Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Ermittlung der Querbeschleunigung eines Kraftfahrzeugs sowie ein Kraftfahrzeug zur Anwendung eines derartigen Verfahrens.

Eine Möglichkeit zur Ermittlung der Querbeschleunigung ist beispielsweise in der WO2010/054887A1 offenbart, bei der die Schräglage eines Motorrads ermittelt werden soll. Dabei wird die Querbeschleunigung mithilfe des Querbeschleunigungs- sensors gemessen, wobei die Querbeschleunigung und die Beschleunigung in Richtung der Hochachse zur Ermittlung des Schräglagenwinkels verwendet werden. Die Messwerte von Querbeschleunigungssensoren werden dabei durch die Schwerkraft beeinflusst, insbesondere bei großen Neigungswinkeln. Die Verwendung von Querbeschleunigungssensoren ist dabei bei PKWs besonders vorteilhaft, da hierbei relativ geringe Rollwinkel erreicht werden. Bei Motorrädern können dabei Schräglagen um die 60 Grad erreicht werden, sodass die Erdanziehungskraft einen großen Einfluss auf den Messwert des Querbeschleunigungssensors ausübt. Zudem müssen in einem entsprechenden Kraftfahrzeug derartige Querbeschleunigungssensoren verbaut sein.

Es ist daher Aufgabe ein Verfahren zur Ermittlung der Querbeschleunigung eines Kraftfahrzeugs bereitzustellen, welches auf einfache Art und Weise sowie unter Einsparung zusätzlicher Sensoren durchgeführt werden kann, wobei die ermittelte Querbeschleunigung nicht von der Erdanziehung beeinflusst wird.

Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren gemäß dem Patentanspruch 1 gelöst. In den abhängigen Patentansprüchen sind entsprechend vorteilhafte Ausgestaltungsvarianten erläutert.

Ein derartiges Verfahren kann beispielsweise bei Kraftfahrzeugen, insbesondere bei Motorrädern und PKWs, verwendet werden. Dabei weist das Kraftfahrzeug zumindest einen ersten Sensor zur Ermittlung einer Geschwindigkeit des Fahrzeugs und einen zweiten Sensor zur Ermittlung der Gierrate um eine Hochachse des Fahrzeugs ermittelt, aufweist. Dabei kann der zweite Sensor die Gierrate direkt ermittelt oder die Gierrate aus den ermittelten Sensorwerten bestimmt werden. Diese Gierrate entspricht einer Drehbeschleunigung des Kraftfahrzeugs um dessen Hochachse.

Dabei wird aus der Geschwindigkeit und der Gierrate eine Querbeschleunigung des Kraftfahrzeugs berechnet.

Die Gierrate ω _ζ , die eine Rotationsgeschwindigkeit um die Hochachse des Kraftfahrzeugs beschreibt, die Fahrzeuggeschwindigkeit v und der Kreisumfang 2πτ können

360°

gemäß 2nr = v in Zusammenhang gestellt werden. Dabei entspricht der ω _ζ

Kreisumfang der Geschwindigkeit des Fahrzeugs multipliziert mit der Zeit, die für eine Rotations des Kraftfahrzeugs um 360° benötigt wird.

Die Zentrifugalkraft stellt hierbei einen Zusammenhang zwischen dem Kreisradius r, der Geschwindigkeit v und der Querbeschleunigung α gemäß a =— dar.

r

Setzt man diese Zusammenhänge ineinander ein und stellt nach der Querbeschleunigung o um, so erhält man a = v · ω _ζ · -^— _o .

Es wird daher vorgeschlagen, dass die Querbeschleunigung a aus der Geschwindigkeit v und der Gierrate ω ₇ durch die Formel a = v · ω _ζ · -ΊΤΤ ermittelt wird.

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Dabei sind an den meisten Kraftfahrzeugen bereits ein Sensor zur Ermittlung der Fahrzeuggeschwindigkeit sowie ein Drehratensensor verbaut. Die Messwerte derartiger Sensoren werden dabei bereits für unterschiedlichste Aufgaben verwendet. Die Querbeschleunigung lässt sich somit aus Messwerten von Sensoren ermitteln, die bereits in fast jedem Fahrzeug verbaut sind.

Mit besonderem Vorteil wird aus der Querbeschleunigung ein Schräglagenwinkel des Kraftfahrzeugs, insbesondere des Motorrads, ermittelt. Dabei korreliert die aus der Gierrate und der Fahrzeuggeschwindigkeit ermittelte Querbeschleunigung bei einem Motorrad mit der Schräglage, aufgrund des Einflusses der Schräglage auf die Messachse der Gierrate. Der Schräglagenwinkel kann somit direkt aus der Querbeschleunigung ermittelt werden. Zudem wird die hierdurch ermittelte Querbeschleunigung und die Schräglage nicht durch die Erdanziehungskraft beeinflusst.

