WO2015032537A1 - Verfahren zur ermittlung einer maximal zulässigen bremsverzögerung eines einspurigen fahrzeugs - Google Patents

Verfahren zur ermittlung einer maximal zulässigen bremsverzögerung eines einspurigen fahrzeugs Download PDF

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    • B60T2240/06—Wheel load; Wheel lift

Definitions

  • Vehicles with a high center of gravity such as A motorcycle, a bicycle or a quad, have an increased risk of rollover during braking. Therefore, in motorcycles of an ABS system via the brake hydraulics of
  • the dynamic wheel load model according to which the wheel load depends on the wheel deceleration.
  • the measures to prevent rollover come into force when the estimated wheel load at the rear wheel is too low, which is determined by the exceeding of a maximum allowable delay clamp.
  • the mentioned delay threshold is independent of the slope. As a result, it can come uphill to a braked vehicle, while downhill threatens a rollover.
  • the overall inclination of the vehicle is determined about its transverse axis with respect.
  • a maximum allowable deceleration value is determined depending on the determined total inclination.
  • An advantageous embodiment of the invention is characterized in that the total inclination angle is determined from the instantaneous vehicle deceleration and the output signal of an inertial acceleration sensor oriented in the longitudinal direction of the vehicle.
  • the property of the inertial acceleration sensor is exploited that it is in the true sense a force sensor, which caused not only by an acceleration
  • An advantageous embodiment of the invention is characterized in that the instantaneous vehicle deceleration is determined by temporal differentiation of the instantaneous vehicle longitudinal speed.
  • (dv x / dt) max g-sin (y) -l v / h -g-cos (y) is determined, where (dv x / dt) max indicates the maximum allowable delay, l v is the distance of the
  • An advantageous embodiment of the invention is characterized in that takes place on reaching the maximum allowable deceleration a braking of the front wheel.
  • An Entbremsvorgang on the rear wheel would be less effective, since the rear wheel due to the risk of rollover has only a weak ground contact.
  • An advantageous embodiment of the invention is characterized in that additionally one or more inertial rotation rate sensors are used to determine the total inclination angle.
  • the invention comprises a device for determining a maximum permissible braking deceleration of a single-track vehicle, comprising means which are specially designed for carrying out the method according to the invention.
  • This is in particular a control unit which the
  • Program code for carrying out the method according to the invention contains.
  • the drawing consists of the figure 1.
  • Fig. 1 shows a schematic representation of a bicycle, in which the essential physical features of the invention are shown.
  • the object of the invention is the behavior of a brake control system as well as possible on the current road gradient or the current
  • the dynamic wheel contact force F ZR on the rear wheel is given by
  • m denotes the vehicle mass
  • I the wheelbase
  • l v the distance of the front wheel contact point to the center of gravity
  • h the center of gravity height
  • a x the in particular longitudinal acceleration measured by an inertial sensor
  • a z the vertical acceleration.
  • Brake pressure on the front wheel is reduced.
  • several thresholds are conceivable, with increasing delay initially the pressure increase is limited to the front wheel, then the brake pressure is frozen and only then reduced.
  • a two-wheeler is shown in a schematic representation. This is located on a right downhill inclined roadway with the inclination angle ⁇ . This corresponds here as drawn to the angle between the Erdlot and the vertical axis of the two-wheeler.
  • the bicycle has in the vehicle longitudinal direction, the speed v x and the acceleration a x , in the vehicle vertical direction, the acceleration a z .
  • the vehicle turns around the transverse axis with the
  • Wheelbase and l v the distance of the front wheel contact point to the center of gravity F zR indicates the wheel contact force acting on the rear wheel.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Ermittlung einer maximal zulässigen Bremsverzögerung eines einspurigen Fahrzeugs zur Vermeidung eines Überschlags nach vorn, bei dem - die Gesamtneigung des Fahrzeugs um seine Querachse bzgl. der Richtung der Erdanziehung ermittelt wird und - abhängig von der ermittelten Gesamtneigung ein maximal zulässiger Verzögerungswert ermittelt wird.

