DE102019104534A1 - A two-wheeler with a sensor-controlled actuator acting on a front suspension for correcting an angle of the two-wheeler - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft ein Zweirad (1; 101; 201; 301; 401; 501), aufweisend einen Rahmen (2), einen Lenker (3), eine Radaufhängung (4) mit einem Vorderrad (5), die eine gemeinsame Drehachse (6) mit dem Lenker (3) hat, einen Sensor (7) zum Erzeugen von Umgebungsdaten in Abhängigkeit einer mit dem Sensor (7) erfassten Umgebung des Zweirades (1; 101; 201; 301; 401; 501), eine Auswertungseinheit (9), die dazu eingerichtet ist, in Abhängigkeit der Umgebungsdaten sowohl eine Verkehrssituation zu erfassen als auch ein Signal zu erzeugen, ein Steuergerät (10; 110; 210; 310; 410; 510), das dazu eingerichtet ist, einen Aktuator (11; 111; 211, 311; 411; 511) in Abhängigkeit des Signals zu aktivieren, wobei der Aktuator mechanisch mit der Radaufhängung (4) verbunden ist und in einem aktivierten Zustand eine Kraft mit einem Hebelarm (12) zu der Drehachse (6) auf die Radaufhängung (4) zur Änderung einer Schräglage des Zweirades (1; 101; 201; 301; 401; 501) in Reaktion auf die Verkehrssituation überträgt.The invention relates to a two - wheeled vehicle (1; 101; 201; 301; 401; 501) comprising a frame (2), a handlebar (3), a wheel suspension (4) having a front wheel (5) which has a common axis of rotation (6 ) with the handlebar (3), a sensor (7) for generating environmental data as a function of an environment of the bicycle (1; 101; 201; 301; 401; 501) detected by the sensor (7), an evaluation unit (9). adapted to detect a traffic situation as well as to generate a signal in dependence on the environmental data, a control device (10; 110; 210; 310; 410; 510) which is adapted to operate an actuator (11; 111; 211, 311, 411, 511) in response to the signal, wherein the actuator is mechanically connected to the suspension (4) and in an activated state a force with a lever arm (12) to the axis of rotation (6) on the suspension ( 4) for changing an inclined position of the bicycle (1; 101; 201; 301; 401; 501) in response to the traffic situation ion transmits.
Description
Die Erfindung betrifft ein Zweirad, aufweisend ein Steuergerät und einen Aktuator, wobei das Steuergerät den Aktuator zur Verstellung der Radaufhängung in Abhängigkeit der Verkehrssituation steuert.The invention relates to a two-wheeler, comprising a control unit and an actuator, wherein the control unit controls the actuator for adjusting the suspension in dependence on the traffic situation.
Ein derartiges Zweirad ist aus der
Ausgehend hiervon ist es die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Zweirad dahingehend weiter zu verbessern, dass eine Korrektur einer Fahrtrichtung des Zweirads mit einem Aktuator sicherer durchgeführt werden kann.Proceeding from this, it is the object of the present invention to further improve a two-wheeler in that a correction of a direction of travel of the bicycle with an actuator can be performed safer.
Diese Aufgabe wird mit einem Zweirad mit den Merkmalen des Anspruches 1 und einem Verfahren mit den Merkmalen des Anspruches 9 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen des Zweirades und Weiterbildungen des Verfahrens sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.This object is achieved with a bicycle with the features of
Zur Lösung der Aufgabe wird ein Zweirad, aufweisend einen Rahmen, einen Lenker, eine Radaufhängung mit einem Vorderrad, die eine gemeinsame Drehachse mit dem Lenker hat, einen Sensor zum Erzeugen von Umgebungsdaten in Abhängigkeit einer mit dem Sensor erfassten Umgebung des Zweirades, eine Auswertungseinheit, einen Aktuator und ein Steuergerät, vorgeschlagen. Die Auswertungseinheit ist dazu eingerichtet, in Abhängigkeit der Umgebungsdaten sowohl eine Verkehrssituation zu erfassen als auch ein Signal zu erzeugen. Das Steuergerät ist dazu eingerichtet, einen Aktuator in Abhängigkeit des Signals zu aktivieren, wobei der Aktuator mechanisch mit der Radaufhängung verbunden ist und in einem aktivierten Zustand eine Kraft mit einem Hebelarm zu der Drehachse auf die Radaufhängung zur Änderung einer Schräglage des Zweirades in Reaktion auf die Verkehrssituation überträgt. Mit dem Zweirad ist ein Fahrzeug mit ausschließlich zwei Rädern gemeint, wodurch das Zweirad fahrdynamische Besonderheiten aufweist. Beispielsweise erfolgt ein Einleiten einer Richtungsänderung des Zweirades durch eine Drehbewegung des Lenkers, die entgegengesetzt zur Richtungsänderung orientiert ist. Durch diese entgegengesetzt orientierte Drehbewegung werden die Schräglage des Zweirades und damit ein jeweiliger Mantelbereich eines Vorderrads und eines Hinterrads des Zweirades, auf dem die Räder abrollen, verändert. Die veränderten Mantelbereiche bewirken eine Änderung von Abrollradien der Räder und damit eine Änderung eines Kurvenradius und die Richtungsänderung des Zweirades.To achieve the object, a bicycle, comprising a frame, a handlebar, a suspension with a front wheel, which has a common axis of rotation with the handlebar, a sensor for generating environmental data in response to a detected with the sensor environment of the bicycle, an evaluation unit, an actuator and a controller proposed. The evaluation unit is set up to detect a traffic situation as well as to generate a signal depending on the environmental data. The controller is configured to activate an actuator in response to the signal, wherein the actuator is mechanically connected to the suspension and in an activated state, a force having a lever arm to the axis of rotation on the suspension for changing a skew of the bicycle in response to the Traffic situation transfers. With the bicycle is meant a vehicle with only two wheels, whereby the bicycle has driving dynamics peculiarities. For example, a change of direction of the bicycle is initiated by a rotational movement of the handlebar, which is oriented opposite to the direction change. By this oppositely oriented rotational movement, the skew of the bicycle and thus a respective jacket region of a front wheel and a rear wheel of the bicycle, on which the wheels roll, changed. The changed cladding areas cause a change of rolling radii of the wheels and thus a change of a turning radius and the change of direction of the bicycle.
