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Die Erfindung betrifft eine Radlageranordnung für ein Rad eines Zweirads, mit deren Hilfe ein Rad des Zweirads gelagert werden kann, sowie ein Verfahren zur Detektion einer Fahrbahnbeschaffenheit eines Untergrunds, mit deren Hilfe eine detektierte Fahrbahnbeschaffenheit in einem Fahrassistenzsystem berücksichtigt werden kann.
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Aus
DE 10 2013 225 586 A1 ist es bekannt Fahrbahnunebenheiten aus dem Drehzahlverlauf von im einem Brems- oder Stabilitätsassistenzsystem integrierten Drehzahlsensoren abzuleiten.
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Es besteht ein ständiges Bedürfnis Fahrbahnunebenheiten kostengünstig und verlässlich detektieren zu können.
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Es ist die Aufgabe der Erfindung Maßnahmen aufzuzeigen, die eine kostengünstige und verlässliche Detektion von Fahrbahnunebenheiten ermöglichen.
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Die Lösung der Aufgabe erfolgt erfindungsgemäß durch eine Radlageranordnung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 sowie ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 8. Bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen und der nachfolgenden Beschreibung angegeben, die jeweils einzeln oder in Kombination einen Aspekt der Erfindung darstellen können.
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Ein Aspekt der Erfindung betrifft eine Radlageranordnung für ein Rad eines Zweirads, insbesondere Motorrads, mit mindestens einem Lager zur drehbaren Lagerung des Rads an einer Achse und einem an dem Lager angekoppelten Beschleunigungssensor zur Detektion einer Beschleunigung in vertikaler Richtung.
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Mit Hilfe des Beschleunigungssensors kann eine infolge von Fahrbahnunebenheiten verursachte Bewegung des Rads direkt gemessen werden. Beeinträchtigungen der Messqualität durch eine indirekte Messung können dadurch vermieden werden. Zudem kann die Messung eines Beschleunigungsanteils in vertikaler Richtung deutlich zuverlässiger eine Fahrbahnunebenheit abbilden als eine Drehzahlschwankung in der Drehzahl des Rads, die auch durch andere Einflüsse verursacht sein kann, beispielsweise einem Drehmomentstoß infolge einer im Boost-Betrieb zugeschalteten elektrischen Maschine. Da der Beschleunigungssensor an dem Lager angreift und nicht innerhalb des Rads vorgesehen ist, können die Beschleunigungskräfte auch dann verlässlich detektiert werden, wenn das Zweirad in extremer Schräglage, beispielsweise bei einer Kurvenfahrt mit hoher Geschwindigkeit, einen deutlich unterschiedlichen Verformungszustand am Rad erfährt, welcher das detektierbare Sensorsignal eines innerhalb eines Reifen des Rads angeordneten Beschleunigungssensor beeinträchtigen könnte. An dem Lager greifen sowohl bei einer Geradeausfahrt als auch in Schräglage von dem Rad aufgenommene Kräfte an, die von dem Beschleunigungssensor erfasst und nachfolgend ausgewertet werden können. Der Beschleunigungssensor kann hierzu kostengünstig an dem zu überwachenden Lager anliegend in den sowieso vorgesehenen Bauraum einer Nabe oder Ähnliches im Wesentlichen bauraumneutral integriert werden. Durch den am Lager angreifenden Beschleunigungssensor können auch in extremer Schräglage des Zweirads Fahrbahnunebenheiten kostengünstig und verlässlich detektiert werden.
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Insbesondere weist das Lager einen mit der Achse drehfest befestigten Innenring auf, wobei der Beschleunigungssensor bewegungsfest mit dem Innenring befestigt ist. Die insbesondere feststehende Achse kann in einer Radgabel des Zweirads befestigt sein, um das Rad, beispielsweise ein Vorderrad oder ein Hinterrad, drehbar mit Hilfe des mindestens einen Lagers zu lagern. Durch die Befestigung des Beschleunigungssensors mit dem Innenring kann der Beschleunigungssensor einen genau definierten Umfangswinkelbereich des Lagers überwachen. Besonders bevorzugt ist der Beschleunigungssensor ausgestaltet eine elastische Deformation des Innenrings infolge der angreifenden Beschleunigungskräfte zu detektieren. Der Beschleunigungssensor kann hierzu beispielsweise mindestens einen kostengünstigen Dehnungsmessstreifen aufweisen. Dies ermöglicht es Fahrbahnunebenheiten über das Deformationsverhalten des Rads während des Abrollens auf dem Untergrund zu detektieren, die zu einer korrespondierenden Belastung des Innenrings des Lagers führen. Während bei einem ebenen Untergrund der Anpressdruck des Rads während des Abrollens im Wesentlichen konstant ist und sich keine signifikanten Beschleunigungskräfte in vertikaler Richtung ergeben, die den Innengring elastisch deformieren können, ergeben sich bei einem unebenen Untergrund unterschiedliche Anpressdrucke, die durch Signalspitzen in den detektierten vertikalen Beschleunigungskräften ermittelt werden können. Alternativ kann der Beschleunigungssensor mit einem Außenring des Lagers befestigt sein und dadurch mit dem Rad mitdrehend ausgeführt sein.
