Rückschlüsse über die Haftung zwischen Vorderrad und/oder Hinterrad mit der Fahrbahnoberfläche gezogen werden. Des Weiteren umfasst das Zweirad bevorzugt eine weitere fünfte Erfassungseinheit, mit der eine Bremskraft auf das Vorderrad erfasst werden kann. Hierbei kann es sich beispielsweise um einen Sensor handeln, der den hydraulischen Bremsdruck oder die mechanische Kraft auf ein Rad erfasst.
Bei dem beschriebenen Zweirad handelt es sich insbesondere um ein Fahrrad.
Figurenliste

1 zeigt in der allgemeinen Ansicht einen Aufbau eines erfindungsgemäßen Zweirads mit einer Recheneinheit zur Ausführung eines Verfahrens zur Stabilisierung des Zweirads.
2 zeigt eine Ausführungsform der erfindungsgemäßen Recheneinheit.
3 zeigt einen erfindungsgemäßen Verfahrensablauf zur Stabilisierung eines Zweirads.

Ausführungsbeispiele
1 zeigt in der Übersicht beispielhaft einen Aufbau des Zweirads 10 mit einer Recheneinheit 20 zur Stabilisierung des Zweirads 10. Die Recheneinheit 20 ist hierbei beispielhaft am Lenker 60 des Zweirads 1 angeordnet. Die Recheneinheit 20 kann aber auch an einer anderen Komponente des Zweirads 10 angeordnet sein oder in einer, am Zweirad 10 angeordneten Erfassungseinheit integriert sein. Eine Lenkstange 30 ist mit dem Lenker 60 des Zweirads 10 verbunden und vollzieht bei einem Lenkeinschlag eine Drehbewegung, um das Vorderrad 65 des Zweirads entsprechend ebenfalls auszulenken. An dem Zweirad sind Erfassungseinheiten angeordnet, welche zur Übersichtlichkeit in dieser 1 nicht dargestellt sind. Eine erste Erfassungseinheit 110 ist vorgesehen, um die Geschwindigkeit des Zweirads zu erfassen. Hierbei kann es sich z.B. um einen Drehzahlsensor, welcher über die erfasste Drehzahl die Geschwindigkeit des Zweirads 10 ermittelt. Eine zweite Erfassungseinheit 120 ist an dem Zweirad angeordnet, um die Neigung des Zweirads 40 zu erfassen. Es kann sich hierbei beispielsweise um einen Neigungssensor handeln. Weiterhin ist eine dritte Erfassungseinheit 130 an dem Zweirad 10 angeordnet. Die dritte Erfassungseinheit 130 ist hierbei dazu ausgebildet, einen Lenkwinkel des Zweirads 10 zu erfassen. Hierbei kann es sich beispielsweise um einen Lenkwinkelsensor handeln. Weiterhin sind Aktuatoren 70a und/oder 70b an dem Zweirad angeordnet, welche dazu ausgebildet sind, den Hinterbau 80 zusammen mit dem Hinterrad bei Ansteuerung durch die Recheneinheit 20 auszulenken. Alternativ können für den Lenkeingriff Aktuatoren 70c und/oder 70d eingesetzt werden, die die Aufhängepunkte des Hinterrads in den Ausfallenden nach vorne oder hinten bewegen und damit das Hinterrad um seine Hochachse drehen können.
Zusätzlich ist optional an dem Zweirad 10 eine vierte Erfassungseinheit 140 angeordnet. Diese ist dazu ausgebildet, eine Haftungsgröße zwischen Vorderrad und Fahrbahnoberfläche zu erfassen. Hierbei kann die vierte Erfassungseinheit 140 beispielsweise eine Kamera repräsentieren, die während der Fahrt die Beschaffenheit der Fahrbahnoberfläche detektiert, woraus Rückschlüsse auf die Haftung zwischen Vorderradreifen und Fahrbahnoberfläche gezogen werden können. Es kann sich aber auch um einen Drehzahlensensor, ähnlich des Funktionsprinzips beim ABS-System, handeln.
Des Weiteren ist optional eine fünfte Erfassungseinheit 150 am Zweirad 10 angeordnet. Diese ist dazu ausgebildet, eine Bremskraft auf das Vorderrad zu erfassen. Die fünfte Erfassungseinheit 120 kann hierzu beispielsweise den erzeugten Bremsdruck und/oder die mechanische Bremskraft auf das Vorderrad erfassen.
