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Die
vorliegende Erfindung betrifft ein Motorrad in Übereinstimmung mit dem Oberbegriff
des Hauptanspruchs.
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Bei
einem Motorrad, insbesondere einem Sportmotorrad, ist es bekannt,
dass zwei hauptsächliche
Faktoren die erzielbare Verzögerung
beschränken:
Der
erste betrifft die Reibung zwischen dem Radreifen und der Oberfläche (beispielsweise
Asphalt) auf welcher sich das Fahrzeug bewegt, und der zweite betrifft
die Neigung des Fahrzeugs, nach vorne zu kippen. In Hochleistungsmotorrädern stellt
das Kippen die hauptsächliche
Beschränkung
dar. Kippen tritt auf, wenn die Resultierende der Kräfte, die
auf das Motorradschwerkraftzentrum während des Bremsvorgangs einwirken
(d.h. die Bremskraft und diejenige Kraft, die sich aus dem Gewicht
des Fahrzeugs plus Fahrer ergibt), die Tragfläche in einem Punkt vor dem
Kontaktpunkt des Vorderrads mit dieser Oberfläche trifft. Kippen tritt nicht
auf, wenn diese Resultierende die Oberfläche zwischen dem Punkten trifft,
an denen die Vorder- und Hinderräder
mit dem Untergrund in Kontakt stehen.
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Mit
den bekannten "Geometrien" bekannter Motorradaufhängungs- bzw. Federungseinheiten,
bei denen die Räder
mit dem Rahmen über übliche elastische
Dämpferelemente
verbunden sind (wobei die vordere Einheit eine Reaktionsstange und
möglicherweise
eine Schwinge oder ein ähnliches
Element umfasst), findet während
des Bremsens eine progressive Übertragung
des kombinierten Gewichts aus Fahrzeug plus Fahrer in Richtung auf
das Vorderrad statt. Damit liegt eine "Absenk-" Wirkung des Motorrads vor und ein gleichzeitiges
Ausfahren der hinteren Aufhängungseinheit
und die Bewegung jeder Aufhängung
bzw. Federung führt
dazu, dass sich der Fahrzeugschwerpunkt verschiebt, wobei die Summe dieser
Bewegungen jedoch in einer nahezu Unbeweglichkeit des Schwerpunkts
(Schwerkraftzentrum) resultiert; wenn folg lich die Resultierende
der vorstehend genannten Kräfte,
angewendet auf diesen Schwerpunkt die Oberfläche oder den Untergrund vor
dem Kontaktpunkt des Vorderrads mit diesem Untergrund trifft (was
während
intensiven Bremsens häufig
der Fall sein kann und was als "an
die Grenze gehen" bezeichnet
wird), hebt das Hinterrad von dem Untergrund mit einer daraus folgenden
beträchtlichen
Motorradinstabilität
ab.
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Die
US 4,568,101 , auf welche
sich der Oberbegriff des Hauptanspruches bezieht, betrifft ein automatisches
Aufhängungs-
bzw. Federungssystem für
ein Fahrzeug, welches die Fahrzeugfahrhöhe absenkt, wenn das Fahrzeug
unterhalb einer vorbestimmten Geschwindigkeit betrieben wird, und
wenn das Fahrzeug sich in Ruhe befindet, so dass das Fahrzeug ein
tiefer liegendes Schwerkraftzentrum für ein besseres Gleichgewicht
und zu Gunsten einer besseren Besteigbarkeit aufweist. Das Fahrzeug wird
angehoben, wenn es über
der vorbestimmten Geschwindigkeit betrieben wird, um den Aufhängungsbewegungsweg
und den Abstand vom Untergrund zu vergrößern. Das Anheben und Absenken der
Aufhängung
bzw. Federung kann außerdem
abhängig
von Beschleunigungs- oder Verzögerungseigenschaften
oder einer Kombination hieraus mit der Fahrzeuggeschwindigkeit variiert
werden.