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Vorzugsweise ist das Lager als Wälzlager, insbesondere Kugellager, ausgestaltet, wobei das Lager einen begrenzt zu einem Außenring verkippbaren Innenring aufweist. Eine Mittelachse des Innenrings kann dadurch im Rahmen der relativen Verkippbarkeit des Innenrings auch bei Schräglagen des Zweirads im Wesentlichen horizontal ausgerichtet sein, so dass ein entsprechend großer Anteil der an dem Rad angreifenden Beschleunigungskräfte in vertikaler Richtung an dem Innenring angreifen. Der Beschleunigungssensor kann dadurch auch bei Schräglagen ein hinreichend großes Signal detektieren.
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Besonders bevorzugt weist der Beschleunigungssensor mehrere in Umfangsrichtung hintereinander angeordnete Sensorelemente auf. Die Auflösung des Beschleunigungssensors in Umfangsrichtung kann dadurch verbessert werden. Zudem kann ein zu überwachender Umfangswinkelbereich genauer begrenzt werden.
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Insbesondere ist vorgesehen, dass ein Messbereich des Beschleunigungssensors sich über einen Messumfangswinkelbereich Δα erstreckt, wobei der Messumfangswinkelbereich Δα größer als ein Deformationsumfangswinkelbereich Δβ des auf einem Untergrund deformierten Rads ist. Der Messumfangswinkelbereich ist insbesondere geringfügig größer als der Deformationsumfangswinkelbereich, beispielsweise um 1% bis 5% oder bis 10%. Der Beschleunigungssensor kann dadurch den gesamten Umfangswinkelbereich abtasten, in dem ein Abrollen des Rads mit einer damit verbundenen elastischen Deformation am Untergrund erfolgt. Nicht durch Fahrbahnunebenheiten des Untergrunds verursachte Einflüsse außerhalb des Deformationsumfangswinkelbereichs auf das Messsignal können dadurch weitgehend minimiert werden.
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Vorzugsweise ist eine mit dem Beschleunigungssensor gekoppelte Auswerteeinheit zur Beurteilung einer Fahrbahnbeschaffenheit in Abhängigkeit der von dem Beschleunigungssensor detektierten Signale vorgesehen, wobei die Auswerteeinheit ausgestaltet ist aus den detektierten Signalen des Beschleunigungssensors einen Deformationsbeginn des Rads auf einem Untergrund während eines Abrollens und ein Deformationsende des Rads auf dem Untergrund zu ermitteln und aus den detektierten Signalen des Beschleunigungssensors zwischen dem Deformationsbeginn des Rads und dem Deformationsende des Rads die Fahrbahnbeschaffenheit zu beurteilen. Die Fahrbahnbeschaffenheit kann dadurch mit einer hohen Genauigkeit und Verlässlichkeit detektiert werden und insbesondere in einem mit der Auswerteeinheit verbundenen Fahrassistenzsystem berücksichtigt werden.
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Die Erfindung betrifft ferner ein Zweirad, insbesondere Motorrad, mit einem mit Hilfe einer Radlageranordnung, die wie vorstehend beschrieben aus- und weitergebildet sein kann, gelagerten Vorderrad und/oder einem mit Hilfe einer Radlageranordnung, die wie vorstehend beschrieben aus- und weitergebildet sein kann, gelagerten Hinterrad und einem mit dem Beschleunigungssensor der Radlageranordnung gekoppelten Fahrassistenzsystem, insbesondere Brems- und/der Stabilitätsassistenzsystem, zur automatischen Anpassung von Fahreigenschaften an eine Fahrbahnbeschaffenheit eines Untergrunds. Durch den am Lager angreifenden Beschleunigungssensor können auch in extremer Schräglage des Zweirads Fahrbahnunebenheiten kostengünstig und verlässlich detektiert werden. Die Fahrbahnbeschaffenheit kann dadurch mit einer hohen Genauigkeit und Verlässlichkeit detektiert werden und in dem mit der Auswerteeinheit verbundenen Fahrassistenzsystem berücksichtigt werden.
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Ein Aspekt der Erfindung betrifft ein Verfahren zur Detektion einer Fahrbahnbeschaffenheit eines Untergrunds, bei dem ein Verlauf eines in vertikaler Richtung an einem Lager zur Lagerung eines Rads eines Zweirads, insbesondere Motorrads, angreifenden Anteils von Beschleunigungskräften detektiert und ausgewertet wird. Hierbei wird die Erkenntnis ausgenutzt, dass auch in beliebigen Schräglagen des Zweirads die Kräfte des Rads über das mindestens eine Lager abgestützt werden und an dieser Stelle die durch Fahrbahnunebenheiten verursachten Beschleunigungskräfte in vertikaler Richtung verlässlich detektiert werden können.