Description

Beschreibung Titel
Verfahren zur Ermittlung einer maximal zulässigen Bremsverzögerung eines einspurigen Fahrzeugs
Stand der Technik
Fahrzeuge mit hohem Schwerpunkt, wie z.B. ein Motorrad, ein Fahrrad oder ein Quad, weisen beim Bremsen eine erhöhte Überschlagsgefahr auf. Deshalb wird bei Motorrädern von einem ABS-System über die Bremshydraulik der
Bremsdruck vor allem am Vorderrad geeignet manipuliert, wenn das Hinterrad abzuheben droht. Aus der DE 10 2007 004 042 AI ist hierzu ein Verfahren zur Überschlagsvermeidung bei Krafträdern mit einem Antiblockiersystem bekannt. Dabei wird eine Kenngröße, welche ein Maß für die Tendenz zum Abheben eines Rades darstellt, in Abhängigkeit von Radlastinformationen des Rades ermittelt und diese Kenngröße zur Regelung des Bremsdrucks an den Radbremsen herangezogen. Eine Möglichkeit, die Radaufstandskraft zu schätzen, basiert auf dem
dynamischen Radlastmodell, nach welchem die Radlast von der Radverzögerung abhängt. Die Maßnahmen zur Überschlagsvermeidung treten in Kraft, wenn die geschätzte Radlast am Hinterrad zu gering wird, was an der Überschreitung einer maximal zulässigen Verzögerungsschelle festgemacht wird. Die erwähnte Verzögerungsschwelle ist dabei unabhängig von der Steigung. Hierdurch kann es bergauf zu einem unterbremsten Fahrzeug kommen, während bergab ein Überschlag droht.
Offenbarung der Erfindung Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Ermittlung einer maximal zulässigen Bremsverzögerung eines einspurigen Fahrzeugs zur Vermeidung eines
Überschlags nach vorn, bei dem
- die Gesamtneigung des Fahrzeugs um seine Querachse bzgl. der Richtung der Erdanziehung ermittelt wird und
- abhängig von der ermittelten Gesamtneigung ein maximal zulässiger Verzögerungswert ermittelt wird.
Damit kann die Sicherheit von Zweiradfahrern insbesondere bei Bergabfahrten wesentlich verbessert werden.
Eine vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass der Gesamtneigungswinkel aus der momentanen Fahrzeugverzögerung sowie dem Ausgangssignal eines in Längsrichtung des Fahrzeugs ausgerichteten inertialen Beschleunigungssensors ermittelt wird. Hier wird die Eigenschaft des inertialen Beschleunigungssensors ausgenutzt, dass er im eigentlichen Sinne ein Kraftsensor ist, der nicht nur durch eine Beschleunigung bewirkte
Trägheitskräfte, sondern auch durch die Fahrzeug- oder Strassenneigung bedingte Kräfte erfasst.
Eine vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass die momentane Fahrzeugverzögerung durch zeitliche Differentiation der momentanen Fahrzeuglängsgeschwindigkeit ermittelt wird.
Eine vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass der Gesamtneigungswinkel mittels der Gleichung γ = aresin ((dVx/dt-ax)/g) ermittelt wird, wobei γ den Gesamtneigungswinkel kennzeichnet, vx die momentane Fahrzeuglängsgeschwindigkeit, ax das Ausgangssignal des in Längsrichtung der Fahrzeugs ausgerichteten inertialen Beschleunigungssensors und g die Erdbeschleunigung.
Eine vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass der maximal zulässige Verzögerungswert mittels der Gleichung
(dvx /dt)max = g- sin(y) - lv/ h - g- cos(y) ermittelt wird, wobei (dvx /dt)max die maximal zulässige Verzögerung kennzeichnet, lv den Abstand des
Vorderradaufstandpunktes zum Schwerpunkt und h die Schwerpunkthöhe. Eine vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass bei Erreichen des maximal zulässigen Verzögerungswertes ein Entbremsen des Vorderrades stattfindet. Ein Entbremsvorgang am Hinterrad wäre wenig effektiv, da das Hinterrad infolge der Überschlagsgefahr nur noch einen schwachen Bodenkontakt aufweist.
Eine vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass zur Ermittlung des Gesamtneigungswinkels zusätzlich ein oder mehrere inertiale Drehratensensoren verwendet werden.
