DE112017005272T5

DE112017005272T5 - Inertiale Messeinheit des Kraftrads

Info

Publication number: DE112017005272T5
Application number: DE112017005272.6T
Authority: DE
Inventors: Alexey Valerievich KRYLATOV
Original assignee: Obshchestvo S Ogranichennoi Otvetstvennostyu "gyrobayk"; Obshchestvo S Ogranichennoi Otvetstvennostyu Gyrobayk
Current assignee: Obshchestvo S Ogranichennoi Otvetstvennostyu "gyrobayk"; Obshchestvo S Ogranichennoi Otvetstvennostyu Gyrobayk
Priority date: 2016-10-18
Filing date: 2017-10-17
Publication date: 2019-08-14
Also published as: WO2018074949A1; US10689047B2; JP2019532299A; RU2637713C1; US20190233039A1; JP7072262B2

Abstract

Die Erfindung gehört zum Bereich vom Fahrzeugbau, insbesondere zu den gyrostabilisierten Krafträdern, hauptsächlich Motorrädern. Aufgabe der Erfindung: Inertiale Messeinheit des Kraftrades, vorzugsweise des Motorrads, ist in Form eines Gyroskops auf der Kardanaufhängung ausgeführt, der Außenring der Kardanaufhängung hat einen doppelseitigen axialen Scharniergelenk mit dem Fahrzeugrahmen, wobei die Achse dieses Gelenks entlang der Fahrzeuglängsachse gerichtet ist, der Innenring der Kardanaufhängung hat einen doppelseitigen axialen Scharniergelenk mit dem Außenring, die Rotorwelle des Gyroskops hat einen doppelseitigen axialen Scharniergelenk mit dem Innenring der Kardanaufhängung, wobei die Achsen aller drei Scharniergelenke zueinander senkrecht stehen, intertiale Messeinheit hat dabei ein Mittel zum Verriegeln der Drehung des Außenrings um die Achse ihres Scharniergelenks mit dem Fahrzeugrahmen. Gemäß dem Vorschlag wurde die inertiale Messeinheit auf das Hinterradpendel platziert und verfügt über eine Vorrichtung zum Blockieren der Drehung des Innenrings um die Achse seines Scharniergelenks mit dem Außenring, und jede Verriegelungsvorrichtung ist dabei in Form eines Servomotors ausgeführt, der die Zwangsdrehung des entsprechenden Rings auf Befehl des Mikrocontrollers ermöglicht, der mindestens die Geschwindigkeit und die zulässigen Neigungswinkel des Fahrzeugs steuert, und zum Innenring auf der Achse des Scharniergelenks mit der Rotorwelle ist ein zusätzliches Gewicht angebracht.

