DE19951195C2 - Einrichtung zur Erfassung der Richtungsänderung bei Zweiradfahrzeugen - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Einrichtung zur Erfassung der Richtungsänderung bei Zweiradfahrzeugen.

Die Fahrtrichtungsanzeiger von Kraftfahrzeugen werden vom Fahrzeugführer manuell eingeschaltet. Bei PKW und LKW wird durch entsprechend ausgeführte Mitnehmerkontakte an der Lenksäule beim Zurückdrehen der Lenksäule der Fahrtrichtungsanzeiger zurückgesetzt. Bei zweirädrigen Fahrzeugen ist der Lenkeinschlag gering, da die Kurvenfahrt im wesentlichen durch die Gewichtsverlagerung und die damit verbundene Schräglage des Fahrzeugs erzielt wird. Aus diesem Grund wird bei Zweiradfahrzeugen der Fahrtrichtungszeiger manuell oder bei aufwendigeren Fahrzeugen nach Weg-Zeitkriterien ausgeschaltet. Der im PKW übliche Komfort der automatischen Rückstellung konnte bislang nicht erreicht werden. Zusätzlich erfordert die Bedienung des Fahrtrichtungsanzeigers bzw. die Kontrolle der korrekten Arbeitsweise der automatischen Rückstellung nach Weg- Zeitkriterien vom Fahrzeugführer eine Kontrolle und lenkt von der Verkehrssituation ab. Eine zuverlässige automatische Rückstellung des Fahrtrichtungsanzeigers wäre deshalb auch für Zweiradfahrzeuge eine sinnvolle Einrichtung.

Aus Patents Abstracts of Japan. M-938 February 20, 1990 Vol. 14/No. 91 ist eine Einrichtung zur Erfassung der Richtungsänderung bei Fahrzeugen bekannt, bei der ein Sensor mit einem Mikroprozessor gekoppelt ist, der die Bewegungsänderung am Ende des Abbiegevorgangs erfaßt, wobei der Sensor senkrecht zur Fahrtrichtung verlaufende Änderungen der Fahrzeugbewegung erfaßt, die auf den Mikroprozessor übertragen werden, und durch Auswertung von Sensor-Informationen erkennt, ob es sich um einen vollendeten Abbiegevorgang handelt, und abhängig davon die Rückstellung des Fahrtrichtungsanzeigers auslöst.

Für eine Anwendung dieser bekannten Einrichtung bei einem Zweiradfahrzeug gibt die DE 296 15 108 U1 einen Hinweis. Dabei steht die Meßachse eines Sensors bei Geradeausfahrt senkrecht zur Fahrzeuglängsachse und bei ebener Fahrbahn parallel zur Fahrbahnoberfläche.

Einen Hinweis auf die Verwendung eines Beschleunigungssensors gibt die DE 33 23 952 A1.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Einrichtung der angegebenen Gattung zu schaffen, mit der dem Fahrzeugführer eines Zweirades der in der PKW-Technik übliche Komfort einer zuverlässigen automatischen Rückstellung der Fahrtrichtungsanzeige mit relativ einfachen Mitteln zur Verfügung gestellt werden kann.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale des Patentanspruchs 1 bzw. des Patentanspruchs 2 gelöst.

Zweckmäßige Weiterbildungen sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.

Mit der erfindungsgemäßen Einrichtung wird die Schräglage bzw. die Änderung der Schräglage zu Beginn und am Ende des Abbiegevorganges mit Beschleunigungs- und/oder Neigungssensoren gemessen und ausgewertet. Beschleunigungs- (sog. Accellerationssensoren) und Neigungssensoren können gleichwertig eingesetzt werden. Für die Auswahl der Sensoren, deren Anordnung und die Auswertung der Signale sind Randbedingungen zu beachten, die anhand der Zeichnungen erläutert werden. Dabei zeigt

Fig. 1a schematisch ein Motorrad bei Geradeausfahrt,

Fig. 1b schematisch das Motorrad bei einer Kurvenfahrt,

Fig. 2a schematisch eine Seitenansicht des Motorrades,

Fig. 2b verschiedene Positionen des Sensors,

Fig. 3 die Orientierung von Meßachsen,

Fig. 4a einen Sensor mit zwei Libellen und

Fig. 4b eine andere Ausführungsform der Libelle.