2 zeigt eine Ausführungsform der erfindungsgemäßen Recheneinheit 20 zur Stabilisierung eines Zweirads mittels Lenkeingriffe auf das Hinterrad. Die Recheneinheit 20 ist hierbei dazu ausgebildet, Betriebsgrößen des Zweirads zu empfangen. So kann die Recheneinheit 110 von der ersten Erfassungseinheit 110 die erfasste Geschwindigkeit, von der zweiten Erfassungseinheit 120 die erfasste Neigung des Zweirads und von der dritten Erfassungseinheit 130 den erfassten Lenkwinkel des Vorderrads empfangen. Die Recheneinheit 20 ist dazu ausgebildet, in Abhängigkeit der erfassten Betriebsgrößen wenigstens einen Stabilitätsparameter des Zweirads zu ermitteln und eine prognostizierte Änderung des aktuellen Stabilitätsparameters abzuleiten. Die Recheneinheit 20 prognostiziert anhand der empfangenen Betriebsgrößen, ob ein Stabilitätsverlust des Zweirads vorliegt oder droht und das Zweirad entsprechend stabilisiert werden muss. So kann beispielsweise eine hohe Geschwindigkeit des Zweirads zusammen mit einer hohen Neigung und einem großen Lenkwinkel des Vorderrads auf eine Kurvenfahrt hindeuten, bei der das Zweirad zukünftig mit dem Vorderrad wegrutschen wird. Die Recheneinheit 20 wird in diesem Fall eine prognostizierte Änderung des aktuellen Stabilitätsparameters ableiten, die au einen sicherheitskritischen Stabilitätsverlust hindeutet. In Abhängigkeit der abgeleiteten zukünftigen Änderung des aktuellen Stabilitätsparameters erzeugt die Recheneinheit 20 wenigstens ein Steuersignal für den an einer zentralen, also mittigen Hochachse des Zweirads angeordneten Aktuator 70a und/oder 70b oder an einer hinteren Radaufhängung angeordneten Aktuator 70c und/oder 70d. Der Aktuator 70a und/oder 70b und/oder 70c und/oder 70d erzeugt einen Lenkeingriff auf das Hinterrad des Zweirads derart, dass sich das Zweirad aufrichtet. Mit dem Aktuator 70a, 70b wird ein entsprechend gelagerter gesamter Hinterbau nach rechts oder links geschwenkt. Alternativ kann mit einem Aktuator 70c und/oder 70d, welcher den Aufhängungspunkt des Hinterrads im Ausfallende einseitig nach vorne oder hinten verschiebt, der Lenkwinkel des Hinterrads um dessen Hochachse verändert werden.
Optional erkennt die Recheneinheit 20 aus der empfangenen Geschwindigkeit des Zweirads, sowie der empfangenen Neigung und des Lenkwinkels des Vorderrads eine Kurvenfahrt des Zweirads. Die Recheneinheit 20 ermittelt in Abhängigkeit dieser empfangenen Betriebsgrößen einen Ist-Schwimmwinkel des Vorderrads als aktuellen Stabilitätsparameter des Zweirads. Der Ist-Schwimmwinkel bezeichnet hierbei den aktuell, direkt aus den erfassten Größen ermittelbaren Schwimmwinkel während der Kurvenfahrt. Zusätzlich leitet die Recheneinheit 20 ebenfalls aus den Betriebsgrößen ab, ob und wie sich der aktuelle Stabilitätsparameter verändern wird. Die Recheneinheit 20 vergleicht die abgeleitete prognostizierte Änderung des Ist-Schwimmwinkels mit einem Grenz-Schwimmwinkel und steuert den Aktuator abhängig von dem Vergleich zur Erzeugung des Lenkeingriffs an. Der Grenz-Schwimmwinkel bezeichnet hierbei den theoretischen Schwimmwinkel, bei dem das Vorderrad wegrutschen und infolgedessen das Zweirad untersteuern würde. Der Grenz-Schwimmwinkel bezeichnet also eine noch mögliche Vergrößerung der aktuell erfassten Neigung und/oder der aktuell erfassten Geschwindigkeit und/oder des aktuell erfassten Lenkwinkels, bevor es zu einem Wegrutschen des Vorderrads kommt.
