Stabilisierungseinrichtung für ein Zweirad

Die Erfindung bezieht sich auf eine Stabilisierungseinrichtung für ein Zweirad nach dem Oberbegriff des Anspruches 1.

Stand der Technik

In der DE 10 2013 200 020 AI wird eine Stabilisierungseinrichtung für ein motorisiertes Zweirad beschrieben, die zwei nebeneinander angeordnete Kreisel mit paralleler Drehachse aufweist, wobei die Kreisel für die

Stabilisierungsfunktion in einer gekoppelten Bewegung gekippt werden können. Die beiden Kreisel werden in entgegengesetzte Drehrichtungen permanent von Elektromotoren angetrieben und sind in nicht-kritischen Fahrzuständen mit ihren Drehachsen parallel zur Fahrzeuglängsachse ausgerichtet. Gerät das Zweirad in einen kritischen Fahrzustand, so werden beide Kreisel gegenläufig gekippt, wodurch sich in den Kreiseln ein stabilisierender Drehimpuls aufbaut. Nach der Stabilisierung der Fahrsituation werden die Kreiseldrehachsen wieder in ihre Ausgangsposition zurückgeschwenkt, um sicherzustellen, dass bei regulärer Fahrt kein resultierender Drehimpuls auf das Zweirad wirkt.

Offenbarung der Erfindung

Die erfindungsgemäße Stabilisierungseinrichtung kann in Zweirädern, insbesondere in motorisierten Zweirädern eingesetzt werden, um insbesondere in fahrkritischen Situationen eine Stabilisierung des Zweirades zu erreichen. Die Stabilisierungseinrichtung umfasst einen drehbar gelagerten Kreisel, durch dessen Rotationsbewegung ein Drehimpuls erzeugt wird, der stabilisierend auf das Fahrzeug wirkt. Es können instabile oder instabil werdende Fahrsituationen mithilfe der erfindungsgemäßen Stabilisierungseinrichtung stabilisiert werden, so dass die Gefahr eines Sturzes, insbesondere bei Kurvenfahrt des Zweirades, signifikant reduziert ist.

Die Stabilisierungseinrichtung umfasst des Weiteren eine Antriebseinheit, mit der der Kreisel um seine Drehachse angetrieben werden kann, sowie eine zwischen der Antriebseinheit und dem Kreisel angeordnete

Drehrichtungsumkehrungseinheit, über die die Drehrichtung des Kreisels einstellbar ist. Die Antriebseinheit ist beispielsweise als ein Energiespeicher ausgebildet, dessen Energie über die Drehrichtungsumkehrungseinheit auf den Kreisel zum Erzeugen der Kreiselrotationsbewegung übertragbar ist.

Diese Ausführung hat den Vorteil, dass über die

Drehrichtungsumkehrungseinheit die Stabilisierungsrichtung einstellbar ist, ohne dass dem Kreisel eine Kipp- oder Schwenkbewegung mit einer Änderung der Drehachse aufgeprägt werden muss. Der stabilisierende Drehimpuls des Kreisels hängt von der Drehrichtung ab, so dass in Linkskurven und in Rechtskurven durch entgegengesetzte Drehrichtungen des Kreisels entsprechend

entgegengesetzte Drehimpulse erzeugbar sind, die stabilisierend auf das Zweirad wirken.

In einer vorteilhaften Ausführung weist der Kreisel eine feststehende Drehachse im Zweirad auf. Diese Ausführung lässt sich mit einfachen konstruktiven

Maßnahmen realisieren, da keine aufwändigen kinematischen Vorrichtungen für ein Kippen oder Schwenken des Kreisels zur Lageveränderung der

Kreiseldrehachse erforderlich sind. Die Stabilisierungsrichtung wird vorzugsweise allein über die Rotationsrichtung des Kreisels vorgegeben.

In einer alternativen Ausführung weist die Stabilisierungseinrichtung zusätzlich zu der Möglichkeit, die Drehrichtung des Kreisels umzukehren, auch eine

Vorrichtung zum Kippen oder Schwenken des Kreisels auf, mit der die

Kreiseldrehachse bezogen auf das zweiradeigene Koordinatensystem gekippt bzw. verschwenkt werden kann. Hiermit steht eine zusätzliche

Beeinflussungsmöglichkeit zur Stabilisierung des Zweirades mithilfe der

Stabilisierungseinrichtung zur Verfügung. Durch das Kippen bzw. Schwenken des Kreisels kann die Kreiseldrehachse prinzipiell eine beliebige Lage im

Zweirad einnehmen.