In Fig. 1a ist ein Motorrad bei einer Geradeausfahrt und in Fig. 1b bei einer Kurvenfahrt dargestellt.

Wird ein Beschleunigungssensor, der die Beschleunigung senkrecht zur Bewegungsrichtung mißt (Meßachse 1 in der Nähe des Schwerpunktes 2 verschoben), starr mit dem Rahmen verbunden, so zeigt der Sensor während der Geradeaus- und der Kurvenfahrt keine bzw. nur kleine Beschleunigungen an, da die Kräftebilanz ausgeglichen ist. Wird das Fahrzeug beschleunigt oder abgebremst, so wirkt auch diese Beschleunigung senkrecht zur Meßachse und wird daher nicht angezeigt. Der Gleichgewichtszustand wird nur zu Beginn oder am Ende einer Kurvenfahrt durch eine Gewichtsverlagerung und damit verbundenen Änderungen der Neigung des Fahrzeuges gestört. Ein Neigungs- oder Beschleunigungssensor, der Beschleunigungen in der Meßachse 1 in der Nähe des Schwerpunktes detektiert, würde also im Idealfall nur bei der Änderung der Fahrzeugneigung ein Meßsignal liefern. Gleichwohl wäre dies eine Möglichkeit, den Abbiegevorgang zu detektieren. In der Praxis stellt man fest, daß die Kräftebilanz während der Kurvenfahrt bei der Wahl dieser Meßpositionen nicht vollkommen ausgeglichen ist. Deshalb kann auch an einer solchen Stelle die Neigung des Fahrzeuges während der Kurvenfahrt festgestellt werden, wenn auch die Meßsignale klein sind.

Wesentlich günstiger ist es, den Sensor starr mit der Lenkeinheit des Fahrzeuges zu verbinden. Die gestrichelte Linie 1 deutet die Meßachse des Sensors an. Die Bilanz der Kräfte, die an dem Sensor angreifen, ist zunächst genauso ausgeglichen, wie vorher im Schwerpunkt des Fahrzeuges (wie man über den Drehmomenterhaltungssatz leicht zeigen kann). Bei der Geradeausfahrt wirkt die Gravitationskraft 3 senkrecht auf die Meßachse 1 des Beschleunigungssensors. Der Sensor zeigt damit keine Beschleunigungen an. Bei einer Kurvenfahrt (siehe Fig. 1b) erzeugt die Gewichtskraft 3 eine Kraftkomponente 3a in Richtung der Meßachse 1 des Beschleunigungssensors. Diese Kraftkomponente wird durch die dementsprechende Komponente 4a der Zentrifugalkraft 4 kompensiert.

Während der Geradeausfahrt steht die Sensorachse 1 senkrecht zur Fahrzeuglängsachse 7 und damit bei einer ebenen Fahrbahn parallel zur Fahrbahnoberfläche. Durch die übliche Neigung 8 (siehe Fig. 2a) der Lenkerachse 5 gegen die Fahrzeuglängsachse 7 wird bei einer Neigung des Fahrzeuges die Meßachse 1 stärker geneigt (1'). Dementsprechend ist die Kräftebilanz für diese Meßachse nicht mehr ausgeglichen. Man erhält ein eindeutig detektierbares Meßsignal, aus dem man die Neigung des Fahrzeuges detektieren kann. Besonders vorteilhaft ist es deshalb, den Sensor starr mit dem Lenker zu verbinden.

Der Sensor könnte auch tiefer oder höher angebracht sein, ohne daß sich hieran etwas ändert. Die Meßachse sollte aber in einer Ebene senkrecht zur Fahrtrichtung angeordnet sein, damit das Meßsignal von der Beschleunigung des Fahrzeuges in Fahrtrichtung unabhängig ist.

Die Meßachse sei starr mit dem Lenker verbunden, befinde sich gemäß Fig. 2b beispielsweise vor der Drehachse 5 des Lenkers, aber wieder in einer Ebene senkrecht zur Fahrzeug­ bewegung 6.

Durch die Bewegung des Lenkers um die Drehachse 5 wird eine zusätzliche Zentrifugalbeschleunigung erzeugt, die senkrecht zur Drehachse steht. Diese Beschleunigung ist um so größer, je weiter der Sensor von der Drehachse entfernt ist. In Fig. 2b sind verschiedene Positionen 9, 10, 11, 11' des Sensors auf der Meßachse 1 mit den durch eine Lenkerdrehung verursachten Zentrifugalbeschleunigungen 12 angegeben. In der Position 10 direkt vor der Drehachse ist die angezeigte Beschleunigung minimal. Null wäre die Beschleunigung direkt über der Drehachse 5. Eine Position des Sensors in der Nähe der Lenkerdrehachse 5 ist dann besonders günstig, wenn der Sensor starr mit dem Lenker verbunden wird.