Optional ist die Recheneinheit 20 dazu ausgebildet, in Abhängigkeit von einer mittels der vierten Erfassungseinheit 140 erfassten Haftungsgröße den aktuellen Stabilitätsparameter zu ermitteln, sowie eine prognostizierte Änderung des aktuellen Stabilitätsparameters abzuleiten.
Des Weiteren ist die Recheneinheit 20 optional dazu ausgebildet, in Abhängigkeit von der mittels der fünften Erfassungseinheit 150 erfassten Bremskraft den aktuellen Stabilitätsparameter zu ermitteln, sowie eine prognostizierte Änderung des aktuellen Stabilitätsparameters abzuleiten.
Optional gibt die Recheneinheit 20 bei Feststellung eines möglichen Stabilitätsverlusts des Zweirads ein Warnsignal an eine Ausgabeeinheit 160 aus. Die Ausgabeeinheit 160 ist hierbei dazu geeignet, eine Warnung an einen Fahrer des Zweirads bei einem möglichen Stabilitätsverlust auszugeben. Die Ausgabeeinheit 160 kann beispielsweise ein Display repräsentieren, welches dem Zweiradfahrer die Warnung visuell anzeigt.
Die Recheneinheit 20 führt das in der 3 dargestellte Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Verfahrens aus.
3 zeigt einen erfindungsgemäßen Verfahrensablauf zur Kurvenstabilisierung eines Zweirads. Hierbei werden in einem ersten Verfahrensschritt 200 Betriebsgrößen erfasst.
In einem folgenden Verfahrensschritt 240 wird ein aktueller Stabilitätsparameter des Zweirads in Abhängigkeit der erfassten Betriebsgrößen ermittelt.
Folgend wird in Verfahrensschritt 250 eine prognostizierte Änderung des aktuellen Stabilitätsparameters in Abhängigkeit der erfassten Betriebsgrößen ermittelt.
In einem folgenden Verfahrensschritt 270 wird ein Lenkeingriff durch einen Aktuator auf ein Hinterrad des Zweirads abhängig von der abgeleiteten prognostizierten Änderung des aktuellen Stabilitätsparameters erzeugt. Der Lenkeingriff auf das Hinterrad wird hierbei derart erzeugt, dass sich das Zweirad aufrichtet. Hierbei kann als Lenkeingriff auf das Hinterrad vorgesehen sein, dass eine Drehung des Hinterrads erzeugt wird. Optional kann als Lenkeingriff eine Drehung eines gesamten Hinterbaus des Zweirads um eine zentrale Hochachse (z.B. Sattelrohr eines Fahrrads) des Zweirads erzeugt werden. Das Hinterrad kann sich hierbei zusätzlich drehen oder in fester Position mit dem Hinterbau mitgedreht werden.
Optional wird in einem auf den Verfahrensschritt 250 folgenden Verfahrensschritt 260 die abgeleitete prognostizierte Änderung des aktuellen Stabilitätsparameters mit einem Grenz-Stabilitätsparameters verglichen. Abhängig von dem Ergebnis des Vergleichs wird dann in Verfahrensschritt 270 der Lenkeingriff auf das Hinterrad erzeugt. In diesem Zusammenhang können weiterhin optional in Verfahrensschritt 200 als Betriebsgrößen die Geschwindigkeit des Zweirads, sowie die Neigung und der Lenkwinkel des lenkbaren Vorderrads erfasst werden. Deuten diese Betriebsgrößen auf eine Kurvenfahrt hin, wird in Verfahrensschritt 230 fortgefahren. Wird keine Kurvenfahrt erkannt, wird das Verfahren abgebrochen oder alternativ von vorne begonnen. Daraufhin wird in Verfahrensschritt 240 der Ist-Schwimmwinkel des Vorderrads bei der Kurvenfahrt als aktueller Stabilitätsparameter ermittelt und in Verfahrensschritt 250 die prognostizierte Änderung des Ist-Schwimmwinkels abgeleitet. In Verfahrensschritt 260 wird die zukünftige Änderung des Ist-Schwimmwinkels mit einem Grenz-Schwimmwinkel des Vorderrads als Grenz-Stabilitätsparameter verglichen. Wird hierbei festgestellt, dass der veränderte Ist-Schwimmwinkel kleiner als der Grenz-Schwimmwinkel ist, dann wird das Verfahren wieder von vorne gestartet oder alternativ beendet. Wird jedoch festgestellt, dass der veränderte Ist-Schwimmwinkel größer als der Grenz-Schwimmwinkel des Vorderrads ist, beginnt das Vorderrad Wegzurutschen und ein Untersteuern des Zweirads in der Kurve setzt ein. Optional kann bei dem Vergleich auch geprüft werden, ob das Verhältnis von verändertem Ist-Schwimmwinkel zu Grenz-Schwimmwinkel einen sicherheitskritischen Schwellenwert überschritten hat. Hierbei wird folglich mit dem Lenkeingriff auf das Hinterrad nicht auf ein einsetzendes Wegrutschen des Vorderrads reagiert, sondern präventiv gehandelt, bevor das Wegrutschen überhaupt einsetzt.