Die Stabilisierungseinrichtung mit dem Kreisel, der Antriebseinheit und der Drehrichtungsumkehrungseinheit kann eine zusammengehörende Baueinheit bilden, die in das Zweirad eingebaut und beispielsweise mit dem Rahmen des Zweirades verbunden wird. In der Ausführung des Kreisels mit feststehender Drehachse ist der Kreisel in der Stabilisierungseinrichtung drehbar gelagert, so dass nach dem festen Einbau der Stabilisierungseinrichtung in das Zweirad der Kreisel auch gegenüber dem Zweirad eine feststehende Drehachse aufweist.

Gemäß einer vorteilhaften Ausführung ist die Drehrichtungsumkehrungseinheit als ein umschaltbares Getriebe ausgebildet. Die Antriebsbewegung der

Antriebseinheit wird über das Getriebe auf den Kreisel übertragen, wobei die Drehrichtung des Kreisels von der Schaltrichtung des Getriebes abhängt und durch Umschalten des Getriebes umgekehrt werden kann. Über das Getriebe kann gegebenenfalls eine Drehzahländerung im Sinne einer Untersetzung oder Übersetzung zwischen der Antriebseinheit und dem Kreisel erreicht werden.

Gemäß einer weiteren zweckmäßigen Ausführung ist die Antriebseinheit als ein mechanischer Energiespeicher ausgeführt, beispielsweise als eine Spiralfeder. Der mechanische Energiespeicher ist insbesondere permanent vorgespannt, um im Bedarfsfall in kurzer Zeit den Kreisel drehend anzutreiben. Vorteilhafterweise befindet sich der Kreisel im Regelfall im Ruhezustand und wird über die

Antriebseinheit und die Drehrichtungsumkehrungseinheit nur im Fall eines kritischen oder annähernd kritischen Fahrzustandes des Zweirades in Drehung versetzt. Insbesondere in der Ausführung als mechanischer Energiespeicher kann die Antriebseinheit einen ausreichend hohen Energiegehalt aufweisen, um den Kreisel aus dem Ruhezustand stark zu beschleunigen und eine

Mindestdrehzahl aufzuprägen, die für die Stabilisierung des Zweirades erforderlich ist.

Gemäß einer weiteren zweckmäßigen Ausführung umfasst die Antriebseinheit einen Elektromotor, über den insbesondere in der Ausführung der Antriebseinheit als mechanischer Energiespeicher die Antriebsenergie auf einen Sollwert aufgefüllt werden kann. Wird zur Zweiradstabilisierung der Kreisel über die Antriebseinheit angetrieben, so dass der Energiespeicher der Antriebseinheit erschöpft ist, kann anschließend über den Elektromotor die Antriebseinheit wieder mit Speicherenergie geladen werden.

In einer alternativen Ausführung stellt der Elektromotor die Antriebseinheit dar, wobei die Antriebsbewegung des Elektromotors über die

Drehrichtungsumkehrungseinheit auf den Kreisel übertragen wird.

Gemäß einer weiteren zweckmäßigen Ausführung umfasst die

Stabilisierungseinrichtung eine Bremsvorrichtung, über die der Kreisel abbremsbar ist. Über die Bremsvorrichtung kann der Kreisel im Ruhezustand fixiert werden, so dass eine Kreisel rotation verhindert wird. Des Weiteren ist es möglich, den drehenden Kreisel abzubremsen. Diese Ausführung ermöglicht es, dass in sicherheitsunkritischen Fahrsituationen der Kreisel über die

Bremsvorrichtung in Ruhe gehalten wird und in sicherheitskritischen oder annähernd sicherheitskritischen Fahrsituationen die Bremsvorrichtung den Kreisel freigibt, so dass der Kreisel über die Antriebseinheit und die

Drehrichtungsumkehrungseinheit drehend angetrieben wird.