Die Verkehrssituation, die mithilfe der Auswertungseinheit erfasst wird, ist vorzugsweise ein Ereignis, welches einen Fahrer des Zweirades gefährdet. So kann die Verkehrssituation eine erste Verkehrssituation, bei welcher sich ein Objekt in den Weg des Zweirades begibt, eine zweite Verkehrssituation, bei welcher ein erstes Fahrzeug vor dem Zweirad stark abbremst, eine dritte Verkehrssituation, bei welcher ein zweites Fahrzeug dem Zweirad auf derselben Spur entgegenkommt oder eine vierte Verkehrssituation, bei der das Zweirades von einer gewünschten, insbesondere berechneten optimalen, Spur abweicht, sein. Bei diesen beispielhaften Verkehrssituationen bilden das Objekt, das erste Fahrzeug, das zweite Fahrzeug und ein Abstand eines Randstreifens einer Fahrbahn des Zweirades jeweils bevorzugt die Umgebung aus, die mit dem Sensor erfasst wird.The traffic situation, which is detected by means of the evaluation unit, is preferably an event which endangers a driver of the two-wheeled vehicle. Thus, the traffic situation, a first traffic situation in which an object enters the path of the bicycle, a second traffic situation in which a first vehicle before the bicycle strongly decelerates, a third traffic situation in which a second vehicle meets the two-wheeler on the same lane or a fourth traffic situation in which the bicycle deviates from a desired, in particular calculated optimal, lane. In these exemplary traffic situations, the object, the first vehicle, the second vehicle and a distance of an edge strip of a roadway of the bicycle preferably each form the environment that is detected with the sensor.
Der Sensor ist vorteilhaft als ein Radar oder als eine Kamera ausgebildet und erzeugt die Umgebungsdaten in Abhängigkeit von an dem Objekt, dem Fahrzeug oder dem Randstreifen reflektierten elektromagnetischen Wellen. Die Umgebungsdaten sendet der Sensor an die Auswertungseinheit. Die Auswertungseinheit führt vorteilhaft einen Vergleich zwischen den Umgebungsdaten und, vorzugsweise in der Auswertungseinheit, abgespeicherten Vergleichsdatensätzen durch.The sensor is advantageously designed as a radar or as a camera and generates the environmental data as a function of electromagnetic waves reflected at the object, the vehicle or the edge strip. The environment sends the sensor to the evaluation unit. The evaluation unit advantageously performs a comparison between the environmental data and, preferably in the evaluation unit, stored comparison data sets.
Anhand des Vergleiches kann die Auswertungseinheit vorteilhaft die Verkehrssituation erfassen, insbesondere erkennen. Dies kann dadurch möglich sein, dass die Vergleichsdatensätze jeweils bestimmten bekannten Verkehrssituationen, wie beispielsweise der oben genannten ersten, zweiten, dritten beziehungsweise vierten Verkehrssituation, zugeordnet sind. Bei dem Vergleich kann die Auswertungseinheit überprüfen, ob die Umgebungsdaten ähnlich zu den Vergleichsdatensätzen sind. Für eine solche Überprüfung arbeitet die Auswertungseinheit vorzugsweise mit Mitteln der Mustererkennung, wie beispielsweise einem Neuronalen Netz.Based on the comparison, the evaluation unit can advantageously detect the traffic situation, in particular recognize. This can be possible because the comparison data records are assigned to certain known traffic situations, such as the above-mentioned first, second, third and fourth traffic situation, respectively. In the comparison, the evaluation unit can check whether the environment data is similar to the comparison data records. For such a check, the evaluation unit preferably works with means of pattern recognition, such as a neural network.
Im Sinne der Erfindung umfasst ein Erfassen der Verkehrssituation ein Erkennen zumindest einer einem der abgespeicherten Vergleichsdatensätze zugeordneten bekannten Verkehrssituation mittels des Vergleiches. Erfasst die Auswertungseinheit die Verkehrssituation, erzeugt die Auswertungseinheit das Signal und sendet es an das Steuergerät. Die Auswertungseinheit und das Steuergerät können auch als ein Gerät ausgebildet sein.In the sense of the invention, detection of the traffic situation comprises recognizing at least one known traffic situation assigned to one of the stored comparison data records by means of the comparison. If the evaluation unit detects the traffic situation, the evaluation unit generates the signal and sends it to the control unit. The evaluation unit and the control unit can also be designed as a device.
Das Steuergerät aktiviert in Abhängigkeit des Signals den Aktuator, sodass die Schräglage in Reaktion auf die Verkehrssituation geändert wird. Wird mithilfe des Sensors und der Auswertungseinheit beispielsweise ein Gegenstand auf einer linken Seite oder einer rechten Seite vor dem Zweirad erfasst, so aktiviert das Steuergerät den Aktuator vorteilhaft derart, dass die Schräglage in Richtung der rechten Seite beziehungsweise der linken Seite des Zweirads verstärkt wird. Der Aktuator erzeugt mithilfe der Kraft mit dem Hebelarm ein Drehmoment um die Drehachse, welches von oben auf den Lenker gesehen im ersten Fall gegen den Uhrzeigersinn und im zweiten Fall in Richtung des Uhrzeigersinns ausgerichtet ist. The controller activates the actuator in response to the signal so that the bank angle is changed in response to the traffic situation. If, for example, an object on a left-hand side or a right-hand side in front of the bicycle is detected with the aid of the sensor and the evaluation unit, then the control device activates the actuator in such a manner that the oblique position is reinforced in the direction of the right-hand side or the left-hand side of the bicycle. The actuator generates by means of the force with the lever arm a torque about the axis of rotation, which is aligned from the top of the handlebars in the first case counterclockwise and in the second case in the clockwise direction.