Sowohl bei Überschreitung des Grenz-Schwimmwinkels durch die abgeleitete prognostizierte Änderung des Ist-Schwimmwinkels, wie auch bei Überschreitung des sicherheitskritischen Schwellenwertes durch das Verhältnis von abgeleiteter prognostizierter Änderung des Ist-Schwimmwinkels zu Grenz-Schwimmwinkel, wird in Verfahrensschritt der Lenkeingriff auf das Hinterrad des Zweirads erzeugt.
Optional wird in einem auf den Verfahrensschritt 200 folgenden Verfahrensschritt 210 eine Haftungsgröße zwischen Vorderrad und Fahrbahnoberfläche erfasst. Diese Größe wird anschließend in Verfahrensschritt 240 bei der Ermittlung des aktuellen Stabilitätsparameters und der abgeleiteten zukünftigen Änderung des aktuellen Stabilitätsparameters mit berücksichtigt.
Weiterhin wird optional in einem auf den Verfahrensschritt 200 folgenden Verfahrensschritt 220 eine Bremskraft auf das Vorderrad erfasst. Die erfasste Bremskraft wird anschließend ebenfalls bei der Ermittlung des aktuellen Stabilitätsparameters und der abgeleiteten zukünftigen Änderung des aktuellen Stabilitätsparameters mit berücksichtigt.
Des Weiteren wird optional in einem auf den Verfahrensschritt 200 folgenden Verfahrensschritt 225 ein Abstand eines ersten Berührungspunktes des Zweirads bei Schräglage mit der Fahrbahn zu der Fahrbahnoberfläche erfasst. Bei einem Fahrrad entspricht solch ein erster Berührungspunkt beispielsweise einem Fahrradpedal. Hierbei wird vorzugsweise nur der Abstand auf der Seite des Zweirads benötigt, welche in Richtung des Kurvenmittelpunkts zeigt. Wird der Abstand dieses ersten Berührungspunktes zu der Fahrbahnoberfläche bei Schräglage des Zweirads in der Kurve zu gering, besteht die Gefahr, dass das Zweirad aufsetzt und das Zweirad entsprechend beginnt wegzurutschen. Deshalb wird der erfasste Abstand anschließend bei der Ermittlung des aktuellen Stabilitätsparameters und der abgeleiteten zukünftigen Änderung des aktuellen Stabilitätsparameters mit berücksichtigt.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

EP 2829464 A1 [0003]
DE 29923246 U1 [0004]

Claims

Verfahren zur Stabilisierung eines Zweirads (10), wobei zur Stabilisierung Lenkeingriffe auf eine durch einen Aktuator (70a, 70b, 70c, 70d) steuerbare Hinterradlenkung des Zweirads (10) vorgesehen sind und das Verfahren die folgenden Schritte aufweist: - Erfassen (200) von Betriebsgrößen des Zweirads (10) und - Ermitteln (240) eines aktuellen Stabilitätsparameters des Zweirads (10) in Abhängigkeit der erfassten Betriebsgrößen und - Ableiten (250) einer prognostizierten Änderung des aktuellen Stabilitätsparameters in Abhängigkeit der erfassten Betriebsgrößen und - Erzeugen (270) eines Lenkeingriffs durch den Aktuator (70a, 70b, 70c, 70d) auf das Hinterrad (50) des Zweirads (10) in Abhängigkeit der abgeleiteten prognostizierten Änderung des aktuellen Stabilitätsparameters derart, dass sich das Zweirad (10) aufrichtet.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren den folgenden Verfahrensschritt aufweist: - Vergleichen (260) der abgeleiteten Änderung des aktuellen Stabilitätsparameters mit einem Grenz-Stabilitätsparameter und - Erzeugen (270) des Lenkeingriffs durch den Aktuator (70a, 70b, 70c, 70d) auf das Hinterrad (50) des Zweirads (10) in Abhängigkeit des Vergleichs der abgeleiteten prognostizierten Änderung des aktuellen Stabilitätsparameters mit dem Grenz-Stabilitätsparameter.
Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren die folgenden zusätzlichen Schritte aufweist: - Erfassen (200) einer Geschwindigkeit des Zweirads (10), der Neigung des Zweirads (10) und des Lenkwinkels des Vorderrads (40) als Betriebsgrößen des Zweirads (10) und - Erkennen (230) einer Kurvenfahrt in Abhängigkeit der erfassten Betriebsgrößen, wobei bei der erkannten Kurvenfahrt das Verfahren die folgenden Schritte aufweist: - Ermitteln (240) eines Ist-Schwimmwinkels des Vorderrads (40) bei der Kurvenfahrt als aktuellen Stabilitätsparameter in Abhängigkeit der erfassten Geschwindigkeit, der Neigung und des Lenkwinkels und - Ableiten (250) einer Änderung des Ist-Schwimmwinkels in Abhängigkeit der erfassten Geschwindigkeit, der Neigung und des Lenkwinkels und - Vergleichen (260) der abgeleiteten Änderung des Ist-Schwimmwinkels mit einem Grenz-Schwimmwinkels als Grenz-Stabilitätsparameter und - Erzeugen (270) des Lenkeingriffs durch den Aktuator (70a, 70b, 70c, 70d) auf das Hinterrad (50) des Zweirads (10) in Abhängigkeit des Vergleichs des Ist-Schwimmwinkels und der abgeleiteten Änderung des Ist-Schwimmwinkels mit dem Grenz-Schwimmwinkel.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass eine Drehung des Hinterrads (40) als Lenkeingriff durch den Aktuator (70c, 70d) auf das Hinterrad (50) des Zweirads (10) erzeugt wird.
Verfahren nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass eine Drehung eines Hinterbaus (80) des Zweirads (10) um eine zentrale Hochachse des Zweirads als Lenkeingriff (270) durch den Aktuator (70a, 70b) auf das Hinterrad (10) des Zweirads erzeugt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren die folgenden zusätzlichen Schritte aufweist: - Erfassen (210) einer Haftungsgröße des Zweirads (10) als Betriebsgröße und - Ermitteln (240) des aktuellen Stabilitätsparameters und Ableiten (250) der prognostizierten Änderung des aktuellen Stabilitätsparameters zusätzlich in Abhängigkeit der erfassten Haftungsgröße.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren die folgenden zusätzlichen Schritte aufweist: - Erfassen (220) einer Bremskraft auf ein Vorderrad (40) des Zweirads (10) als Betriebsgröße und - Ermitteln (240) des aktuellen Stabilitätsparameters und Ableiten (250) der prognostizierten Änderung des aktuellen Stabilitätsparameters zusätzlich in Abhängigkeit der erfassten Bremskraft.
Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Lenkeingriff (270) in Abhängigkeit einer Überschreitung des Grenz-Stabilitätsparameters durch die abgeleitete prognostizierte Änderung des aktuellen Stabilitätsparameters erzeugt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Lenkeingriff (270) in Abhängigkeit einer Überschreitung eines sicherheitskritischen Schwellenwertes durch das Verhältnis von abgeleiteter prognostizierter Änderung des aktuellen Stabilitätsparameters zu dem Grenz-Stabilitätsparameter erzeugt wird.
Recheneinheit (20) zur Ausführung eines Verfahrens zur Stabilisierung eines Zweirads (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei die Recheneinheit (20) - Betriebsgrößen des Zweirads (10) empfängt und - in Abhängigkeit der erfassten Betriebsgrößen wenigstens einen Stabilitätsparameter des Zweirads (10) ermittelt und - in Abhängigkeit der erfassten Betriebsgrößen eine prognostizierte Änderung des aktuellen Stabilitätsparameters ableitet und - in Abhängigkeit der abgeleiteten prognostizierten Änderung des aktuellen Stabilitätsparameters wenigstens ein Steuersignal für einen Aktuator (70a, 70b, 70c, 70d) zur Erzeugung eines Lenkeingriffs auf das Hinterrad (50) des Zweirads (10) derart erzeugt, dass sich das Zweirad (10) aufrichtet.