In einer weiteren Ausführung befindet sich im Übertragungsweg zwischen der Antriebseinheit und dem Kreisel eine Kupplung, die zwischen einem geöffneten und einem geschlossenen, bewegungsübertragenden Zustand einstellbar ist. In sicherheitsunkritischen Situationen ist die Kupplung geöffnet, so dass der Übertragungsweg zum Kreisel unterbrochen ist und die Antriebsbewegung nicht auf den Kreisel übertragen wird. In sicherheitskritischen Situationen ist die Kupplung geschlossen, um die gewünschte Übertragung der Antriebsenergie auf den Kreisel zu ermöglichen. Die Kupplung befindet sich entweder zwischen der Antriebseinheit und der Drehrichtungsumkehrungseinheit oder zwischen der Drehrichtungsumkehrungseinheit und dem Kreisel.

Gemäß einer weiteren zweckmäßigen Ausführung wird die Stabilisierungseinrichtung zur Gierstabilisierung eingesetzt, um insbesondere einen Sturz des Zweirades aufgrund eines Wegrutschens des Hinterrades zu verhindern. Zur Gierstabilisierung ist es zweckmäßig, dass die Drehachse des Kreisels mit der Hochachse des Zweirades zusammenfällt oder zumindest annähernd zusammenfällt. Diese Ausführung eignet sich insbesondere für eine

Stabilisierungseinrichtung mit feststehender Drehachse des Kreisels.

In einer weiteren Ausführung, die sich ebenfalls für Stabilisierungseinrichtungen mit feststehender Drehachse des Kreisels eignet, nimmt die Drehachse des Kreisels mit der Hochachse des Zweirades einen größeren Winkel ein, der beispielsweise mindestens 45° beträgt, gegebenenfalls auch 90° betragen kann und beispielsweise parallel zur Fahrzeuglängsachse gerichtet ist. Diese

Ausführung ermöglicht eine Wankstabilisierung des Zweirades mit einem um die Zweiradlängsachse wirkenden, aufrichtenden Moment.

Gemäß einer weiteren zweckmäßigen Ausführung weist die

Stabilisierungseinrichtung genau einen Kreisel auf. Dies genügt grundsätzlich, um die gewünschte Zweiradstabilisierung zu erreichen. Über die

Drehrichtungsumkehrungseinheit kann die Stabilisierungsrichtung beeinflusst werden.

In einer alternativen Ausführung weist die Stabilisierungseinrichtung mehr als einen Kreisel auf, beispielsweise zwei Kreisel, die vorzugsweise parallel zueinander gerichtet sind und insbesondere eine feststehende Drehachse aufweisen. Jeder Kreisel ist über eine Antriebseinheit und eine

Drehrichtungsumkehrungseinheit antreibbar. Gegebenenfalls weisen die Kreisel eine gemeinsame Antriebseinheit und eine gemeinsame

Drehrichtungsumkehrungseinheit auf.

Die verschiedenen einstellbaren Komponenten der Stabilisierungseinrichtung, insbesondere die Drehrichtungsumkehrungseinheit und gegebenenfalls die Bremsvorrichtung und der Elektromotor, der der Antriebseinheit zugeordnet ist, werden über Stellsignale eines Regel- bzw. Steuergerätes eingestellt. Das Regel- bzw. Steuergerät kann Bestandteil der Stabilisierungseinrichtung sein. Alternativ handelt es sich um ein Regel- bzw. Steuergerät des Zweirades, mit dem die einstellbaren Komponenten der Stabilisierungseinrichtung verbunden werden. Die Einstellung der Komponenten der Stabilisierungseinrichtung erfolgt, gemäß weiterer zweckmäßiger Ausführung, auf der Grundlage von Sensorinformationen zu Fahrzustandsgrößen des Zweirades. Die Sensorinformationen werden insbesondere in einer Fahrzeugsensorik ermittelt, beispielsweise einer

Inertialsensorik und einem oder mehreren Raddrehzahlsensoren, über die die gesuchten Fahrzustandsgrößen erfasst werden. Die Sensordaten werden in dem Regel- bzw. Steuergerät verarbeitet, in welchem die Stellsignale zur Ansteuerung der Komponenten der Stabilisierungseinrichtung erzeugt werden.

Bei dem Verfahren zum Betrieb des Zweirades werden fortlaufend

Fahrzustandsgrößen ermittelt und ausgewertet, um kritische Fahrzustände zu erfassen. In diesem Fall werden Stellsignale zur Ansteuerung der einstellbaren Komponenten der Stabilisierungseinrichtung erzeugt, indem Antriebsenergie von der Antriebseinheit über die Drehrichtungsumkehrungseinheit auf den

stillstehenden Kreisel geleitet wird, der hierdurch in der gewünschten

Drehrichtung angetrieben wird, wodurch der das Fahrzeug stabilisierende Drehimpuls erzeugt wird.

