ZWEIRADFAHRZEUG MIT FEDERWEGBASIERTER ANTRIEBS- UND BREMSLEISTUNGSBEGRENZUNG SOWIE STEUEREINHEIT HIERZU

Beschreibung

Titel

Zweiradfahrzeug mit federwegbasierter Antriebs- und Bremsleistungsbegrenzung sowie Steuereinheit hierzu

Stand der Technik

Bei Zweiradfahrzeugen, insbesondere bei Elektrofahrrädern mit ABS- Bremsregelsystemen, wird ein Überschlag des Fahrzeugs nach vorne bei zu hohen Bremskräften und daraus resultierenden Momenten und Impulsen durch eine Bremsleistungsbegrenzung verhindert. Hierbei werden zumeist

Drucksensoren verwendet, welche einen kritischen Fahrzustand detektieren. Weiterhin sind aus dem Stand der Technik Systeme bekannt, bei welchen zur Verhinderung eines Überschlags nach vorne Beschleunigungssensoren und Drehratensensoren eingesetzt werden.

Auch bei einer Begrenzung eines Überschlags nach hinten durch eine der jeweiligen Fahrsituation nicht entsprechende, zu hohe Antriebsleistung werden derartige Sensoren verwendet, um die Antriebsleistung und dabei insbesondere das Antriebsmoment in geeigneter Weise zu regeln.

Offenbarung der Erfindung

Die Erfindung betrifft ein Zweiradfahrzeug mit einer ersten Federvorrichtung eines Vorderrads und einer zweiten Federvorrichtung eines Hinterrads sowie mit zumindest einem Beschleunigungs- und Drehratensensor, welche an einem Fahrzeugrahmen angeordnet sind und mit einer Regelvorrichtung

betriebsverbunden sind. Dabei sind erfindungsgemäß die erste und die zweite Federvorrichtung jeweils mit einem Federwegsensor versehen, welche wiederum mit der Regelvorrichtung betriebsverbunden sind. Die Erfindung bietet die Möglichkeit, zusätzlich zu den Daten des

Beschleunigungs- und Drehratensensors die Straßenneigung oder

Fahrbahnneigung zu berücksichtigen. Hierfür werden erfindungsgemäß mittels der dem Vorderrad und dem Hinterrad zugeordneten Federwegsensoren Federweginformationen generiert, die bei der Regelung verwendet werden. Solange das Vorderrad und das Hinterrad Kontakt mit der Fahrbahn oder der Straße haben, ergibt sich für das Zweiradfahrzeug ein stabiler Fahrzustand. Erst wenn eines der Räder bei einem Bremsvorgang bzw. einem

Beschleunigungsvorgang von der Straße abhebt, kann dies zu einem

unerwünschten Überschlag nach vorne bzw. nach hinten führen.

Erfindungsgemäß wird deshalb mittels der Federwegsensoren der vorliegende Federweg ermittelt. Erst wenn die jeweiligen Maximalwerte des Federwegs überschritten werden, besteht die Gefahr, dass das Vorderrad bzw. das Hinterrad von der Straße abhebt. Dieser Zustand wird von der erfindungsgemäßen Regelung überwacht und verhindert.

Bevorzugterweise sind die Federwegsensoren als Weg- oder Winkelsensoren ausgebildet. Somit kann eine Ausfederung oder Einfederung der Vordergabel in bevorzugter Weiterbildung mittels eines Lasersensors ermittelt werden. In gleicher weise kann erfindungsgemäß mittels des Wnkelsensors ermittelt werden, welcher Federweg bei der zweiten Federvorrichtung für das Hinterrad vorliegt.

Es versteht sich, dass der erfindungsgemäß vorgesehene Beschleunigungs- und Drehratensensor als ein Bauteil oder als getrennte Bauteile ausgebildet sein kann.