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Eine
Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein Motorrad mit
hoher Stabilität
während
des Bremsvorgangs zu schaffen, wobei ein rasches Fahrzeugbremsen
selbst bei hoher Geschwindigkeit ohne das Risiko erzielt werden
kann, dass sein Hinterrad abhebt.
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Eine
weitere Aufgabe besteht darin, ein Motorrad der vorstehend genannten
Art zu schaffen, welches im Gebrauch unter sämtlichen Bedingungen zuverlässig ist.
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Dem
Fachmann auf diesem Gebiet der Technik erschließt sich, dass diese sowie weitere
Aufgaben durch ein Motorrad in Übereinstimmung
mit den anliegenden Ansprüchen
gelöst
werden.
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Die
vorliegende Erfindung lässt
sich aus den anliegenden Zeichnungen besser verstehen, die in nicht
beschränkender
beispielhafter Weise angeführt sind;
es zeigen
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1 eine
schematische Darstellung des erfindungsgemäßen Motorrads;
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2 ein
Diagramm einer hinteren Aufhängungs-
bzw. Federungseinheit des Motorrads von 1, dargestellt
während
eines normalen ungebremsten Gebrauch des Fahrzeugs;
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3 ein
Diagramm der Aufhängungs-
bzw. Federungseinheit von 2, dargestellt
während
eines Bremsvorgangs des Motorrads von 1;
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4 eine
schematische Darstellung des Hydraulikkreises, der mit der Aufhängungs-
bzw. Federungseinheit von 2 und 3 verbunden
ist; und
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5 eine
schematische Darstellung der Steuerschaltung der Aufhängungs-
bzw. Federungseinheit von 2 und 3.
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Unter
Bezug auf die Figuren umfasst ein Motorrad 1 (sehr schematisch
dargestellt) einen stromlinienförmig
ausgebildeten Rahmen 2, der durch ein Hinterrad 4 und
ein Vorderrad 3 getragen ist. Eine übliche vordere Aufhängungs-
bzw. Federungseinheit 5 ist mit dem Rad 3 verbunden,
und eine Hinterradaufhängungs-
bzw. Federungseinheit 6 ist mit dem Rad 4 verbunden.
Das Hinterrad 4 ist mit dem Rahmen 2 über einen
oder mehrere Arme 8 verbunden (in 1 ist lediglich
ein Arm gezeigt). Die hintere Aufhängungs- bzw. Federungseinheit 6 kommt
zwischen dem Rahmen 8 und dem Rahmen 2, beispielsweise einem
Gitterrahmen zu liegen. Der Arm 8 ist mit einem Ende 9 an
der Nabe 10 des Rads 4 fest verbunden, und an
seinem gegenüberliegenden
Ende bei 12 am Rahmen 2 angelenkt.
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In
der erläuterten
Ausführungsform
umfasst die Aufhängungs- bzw. Federungseinheit 6 eine Schwinge 13,
die an einen Vorsprung 14 schwenkbar angelenkt ist, der
mit dem Rahmen 2 starr verbunden ist; an den gegenüberliegenden
Enden 13A und 13B der Schwinge 13 sind
jeweils ein Hydraulikstellorgan 15 (eine übliche starre
Reaktionsstange ersetzend) und ein elastisches Dämpferelement (oder einfach gesagt
ein "Dämpfer") 16 schwenkbar
angelenkt. Das Stellorgan 15 weist eine Längsachse
W auf, ein erstes Ende 15A, welches an der Schwinge 13 angelenkt
ist, und ein zweites Ende 15B welches an einem Stift 17 schwenkbar
angelenkt ist, der es am Arm 8 festlegt. Ein Ende 16A des
Dämpfers 16 ist
außerdem
auf diesem Stift schwenkbar angelenkt.