Description

TECHNISCHES GEBIET
Die Erfindung gehört zum Bereich vom Fahrzeugbau, insbesondere zu den gyrostabilisierten Krafträdern, hauptsächlich Motorrädern.
BISHERIGER STAND DER TECHNIK
Bisher ist das Fahrzeug mit inertialer Messeinheit bekannt [Patent US Nr. 8918239 B2 ], dessen inertiale Messeinheit wenigstens 2 im Einheitsrahmen axial installierte unfreie Gyroskope (mit zwei Bewegungsfreiheitsgraden) enthält. Jedes Gyroskop hat einen Rotor, dessen Achse durch Scharnier mit dem Ring verbunden ist, der mit dem Rahmen durch Scharnier verbunden ist. Die Stabilität dieses zweirädrigen Fahrzeugs wird durch den gyroskopischen Effekt gesichert, der durch die Drehung dieser beiden unfreien Gyroskope im Rahmen entsteht. Die Fahrzeuggeschwindigkeit, die Rotordrehzahl der Gyroskope und der Auslenkwinkel des Vorderrades werden durch elektronische Sensoren überwacht. Der Nachteil dieses Gyroskops besteht darin, dass die Elektronik fürs Kurvenfahren in hoher Geschwindigkeit die Drehzahl des/der Gyroskops(e) reduziert, d.h. die Stabilität des Fahrzeugs verringert, um die Rahmenneigung ins Innere der Drehung zu ermöglichen.
Es ist auch ein anderes Fahrzeug [Anmeldung DE Nr. 102013200020 A1 ] auch mit zwei Gyroskopen, deren Drehachse in der Ausgangsstellung parallel sind, bekannt. Jedes Gyroskop ist mit dem Rahmen montiert, der zur Fahrzeugkarosserie mit einer Möglichkeit der Zwangsdrehung um die Achse senkrecht zur Fahrzeuglängsachse angelenkt ist. Gyroskope drehen sich in verschiedene Richtungen und in einer regelmäßigen Situation ebnet sich Kreiseleffekt ein. Beim Schleudern (Gieren), nämlich bei der unkontrollierten Drehung eines Fahrzeugs um eine vertikale Achse, drehen spezielle Elektromotoren (Servomotoren) jeden, auf dem Signal des Mikrocontrollers, nach dem speziellen Algorithmus, wodurch sich der Kreiseleffekt bemerkbar macht, der das Fahrzeugs in eine Beharrungsstellung zurückbringt. Diese technische Lösung ist für die Lösung nur einziges Problem ausgerechnet, nämlich die Ausschließung von Schleudern eines Balancefahrzeugs (Motorrads) bei der ziemlich hohen Geschwindigkeiten. Die Anwendung der Gyrostabilisierung wird in anderen möglichen Situationen, wie beispielsweise beim Kurvenfahrten, Fahren mit niedrigen Geschwindigkeiten, nicht berücksichtigt.
Als Prototyp wurde eine inertiale Messeinheit des Kraftrads gewählt [Patent RU Nr. 2546036 C1 , MΠK B60P1/36, op. 10.02.2003.], die in Form des Gyroskops auf der Kardanaufhängung ausgeführt wurde. Der Außenring der Kardanaufhängung hat doppelseitigen axialen Scharniergelenk mit dem Rahmen des Fahrzeugs, wobei die Achse dieses Gelenks entlang der Fahrzeuglängsachse gerichtet ist, der Innenring der Kardanaufhängung hat einen doppelseitigen axialen Scharniergelenk mit dem Außenring, die Rotorwelle des Gyroskops hat einen doppelseitigen axialen Scharniergelenk mit dem Innenring der Kardanaufhängung, wobei die Achsen aller drei Scharniergelenke zueinander senkrecht stehen, Außenring der Kardanaufhängung gilt als Bock für den Fahrer, und inertiale Messeinheit hat dabei ein Mittel zum Verriegeln der Drehung des Außenrings um die Achse ihres Scharniergelenks mit dem Fahrzeugrahmen. Die Drehung des zweirädrigen Fahrzeugs mit hoher Geschwindigkeit erfolgt durch seine Neigung in Drehrichtung ohne Hilfe des Lenkrads. Inertiale Messeinheit bewahrt die horizontale Ausrichtung der Stützen und Beine des Fahrers und ermöglicht dem Fahrer, die Stabilität des Fahrzeugs durch die Reaktion der Beine und des Körpers zu steuern. Beim befestigten Außenring senkrecht zum Rahmen wird die Stabilität des gesamten Fahrzeugs ohne Mitwirkung des Fahrers gesichert. Wie in der Beschreibung der Erfindung erwähnt ist, hängen Handhabung und Leistung nur von den Fähigkeiten des Fahrers ab, aber es ist zu beachten, dass die notwendigen Fähigkeiten meistens spezifisch sind, wie z.B. auf einer kreiselstabilisierten Plattform stehend das Fahrzeug mit hoher Geschwindigkeit beim Kurvenfahren neigen können. Darüber hinaus ist Reaktion des Fahrers offensichtlich langsamer als elektronische Geschwindigkeit.
BEKANNTWERDEN DER ERFINDUNG
Die Aufgabe der Erfindung - Aufbau der inertialen Messeinheit des Kraftrads, die in möglichst vielen Fahrtbetrieben eingesetzt werden kann und die Handlungen des Fahrers korrigieren oder begrenzen kann, welche zu einem Notfall führen können. Die Erfinder haben sich die Möglichkeit der Installation der inertialen Messeinheit sowohl bei den bestehenden als auch bei den neuen Motorradmodellen unter Berücksichtigung der minimalen Änderungen und Modifikationen des Designs zur Aufgabe gesetzt.
Angegebene Aufgabe löst man durch inertiale Messeinheit des Kraftrades, vorzugsweise des Motorrads, die in Form eines Gyroskops auf der Kardanaufhängung ausgeführt ist, der Außenring der Kardanaufhängung hat einen zweiseitigen axialen Scharniergelenk mit dem Fahrzeugrahmen, wobei die Achse dieses Gelenks entlang der Fahrzeuglängsachse gerichtet ist, der Innenring des Gyroskops hat einen doppelseitigen axialen Scharniergelenk mit dem Außenring, die Rotorwelle des Gyroskops hat einen doppelseitigen axialen Scharniergelenk mit dem Innenring der Kardanaufhängung, wobei die Achsen aller drei Scharniergelenke zueinander senkrecht stehen, inertiale Messeinheit hat dabei ein Mittel zum Verriegeln der Drehung des Außenrings um die Achse ihres Scharniergelenks mit dem Fahrzeugrahmen. Gemäß dem Vorschlag wurde die inertiale Messeinheit auf das Hinterradpendel platziert und verfügt über eine Vorrichtung zum Blockieren der Drehung des Innenrings um die Achse ihres Scharniergelenks mit dem Außenring, und jede Verriegelungsvorrichtung ist in Form eines Servomotors ausgeführt, der die Zwangsdrehung des entsprechenden Rings auf Befehl des Mikrocontrollers ermöglicht, der die Geschwindigkeit und die zulässigen Neigungswinkel des Fahrzeugs steuert, und zum Innenring auf der Achse des Scharniergelenks mit der Rotorwelle ist ein zusätzliches Gewicht angebracht.
Figurenliste
Die angemeldete Erfindung wird durch Zeichnungen veranschaulicht.

