JP2020503205A - 自転車のアンチロックシステム用の制御方法及び装置 - Google Patents

Abstract

本発明による制御方法は、走行道路の地面（１５０）及び車両（１００）の車輪（１０１、１０２）を含む領域（１１０）内へのレーダ信号の少なくとも１つの放射を含む。それに続いて、レーダセンサ（１０５）により、地面（１５０）において及び車輪（１０１、１０２）において反射されたレーダ周波数スペクトルの検出が行われる。次のステップにおいて、検出されたレーダ周波数スペクトルに依存して決定された車両速度と車輪速度の偏差に依存して、制御装置により少なくとも１つのブレーキ（１０３、１０４）の操作が行われる。ブレーキは、電動自転車の前車輪ブレーキであることが好ましい。【選択図】図１

Description

本発明は、車両のアンチロックシステム用の制御方法、制御装置、及び制御装置を備えた車両に関し、この場合、制御装置は、制御方法を実行するように設計されている。

車両速度に正規化された、車両の車輪速度と車両速度の差は、車輪の滑り値と呼ばれる。駆動力又は制動力が車両の車輪に伝達されたとき、車両速度及び車輪速度は相互に異なり、かつ０より大きい滑り値が発生する。強い制動の場合、最大静摩擦力が超えられ、これにより例えば滑り摩擦が発生し、したがって滑り値が著しく上昇し、かつ車両のかじ取りが困難になり、ないしは不可能になる。

独国特許出願公開第１９５０８９１５号明細書及び独国特許出願公開第１０１５８３８２明細書はそれぞれ、自転車におけるアンチロックシステム用制御方法を記載する。

独国特許出願公開第１９５０８９１５号明細書 独国特許出願公開第１０１５８３８２明細書

本発明は、車両におけるアンチロックシステムを確実かつコスト的に有利に可能にすることを課題の基礎とする。車両は特に電動自転車である。

本発明による車両は、少なくとも１つの車輪及びアンチロックシステムを含む。車両のアンチロックシステムは、少なくとも１つの操作可能なブレーキ、例えばディスクブレーキを有する。車両に、さらに、アンチロックシステムの部品としてレーダセンサ及びブレーキの操作のための制御装置が配置されている。レーダセンサは領域内にレーダ信号を放射し、領域は、走行道路の地面及び車両の車輪を含む。レーダ信号は地面において及び車輪において反射される。レーダセンサは、それに続いて、地面において及び車輪において反射されたレーダ周波数スペクトルを検出する。

一構成において、車両は任意の速度センサを含む。速度センサは、車両速度を検出するように設計されている。
さらに、車両は、後車輪の浮上の決定のための少なくとも１つのセンサを有してもよい。センサは、車両の垂直軸の方向の加速度を検出する加速度センサであることが好ましい。後車輪の浮上の決定のために、車両に２つの加速度センサが配置されていてもよい。代替態様として、センサは、車両のフレームないしは車両の後車輪と走行道路の地面の間の距離を検出するように設計された距離センサである。

さらに、車両が、調節可能なばね要素、特にばねフォークを含んでもよいことは任意である。ばね要素は、剛な作動状態に調節されるように設計されている。
本発明による制御方法は、走行道路の地面及び車両の車輪を含む領域内へのレーダ信号の少なくとも１つの放射を含む。それに続いて、レーダセンサによる、地面において及び車輪において反射されたレーダ周波数スペクトルの検出が行われる。

二重反射により、検出されたレーダ周波数スペクトルの、放射されたレーダ信号に対する周波数シフトから、車両の速度が決定可能である。レーダ信号により覆われた領域内において車輪がロックした場合、車輪速度は車両速度と異なりかつ検出されたレーダ周波数スペクトルは２つの極大位置を有する。これにより、検出されたレーダ周波数スペクトルから、車両速度の車輪速度からの偏差、すなわち車輪のロックないしは滑り値が決定可能である。

次のステップにおいて、検出されたレーダ周波数スペクトルに依存して決定された車両速度と車輪速度の間の偏差に依存して、制御装置により少なくとも１つのブレーキの操作が行われる。ブレーキは、電動自転車の前車輪ブレーキ及び／又は後車輪ブレーキであることが好ましい。ブレーキの操作により、ブレーキは少なくとも短時間解放され又はブレーキのブレーキ圧力の少なくとも１つの短時間の低減が行われる。