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Das
Stellorgan 15 ist ein Hydraulikstellorgan und umfasst einen
Zylinder 20, innerhalb von welchem ein Kolben 21 gleitbeweglich
ist, wobei der Zylinder an der Schwinge 13 festgelegt ist
und wobei der Kolben mit einer Stange 22 in Verbindung
steht, welcher mit dem Stift 17 verbunden ist. Die Position des
Kolbens 21 innerhalb des Zylinders 20 (der von doppelwirkender
Art ist) legt in diesen zwei Kammern 20A und 20B variable
Volumen fest, die mit Leitungen 23 und 24 verbunden
sind. Die Leitung 23 ist mit einem Ventilelement bzw. einer
Ventileinheit 27 verbunden, die bevorzugt zumindest ein
Solenoidventil umfasst, und die bzw. das mit einem Vorratsbehälter 30 über eine
Leitung 28 verbunden ist. Eine weitere Leitung 31,
die von dem Vorratsbehälter 20 ausgeht, ist
außerdem
mit dem Solenoidventil über
einen Filter 32, eine Pumpe 33 und unidirektionellen
Ventilen 34 und 35 verbunden. Mit der Leitung 31 ist
zwischen den beiden Ventilen ein Akkumulator bzw. Sammelbehälter 37 verbunden.
Fluid, beispielsweise Öl,
ist in dem Vorratsbehälter 30 enthalten
und in dem gesamten System 40, das durch die Leitungen 23, 28 und 31 festgelegt
ist, und durch die mit diesen verbundenen Elementen; dieses System
ist vollständig
unabhängig
von dem weiteren Hydrauliksystem des Fahrzeugs. Das Öl des Systems
kann auch Öl
von dem Motorschmierkreislauf sein (von welchem in diesem Fall der
Vorratsbehälter 30 einen
Teil bilden würde, mit
welchem das System 40 verbunden wäre).
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Die
Pumpe 33 saugt Öl
aus dem Vorratsbehälter
und führt
dieses dem Sammelbehälter 37 zu, der
dazu ausgelegt ist, hohe Durchsätze
(im Wesentlichen schlagartig) dem Stellorgan 15 zuzuführen, wenn
dies erforderlich ist.
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Das
Ventilelement bzw. das Solenoidventil 27 wird durch eine
Steuereinheit 41 gesteuert, die dazu geeignet ist, die
Höhe des
Motorradschwerpunkts in Bezug auf den Untergrund S während spezieller
Bremssituationen zu modifizieren, in denen, falls die Erfindung
nicht zur Anwendung gelangen würde,
das Fahrzeug das Hinterrad vom Untergrund abheben und zum Steigen
bringen würde,
was im Grenzfall zu einem Kippen nach vorn führen würde. Derartige Situationen
umfassen insbesondere solche, die einen langen Bremsvorgang einbeziehen. Um
effektiv wirksam sein zu können,
empfängt
die Einheit 41 Informationen von mehreren Sensoren, die
auf dem Motorrad angeordnet sind, und die folgendes einschließen können: Einen
Sensor 42 zum Messen des Drucks des Vorderrads 3 auf
die Bremse 43 (beispielsweise über einen Drucksensor, der
im Bremskreis angeordnet ist, der mit der Bremse 43 verbunden
ist), einen Sensor 45 zum Ermitteln der Position der Gabel 46 der
vorderen Aufhängungs- bzw.
Federungseinheit 5, einen Sensor 47 zum Ermitteln
der Position des Hinterrads 4 relativ zum Untergrund durch Überwachen
der hinteren Aufhängungs-
bzw. Federungseinheit 6, einen Bewegungsgeschwindigkeitssensor 48,
einen Sensor 49, der die Position des Kolbens 21 innerhalb
des Zylinders 20 misst, und einen Sensor 50 zum
Messen des Öffnungsgrads
des Drosselventils (oder zum Messen des Drosselgrads des Motoransaugkanals).