Auf ist ein Schnitt der inertialen Messeinheit dargestellt.
Auf ist eine Ansicht des Pendels des Fahrzeugs (Motorrads) mit der inertialen Messeinheit dargestellt.
Auf sind schematische Zeichnungen des Fahrzeugs vor (A) und nach der Installation (B) der inertialen Messeinheit dargestellt.
Auf zeigt ein Vergleichsdiagramm der Funktion der angemeldeten inertialen Messeinheit (A) und inertiale Messeinheit Prototyp (B) beim Anstieg.
Auf ist ein Vergleichsdiagramm der Funktion der erfindungsgemäße inertiale Messeinheit (A) und inertiale Messeinheit Prototyp (B) beim Drehen dargestellt.

Inertiale Messeinheit 1 stellt sich ein Gyroskop 2 an der Kardanaufhängung dar, Außenring 3 der Kardanaufhängung hat doppelseitigen axialen Scharniergelenk mit dem Rahmen (des Pendels) 4 des Fahrzeugs, wobei die Achse dieses Gelenks entlang der Fahrzeuglängsachse 5 gerichtet ist, der Innenring 6 der Kardanaufhängung hat einen doppelseitigen axialen Scharniergelenk mit dem Außenring 3, die Rotorwelle des Gyroskops 2 hat doppelseitigen axialen Scharniergelenk mit dem Innenring 6 der Kardanaufhängung, wobei die Achsen aller drei Scharniergelenke zueinander senkrecht stehen. Jeder der Ringe 3 und 6 ist mit den Servomotoren 7 und 8 verbunden, die wiederum mit dem Mikrocontroller 9, z.B. mit der Sensorsteuerung 10, verbunden sind. Auf dem Innenring 6 ist zusätzliches Gewicht 11 auf der Scharniergelenkachse mit der Rotorwelle 11 befestigt. Antrieb des Gyroskops 2 hat eine Elektromotor 12.
AUSFÜHRUNG DER ERFINDUNG
Inertiale Messeinheit funktioniert wie folgt.
Das Gyroskop 2 kann erst nach dem Drehen des Zündschlüssels gestartet werden. Das Handrad (Gyroskop) 2 dreht sich je nach seinem Durchmesser und Gewicht ca. 6-10 Sekunden, was wiederum von der Größe und dem Gewicht des Fahrzeugs (Motorrad) 5 abhängt. In dieser Etappe gibt es keine Ringsicherung 3 und der Kardanaufhängungssicherung 6. Dann nimmt der Fahrer (Pilot) das Motorrad 5 von der Fußstütze und stellt es in die vertikale Lage. Gleichzeitig bringt der Servomotor 7 den Ring 3 in die horizontale Lage und verriegelt (sicher) ihn in dieser Position. Dementsprechend übergeht die inertiale Messeinheit 1 in einen nicht freien Zustand (mit zwei Freiheitsgraden) mit einer instabilen Koordinate (die Position des Motorrads in der Längsvertikalebene). Nach dem ersten Thomson-Tet-Tschetajew-Satz kann die Gyrostabilisierung nur bei einer geraden Anzahl von instabilen Koordinaten erreicht werden, und die zweite Koordinate des Systems (Ringdrehwinkel 6) soll auch instabil sein [Siehe z.B.: Merkin D.R. Einführung in die Theorie der Fahrstabilität Lehrbuch, Handbuch für Hochschulen. -3. Auflage, überarbeitet. und zugelassen. - M:. Nauka Hauptredaktion - Physikmathematische Literatur, 1987, S.. 180-182]. Dementsprechend dreht der Servomotor 8 den Ring 6 so, dass das Gewicht 11 im oberen Teil platziert wird und es in dieser Position hält. Beim Aufdrehen des Gyroskops 2 bis Sollwerte passiert Gyrostabilisierung des Fahrzeugs 5 in der vertikalen Position. In diesem Betrieb kann die Geschwindigkeit des Fahrzeuges 5 von 0 bis ca. 10 km /St. variieren. In anderen Fahrtbetrieben erfolgt vollständige Deblockieren des Ringes 3 nicht (im Gegensatz zum Prototyp). Beim Bergauffahren oder Bergabfahren, Fahrt über holperige Straße, oder Straße mit Glibber auf dem Signal des Mikrocontrollers 9 erfolgt eine ständige Anpassung der Ringpositionen 3 und 6. Beispielsweise beim Bergauffahren ( Servomotoren verharren die horizontale Position des Ringes 3 und die entsprechende Position des Rings 6. Bei der Funktion nach dem Prototypenschema nimmt der gyroskopische Effekt ab ( . Bei Bedarf können die Gyroskopringe für die Vermeidung mittels Gyrostabilisierung das Schleudern (Gieren) in Analoge zur Analog-Lösung so aufgestellt werden [Anfrage DE Nr. 102013200020 A1 ]. Auf Befehl des Mikrocontrollers 9 (gemäß den Daten verschiedener Sensoren) kann die inertiale Messeinheit 1 auch den höchstmöglichen Neigungswinkel des Fahrzeugs 5 beim Kurvenfahren abhängig von den Eigenschaften des Fahrzeugs, den Straßenbedingungen, den Wetterkonditionen etc. sichern (begrenzen). Es ist möglich, einzelne Parameter der Funktion des Mikrocontrollers 9 vorzuinstallieren, komplementäre Funktionen über die Station der Sensorsteuerung 10 zu deaktivieren und zu aktivieren.
Der Grund der Aufstellung der inertialen Messeinheit auf dem Pendel 4 des Hinterrads liegt in erster Linie darin, dass dies der einzige Ort ist, an dem man den Stabilisator ohne Änderung des vorhandenen Rahmens des Fahrzeugs (Motorrads) 5 installieren kann, das eine vom Chefkonstrukteur und dem Management des Herstellers genehmigte vorausberechnete geometresche Parameter hat. Nach den vorläufigen Einschätzungen wird die Achsstanddehnung des Motorrads 5 nach dem Einbau der inertialer Messeinheit 1 auf dem modernisierten Pendel 4 20 cm betragen ( .) Es gibt noch einen zweiten Faktor, der das Rollmanöver beeinflusst - es ist die nicht mittige Position der inertialen Messeinheit 1, sondern viel näher zur Hinterachse des Motorrads 5. Die inertiale Messeinheit 1 leistet eine Auswirkung auf das Pendel 4, das zum Rahmen oder Motor befestigt ist, aber sie dreht und richtet das Vorderrad, deswegen muss man stabilisierenden Einfluss darauf in geringerem Maße auswirken und es ist beim Verschieben von dem Achsenzentrum zum Hinterrad möglich, ohne das Halten von der inertialen Messeinheit 1 Senkrechte oder die vorgegebene Abweichung zu stören. Werden diese Faktoren beachtet, wird das Fahrzeug 5 bei niedrigen Geschwindigkeiten stabil und gleichzeitig manövrierfähiger wie nie zuvor ( .)
GEWERBLICHE NUTZBARKEIT
Gelebte Umsetzung der angemeldeten Erfindung ist eine naheliegende Aufgabe für einen durchschnittlichen Spezialisten auf dem betreffenden technischen Gebiet.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