Der Lenker ist gegenüber der Radaufhängung nicht beweglich, wodurch eine Drehung des Lenkers um die Drehachse des Lenkers um einen bestimmten Winkel eine Drehung der Radaufhängung um denselben Winkel bewirkt.The handlebar is not movable relative to the suspension, whereby a rotation of the arm about the axis of rotation of the handlebar by a certain angle causes a rotation of the suspension by the same angle.
Der Aktuator ist mit der Radaufhängung mechanisch verbunden, wobei zumindest ein Teil des Aktuators eine Relativbewegung zur Radaufhängung ausüben kann. Mit dem Teil wird vorzugsweise der Aktuator an dem Rahmen abgestützt. Die Relativbewegung ist dadurch erzeugbar, dass das Steuergerät den Aktuator aktiviert.The actuator is mechanically connected to the suspension, wherein at least a part of the actuator can exert a relative movement to the suspension. The part preferably supports the actuator on the frame. The relative movement can be generated by the control unit activating the actuator.
Der aktivierte Aktuator kann die Kraft direkt auf die Radaufhängung übertragen, in dem der Aktuator auf ein Bauteil der Radaufhängung, wie zum Beispiel auf eine Gabelbrücke, wirkt. Alternativ kann die Kraft vom Aktuator auf die Radaufhängung über ein weiteres Bauteil, wie ein Hebel, übertragen werden. In jedem Fall bewirkt die Kraft eine Bewegung des Aktuators und die Drehung der Radaufhängung um die Drehachse. Daraus ergeben sich mehrere Vorteile.The activated actuator can transmit the force directly to the suspension, in which the actuator acts on a component of the suspension, such as on a fork bridge. Alternatively, the force can be transmitted from the actuator to the suspension via another component, such as a lever. In any case, the force causes movement of the actuator and the rotation of the suspension about the axis of rotation. This results in several advantages.
Zum einen wird durch den Aktuator eine Bewegung eines Bauteils des Zweirades bewirkt, die bei einem normalen Lenkvorgang von dem Fahrer durchgeführt wird, nämlich die Drehung des Lenkers um seine Drehachse. Dadurch kennt der Fahrer die Reaktion des Zweirads auf diese Bewegung; dies gilt vor allem für sehr viele verschiedene Fahrsituationen. Ist die Reaktion des Zweirades dem Fahrer bekannt, kann der Fahrer sich entsprechend auf dem Zweirad bewegen und antrainierte Reflexe nutzen, was die Sicherheit beim Fahren mit dem Zweirad erhöht.Firstly, the actuator causes a movement of a component of the bicycle, which is carried out in a normal steering operation by the driver, namely the rotation of the arm about its axis of rotation. As a result, the driver knows the reaction of the two-wheeler to this movement; This is especially true for a great many different driving situations. If the reaction of the two-wheeler is known to the driver, the driver can move accordingly on the bicycle and use trained reflexes, which increases the safety when riding the bicycle.
Zum anderen kann die durch den Aktuator erzeugte Bewegung der Radaufhängung unmittelbar durch den Fahrer korrigiert werden, da die Drehung der Radaufhängung unmittelbar mit der Drehung des Lenkers gekoppelt ist und der Fahrer den Lenker festhält. Darüber hinaus kann der Fahrer über den Lenker eine Korrektur der durch den Aktuator erzeugten Bewegung der Radaufhängung mit einem größeren Hebel gegenüber der Drehachse vornehmen als derjenige Hebel ist, mit welchem der Aktuator auf die Radaufhängung wirkt. Dies ermöglicht ein kraftsparendes und daher einfaches und sicheres Gegensteuern gegen die vom Aktuator erzeugte Kraft. Somit ist es möglich, dass ein Fehler des Sensors, der Auswertungseinheit oder des Aktuators vonseiten des Fahrers korrigierbar ist. Dies ist dann besonders hilfreich, wenn die Auswertungseinheit die Verkehrssituation falsch erfasst, und macht ein automatisches Eingreifen in eine Lenkung des Zweirades bei Betrachtung aller möglichen Sicherheitsrisiken unter Umständen erst möglich.On the other hand, the movement of the suspension generated by the actuator can be corrected directly by the driver, since the rotation of the suspension is coupled directly to the rotation of the handlebar and the driver holds the handlebar. In addition, the driver can make a correction of the movement of the suspension generated by the actuator with a larger lever with respect to the axis of rotation than the lever with which the actuator acts on the suspension via the handlebar. This allows a power-saving and therefore simple and safe countersteering against the force generated by the actuator. Thus, it is possible that a fault of the sensor, the evaluation unit or the actuator can be corrected by the driver. This is particularly helpful if the evaluation unit detects the traffic situation incorrectly, and makes an automatic intervention in a steering of the bicycle in consideration of all possible safety risks may be possible.
Des Weiteren bewirkt die Drehung der Radaufhängung, dass eine Richtung und ein Betrag einer von einer Fahrbahn auf das Vorderrad wirkenden Reibkraft unmittelbar geändert werden. Dabei ändert sich diese Reibkraft bei der Drehung der Radaufhängung um die Drehachse des Lenkers in Betrag und Richtung stärker als bei der Drehung des Vorderrahmens um die im obigen Stand der Technik beschriebene Drehachse, die einen Winkel von etwa achtzig Grad gegenüber der Drehachse des Lenkers einnimmt. Eine höhere Änderung der Richtung und des Betrages der auf das Vorderrad wirkenden Reibkraft ermöglicht eine schnellere Änderung der Schräglage und somit ein schnelleres und sicheres Reagieren auf die Verkehrssituation.Further, the rotation of the suspension causes a direction and an amount of frictional force acting on the front wheel from a road to be changed immediately. In this case, this frictional force changes in magnitude and direction during the rotation of the suspension about the axis of rotation of the handlebar stronger than in the rotation of the front frame to the rotation axis described in the above prior art, which occupies an angle of about eighty degrees relative to the axis of rotation of the handlebar. A higher change in the direction and magnitude of the frictional force acting on the front wheel enables a more rapid change in the banking angle and thus a faster and more reliable response to the traffic situation.