Weiter umfasst die Erfindung eine Vorrichtung zur Ermittlung einer maximal zulässigen Bremsverzögerung eines einspurigen Fahrzeugs, enthaltend Mittel, die zur Durchführung der erfindungsgemäßen Verfahren speziell ausgelegt sind. Dabei handelt es sich insbesondere um ein Steuergerät, welches den
Programmcode zur Durchführung der erfindungsgemäßen Verfahren enthält.
Die Zeichnung besteht aus der Figur 1.
Fig. 1 zeigt in schematischer Darstellung ein Zweirad, bei dem die für die Erfindung wesentlichsten physikalischen Größen eingezeichnet sind.
Die Aufgabe der Erfindung ist es, das Verhalten eines Bremsregelsystems möglichst gut auf die aktuelle Straßensteigung bzw. den aktuellen
Fahrzeugnickwinkel anzupassen. Hierdurch soll das Abheben des Hinterrads beim Bremsen während einer Bergabfahrt zuverlässig vermieden werden und zugleich soll ein geringer Bremsweg realisiert werden.
Die dynamische Radaufstandskraft FZR am Hinterrad ist gegeben durch
Figure imgf000005_0001
Dabei kennzeichnet m die Fahrzeugmasse, I den Radstand, lv den Abstand des Vorderradaufstandpunktes zum Schwerpunkt, h die Schwerpunkthöhe, ax die insbesondere von einem Inertialsensor gemessene Längsbeschleunigung und az die Vertikalbeschleunigung. Diese Größen sind auch in Fig. 1 eingezeichnet.
Die maximale Bremsverzögerung ist dann erreicht, wenn das Hinterrad gerade abhebt. Dies ist der Fall, wenn die Radaufstandskraft FzR am Hinterrad Null wird.
Aus FzR = 0 folgt ax = - az ■ lv/ h
Die vertikale Beschleunigung az ist an Gefällstrecken abhängig vom
Steigungswinkel γ, wobei g die Erdbeschleunigung bezeichnet:
az = g- cos(y) .
Die mittels eines Inertialsensors gemessene Längsbeschleunigung ax beinhaltet neben der zeitlichen Änderung der Fahrzeuggeschwindigkeit dvx /dt zusätzlich die Komponente der Erdgravitation: ax = dvx /dt - g- sin(y) .
Die maximal mögliche Fahrzeugverzögerung im Gefälle ist somit gegeben durch
(dvx /dt)max = g- sin(y) + ax = g- sin(y) - az ■ lv/ h und weiter
(dvx /dt)max = g- sin(y) - lv/ h - g- cos(y)
Das Abheben des Hinterrades während einer Bremsung wird unterbunden, indem bei Überschreiten dieser Verzögerungsschwelle (dvx /dt)max der
Bremsdruck am Vorderrad reduziert wird. Hierbei sind auch mehrere Schwellen denkbar, wobei mit zunehmender Verzögerung zunächst der Druckanstieg am Vorderrad begrenzt wird, dann der Bremsdruck eingefroren wird und erst dann reduziert wird.
Der Steigungswinkel γ beschreibt den Gesamtneigungswinkel des Fahrzeugs und enthält im allgemeinen eine aus der Fahrbahnlängsneigung herrührende Komponente und eine aus dem Nicken des Fahrzeugs herrührende Komponente. Dieser Winkel kann z.B. bei stabiler Fahrt aus folgender Gleichung ermittelt werden: γ = aresin ((dv,</dt-ax)/g)
Während dynamischer Fahrsituationen dagegen kann der Steigungswinkel γ durch zeitliche Integration einer gemessenen Nickrate ω y bestimmt werden: γ = γ0 + Jco y dt .
Deshalb ist eine Kombination der beiden genannten Möglichkeiten zur Ermittlung von γ abhängig von der Fahrsituation sinnvoll.
In Fig. 1 ist in schematischer Darstellung ein Zweirad dargestellt. Dieses befindet sich auf einer nach rechts bergab geneigten Fahrbahn mit dem Neigungswinkel γ. Dieser entspricht hier wie eingezeichnet dem Winkel zwischen dem Erdlot und der Hochachse des Zweirads. Das Zweirad weist in Fahrzeuglängsrichtung die Geschwindigkeit vx und die Beschleunigung ax auf, in Fahrzeughochrichtung die Beschleunigung az. Das Fahrzeug dreht sich um die Querachse mit der
Nickwinkelgeschwindigkeit ω y . h kennzeichnet die Schwerpunktshöhe, I den
Radstand und lv den Abstand des Vorderradaufstandpunktes zum Schwerpunkt FzR kennzeichnet die am Hinterrad wirkende Radaufstandskraft.