Ausgehend von den Daten, die von sämtlichen oder zumindest einem
Teil dieser Sensoren (oder Messelemente) herrühren, erfasst die Einheit 41 den
Zeitpunkt, zu welchem die Erfindung aktiviert werden kann, oder wie
lange das Stellorgan 15 und mit welcher Rate betätigt werden
soll.
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Verschiedene
Logiken können
verwendet werden, auf Grundlage von denen die Einheit 41 ihre Einscheidung
trifft, das System zu aktivieren; diese Logiken enthalten die folgenden
Logiken, welche die Einheit 41 veranlassen, zu arbeiten,
nämlich
wenn:
- a) der Druck der vorderen Bremse (gemessen durch
den Sensor 42) einen vorbestimmten Schwellenwertdruck übersteigt;
- b) die vordere Gabel stärker
als mit einem gewissen vorbestimmten Wert (gemessen durch den Sensor 45)
absinkt;
- c) der Fall vorliegt, demnach beide der vorstehend genannten
Bedingungen a) und b) auftreten;
- d) die vorstehend genannten Kombinationen in Kombination mit
einer Ermittlung, demnach die Fahrzeuggeschwindigkeit größer als
ein vorbestimmter Wert ist, vorliegen;
- e) die Drossel von vollständig
offener Position in vollständig
geschlossene Position innerhalb einer Zeit geschlossen wird, die
geringer als ein gewisser vorbestimmter Wert ist, gegebenenfalls
in Kombination mit einer oder mehreren der vorstehend genannten
Bedingungen.
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Verschiedene
Logiken können
verwendet werden, auf Grundlage derer die Einheit 41 ihre
Entscheidung trifft, das Stellorgan 15 auszufahren (oder in
eine normale Stellung einzufahren), einschließlich solchen auf Grundlage
der folgenden Messungen:
- I) der Druck der vorderen
Bremse (gemessen durch den Sensor 42) fällt unter einen vorbestimmten
Schwellenwertdruck;
- II) der Amplitudensensor des hinteren Dämpfers misst eine Kompression
desselben, die größer als ein
vorbestimmter Wert ist;
- III) die auf das Hinterrad einwirkende Last ist größer als
ein vorbestimmter Wert, gemessen durch einen Sensor, welcher die
Last misst, die auf das Stellorgan 15 einwirkt;
- IV) zwei oder mehr der vorstehend genannten Bedingungen treten
auf;
- V) eine vorbestimmte Systeminterventionszeit läuft ab.
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Das
Ziel von all diesem ist, ein Absenken des Fahrzeugschwerpunkts ausschließlich simultan
mit dem Absenken der Gabel 46 zu erzielen, während dann,
wenn das Fahrzeug sich nicht in einem Bremsvorgang befindet, oder
wenn die Bedingungen für
die Intervention der Einheit 41 nicht vorliegen, das Stellorgan 15 in
seiner vollständig
ausgefahrenen und starren Stellung verbleiben muss, um sich als übliche Reaktionsstange
für eine
hintere Aufhängungs-
bzw. Federungseinheit gemäß dem Stand
der Technik zu verhalten. Nunmehr wird angenommen, dass das Motorrad 1 in Übereinstimmung
mit einer der vorstehend erläuterten
Betriebslogiken verwendet wird. Außerdem wird angenommen, dass
es sich in einer Stellung senkrecht zum Untergrund S befindet, und dass
der Fahrer dabei ist, einen langen Bremsvorgang auszuführen (beispielsweise
deshalb, weil das Fahrzeug bei hoher Geschwindigkeit dabei ist,
als nächstes
eine Kurve zu durchfahren, beispielsweise während eines Wettbewerbs). Unter
diesen Bedingungen drückt
der Fahrer den üblichen
Bremshebel, um die Fahrzeugvorderbremse zu aktivieren. Folgend auf
diese Drückwirkung
führt der
Sensor 42 der Einheit 41 ein Signal zu und teilt
mit, dass der Fahrer bremst.