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Insbesondere wird nur ein Verlauf der Beschleunigungskräfte während eines an einem Untergrund abrollender Punkts des Rads zur Detektion der Fahrbahnbeschaffenheit berücksichtigt. Dadurch wird im Wesentlichen nur ein Umfangswinkelbereich berücksichtigt, in dem ein Abrollen des Rads mit einer damit verbundenen elastischen Deformation am Untergrund erfolgt. Nicht durch Fahrbahnunebenheiten des Untergrunds verursachte Einflüsse außerhalb des Deformationsumfangswinkelbereichs auf das Messsignal können dadurch weitgehend minimiert werden.
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Vorzugsweise ist das Lager Teil einer Radlageranordnung, die wie vorstehend beschrieben aus- und weitergebildet sein kann. Durch den am Lager angreifenden Beschleunigungssensor können auch in extremer Schräglage des Zweirads Fahrbahnunebenheiten kostengünstig und verlässlich detektiert werden.
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Nachfolgend wird die Erfindung unter Bezugnahme auf die anliegenden Zeichnungen anhand bevorzugter Ausführungsbeispiele exemplarisch erläutert, wobei die nachfolgend dargestellten Merkmale sowohl jeweils einzeln als auch in Kombination einen Aspekt der Erfindung darstellen können. Es zeigen:
- 1: eine schematische Schnittansicht einer Radlageranordnung,
- 2: eine schematische Seitenansicht eines Teils eines Zweirads mit der Radlageranordnung aus 1 und
- 3: ein Vergleich von verschiedenartig gemessenen Beschleunigungssignalen bei verschiedenen Schrägstellungen des Zweirads aus 2.
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Die in 1 dargestellte Radlageranordnung 10 für ein, insbesondere motorisch und/oder elektrisch antreibbares, Zweirad weist eine mit einer Radgabel 12 befestigte drehbare oder feststehende Achse 14 auf, an der über beispielsweise zwei, insbesondere als Kugellager ausgestaltete, Lager 16 ein Rad 18 drehbar gelagert ist. An mindestens einem Lager 16, vorzugsweise an beiden Lagern 18, ist ein Beschleunigungssensor 20 angekoppelt. Beispielsweise weist der Beschleunigungssensor 20 mehrere in einem begrenzten Umfangswinkelbereich in Umfangsrichtung hintereinander angeordnete Dehnungsmessstreifen auf, die vorzugsweise durch vertikale Beschleunigungskräfte verursachte mechanische Spannungen in einem Innenring des Lagers 18 detektieren. Die während eines Abrollens des Rads auf einem Untergrund 22 auftretenden vertikalen Beschleunigungskräfte sind in der Regel durch Fahrbahnunebenheiten verursacht, so dass ein Messsignal 24 des Beschleunigungssensors 20 in einer nicht dargestellten Auswerteeinheit zur Beurteilung der Fahrbahnbeschaffenheit ausgewertet werden kann, um in einem Fahrassistenzsystem adäquat berücksichtigt zu werden.
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Wie in 2 dargestellt, kann der Beschleunigungssensor 20 die Beschleunigungskräfte in einem Messumfangswinkelbereich Δα detektieren, der mit etwas Sicherheit in Umfangsrichtung einen Deformationsumfangswinkelbereich Δβ, in dem das Rad 18 auf dem Untergrund 22 elastisch deformiert wird, vollständig abdeckt. Vor einem auch als „Trample point“ bezeichneten Deformationsbeginn 26, an dem ein betrachteter Punkt am Umfang des Rads 10 auf dem Untergrund 22 auftrifft und nach einem auch als „Kick point“ bezeichneten Deformationsende 28, an dem der betrachteter Punkt am Umfang des Rads 10 von dem Untergrund 22 abhebt, ergeben sich unregelmäßige Signale. Zwischen dem Deformationsbeginn 26 und dem Deformationsende 28, die jeweils durch einen gut detektierbaren Sprung im Messsignal 24 erkannt werden können, ergibt sich ein Signal, das im Wesentlichen nur von der Fahrbahnbeschaffenheit des Untergrunds 22 abhängt.
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Wie in 3 dargestellt, ist das am Lager 16 abgegriffene Messsignal 24 bei verschiedenen Schrägstellungen des Rads 18 im Wesentlichen gleichartig. Ein mittig innerhalb des Reifen des Rads 18 angeordneter Beschleunigungssensor würde jedoch bei einer ansteigenden Schräglage des Rads 18 immer weiter außerhalb eines am Untergrund 22 deformieren Bereichs des Rads 18 ankommen, so dass ein von diesem Beschleunigungssensor detektiertes Vergleichsignal 30 immer schwächer und immer schwerer interpretierbarer wird. Im Vergleich zu einem im Reifen des Rads 18 angeordneten Beschleunigungssensor kann der am Lager 18 angreifende Beschleunigungssensor 20 ein deutlich präziseres und verlässlicheres Messsignal 24 generieren.
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Bezugszeichenliste
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- 10
- Radlageranordnung
- 12
- Radgabel
- 14
- Achse
- 16
- Lager
- 18
- Rad
- 20
- Beschleunigungssensor
- 22
- Untergrund
- 24
- Messsignal
- 26
- Deformationsbeginn
- 28
- Deformationsende
- 30
- Vergleichsignal
- Δα
- Messumfangswinkelbereich
- Δβ
- Deformationsumfangswinkelbereich
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102013225586 A1 [0002]