制御方法により、電動自転車の少なくとも１つの車輪、好ましくは前車輪のロックが回避され、これにより、車輪による車両のかじ取りが継続して可能である。方法は、速度検出のためにレーダセンサを使用する、従来技術に記載のアンチロックシステム用制御方法に比較して、アンチロックシステムがただ１つのレーダセンサを有するにすぎないという利点を有する。これは、車両、特に電動自転車の小さい車輪幅により可能とされ、これにより、車輪及び走行道路の地面におけるレーダ信号の逆反射により検出されたレーダ周波数スペクトルは、車両速度及び車輪速度に対する情報を含む。車輪幅は、一般的に、１００ｍｍより小さいか又はそれに等しい。

一構成において、制御方法は、車両に配置された速度センサによる車両速度の検出を含み、この構成において、さらに決定された車両速度に依存して、ブレーキの操作が行われる。ブレーキの操作は、この構成により、より正確になることが有利であり、これにより、車両のドライバに対する走行安全性が向上される。

他の構成により、制御方法は、車両の垂直軸方向に検出された加速度及び／又はセンサにより検出された地面に対する距離に依存した、車両の後車輪の浮上の決定を有する。この構成において、さらに検出された浮上に依存して、ブレーキの操作が行われる。これは、後車輪の浮上において、例えば電動自転車の前車輪ブレーキのブレーキ圧力が低下され、ないしは前車輪ブレーキが解放され、これにより、横軸周りの車両の宙返りのリスクが低下されるという利点を有する。

さらに、制御方法は、決定された車両速度と車輪速度の間の偏差に依存した、少なくとも１つの調節可能なばね要素の剛な作動状態への調節を有する。これにより、車両の制動において、車両の横軸周りの回転ないしは縦揺れが回避され、すなわち、車両の制動及びかじ取りが制御されて行われる。

本発明は、制御装置にも関する。制御装置は、少なくとも１つの計算ユニットを含み、計算ユニットは、制御方法を実行するように設計されている。計算ユニットは、レーダセンサから第１センサ信号を検出し、第１センサ信号は検出されたレーダ周波数スペクトルを表す。計算ユニットは、さらに、検出された第１センサ信号に依存して、少なくとも１つのブレーキの操作のための少なくとも１つの第１制御信号を発生する。

制御装置は、速度センサから第２センサ信号を検出することが好ましく、第２センサ信号は車両速度を表す。この構成において、計算ユニットは、第２センサ信号に依存して、ブレーキの操作のための第１制御信号を発生する。

他の構成において、計算ユニットは、第３センサ信号を検出し、第３センサ信号は後車輪の浮上を表す。この構成において、さらに第３センサ信号に依存して、ブレーキの操作のための第１制御信号が発生される。

計算ユニットが、決定された車両速度と車輪速度の間の偏差に依存して、少なくとも１つの調節可能なばね要素の調節のための第２制御信号を発生してもよいことは任意である。

本発明は以下に好ましい実施形態及び添付図面により説明される。

図１は、電動自転車を示す。 図２は、制御装置のブロック回路図を示す。 図３は、制御方法の流れ図を示す。 図４は、車両速度と車輪速度の間に偏差がないときに検出されたレーダ周波数スペクトルを示す。 図５は、車両速度と車輪速度の間に偏差を有するとき、すなわちロックした車輪において検出されたレーダ周波数スペクトルを示す。

図１は、車両１００として電動自転車を示す。電動自転車１００は、フレーム１０６並びに車輪として前車輪１０１及び後車輪１０２を有する。電動自転車１００に、さらに、制御装置２００並びにブレーキとして前車輪ブレーキ１０３及び後車輪ブレーキ１０４が配置されている。前車輪ブレーキ１０３及び後車輪ブレーキ１０４はディスクブレーキとして形成されている。代替態様として、前車輪１０１に前車輪ブレーキ１０３として及び／又は後車輪１０２に後車輪ブレーキ１０４として、他のブレーキ構造タイプ、例えばリムブレーキが配置されていてもよい。電動自転車１００に、さらに、速度センサ１０８及び２つの加速度センサ１０９が配置されている。速度センサ１０８は、走行方向における車両速度を検出するように設計されている。少なくとも１つの加速度センサ１０９は、電動自転車１００の垂直軸の方向における電動自転車１００の加速度を検出するように設計され、これにより、後車輪１０２の浮上が決定可能である。電気自動車１００は、走行道路の地面１５０上を走行する。