Erfindungsgemäß werden somit die Werte der Federwegsensoren am Vorderrad bzw. am Hinterrad zusätzlich zu den Werten des Beschleunigungssensors und/oder des Drehratensensors für eine semi-aktive Fahrwerksregelung eingesetzt. Die Signale der Federwegsensoren werden somit für die Regelung eines Antriebsmomentes am Hinterrad und/oder einer Bremskraftregelung am Vorderrad mitverwendet, um eine optimale Beschleunigung oder Verzögerung unter jeder Fahrbahnbedingung zu gewährleisten. Da die Antriebskräfte bzw. die Bremskräfte sehr davon abhängen, ob das Fahrzeug bergauf oder bergab fährt und da auch die Belastung des Fahrzeugs durch Verschiebungen der Fahrerund/oder Beifahrerpositionen stark variieren können, ist die erfindungsgemäß vorgesehene Information über die jeweiligen Federwege und insbesondere über eine vollständige Ausnutzung der Federwege eine zuverlässige Hilfsgröße für die Systemregelung.

Die erfindungsgemäße Steuereinheit zur Verwendung an einem

Zweiradfahrzeug, welches eine erste Federvorrichtung eines Vorderrads und eine zweite Federvorrichtung eines Hinterrads sowie zumindest einen

Beschleunigungs- und Drehratensensor umfasst, welche an einem

Fahrzeugrahmen angeordnet sind, ist somit so ausgebildet, dass die

Steuereinheit eine Antriebsmomentenregelung am Hinterrad erst aktiviert, wenn der maximale Federweg am Vorderrad (maximale Ausfederung am Vorderrad) erreicht ist, um einen Überschlag nach hinten zu vermeiden. Zur Vermeidung eines Überschlags nach vorne aktiviert die erfindungsgemäße Regelung eine Bremskraftregelung am Vorderrad erst dann, wenn der maximale Federweg am Hinterrad erreicht ist (maximale Ausfederung der zweiten Federvorrichtung am Hinterrad).

In besonders günstiger Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass eine Online-Kalibrierung in einer Position des Zweiradfahrzeugs erfolgt, bei welcher sich dieses auf einer horizontalen Fahrbahn befindet und somit der

Beschleunigungs- und Drehratensensor einen Winkel zur Erdanziehungsrichtung von im Wesentlichen Null ausgibt.

Die Steuereinheit bestimmt im Rahmen der erfindungsgemäßen Regelung, ausgehend von der Online-Kalibrierung, den jeweils verfügbaren Federweg der Federvorrichtung des Vorderrads und der Federvorrichtung des Hinterrads. Die jeweiligen Gesamtfederwege des Fahrzeugs können dabei bevorzugt systembedingt oder bauartbedingt vorgegeben werden. Dabei ist es bevorzugt, wenn der jeweilige maximale Federweg, der der Regelung zugrunde gelegt wird, kleiner ist, als der bauartbedingte mögliche Federweg, sodass ein

unerwünschtes Abheben des jeweiligen Rades verhindert wird, um ausreichende Seitenführungskräfte und eine ausreichende Längsstabilität gewährleisten zu können. Dabei ist es auch günstig, wenn die Bremskraftregelung und/oder die Antriebsmomentenregelung abhängig vom Reibwert des Vorderrads bzw. des Hinterrads auf der Fahrbahn erfolgt.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen Nachfolgend werden Ausführungsbeispiele der Erfindung unter Bezugnahme auf die begleitende Zeichnung im Detail beschrieben. In der Zeichnung ist: eine schematische Darstellung der Fahrzustände eines Zweiradfahrzeugs bei Normalfahrt, bei Bergfahrt und bei Talfahrt, eine schematische Darstellung eines neutralen Fahrzustands, eine Darstellung eines Fahrzustands mit maximaler

Ausfederung der ersten Federvorrichtung am Vorderrad ohne Abheben des Vorderrads, Figur 4 eine Darstellung eines Fahrzustands bei Bergauffahrt bei

maximaler Beschleunigung mit abhebendem Vorderrad, eine Darstellung eines Fahrzustands mit maximaler

Verzögerung und maximalem Federweg des Hinterrads ohne Abheben des Hinterrads, und

Figur 6 eine Darstellung eines Betriebszustands, analog Figur 5, bei

Talfahrt mit maximaler Verzögerung und maximalem Federweg des Hinterrads mit abhebendem Hinterrad.