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Infolge
dieser Betätigung
des Bremshebels beginnt das Fahrzeug zu bremsen und gleichzeitig beginnt
die Gabel 46 „abzusinken". Gleichzeitig überwacht
die Einheit 41 (vollständig
automatisch) die Stellung der Aufhängung bzw. Federung 5 über den Sensor 45,
und die Fahrzeuggeschwindigkeit. Wenn (zu Beginn des Bremsvorgangs)
die Einheit 41 ermittelt, dass der Bremsdruck einen vorbestimmten Schwellenwertdruck übersteigt,
und dass die vordere Aufhängung
bzw. Federung über
einen vorab festgelegten Schwellenwert hinaus zusammengedrückt wird,
wirkt diese Einheit momentan bzw. schlagartig auf die Ventileinheit bzw.
das Solenoidventil 42 ein, um den Druck des Öls des Kreises 40 ausgehend von
der Kammer 20A sich entspannen zu lassen, während die
Kammer 20 unter Druck gehalten bleibt. Folgend hierauf
weicht das Stellorgan 15 entlang seiner Längsachse
W derart aus, beziehungsweise bewegt sich derart, dass seine gegenüberliegenden
Enden 15A und 15B sich einander annähern. Mit
anderen Worten bewegt sich der Kolben 21 des Stellorgans 15 aus
der Position von 2 in die Position von 3 mit
dem Ergebnis, dass in der anfänglichen
Bremsstufe das Restgewicht auf das Hinterrad nicht auf den Untergrund über den
Hinterreifen abgegeben wird, sondern seine Abwärtsbewegung mit einem daraus
folgenden Absenken des Motorradschwerpunkts in Richtung auf den
Untergrund S beschleunigt. Infolge dieser Absenkung trifft die Resultierende
aus Bremskraft und Gewichtskraft (Fahrzeuggewicht plus Fahrergewicht),
die auf den Schwerpunkt ausgeübt
wird, den Untergrund S zwischen den Kontaktpunkten der Räder 3 und 4 mit dem
Untergrund, was bedeutet, dass eine Bremskraft erzielt werden kann,
die höher
ist als diejenige, die in solchen Motorrädern ohne Einsatz der vorliegenden
Erfindung erzeugt werden kann.
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Es
wird bemerkt, dass die Absenkbewegung des Schwerpunkts, herrührend aus
der Bewegung des Kolbens 21 innerhalb des Zylinders 20,
sehr rasch abläuft
(auch deshalb, weil das Fahrzeug sich in seiner vertikalen Stellung
bewegt, während
es sich auf einem geraden Abschnitt des Untergrunds S befindet,
so dass der Fahrer dem Risiko nicht ausgesetzt ist, zu stürzen), während die
entgegengesetzte Bewegung, wenn der Kolben sich aus der Stellung von 3 in
die Stellung von 2 bewegt (eine Bewegung, die
durch die Einheit 41 über
den Sensor 49 gesteuert wird, und durch geeignete Aktivierung
der Ventileinheit 27 erzielt wird) langsam verläuft, wobei die
entgegengesetzte Bewegung betätigt
ist, wenn das Motorrad in eine Kurve eintritt, oder unmittelbar vorher.
Die langsame Bewegung wird bereitgestellt, um das Gleichgewicht
des Fahrzeugs nicht zu ändern.
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Mittels
der Erfindung kann demnach eine große Stabilität eines bremsenden Motorrads
erzielt werden, und die auf das Fahrzeugvorderrad einwirkende Bremskraft
wird ebenfalls ohne das Risiko eines Kippens des Motorrads erhöht.
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Eine
bevorzugte Ausführungsform
der Erfindung ist erläutert
worden. Andere Ausführungsformen
sind möglich,
wie etwa eine Ausführungsform, demnach
die Form des Kreises 40 unterschiedlich von derjenigen
der 4 ist. Weitere Varianten können ebenfalls in den Umfang
der vorliegenden Erfindung fallen, die durch die anliegenden Ansprüche festgelegt
ist.