Ist die Sensorachse wieder fest mit dem Lenker verbunden und verwendet man zwei Sensoren, die in komplementären Positionen 11 und 11' symmetrisch zur Drehachse 5 angeordnet sind, so verursacht die Lenkerdrehung Beschleunigungen gleicher Höhe aber mit unterschiedlichem Vorzeichen. Addiert man diese Signale, so kann man den Einfluß der Zentrifugalkraft, die durch die Lenkerdrehung erzeugt wird, ebenfalls unterdrücken. Nachteilig bei dieser Anordnung ist aber, daß die Sensoren einen größeren Meßbereich vorweisen müssen.

Koppelt man diese Messung mit einem Komparator, bzw. verwendet man einen Beschleunigungssensor, der erst beim Überschreiten einer vorgegebenen Beschleunigung sein Ausgangssignal ändert, so läßt sich dieses Signal mit einer einfachen Logikschaltung auswerten. Um Links- und Rechtsneigungen detektieren zu können, muß man dann zwei Komparatoren verwenden oder einen entsprechend ausgeführten Komparator-Beschleunigungssensor einsetzen, der drei Schaltzustände anzeigt (Links-, Rechtsneigung, Senkrechte). Zweckmäßig ist es, in die Auswertelogik auch die an einem Motorrad meist nicht vorhandene Warnblinkvorrichtung zu integrieren.

Nullpunktdetektionen lassen sich in der Regel sehr genau und oft auch sehr einfach vornehmen. Verwendet man entsprechende Komparator-Anordnungen, die aufgrund ihrer Bauart die Schaltschwelle im Nullpunkt haben - also das Vorzeichen der Beschleunigung detektieren sollen - so kann man die geforderte Schaltschwelle dadurch einstellen, daß man die Meßachse 1' des Beschleunigungssensors gegen die eigentliche Meßachse 1 neigt (Fig. 3). Dadurch zeigt der Sensor in der Gleichgewichtslage eine Beschleunigung an, und nur bei entsprechender Neigung wird die resultierende Beschleunigung zu Null. In Fig. 3 ist die Orientierung der Meßachsen 1', 1" zweier Sensoren zur Meßachse 1 dargestellt.

Um nicht zusätzlich die Fahrzeugbeschleunigungen in Fahrtrichtung mitzumessen, sollten die Meßachsen 1', 1" in der Ebene senkrecht zur Fahrzeugbewegung gewählt werden. Eine besonders kostengünstige Ausführungen zeigt Fig. 4a. In diesem Beispiel hat der Sensor zwei Libellen 20, 20'. Die Lage der Blase 21 in der Libelle wird über Lichtschranken 14, 15 detektiert. Durch die geneigte Anordnung der Libelle gegen die Meßachse spricht die Lichtschranke erst beim Überschreiten einer gewissen Neigung an.

Fig. 4b zeigt eine Libelle mit einer starken Krümmung 16 des Gefäßes. Die jeweilige Lichtschranke detektiert die Blase 20 erst bei einer entsprechend starken Neigung der Meßachse. Wenn die Lichtschranke ein Komparatorsignal erzeugt, so zeigt diese Anordnung Ausgangssignale für Links-, Rechtsneigung und die Senkrechte.

Die hier aufgeführten Möglichkeiten zur Detektion eines Abbiegevorganges bei Zweiradfahrzeugen lassen sich auch auf andere Fahrzeuge (vier- und mehrrädige Fahrzeuge, PKW, LKW usw.) anwenden. In diesen Fällen, da keine starke Neigung der Fahrzeuge während der Kurvenfahrt zu erwarten ist, läßt sich dennoch mit den gleichen Sensoren, die bei einer Kurvenfahrt oder bei einem Abbiegevorgang entstehende Zentrifugalbeschleunigung und eine Kurvenfahrt eindeutig erfassen.