電動自転車１００のアンチロックシステムは、少なくとも制御装置２００並びにブレーキ１０３及び／又は１０４、特に前車輪ブレーキ１０３を含む。電動自転車１００のアンチロックシステムは、任意の後車輪ブレーキ１０４もまた含むことが好ましい。さらに、電動自転車１００のアンチロックシステムは、レーダセンサ１０５を有する。レーダセンサ１０５は、この実施例において、電動自転車１００のフレーム１０６又は電動自転車１００のモータハウジングに配置されている。レーダセンサ１０５は、領域１１０内にレーダ信号を放射する。放射されたレーダ信号の領域１１０は、走行道路の地面１５０及び電動自転車１００の前車輪１０１を含む。例えば、レーダセンサ１０５は電動自転車１００のモータに配置されかつ縦軸の方向に前方に及び垂直軸の方向に下方にレーダ信号を放射する。レーダセンサ１０５は、さらに、地面１５０及び前車輪１０１において反射されたレーダ周波数スペクトルを検出する。前車輪１０１が前車輪ブレーキ１０３による電動自転車１００の制動によってロックした場合、前車輪１０１の車輪速度は電動自転車１００の車両速度とは異なり、これにより、電動自転車１００のかじ取りが困難となる。ロックした前車輪１０１において、又は、前車輪１０１の車輪速度が電動自転車１００の車両速度と異なるとき、二重反射によるレーダ周波数スペクトルは、より幅広い周波数分布、車輪速度又は車両速度に付属されている２つの最大位置を示す。車両速度の車輪速度からの偏差又は車輪１０１もしくは１０２のロックは、これに応じて、検出されたレーダ周波数スペクトルに依存して決定される。代替態様として、レーダセンサ１０５は、縦軸の方向に後方に及び垂直軸の方向に下方に放射してもよく、これにより、レーダ信号は地面１５０及び後車輪１０２を覆う。

さらに、電動自転車１００は、調節可能なばね要素１０７として少なくとも１つの調節可能なばねフォークを含む。調節可能なばね要素１０７は、車両１００の他の位置、例えばフレーム１０６のサドルパイプに配置されていてもよい。ばねフォーク１０７は、前車輪１０１の、電動自転車１００のフレーム１０６への衝撃を減衰するように設計され、この場合、ばねフォークは、所定の作動状態において、機械的に剛に調節可能である。電動自転車１００の制御装置２００は、任意の構成において、ばねフォーク１０７を剛な作動状態に調節するように設計されている。剛な作動状態は、制御方法による制動過程において、その横軸周りの電動自転車１００の複数回の前後回転を低減させる。

制御装置２００は、さらに、検出された自転車ドライバの手動ペダル踏みトルクに依存して、例えば駆動モータとして電動自転車１００の電動機を操作するように設計されていてもよい。代替態様として、電動機の操作のために、別のモータ制御装置が設けられていてもよい。

図２を参照すると、制御装置２００は計算ユニット２０１を含む。計算ユニット２０１は、レーダセンサ１０５から第１センサ信号を検出する。第１センサ信号は、前車輪１０１ないしは後車輪１０２及び地面１５０において反射されかつ第１レーダセンサ１０５により検出されたレーダ周波数スペクトルを表す。計算ユニット２０１は、検出された第１センサ信号に依存して、少なくとも１つのブレーキ（１０３、１０４）の操作３５０のための少なくとも１つの第１制御信号を発生する。

計算ユニット２０１は、任意の構成において、速度センサ１０８から第２センサ信号を検出可能であり、この構成において、さらに第２センサ信号に依存して、前車輪ブレーキ１０３の操作３５０のための第１制御信号が発生される。

計算ユニット２０１は、他の構成において、センサ１０９から第３センサ信号を検出可能であり、この構成において、さらに第３センサ信号に依存して、前車輪ブレーキ１０３の操作３５０のための第１制御信号が発生される。任意のセンサ１０９は後車輪１０２の浮上を検出する。センサ１０９は、例えば、電動自転車１００の垂直軸の方向の加速度を検出する加速度センサである。複数の加速度センサ１０９が設けられていてもよい。代替態様として、センサ１０９は、走行道路の地面１５０までのフレーム１０６又は後車輪１０２の距離を決定する距離センサである。

計算ユニット２０１は、さらに、検出された第１センサ信号に依存して、調節可能なばね要素１０７の剛な作動状態への調節３８０のための第２制御信号を発生することは任意である。