Somit kann mit dem vorgeschlagenen Zweirad aus zumindest zwei Gründen eine Korrektur einer Fahrtrichtung des Zweirads sicherer durchgeführt werden.Thus, with the proposed bicycle for at least two reasons, a correction of a direction of travel of the bicycle can be carried out safely.
Gemäß einer Weiterbildung kann das Steuergerät den Aktuator derart ansteuern, dass der Aktuator die Kraft auf die Radaufhängung so lange überträgt, bis ein Korrekturmanöver des Zweirades in Reaktion auf die Verkehrssituation abgeschlossen ist.According to a development, the control device can control the actuator in such a way that the actuator transmits the force to the suspension until a correction maneuver of the bicycle is completed in response to the traffic situation.
Eine davon verschiedene Variante sieht vor, dass das Steuergerät und/oder die Auswertungseinheit dazu eingerichtet sind, eine Reaktion eines Fahrers des Zweirades auf die Verkehrssituation zu erkennen und den Aktuator in Abhängigkeit der Reaktion derart anzusteuern, dass der Aktuator die Kraft reduziert. Beispielsweise kann das Steuergerät ein Simulationsmodul zur Simulation einer Ableitung eines aktuellen Lenkwinkels der Radaufhängung beziehungsweise des Lenkers aufweisen. Mit dem Simulationsmodul kann die Ableitung des aktuellen Lenkwinkels anhand eines Steuerbefehls, den das Steuergerät zu dem Aktuator sendet oder gesendet hat, und Werten von Parametern zur Beschreibung eines aktuellen Fahrzustandes des Zweirades approximiert werden.A different variant provides that the control unit and / or the evaluation unit are adapted to detect a reaction of a driver of the two-wheeler to the traffic situation and to control the actuator in response to the reaction such that the actuator reduces the force. For example, the control unit may have a simulation module for simulating a derivation of a current steering angle of the wheel suspension or the link. With the simulation module, the derivation of the current steering angle can be approximated by means of a control command, which the control unit has sent or sent to the actuator, and values of parameters for describing a current driving condition of the two-wheeled vehicle.
Zu den Parametern gehören vorteilhafterweise eine Geschwindigkeit, ein aktueller Lenkwinkel, ein aktuelles Drehmoment einer Antriebsmaschine, eine aktuelle Schräglage, ein Reibwert eines Belages einer Fahrbahn, eine Bremskraft einer Vorderbremse, eine Bremskraft einer Hinterbremse und/oder ein Zustand einer Kupplung des Zweirades. Die Ableitung des aktuellen Lenkwinkels ist vorteilhaft eine erste Ableitung, in einem speziellen Fall eine zweite Ableitung, des Lenkwinkels, die über ein Kräfte- und Momentengleichgewicht der Radaufhängung bestimmt werden kann. Hierzu wird ein Trägheitsmoment der Radaufhängung um die Drehachse verwendet.The parameters advantageously include a speed, a current steering angle, a current torque of a prime mover, a current skew, a friction value of a pavement of a road, a braking force of a front brake, a braking force of a rear brake and / or a state of a clutch of the bicycle. The derivation of the current steering angle is advantageously a first derivative, in a special case, a second derivative, the steering angle, which can be determined by a balance of forces and moments of the suspension. For this purpose, a moment of inertia of the suspension is used around the axis of rotation.
Vorzugsweise führt die Auswertungseinheit oder das Steuergerät einen Vergleich zwischen der mit dem Simulationsmodul bestimmten ersten und/oder zweiten Ableitung des aktuellen Lenkwinkels und einer mit einem weiteren Sensor erfassten ersten und/oder zweiten Ableitung des Lenkwinkels durch. Anhand dieses Vergleiches kann ermittelt werden, ob und wie der Fahrer auf die Verkehrssituation reagiert.The evaluation unit or the control unit preferably performs a comparison between the first and / or second derivative of the current steering angle determined by the simulation module and a first and / or second derivative of the steering angle detected with a further sensor. Based on this comparison, it can be determined whether and how the driver reacts to the traffic situation.
Beispielsweise ist es möglich, dass der Fahrer nicht auf die Verkehrssituation reagiert. In diesem Fall steuert das Steuergerät den Aktuator derart an, dass der Aktuator die Kraft weiterhin auf die Radaufhängung zur Änderung der Schräglage des Zweirades in Reaktion auf die Verkehrssituation überträgt. Reagiert der Fahrer richtig, d. h. dass der Fahrer ein Drehmoment auf den Lenker ausübt, das gleich orientiert ist und vorzugsweise vom Betrag her mindestens genauso hoch wie das Drehmoment ist, das der Aktuator auf den Lenker überträgt, so steuert das Steuergerät den Aktuator bevorzugt derart an, dass der Aktuator die Kraft reduziert bzw. nicht mehr auf die Radaufhängung ausübt.For example, it is possible that the driver does not respond to the traffic situation. In this case, the controller controls the actuator so that the actuator continues to transmit the force to the suspension to change the angle of the two-wheeler in response to the traffic situation. If the driver reacts correctly, d. H. that the driver exerts a torque on the handlebar, which is the same orientation, and preferably in amount at least as high as the torque that the actuator transmits to the handlebar, the controller preferably controls the actuator such that the actuator, the force reduced or no longer exerts on the suspension.