Recheneinheit (20) nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Recheneinheit (20) - die abgeleitete Änderung des aktuellen Stabilitätsparameters mit einem Grenz-Stabilitätsparameter vergleicht und - den Lenkeingriff in Abhängigkeit des Vergleichs der abgeleiteten prognostizierten Änderung des aktuellen Stabilitätsparameters mit dem Grenz-Stabilitätsparameter erzeugt.
Recheneinheit (20) nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Recheneinheit (20) - eine Geschwindigkeit des Zweirads (10) von einer ersten Erfassungseinheit (110), die Neigung des Zweirads (10) von einer zweiten Erfassungseinheit (120) und den Lenkwinkel des Vorderrads (40) von einer dritten Erfassungseinheit (130) als Betriebsgrößen des Zweirads (10) empfängt - eine Kurvenfahrt des Zweirads (10) Abhängigkeit der erfassten Betriebsgrößen erkennt, wobei die Recheneinheit bei der erkannten Kurvenfahrt - einen Ist-Schwimmwinkel als aktuellen Stabilitätsparameter des Vorderrads (40) in Abhängigkeit der empfangenen Betriebsgrößen ermittelt und - eine Änderung des Ist-Schwimmwinkels in Abhängigkeit der empfangenen Betriebsgrößen ableitet und - die abgeleitete prognostizierte Änderung des Ist-Schwimmwinkels mit einem Grenz-Schwimmwinkels als Grenz-Stabilitätsparameter vergleicht und - in Abhängigkeit des Vergleichs den Aktuator (70a, 70b, 70c, 70d) zur Erzeugung des Lenkeingriffs ansteuert.
Zweirad (10) zur Ausführung eines Verfahrens zur Stabilisierung des Zweirads (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 9, aufweisend - eine Recheneinheit (20) nach einem der Anspruch 10 bis 12 und - einen Aktuator (70a, 70b, 70c, 70d) zur Durchführung eines Lenkeingriffs auf ein Hinterrad (50) des Zweirads und - eine erste Erfassungseinheit (110) zur Erfassung einer Geschwindigkeit des Zweirads (10) und/oder - eine zweite Erfassungseinheit (120) zur Erfassung der Neigung des Zweirads (10) und/oder - eine dritte Erfassungseinheit (130) zur Erfassung des Lenkwinkels des Vorderrads (40), , wobei die Recheneinheit (20) einen aktuellen Stabilitätsparameter des Zweirads (10) in Abhängigkeit der mittels der ersten Erfassungseinheit (110) erfassten Geschwindigkeit, der mittels der zweiten Erfassungseinheit (120) erfassten Neigung und dem mittels der dritten Erfassungseinheit (130) erfassten Lenkwinkel ermittelt und in Abhängigkeit der Betriebsgrößen eine prognostizierte Änderung des Stabilitätsparameters ableitet und den Aktuator zum Erzeugen eines Lenkeingriffs auf das Hinterrad (50) des Zweirads (10) in Abhängigkeit der abgeleiteten Änderung des aktuellen Stabilitätsparameters ansteuert.
Zweirad (10) nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass das Zweirad (10) zusätzlich - eine vierte Erfassungseinheit (140), ausgebildet zur Erfassung einer Haftungsgröße, aufweist wobei die Recheneinheit (20) den aktuellen Stabiltätsparameter und die abgeleitete prognostizierte Änderung des aktuellen Stabilitätsparameters zusätzlich in Abhängigkeit der erfassten Haftungsgröße ermittelt.
Zweirad (10) nach einem der Ansprüche 13 oder 14, dadurch gekennzeichnet, dass das Zweirad (10) zusätzlich - eine fünfte Erfassungseinheit (150), ausgebildet zur Erfassung einer Bremskraft auf das Vorderrad (40), aufweist, wobei die Recheneinheit (20) den aktuellen Stabilitätsparameter und die abgeleitete prognostizierte Änderung des aktuellen Stabilitätsparameters zusätzlich in Abhängigkeit der erfassten Bremskraft ermittelt.