図３に、制御方法の流れ図が示されている。第１ステップ３１０において、レーダセンサ１０５によりレーダ信号が領域１１０内に放射される。レーダ信号は、例えば図１に示すように、縦軸の方向に前方に及び垂直軸の方向に下方に放射される。領域１１０は、走行道路の地面１５０並びに車輪１０１又は１０２、特に前車輪１０１を含む。第２ステップ３２０において、地面１５０において及び車輪１０１又は１０２において反射されたレーダ周波数スペクトルの検出３２０が行われる。任意のステップ３３０において、速度センサ１０８により車両１００の速度が検出される。さらに、任意のステップ３４０において、センサ１０９により後車輪１０２の浮上が決定されてもよい。少なくとも検出されたレーダ周波数スペクトルに依存して、ブレーキ１０３及び／又は１０４の操作３５０が行われる。さらに検出された速度及び／又は決定された後車輪１０２の浮上に依存して、ブレーキ１０３及び／又は１０４の操作３５０が実行されてもよいことは任意である。それに続くステップ３６０において、さらに、調節可能なばね要素１０７の調節３６０が行われてもよい。

図４に、電動自転車１００の運転の間において前車輪滑りのないレーダ周波数スペクトルが示されている。図示されたレーダ周波数スペクトルの関数グラフＧ_１ないしは周波数ｆは車両速度に依存して変化し、すなわち、周波数スペクトルから、二重反射により車両速度が決定可能である。地面１５０において及び前車輪１０１において反射された第１レーダ信号の周波数差は僅かであるので、関数グラフは、周波数ｆ_１において最大位置を有するのみである。最大位置における振幅｜Ｘ（ｆ_１）｜及び／又は最大位置における関数グラフＧ_１の半波幅は、地面１５０及び／又は前車輪１０１の性質に依存する。

図５に、ステップ３２０において検出された、ロックした前車輪１０１を有する制動時のレーダ周波数スペクトルが示されている。この場合、電動自転車１００の車両速度は前車輪１０１の車輪速度より大きく、すなわち、車両速度と車輪速度の間に偏差が存在する。二重反射により、関数グラフＧ_３により表された、検出されたレーダ周波数スペクトルの地面１５０から反射されたレーダ周波数成分、及び関数グラフＧ_２により表された、検出されたレーダ周波数スペクトルの前車輪１０１から反射されたレーダ周波数成分は、異なる周波数ｆないしは振幅｜Ｘ（ｆ）｜を有する。言い換えると、地面１５０から反射されたレーダ周波数成分Ｇ_３の、放射されたレーダ信号に対する周波数差は、前車輪１０１から反射されたレーダ周波数成分Ｇ_２の、放射されたレーダ信号に対する周波数差より大きい。それに応じて、関数グラフＧ_１により表された、検出されたレーダ周波数スペクトルは、２つの最大位置を示す。したがって、レーダ周波数スペクトルの分析ないしは周波数ｆ_２及びｆ_３における２つの最大位置の決定により、車両速度の車輪速度からの偏差、すなわち、前車輪１０１のロックが決定可能である。検出されたレーダ周波数スペクトルに依存して決定された車両速度の車輪速度からの偏差において、すなわち、例えばレーダ周波数スペクトル内の２つの最大位置の決定により、制御方法によって車両の少なくとも１つの制動が操作される。

さらに、前車輪１０１から反射されかつ関数グラフＧ_２により表された、検出されたレーダ周波数スペクトルのレーダ周波数成分の振幅｜Ｘ（ｆ）｜に依存して、例えば関数グラフＧ_２の最大位置における振幅基準値との比較により、走行道路の地面１５０の湿り度ＮＧが決定可能である。この構成において、さらに地面１５０の決定された湿り度ＮＧに依存して、少なくとも１つのブレーキ１０３及び／又は１０４の操作３５０が行われてもよい。

１００ 車両、電動自転車
１０１ 前車輪
１０２ 後車輪
１０３ 前車輪ブレーキ
１０４ 後車輪ブレーキ
１０５ レーダセンサ
１０６ フレーム
１０７ ばね要素、ばねフォーク
１０８ 速度センサ
１０９ センサ、加速度センサ
１１０ 領域
１５０ 地面
２００ 制御装置
２０１ 計算ユニット
３１０ 放射
３２０ 検出
３３０ 検出
３４０ 決定
３５０ 操作
３６０ 調節
ｆ、ｆ_１、ｆ_２、ｆ_３ 周波数
Ｇ_１、Ｇ_１、Ｇ_３ 関数グラフ
｜Ｘ（ｆ）｜ 振幅

Claims (12)