In einer besonderen Variante kann das Steuergerät den Aktuator derart ansteuern, dass eine Summe aus dem Drehmoment um die Drehachse, das der Aktuator auf die Radaufhängung überträgt, und dem Drehmoment, das der Fahrer über den Lenker auf die Radaufhängung ausübt, gleich einem Solldrehmoment ist, die zur optimalen Änderung der Schräglage des Zweirades in Reaktion auf die Verkehrssituation führt. Das Solldrehmoment ist vorteilhaft mit Hilfe der Auswertungseinheit ermittelbar. Vorzugsweise weist die Auswertungseinheit eine weitere Datenbank auf, mit welcher verschiedene Solldrehmomente in Abhängigkeit von verschiedenen bekannten Verkehrssituationen, insbesondere der ersten, zweiten und/oder dritten Verkehrssituation, ermittelt werden können.In a particular variant, the control unit can control the actuator in such a way that a sum of the torque about the axis of rotation which the actuator transmits to the suspension and the torque which the driver exerts on the suspension via the link is equal to a setpoint torque, which leads to the optimal change of the angle of the two-wheeler in response to the traffic situation. The setpoint torque can advantageously be determined with the aid of the evaluation unit. Preferably, the evaluation unit has a further database with which different setpoint torques can be determined as a function of various known traffic situations, in particular the first, second and / or third traffic situation.
Ein Ansteuern des Aktuators in Abhängigkeit von der Reaktion des Fahrers hat den Vorteil, dass der Fahrer sofort und mechanisch unmittelbar direkt mittels einer Betätigung des Lenkers die volle Kontrolle bei einem Ausweichmanöver in Reaktion auf die Verkehrssituation erlangen kann, obwohl der Aktuator zuvor in die Lenkung eingreift. Dies ist im Gegensatz zu voll automatischen Systemen, die in Abhängigkeit von der Verkehrssituation die Schräglage des Zweirades automatisch korrigieren, ein deutlicher Unterschied. Das vorgeschlagene Zweirad stellt damit ein System dar, bei dem zwar in die Lenkung des Zweirades eingegriffen wird, der Fahrer jedoch die volle Kontrolle zu jeder Zeit behält, sofern er richtig reagiert. Ob der Fahrer richtig reagiert, kann bei dieser Variante des vorgeschlagenen Zweirades auch erfasst werden.Actuating the actuator in response to the driver's reaction has the advantage that the driver can immediately and mechanically directly gain full control of an evasive maneuver in response to the traffic situation directly by operating the handlebar, even though the actuator previously engages the steering , This is in contrast to fully automatic systems that automatically correct the skew of the bicycle depending on the traffic situation, a clear difference. The proposed two-wheeler thus represents a system in which, although intervened in the steering of the bicycle, the driver retains full control at all times, provided that he reacts correctly. Whether the driver reacts correctly, can also be detected in this variant of the proposed two-wheeler.
Eine vorteilhafte Variante sieht vor, dass der Aktuator zumindest einen Elektromotor aufweist und der Elektromotor die Kraft erzeugt. Dies hat den Vorteil, dass mithilfe einer, beispielsweise mit einem Wendelpotentiometer, gemessenen Drehzahl des Elektromotors, eines gemessenen Stroms, der durch den Elektromotor fließt und/oder einer gemessenen Spannung, die über dem Elektromotor abfällt, eine präzise Regelung des Elektromotors möglich ist. Dadurch kann in diesem Fall eine Aktivierung des Aktuators, d.h. eine Höhe der Kraft als auch eine Länge eines Zeitintervalls, in welchem die Kraft wirkt, genau mit dem Steuergerät geregelt werden.An advantageous variant provides that the actuator has at least one electric motor and the electric motor generates the force. This has the advantage that precise control of the electric motor is possible by means of a rotational speed of the electric motor measured, for example with a helical potentiometer, a measured current flowing through the electric motor and / or a measured voltage which drops across the electric motor. Thereby, in this case activation of the actuator, i. a magnitude of the force as well as a length of a time interval in which the force acts are accurately controlled by the controller.
Der Elektromotor kann insbesondere als ein Gleichstrommotor ausgebildet sein, der schon im Stillstand sein maximales Drehmoment erzeugen kann. Ebenso kann der Elektromotor ein Reihenschlussmotor sein, dessen Drehmoment mit zunehmender Drehzahl abnimmt. Die beiden Elektromotortypen eignen sich mit ihrem Drehmomentverhalten sehr gut für das erfindungsgemäße Zweirad, weil der Lenker sich bei einer Fahrt mit dem Zweirad kaum bewegt und daher der Aktuator die Kraft nahezu aus einer Ruhestellung erzeugt.The electric motor may in particular be designed as a DC motor, which can generate its maximum torque even at a standstill. Likewise, the electric motor may be a series motor whose torque decreases with increasing speed. The two types of electric motor with their torque behavior are very well suited for the bicycle according to the invention, because the handlebar hardly moves when riding a bicycle and therefore the actuator generates the force almost from a rest position.
In einer besonderen Ausgestaltung weist der Aktuator einen ersten elektrischen Linearmotor auf, der seitlich von einer Längsachse des Zweirades angeordnet ist. Eine seitliche Anordnung des ersten Linearmotors, insbesondere neben der Antriebsmaschine, ermöglicht es, dass der Aktuator mit einem großen Hebel auf die Radaufhängung wirken kann. Der erste Linearmotor kann sich an dem Rahmen abstützen und an der Gabelbrücke angreifen. Dies erlaubt es, dass möglichst wenig weitere Teile des Zweirades bei einer Nachrüstung verändert werden müssen.In a particular embodiment, the actuator has a first electric linear motor, which is arranged laterally from a longitudinal axis of the bicycle. A lateral arrangement of the first linear motor, in particular next to the prime mover, makes it possible for the actuator to act on the wheel suspension with a large lever. The first linear motor can be supported on the frame and attack on the fork bridge. This allows as few additional parts of the bicycle as possible to be changed during retrofitting.
Eine Weiterbildung der zuletzt beschriebenen Ausgestaltung sieht vor, dass der Aktuator einen zweiten elektrischen Linearmotor aufweist und der zweite Linearmotor seitlich von der Längsachse und auf einer gegenüberliegenden Seite von dem ersten elektrischen Linearmotor angeordnet ist. Hierdurch kann die Kraft nicht nur von dem ersten, sondern auch von dem zweiten Linearmotor erzeugt werden, wodurch eine Redundanz und damit eine höhere Sicherheit bereitgestellt wird.A development of the embodiment described last provides that the actuator has a second electric linear motor and the second linear motor is arranged laterally from the longitudinal axis and on an opposite side of the first electric linear motor. As a result, the force is generated not only by the first, but also by the second linear motor which provides redundancy and therefore greater security.