Claims

Ansprüche
1. Verfahren zur Ermittlung einer maximal zulässigen Bremsverzögerung eines einspurigen Fahrzeugs zur Vermeidung eines Überschlags nach vorn, bei dem
- die Gesamtneigung (γ) des Fahrzeugs um seine Querachse bzgl. der Richtung der Erdanziehung ermittelt wird und
- abhängig von der ermittelten Gesamtneigung (γ) ein maximal zulässiger Verzögerungswert ((dvx /dt) max) ermittelt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der
Gesamtneigungswinkel aus der momentanen Fahrzeugverzögerung sowie dem Ausgangssignal eines in Längsrichtung des Fahrzeugs ausgerichteten inertialen Beschleunigungssensors ermittelt wird.
3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die momentane Fahrzeugverzögerung durch zeitliche Differentiation der momentanen Fahrzeuglängsgeschwindigkeit ermittelt wird.
4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der
Gesamtneigungswinkel mittels der Gleichung γ = aresin ((dvx/dt-aj/g) ermittelt wird, wobei γ den Gesamtneigungswinkel kennzeichnet, vx die momentane Fahrzeuglängsgeschwindigkeit, ax das Ausgangssignal des in Längsrichtung der Fahrzeugs ausgerichteten inertialen
Beschleunigungssensors und g die Erdbeschleunigung.
5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der maximal zulässige Verzögerungswert mittels der Gleichung
(dvx /dt)max = g- sin(y) - lv/ h - g- cos(y)
ermittelt wird, wobei (dvx /dt)max die maximal zulässige Verzögerung kennzeichnet, lv den Abstand des Vorderradaufstandpunktes zum
Schwerpunkt und h die Schwerpunkthöhe.
6. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass bei Erreichen des maximal zulässigen Verzögerungswertes ein Entbremsen des Vorderrades stattfindet. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass zur Ermittlung des Gesamtneigungswinkels zusätzlich ein oder mehrere inertiale Drehratensensoren verwendet werden.
Vorrichtung zur Ermittlung einer maximal zulässigen Bremsverzögerung eines einspurigen Fahrzeugs, enthaltend Mittel, die zur Durchführung der erfindungsgemäßen Verfahren speziell ausgelegt sind.
PCT/EP2014/065591 2013-09-04 2014-07-21 Verfahren zur ermittlung einer maximal zulässigen bremsverzögerung eines einspurigen fahrzeugs WO2015032537A1 (de)

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