Ausführungsformen der Erfindung

Die Figur 1 zeigt drei mögliche Fahrzustände eines Zweiradfahrzeugs. Dieses umfasst einen Fahrzeugrahmen 8, an welchem ein Vorderrad 5 und ein Hinterrad 7 gelagert sind. Das Vorderrad 5 ist mittels einer ersten Federvorrichtung 4, beispielsweise einer Federgabel, gelagert, das Hinterrad 7 ist mittels einer zweiten Federvorrichtung 6 an dem Rahmen gelagert, welche in Form einer Federschwinge ausgebildet sein kann. An dem Fahrzeugrahmen 8 ist ein Beschleunigungs- und Drehratensensor 3 angeordnet. Die erste

Federvorrichtung 4 ist mit einem Federwegsensor 1 versehen, während ein

Federwegsensor 2 an der zweiten Federvorrichtung 6 angeordnet ist. Die Figur 1 zeigt drei mögliche Fahrzustände eines Zweiradfahrzeugs, nämlich in einer Ebene (linke Darstellung), bei Bergauffahrt (mittlere Darstellung) und bei Bergabfahrt (rechte Darstellung). Die jeweiligen Neigungswinkel für die

Bergauffahrt und die Bergabfahrt sind mit ß bezeichnet, wobei das Vorzeichen die entsprechende Fahrbahnneigung widergibt.

Die Federwegsensoren 1 und 2 erfassen die Aus- und Einfederung am

Vorderrad 5 (Federwegsensor 1) sowie die Winkelstellung oder den Federweg am Hinterrad 7 (Federwegsensor 2). Durch eine Verschiebung des

Schwerpunktes des Gesamtsystems je nach Größe und Vorzeichen des Winkels ß wird auch der Federweg beeinflusst. Im Extremfall würde das Fahrzeug nach vorne oder hinten überschlagen, wenn der Schwerpunkt über den

Aufstandspunkt des Vorderrads 5 oder des Hinterrads 7 verschoben wird.

Die Figuren 2 bis 6 zeigen jeweils in schematischer Darstellung den Übergang von der in Figur 2 gezeigten neutralen Fahrposition in der Ebene zu den

Fahrzuständen mit maximaler Beschleunigung und maximaler Verzögerung.

Bei hohen Beschleunigungen wird, ausgehend von der Darstellung gemäß Figur 2, zunächst der Einfederweg am Vorderrad 5 durch die statische Last aufgebraucht, bevor das Vorderrad 5 von der Fahrbahn mit einem Wnkel α abhebt. Dieser Vorgang ist in den Figuren 2 bis 4 dargestellt. Der zentrale Beschleunigungs- und Drehratensensor 3 kann nicht unterscheiden, ob das Ausfedern der ersten Federvorrichtung 4 am Vorderrad 5 und das Abheben des Vorderrads 5 durch eine Neigung der Fahrbahn oder durch die auftretenden Lastmoment erzeugt wird. Erfindungsgemäß wird deshalb mittels des

Federwegsensors 1 am Vorderrad der Federweg gemessen. Ergeben die durch den Federwegsensor 1 abgegebenen Werte, die Information, dass eine weitere Anpassung durch eine Erreichung des maximalen Federwegs oder durch Erreichen eines Endanschlags der ersten Federvorrichtung 4 nicht mehr möglich ist, so folgt daraus, dass der gemessene Wnkel des Beschleunigungs- und Drehratensensors 3 mit dem Anteil der Steigung der Fahrbahn von α behaftet ist. Das Vorderrad 5 hat in einem derartigen Betriebszustand keinen Kontakt zur Fahrbahn mehr. Die erfindungsgemäße Regelung bewirkt zur Vermeidung eines Abhebens des Vorderrads 5 und zur Verhinderung eines Überschlags nach hinten eine Regelung des Antriebsmoments am Hinterrad 7. Die Messung des Federwegs der ersten Federvorrichtung erfolgt

bevorzugterweise mittels eines Lasers.