Eine spezielle Ausführungsform dieser Weiterbildung sieht vor, dass das Steuergerät die beiden Linearmotoren abwechselnd als Motor oder als Sensoreinheit ansteuert. Beispielsweise kann der erste Linearmotor die Kraft erzeugen, während gleichzeitig der zweite Linearmotor einen zurückgelegten Weg erfasst, indem der zweite Linearmotor wie eine Sensoreinheit arbeitet. Eine abwechselnde Funktion als Motor oder Sensoreinheit kann dadurch realisiert sein, dass eine Steuerungselektronik des ersten und/oder zweiten Linearmotors die Linearmotoren entsprechend mit einem ersten Schaltkreis beziehungsweise einem zweiten Schaltkreis ansteuert beziehungsweise abtastet. Die Schaltkreise können mithilfe des Steuergerätes abwechselnd aktivierbar oder deaktivierbar sein. Dies ist insofern sehr vorteilhaft, weil zum einen dadurch ein Sensor zum Erfassen eines zurückgelegten Weges desjenigen Linearmotors eingespart werden kann, der als Motor arbeitet. Zum anderen kann derjenige Linearmotor, der als Sensoreinheit arbeitet, den zurückgelegten Weg mit einem großen Hebel abgreifen, insbesondere, wenn er an der Gabelbrücke befestigt ist.A special embodiment of this development provides that the control unit controls the two linear motors alternately as a motor or as a sensor unit. For example, the first linear motor can generate the power while at the same time the second linear motor detects a traveled distance by operating the second linear motor as a sensor unit. An alternating function as a motor or sensor unit can be realized in that a control electronics of the first and / or second linear motor correspondingly controls or scans the linear motors with a first circuit or a second circuit. The circuits can be alternately activated or deactivated by means of the control unit. This is very advantageous in that, on the one hand, a sensor for detecting a traveled distance of that linear motor can be saved, which works as a motor. On the other hand, the linear motor that works as a sensor unit, the distance covered with a large lever tap, especially if it is attached to the fork bridge.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist der Elektromotor an einem Steuerrohr des Zweirades angeordnet und mithilfe des Elektromotors ein Drehmoment auf die Gabelbrücke übertragbar. Diese Ausführungsform ist sehr platzsparend und aerodynamisch günstig, da der Aktuator mittig hinter einem Windschutz des Zweirades positioniert werden kann und nicht an einer Seite des Zweirads einen Windwiderstand bildet.According to a further embodiment, the electric motor is arranged on a control tube of the bicycle and a torque can be transmitted to the fork bridge with the aid of the electric motor. This embodiment is very space-saving and aerodynamically favorable, since the actuator can be positioned centrally behind a windshield of the bicycle and does not form a wind resistance on one side of the bicycle.
Eine weitere Ausgestaltung des vorgeschlagenen Zweirades sieht vor, dass der Aktuator einen ersten Hydraulikzylinder aufweist, der eine erste Fluidkammer mit einem ersten Fluideingang zum druckgesteuerten Ausfahren des ersten Hydraulikzylinders und eine zweite Fluidkammer mit einem zweiten Fluideingang zum druckgesteuerten Einfahren des ersten Hydraulikzylinders aufweist. Die Kraft ist mit dem Aktuator bei einem Einfahren oder Ausfahren des ersten Hydraulikzylinders erzeugbar.A further embodiment of the proposed bicycle provides that the actuator has a first hydraulic cylinder, which has a first fluid chamber with a first fluid inlet for pressure-controlled extension of the first hydraulic cylinder and a second fluid chamber with a second fluid inlet for pressure-controlled retraction of the first hydraulic cylinder. The force can be generated by the actuator during retraction or extension of the first hydraulic cylinder.
Bei dem Einfahren oder Ausfahren des ersten Hydraulikzylinders wird eine Zugbeziehungsweise eine Druckkraft und über den Hebelarm ein entsprechendes Drehmoment auf die Radaufhängung übertragen. Weist der Aktuator mit dem ersten Hydraulikzylinder nur einen einzigen Hydraulikzylinder auf, so wird in diesem Fall eine besonders platzsparende und für eine Nachrüstung einfache Variante des vorgeschlagenen Zweirades bereitgestellt.When retracting or extending the first hydraulic cylinder is a Zugbeziehungsweise a compressive force and transmitted via the lever arm, a corresponding torque to the suspension. If the actuator has only a single hydraulic cylinder with the first hydraulic cylinder, a particularly space-saving variant of the proposed two-wheeler which is simple for retrofitting is provided in this case.
In einer Weiterbildung weist der Aktuator einen zweiten Hydraulikzylinder auf, der eine erste Fluidkammer mit einem ersten Fluideingang zum druckgesteuerten Ausfahren des zweiten Hydraulikzylinders und eine zweite Fluidkammer mit einem zweiten Fluideingang zum druckgesteuerten Einfahren des zweiten Hydraulikzylinders hat. Bei dieser Weiterbildung ist die Kraft bei dem Einfahren und/oder Ausfahren des ersten Hydraulikzylinders und/oder des zweiten Hydraulikzylinders erzeugbar. Der Vorteil dieser Ausführungsform ist, dass bei einem Ausfall einer der beiden Hydraulikzylinder der Aktuator die Kraft mit dem noch funktionierenden Hydraulikzylinder bereitstellen kann. Hierdurch kann die Sicherheit des Zweirads weiter erhöht werden.In one development, the actuator has a second hydraulic cylinder, which has a first fluid chamber with a first fluid inlet for pressure-controlled extension of the second hydraulic cylinder and a second fluid chamber with a second fluid inlet for pressure-controlled retraction of the second hydraulic cylinder. In this development, the force in the retraction and / or extension of the first hydraulic cylinder and / or the second hydraulic cylinder can be generated. The advantage of this embodiment is that in case of failure of one of the two hydraulic cylinders of the actuator can provide the force with the still functioning hydraulic cylinder. As a result, the safety of the two-wheeler can be further increased.