Es wird weiterhin ein Verfahren zur Ermittlung eines Schräglagenwinkels eines Kraftfahrzeugs, insbesondere eines Motorrads oder eines PKWs, vorgeschlagen, wobei zunächst eine Querbeschleunigung gemäß zumindest einer der zuvor erläuterten Ausführungsvarianten ermittelt wird, wobei aus der ermittelten Querbeschleunigung ein Schräglagenwinkel ermittelt wird.

Die nach den vorigen Ausführungen ermittelte Querbeschleunigung und gegebenenfalls der Schräglagenwinkel, weist einen mit dem Schräglagenwinkel ß des Kraftfahrzeugs ansteigenden Fehler auf, dessen Fehlerverlauf im Wesentlichen durch cos ß bestimmt ist.

Die ermittelte Querbeschleunigung ist bei ansteigendem Schräglagenwinkel ß geringer als die tatsächliche Querbeschleunigung, allerdings kann qualitativ richtig zwischen verschiedenen Fahrzuständen des Kraftfahrzeugs unterschieden werden. Bei einem Motorrad beispielsweise zwischen geringer Schräglage in einer Geradeausfahrt, oder einer Kurvenfahrt nahe des maximalen Schräglagenwinkels. Die Genauigkeit der ermittelten Querbeschleunigung und der gegebenenfalls daraus ermittelten Schräglage ist beispielsweise für die Verstellung von Fahrwerkselementen an dem Kraftfahrzeug vollkommen ausreichend.

Mit besonderem Vorteil wird die ermittelte Querbeschleunigung, in dem folgenden Abschnitt als erste Querbeschleunigung bezeichnet, mit einer gemessenen Querbeschleunigung, die von einem Querbeschleunigungssensor direkt gemessen und im folgenden Abschnitt als zweite Querbeschleunigung bezeichnet wird, verglichen, um einen Wankwinkel des Kraftfahrzeugs bereitzustellen. Dabei ist der Wankwinkel des Kraftfahrzeugs im Wesentlichen ebenfalls ein Schräglagenwinkel, der bei einem PKW beispielsweise innerhalb eines Winkels von 20° o- der 25° verbleibt. Die ermittelte erste Querbeschleunigung nimmt mit ansteigendem Schräglagen oder Wankwinkel gemäß cos ß ab, wohingegen die gemessene zweite Querbeschleunigung bei kleinem Wankwinkel einen vernachlässigbaren Fehler aufweist. Durch Vergleich der ermittelten ersten Querbeschleunigung und der gemessenen zweiten Querbeschleunigung, insbesondere durch deren Differenzwert, lässt sich der Wankwinkel ermitteln.

In einer Vorteilhaften Ausführungsvariante wird eine gemäß den vorigen Ausführungen ermittelte Querbeschleunigung oder Schräglagenwinkel zur Verstellung von Fahrwerkselementen des Kraftfahrzeugs zu verwendet, insbesondere zur Verstellung einer Dämpfkraft eines Schwingungsdämpfers.

Hierdurch lässt sich bei großen Schräglagen kostengünstig eine Überdämpfung des Reifens durch korrekte Verstellung der Fahrwerkselemente realisieren.

Des Weiteren wird ein Kraftfahrzeug, insbesondere ein Motorrad oder ein Auto, zur Anwendung des Verfahrens gemäß einem der Patentansprüche 1 bis 5 oder zumindest einer der zuvor erläuterten Ausführungsvarianten vorgeschlagen.

Die Erfindung wird im Weiteren nochmals beispielhaft anhand der folgenden beiden Figuren erläutert. Es zeigen:

Figur 1 einen schematischen Aufbau eines Motorrads;

Figur 2 Vergleich von Messewerten verschiedener Sensoranordnungen.

Figur 1 zeigt ein schematisch dargestelltes Motorrad 10 mit mehreren Fahrwerkselementen 12. Die Fahrwerkselemente 12 können hierbei beispielsweise durch ein Federbein sowie eine Federgabel oder sonstige bekannte Fahrwerkselemente ausgebildet sein. Hierbei sind diese jedoch lediglich schematisch als Schwingungsdämpfer dargestellt. Das Motorrad 10 umfasst weiterhin einen ersten Sensor 14 zur Ermittlung der Geschwindigkeit v des Motorrads 10. Der erste Sensor 14 ist hierbei am Vorderrad 15 angeordnet, insbesondere an einer dem Vorderrad 15 zugehörigen Federgabel. Dieser kann beispielsweise eine Rotationsgeschwindigkeit des Vorderrades 15 ermitteln und daraus die Geschwindigkeit v des Motorrads 10 bestimmen.