In analoger Weise erfolgt die erfindungsgemäße Regelung bei einem Übergang der neutralen Fahrposition gemäß Figur 2 zu den in den Figuren 5 und 6 gezeigten Betriebszuständen. Beim Bremsen erfolgt zunächst eine Einfederung der ersten Federvorrichtung 4. Die zweite Federvorrichtung 6 am Hinterrad 7 wird dabei bis zu einem Maximalwert ausfedern. Dies wird durch den

Federwegsensor 2 am Hinterrad detektiert. Bei dem in Figur 6 gezeigten

Betriebszustand (insbesondere bei Bergfahrt) wird somit das Hinterrad 7 abheben. Um diesen Vorgang und einen möglicherweise bevorstehenden Überschlag nach vorne zu vermeiden, erfolgt erfindungsgemäß eine

Bremskraftregelung. Die Messung des Federwegs am Hinterrad erfolgt bevorzugterweise mittels eines

Winkelsensors.

Da sich beim Beschleunigen oder Bremsen die Hangabtriebskräfte jeweils addieren oder subtrahieren, ist die Weginformation der Federwegsensoren 1 und 2 ein Maß für die Begrenzung der Antriebs- und Bremskräfte. Da sich die geometrischen Bedingungen und Lasten bei einzelnen Zweiradfahrzeugen unterscheiden, insbesondere durch mechanische Änderungen der

Federsysteme/Dämpfungssysteme sowie bei der jeweiligen Einsatzbedingung variieren (nur ein Fahrer oder ein zusätzlicher Beifahrer und/oder zusätzliches Gepäck) ist für die Bestimmung der Neutralposition erfindungsgemäß eine

Online-Kalibrierung besonders vorteilhaft. Dies erfolgt in einer neutralen

Fahrposition, in welcher der Beschleunigungs- und Drehratensensor 3 einen Winkel nahe Null zur Erdanziehung liefert und keine Geschwindigkeit oder Beschleunigung des Zweiradfahrzeugs vorliegt. Von einem derartigen Zustand aus können die Federwegsensoren 1 und 2 präzise die verfügbaren Federwege der ersten Federvorrichtung 4 und der zweiten Federvorrichtung 6 bestimmen.

Zur Verhinderung eines Überschlags nach hinten (Betriebszustände der Figuren 2, 3 und 4) erfolgt erfindungsgemäß bevorzugterweise die Regelung der

Antriebskräfte so, dass entweder ein Restfederweg der Federvorrichtungen erhalten bleibt oder dass mittels des Beschleunigungs- und Drehratensensors 3 zum Zeitpunkt des Erreichens des maximalen Restfederwegs ein definierter Winkel α zugelassen wird. Dieser Wnkel α kann reibwertabhängig veränderbar sein, um den Fahrbahnzustand berücksichtigen zu können. Dabei ist

insbesondere eine Filterung der ermittelten Werte von α vorteilhaft. Bei einem Bremsvorgang (Figuren 2, 5 und 6) ist für eine Bremsregelung im

ABS-Betrieb erfindungsgemäß die Verzögerung des Fahrzeugs so zu wählen, dass das Hinterrad 7 immer am Boden bleibt oder dass ein definierter Wnkel a, abhängig vom Reibwert, zugelassen wird. Für die Größe α wird die Regelung mit Hilfe von Sensor 3 bestimmt. Dabei wird bevorzugterweise die Regelung so ausgestaltet, dass die Seitenführungskraftgrenzen am Vorderrad 5 nicht unter ein

Mindestmaß absinken.

Der Erfindung ist bei allen Zweiradfahrzeugen anwendbar, welche Federsysteme und einen regelbaren Antrieb sowie eine regelbare Bremse aufweisen.