Eine davon verschiedene Variante kann vorsehen, dass die beiden Hydraulikzylinder nicht gleichzeitig die Kraft auf die Radaufhängung übertragen. Die Hydraulikzylinder haben bei dieser Variante jeweils nur eine Fluidkammer, an die ein hydraulischer Druck zum Einfahren oder Ausfahren des jeweiligen Hydraulikzylinders angelegt werden kann. Eine Rückstellung der Hydraulikzylinder kann nach dem druckgesteuerten Einfahren oder Ausfahren durch ein Federelement erfolgen. Diese Ausführungsform ist daher mit einfachen Hydraulikzylindern umsetzbar, wodurch Kosten eingespart werden können.One variant of this variant can provide that the two hydraulic cylinders do not simultaneously transmit the force to the wheel suspension. In this variant, the hydraulic cylinders each have only one fluid chamber, to which a hydraulic pressure for retracting or extending the respective hydraulic cylinder can be applied. A provision of the hydraulic cylinder can be carried out after the pressure-controlled retraction or extension by a spring element. This embodiment is therefore feasible with simple hydraulic cylinders, which costs can be saved.
Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung weist der Aktuator eine erste Fluidkammer, eine zweite Fluidkammer und ein bewegliches Trennelement auf. Das Trennelement trennt die erste Fluidkammer von der zweiten Fluidkammer und hat eine Drehachse, die parallel zur Drehachse der Radaufhängung ausgerichtet ist. Das Trennelement ist mit der Radaufhängung mechanisch verbunden, wobei der Aktuator die Kraft mittels einer Druckbeaufschlagung der ersten oder zweiten Fluidkammer erzeugt. Durch die Druckbeaufschlagung erhöht sich eine Druckdifferenz zwischen den beiden Fluidkammern, wodurch auf die Trennwand eine Kraft ausgeübt wird, die die Kraft des Aktuators erzeugt.According to a further embodiment of the invention, the actuator has a first fluid chamber, a second fluid chamber and a movable separating element. The separator separates the first fluid chamber from the second fluid chamber and has an axis of rotation aligned parallel to the axis of rotation of the suspension. The separating element is mechanically connected to the suspension, wherein the actuator generates the force by means of a pressurization of the first or second fluid chamber. By the pressurization, a pressure difference between the two fluid chambers increases, whereby a force is exerted on the partition, which generates the force of the actuator.
Dadurch, dass bei dieser Ausgestaltung das Trennelement um seine Drehachse schwenkbar ist, können jeweilige Fluideinlässe für die erste und die zweite Fluidkammer sehr nah zueinander angeordnet werden. Dies ist bei gegenüberliegenden Fluidkammern, wie sie bei Hydraulikzylindern vorkommen, nicht so einfach möglich. Sind die Fluideinlässe nah zueinander positioniert, so ergeben sich kurze Leitungswege zum Steuern des Aktuators. Dadurch kann eine schnellere Ansprechzeit des Aktuators und eine höhere Präzision erreicht werden. Eine parallele Ausrichtung der Drehachse des Trennelementes zu der Drehachse des Lenkers ermöglicht weiterhin, den Aktuator auf der Längsachse anzuordnen, wodurch eine gute Fahrdynamik des Zweirades trotz zusätzlicher Bauteile erreicht wird. Des Weiteren kann in einem Bereich der Längsachse leichter ein Ventilsteuerungssystem zum Steuern der Fluidkammern verbaut werden.Characterized in that in this embodiment, the separating element is pivotable about its axis of rotation, respective fluid inlets for the first and the second fluid chamber can be arranged very close to each other. This is not so easy with opposite fluid chambers, as they occur in hydraulic cylinders. If the fluid inlets are positioned close to one another, short line paths result for controlling the actuator. As a result, a faster response time of the actuator and a higher precision can be achieved. A parallel orientation of the axis of rotation of the separating element to the axis of rotation of the handlebar further allows to arrange the actuator on the longitudinal axis, whereby a good driving dynamics of the bicycle is achieved despite additional components. Furthermore, in a range of the longitudinal axis easier Valve control system for controlling the fluid chambers are installed.
Die Radaufhängung hat zwei Gabelbeine, die durch die Gabelbrücke verbunden sind, wobei die Gabelbrücke zwei Aufnahmen für die Gabelbeine aufweist. Unabhängig von einer speziellen Ausgestaltung des Aktuators ist vorteilhaft vorgesehen, dass ein Befestigungselement zum Befestigen des Aktuators gegenüber der Radaufhängung an der Gabelbrücke und bevorzugt an eine der beiden Aufnahmen angrenzt und/oder diese berührt. Dadurch kann der Hebelarm der Kraft möglichst groß ausgebildet werden, wodurch ein präziseres Steuern der Radaufhängung mit dem Aktuator möglich ist.The suspension has two fork legs, which are connected by the fork bridge, the fork bridge has two seats for the fork legs. Regardless of a specific embodiment of the actuator is advantageously provided that a fastening element for attaching the actuator relative to the suspension on the fork bridge and preferably adjacent to one of the two receptacles and / or touches them. Thereby, the lever arm of the force can be formed as large as possible, whereby a more precise control of the suspension with the actuator is possible.