Des Weiteren umfasst das Motorrad 10 einen zweiten Sensor 16. Dieser zweite Sensor 16 ist hierbei beispielhaft an dem Aufbau 18 angeordnet und als Drehratensensor ausgebildet. Der zweite Sensor 16 kann hierbei eine Wankbeschleunigung, eine Wankgeschwindigkeit, eine Nickbeschleunigung, eine Nickgeschwindigkeit, eine Gierbeschleunigung sowie eine Giergeschwindigkeit um eine Längsachse 18a, eine Querachse 18b sowie um eine Hochachse 18c ermitteln.

Dabei wird eine Rotationsgeschwindigkeit erfasst, wobei Rotationspfeile zur Verdeutlichung der Rotationsbewegung eingezeichnet sind. Die Querachse 18b ist hierbei zur besseren Darstellung schräg eingezeichnet, wobei diese jedoch in die Bildebene hineinragt oder aus dieser herausragt.

Das Motorrad 10 kann während der Fahrt eine Neigung um dessen Längsachse 18a ausführen, sodass die Hochachse 18c gegenüber einer Flächennormale 20a einer Fahrbahn 20 um einen Schräglagenwinkel ß geneigt ist. Dabei ist die Hochachse 18c beispielhaft mit einem Schräglagenwinkel ß gegenüber der Flächennormale 20a eingezeichnet.

Dabei geht das Motorrad 10 bei Kurvenfahren in Schräglage über, wobei die Schräglage im Wesentlichen von dem Kurvenradius r und der Geschwindigkeit v des Motorrads 10 abhängt. Eine auf das Motorrad 10 wirkende Querbeschleunigung korreliert dabei mit ebenfalls mit dem Kurvenradius r und der Geschwindigkeit v des Motorrads. Die Querbeschleunigung a des Motorrads 10 lässt sich gemäß der vorigen

TT

Ausführungen durch α = v · ω _ζ · ermitteln. Dabei ist in der Figur 2 ein Vergleich zwischen dem Schräglagenwinkels ß, ermittelt durch ein aufwändigen und präzisen Aufbau, der beispielsweise auch für Schrägla- gen-ABS-Systeme sowie für Traktionskontrollen verwendet werden kann, sowie der Querbeschleunigung a, die gemäß der im vorigen beschriebenen Ausführungen ermittelt wird, gezeigt. Dabei ist entlang der X-Achse 22 die Zeit aufgetragen, sowie entlang der jeweiligen Y-Achse 24a ein Winkel in ° (Grad), entlang der Y-Achse 24b eine Beschleunigung, beispielsweise in -, sowie entlang der Y-Achse 24b die Geschwindigkeit.

Zur Ermittlung der in Figur 2 dargestellten Werte wurden mit einem Motorrad Kreise verschiedener Radien sowie mit unterschiedlichen Geschwindigkeiten durchfahren. Der Verlauf 26 zeigt die ermittelte Schräglage eines hochpräzisen Systems. Der Verlauf 28 hingegen stellt die Querbeschleunigung dar, die gemäß einem System nach den vorherigen Ausführungen ermittelte wurde. Zudem ist in dem Verlauf 30 die Geschwindigkeit des Motorrads 10 dargestellt. Man erkennt, dass das Querbeschleuni- gungssignal qualitativ sehr gut mit dem Schräglagensignal übereinstimmt.

Aus der ermittelten Querbeschleunigung kann der zugehörige Schräglagenwinkel ß ermittelt oder berechnet werden. Dabei ist es möglich aus der ermittelten Querbeschleunigung oder einem daraus ermittelten Schräglagenwinkel die Fahrzeugelemente 12 des Motorrads 10 zu verstellen. Ebenso kann klar zwischen einer hohen Schräglage sowie einer niedrigen Schräglage unterschieden werden. Dadurch kann insbesondere ein zugehöriger Schwingungsdämpfer bei einer Kurvenfahrt mit hohem Schräglagenwinkel in seiner Dämpfwirkung verringert werden, sodass beispielsweise eine Überbelastung des Reifens verhindert wird. Die Qualität des ermittelten Signals ist hierbei vollkommen zur Verstellung von Fahrwerkskomponenten.

Dieses beispielhaft erläuterte Verfahren zur Ermittlung der Querbeschleunigung kann im Wesentlichen unverändert auch bei PKWs verwendet werden. Bezugszeichen

Motorrad

Fahrwerkselement

erster Sensor / Geschwindigkeitssensor

Vorderrad

zweiter Sensor / Drehratensensor

Aufbau

a Längsachse

b Querachse

c Hochachse

Fahrbahn

a Flächennormale

X-Achse

,a,b,c Y-Achse

Verlauf / Schräglage

Verlauf / ermittelte Querbeschleunigung

Verlauf / Geschwindigkeit

Schräglagenwinkel