Bei dem Sensor nach Fig. 4a arbeiten die Libellen als Beschleunigungssensoren. Die in Fig. 4a gezeigte Anordnung mißt die Beschleunigung in einer Achse senkrecht zur Fahrtrichtung und parallel zur Hinterachse des Fahrzeuges. Wird z. B. bei einer Linkskurvenfahrt die Flüssigkeit der rechten Libelle 20' durch Zentrifugalkraft zum äußeren Ende des Libellenendes gedrückt, wobei die Gasblase gleichsam zum unteren Ende der gleichen Libelle vor die Lichtschranke rückt und mit Hilfe einer Komparator-/Logikschaltung ausgewertet wird.

Problematisch ist hier eine durch eventuell topologische Gegebenheit verursachte starke Fahrzeugneigung gegenüber dem Horizont, die ein Auslösen des Sensors hervorruft, ohne daß eine Kurvenfahrt erfolgt, weil in diesem Fall die Fahrbahnneigung vom Sensor erfaßt wird. Wählt man eine starke Neigung der beiden gegenüberliegenden Libellen (Fig. 4a), so wird eine Fehldetektion verhindert.

Wird ein als 2-achsiger Neigungssensor geschalteter Accellerationssensor (typisches Beispiel eines solchen Sensors ist der ADXL202 von ANALOG DEVICE) zur Auswertung einer Kurvenfahrt eingesetzt, so kann mit der Beobachtung der zweiten Achse die Fahrbahnneigung gegenüber dem Horizont erfasst werden, um die dadurch entstehenden Meßwertverfälschung in die Auswertung einfließen zu lassen und zu kompensieren.

Da die hier aufgeführten Sensoren Fahrzeugbewegungen erfassen, eignen sie sich gleichzeitig dazu, eine Kontrolle der Fahrzeugbewegung im abgestellten oder geparkten Zustand zu übernehmen. Eine durch abgezogenen Zündschlüssel aktivierte Auswerteschaltung oder eine am Fahrzeug angebrachte Aktivierungseinrichtung kann den Fahrzeugbenutzer vor Diebstahl warnen. Die hier beschriebenen Sensoren lassen eine Kombination aus automatischem Rückstellen der Blinker und einem Diebstahlschutzsystem zu.

Claims (5)

1. Rückstelleinrichtung für den Fahrtrichtungsanzeiger eines Zweiradfahrzeuges, bei der

• - ein Sensor mit zwei Libellen (20, 20') vorgesehen ist,
• - die Lage der zwei Blasen (21, 21') in den zwei Libellen (20, 20') mittels je einer Lichtschranke (14 bzw. 15) ermittelt wird,
• - der Sensor senkrecht zur Fahrtrichtung verlaufende Änderungen der Fahrzeugbewegung erfaßt,
• - die Ausgangssignale des Sensors einem Mikroprozessor zuführbar sind und
• - der Mikroprozessor durch Vergleich der Ausgangssignale mit implementierten Algorithmen erkennt, ob ein Abbiegevorgang beendet ist, und abhängig davon die Rückstellung des Fahrtrichtungsanzeigers auslöst.

2. Rückstelleinrichtung für den Fahrrichtungsanzeiger eines Zweiradfahrzeuges, bei der

• - ein Sensor mit einer einzigen Libelle (12) vorgesehen ist,
• - die Lage der Blase in der Libelle (12) mittels zweier Lichtschranken (14, 15) ermittelt wird,
• - die Libelle (12) eine stark gekrümmte Innenfläche des Gefäßes (16) aufweist,
• - der Sensor senkrecht zur Fahrtrichtung verlaufende Änderungen der Fahrzeugbewegung erfaßt,
• - die Ausgangssignale des Sensors einem Mikroprozessor zuführbar sind und
• - der Mikroprozessor durch Vergleich der Ausgangssignale mit implementierten Algorithmen erkennt, ob ein Abbiegevorgang beendet ist, und abhängig davon die Rückstellung des Fahrrichtungsanzeigers auslöst.

3. Einrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Sensor starr mit dem Lenker des Fahrzeugs verbunden ist.

4. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Meßachse (1) des Sensors bei Geradeausfahrt und bei gleichzeitig ebener Fahrbahn parallel zur Fahrbahnoberfläche liegt.

5. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, gekennzeichnet durch einen Komparator, der mit dem Sensor gekoppelt ist und der erst beim Überschreiten einer vorgegebenen Beschleunigung sein Ausgangssignal ändert.