1. 少なくとも１つの操作可能なブレーキ（１０３、１０４）及びレーダセンサ（１０５）並びに制御装置（２００）を有する車両（１００）、特に電動自転車のアンチロックシステム用制御方法において、制御方法が、少なくとも
   領域（１１０）内へ少なくとも１つのレーダ信号を放射するステップ（３１０）であって、領域（１１０）は走行道路の地面（１５０）及び車両（１００）の車輪（１０１、１０２）を含む、ステップと、
   レーダセンサ（１０５）により、地面（１５０）において及び車輪（１０１、１０２）において反射されたレーダ周波数スペクトルを検出するステップ（３２０）と、
   検出されたレーダ周波数スペクトルに依存して決定された車両速度と車輪速度の間の偏差に依存して、制御装置（２００）によりブレーキ（１０３、１０４）を操作するステップ（３５０）と
   を含む、車両（１００）、特に電動自転車のアンチロックシステム用制御方法。
2. 車両（１００）に配置されている速度センサ（１０８）により車両速度を検出するステップ（３３０）を含み、
   決定された車両速度に依存して、ブレーキ（１０３、１０４）の操作（３５０）が行われることを特徴とする、請求項１に記載の制御方法。
3. 車両の垂直軸の方向に検出された加速度及び／又はセンサ（１０９）により検出された地面に対する距離に依存して、車両（１００）の後車輪（１０２）の浮上を決定するステップ（３４０）を含み、
   決定された浮上に依存して、ブレーキ（１０３）の操作（３５０）が行われることを特徴とする、請求項１又は２のいずれかに記載の制御方法。
4. 決定された車両速度と車輪速度の間の偏差に依存した、少なくとも１つの調節可能なばね要素（１０７）の剛な作動状態への調節（３６０）を含むことを特徴とする、請求項１ないし３のいずれかに記載の制御方法。
5. 計算ユニット（２０１）を含む制御装置（２００）において、計算ユニット（２０１）は、請求項１ないし４のいずれかに記載の制御方法を実行するように設計され、計算ユニット（２０１）は、
   レーダセンサ（１０５）から第１センサ信号を検出し、第１センサ信号は検出されたレーダ周波数スペクトルを表し、
   検出された第１センサ信号に依存して、少なくとも１つのブレーキ（１０３、１０４）の操作（３５０）のための少なくとも１つの第１制御信号を発生する、制御装置（２００）。
6. 計算ユニット（２０１）は、
   速度センサ（１０８）から第２センサ信号を検出し、第２センサ信号は車両速度を表し、計算ユニット（２０１）は、
   さらに第２センサ信号に依存して、ブレーキ（１０３、１０４）の操作（３５０）のための第１制御信号を発生することを特徴とする、請求項５に記載の制御装置（２００）。
7. 計算ユニット（２０１）は、
   第３センサ信号を検出し、第３センサ信号は後車輪（１０２）の浮上を表し、計算ユニット（２０１）は、
   さらに第３センサ信号に依存して、ブレーキ（１０３）の操作（３５０）のための第１制御信号を発生することを特徴とする、請求項５又は６のいずれかに記載の制御装置（２００）。
8. 計算ユニット（２０１）は、決定された車両速度と車輪速度の間の偏差に依存して、少なくとも１つの調節可能なばね要素（１０７）の調節（３６０）のための第２制御信号を発生することを特徴とする、請求項５ないし７のいずれかに記載の制御装置（２００）。
9. 少なくとも、
   操作可能なブレーキ（１０３、１０４）と、
   レーダセンサ（１０５）であって、
   ｉ．走行道路の地面（１５０）及び車両（１００）の車輪（１０１、１０２）を含む領域（１１０）内にレーダ信号を放射し、
   ｉｉ．地面（１５０）において及び車輪（１０１、１０２）において反射されたレーダ周波数スペクトルを検出する、レーダセンサ（１０５）と、
   請求項５ないし８のいずれかに記載のブレーキ（１０３、１０４）の操作（３５０）のための制御装置（２００）と
   を含む、車両（１００）。
10. 車両速度を検出するように設計された速度センサ（１０８）を有することを特徴とする、請求項９に記載の車両（１００）。
11. 車両（１００）は、後車輪（１０２）の浮上の決定（３４０）のためのセンサ（１０９）を有し、センサ（１０９）は特に加速度センサ及び／又は距離センサであることを特徴とする、請求項９又は１０のいずれかに記載の車両（１００）。
12. 車両（１００）は、調節可能なばね要素（１０７）を有し、ばね要素（１０７）は、剛な作動状態に調節されるように設計されていることを特徴とする、請求項９ないし１１のいずれかに記載の車両（１００）。

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