Zur Lösung der Aufgabe wird weiterhin ein Verfahren zur Korrektur einer Schräglage eines Zweirades vorgeschlagen. Das Zweirad kann nach einer der oben beschriebenen Ausgestaltungen ausgebildet sein. Das Verfahren hat die folgenden Schritte. In einem ersten Schritt werden die Umgebungsdaten mithilfe des Sensors in Abhängigkeit der mit dem Sensor erfassten Umgebung des Zweirades erzeugt. In einem zweiten Schritt wird die Verkehrssituation mithilfe der Auswertungseinheit in Abhängigkeit der Umgebungsdaten erfasst. In einem dritten Schritt wird das Signal mithilfe der Auswertungseinheit in Abhängigkeit der erfassten Verkehrssituation erzeugt. In einem vierten Schritt wird der Aktuator mithilfe des Steuergerätes in Abhängigkeit des Signals aktiviert.To solve the problem, a method for correcting a skew of a bicycle is also proposed. The bicycle can be designed according to one of the embodiments described above. The procedure has the following steps. In a first step, the environmental data are generated by means of the sensor as a function of the environment of the bicycle detected by the sensor. In a second step, the traffic situation is detected using the evaluation unit as a function of the environmental data. In a third step, the signal is generated by means of the evaluation unit as a function of the detected traffic situation. In a fourth step, the actuator is activated by means of the control unit in response to the signal.
In einer besonderen Variante des Verfahrens wird mithilfe der Auswertungseinheit ein sicherer Teil des Objektes bestimmt, der gegenüber einem anderen Teil des Objektes ein Risiko einer Verletzung eines Fahrers bei einem Aufprall des Fahrers auf das Objekt reduziert. Weiterhin wird eine Richtungsänderung des Zweirades hin zu dem sicheren Teil ermittelt. Im Anschluss daran wird das Signal derart erzeugt, dass der Aktuator aufgrund des Signals derart mithilfe des Steuergerätes aktiviert wird, dass die vom Aktuator auf die Radaufhängung übertragene Kraft die Richtungsänderung bewirkt. Der sichere Teil kann beispielsweise eine Motorhaube, der andere Teil eine B-Säule eines Fahrzeugs sein.In a particular variant of the method, a reliable part of the object is determined with the aid of the evaluation unit, which reduces the risk of injury to a driver in the event of a collision of the driver with the object with respect to another part of the object. Furthermore, a change of direction of the bicycle to the safe part is determined. Following this, the signal is generated in such a way that the actuator is activated on the basis of the signal in such a way by means of the control unit, that the force transmitted by the actuator to the suspension causes the change in direction. The secure part may for example be a bonnet, the other part a B-pillar of a vehicle.
Um den sicheren Teil des Objektes zu bestimmen, kann die Auswertungseinheit ein Objekterkennungsmodul, wie es in der Offenlegungsschrift
Der Ausdruck „Modul“, wie er hierin benutzt wird, beschreibt eine beliebige Hardware, Software, Firmware, Künstliche Intelligenz, Fuzzy-Logik oder Kombination aus Hardware und Software, die in der Lage ist, die mit dem jeweiligen „Modul“ assoziierte Funktionalität auszuführen.The term "module" as used herein describes any hardware, software, firmware, artificial intelligence, fuzzy logic or combination of hardware and software capable of performing the functionality associated with the particular "module" ,
Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung sowie anhand der Figuren. Dabei bezeichnet ein mehrfach verwendetes Bezugszeichen dieselbe Komponente. Die Figuren zeigen schematisch in:
-
1 eine Seitenansicht eines Zweirades mit einem Aktuator, -
2 eine Draufsicht des Zweirades aus1 , -
3 eine Draufsicht eines weiteren Zweirades mit einem weiteren Aktuator, -
4 eine Draufsicht eines weiteren Zweirades mit einem weiteren Aktuator, -
5 eine Draufsicht eines weiteren Zweirades mit einem weiteren Aktuator, -
6 eine Draufsicht eines weiteren Zweirades mit einem weiteren Aktuator, -
7 eine Draufsicht eines weiteren Zweirades mit einem weiteren Aktuator, -
8 Schritte eines Verfahrens zur Korrektur einer Schräglage eines Zweirades.
-
1 a side view of a bicycle with an actuator, -
2 a top view of thebicycle 1 . -
3 a top view of another bicycle with another actuator, -
4 a top view of another bicycle with another actuator, -
5 a top view of another bicycle with another actuator, -
6 a top view of another bicycle with another actuator, -
7 a top view of another bicycle with another actuator, -
8th Steps of a method for correcting a skew of a two-wheeler.
Dabei kann die Verkehrssituation beispielsweise die oben beschriebene bekannte erste, zweite, dritte oder vierte Verkehrssituation sein. Um die erste, zweite, dritte oder vierte Verkehrssituation, wie oben beschrieben, zu erfassen, weist das Zweirad
Der Sensor
Für den Fall ist, dass der Sensor
Der Sensor
Eine Variante kann vorsehen, die Umgebungsdaten und die Vergleichsdatensätze in Form von Vektoren darzustellen und jeweils eine Norm einer Differenz zwischen den Umgebungsdaten und den jeweiligen Vergleichsdatensätzen zu bilden. Die Einträge der Vektoren können beispielsweise Farbwerte einzelner festgelegter Pixel eines Bildes sein, das mit dem Kamerasystem erfasst wird. Genauso können die Einträge die Signalstärken von elektromagnetischen Signalen aus festgelegten Richtungen sein. Zu jeder bekannten Verkehrssituation wird auf diese Weise eine Norm erzeugt und zugordnet. Diejenige Verkehrssituation, der die niedrigste Norm zugeordnet wurde, kann als die erfasste Verkehrssituation bestimmt werden.A variant may provide for representing the environmental data and the comparison data records in the form of vectors and for forming a norm of a difference between the environmental data and the respective comparison data records. The entries of the vectors may be, for example, color values of individual specified pixels of an image which is captured by the camera system. Likewise, the entries may be the signal strengths of electromagnetic signals from fixed directions. For every known traffic situation, a standard is generated and assigned in this way. The traffic situation to which the lowest standard has been assigned can be determined as the detected traffic situation.
Zu jedem abgespeicherten Vergleichsdatensatz kann die Auswertungseinheit
Beispielsweise kann eine fünfte und sechste Verkehrssituation derart definiert sein, dass das Objekt
Die Auswertungseinheit
Die
Die Zweiräder
Der Aktuator
Das in
Das in
In
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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Zitierte PatentliteraturCited patent literature
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