US 8918239 B2 [0002]
DE 102013200020 A1 [0003, 0009]
RU 2546036 C1 [0004]

Claims

Inertiale Messeinheit des Kraftrades, vorzugsweise des Motorrads, ist in Form eines Gyroskops auf der Kardanaufhängung ausgeführt ist, der Außenring der Kardanaufhängung hat einen zweiseitigen axialen Scharniergelenk mit dem Fahrzeugrahmen, wobei die Achse dieses Gelenks entlang der Fahrzeuglängsachse gerichtet ist, der Innenring der Kardanaufhängung hat einen doppelseitigen axialen Scharniergelenk mit dem Außenring, die Rotorwelle des Gyroskops hat einen doppelseitigen axialen Scharniergelenk mit dem Innenring der Kardanaufhängung, wobei die Achsen aller drei Scharniergelenke zueinander senkrecht stehen, inertiale Messeinheit hat dabei ein Mittel zum Verriegeln der Drehung des Außenrings um die Achse ihres Scharniergelenks mit dem Fahrzeugrahmen, dadurch gekennzeichnet, dass sie auf dem Hinterradpendel angeordnet ist und eine Vorrichtung zum Blockieren der Drehung des Innenrings um die Achse seines Scharniergelenks mit dem Außenring aufweist, und jede Verriegelungsvorrichtung in Form eines Servomotors ausgeführt ist, der die Möglichkeit der Zwangsdrehung des entsprechenden Rings auf Befehl des Mikrocontrollers vorsieht, der mindestens die Geschwindigkeit und die zulässigen Neigungswinkel des Fahrzeugs steuert, und am Innenring auf der Achse des Scharniergelenks mit der Rotorwelle ein zusätzliches Gewicht angebracht ist.