Weitere Vorteile und zweckmäßige Ausführungen sind den weiteren Ansprüchen, der Figurenbeschreibung und den Zeichnungen zu entnehmen. Es zeigen:

Fig. 1 in schematischer Ansicht ein motorisiertes Zweirad, das mit einer

Stabilisierungseinrichtung ausgestattet ist,

Fig. 2 die Stabilisierungseinrichtung in vergrößerter Darstellung.

In den Figuren sind gleiche Bauteile mit gleichen Bezugszeichen versehen.

In Fig. 1 ist ein motorisiertes Zweirad 1 dargestellt, das mit einer

Stabilisierungseinrichtung 2 ausgestattet ist, welches in vergrößerter Darstellung in Fig. 2 gezeigt ist. Die Stabilisierungseinrichtung 2 dient zur Stabilisierung des Zweirades 1 in fahrkritischen Zuständen, insbesondere bei Kurvenfahrt und der drohenden Gefahr eines seitlichen Wegrutschens des Hinterrades des

Zweirades. Die Stabilisierungseinrichtung 2 ist am Rahmen 3 des Zweirades befestigt und bildet vorzugsweise eine vorgefertigte Baueinheit, die in das Zweirad 1 integriert wird.

Das Zweirad 1 ist in an sich bekannter Weise mit einer Sensorik ausgestattet, die eine Inertialsensorik 4 sowie zumindest einen Raddrehzahlsensor 5 am

Vorderrad umfasst. Über die Sensorik 4, 5 werden Fahrzustandsgrößen erfasst, aus denen auf den Fahrzustand geschlossen werden kann. Durch Auswertung der Fahrzustandsgrößen kann auf einen kritischen oder einen sich anbahnenden kritischen Fahrzustand geschlossen werden.

Das Zweirad 1 ist mit einem Regel- bzw. Steuergerät 6 ausgestattet, dem als Eingangsgrößen die Sensorsignale der Sensorik 4, 5 zugeführt werden. In dem Regel- bzw. Steuergerät werden Stellsignale erzeugt, die der

Stabilisierungseinrichtung 2 zur Ansteuerung der einstellbaren Komponenten zugeführt werden.

Wie Fig. 1 in Verbindung mit Fig. 2 zu entnehmen, umfasst die

Stabilisierungseinrichtung 2 einen Kreisel 7, eine Antriebseinheit 8 und eine Drehrichtungsumkehrungseinheit 9. Des Weiteren gehören zur

Stabilisierungseinrichtung 2 eine Bremsvorrichtung 10 und ein Elektromotor 11. Der Kreisel 7 weist ein hohes Trägheitsmoment auf und ist in der

Stabilisierungseinrichtung um seine Drehachse 12 drehbar gelagert; eine weitere Bewegungsmöglichkeit des Kreisels 7 besteht nicht, er ist insbesondere nicht- schwenk- oder kippbar gelagert. Die Drehachse 12 des Kreisels 7 verläuft im eingebauten Zustand der Stabilisierungseinrichtung 2 im Zweirad 1 parallel oder zumindest annähernd parallel zur Hochachse z des Zweirades.

Die Antriebseinheit 8 ist als ein mechanischer Energiespeicher in Form einer Spiralfeder ausgeführt. Die Spiralfeder 8 wird über eine Betätigung des

Elektromotors 11 gespannt, wobei der Elektromotor 11 nur für den

Spannvorgang betätigt werden muss. Die gespannte Spiralfeder 8 behält ihren Energiezustand so lange bei, bis die Federenergie zum drehenden Antreiben des Kreisels 7 umgesetzt wird. Die Spiralfeder 8 ist über die Drehrichtungsumkehrungseinheit 9 mit dem Kreisel 7 verbunden. Die Drehrichtungsumkehrungseinheit 9 ist beispielsweise als ein umschaltbares Getriebe ausgeführt, das die Federenergie der Spiralfeder 8 in eine Rotationsbewegung des Kreisels 7 um dessen Drehachse 12 umsetzt. Über die Drehrichtungsumkehrungseinheit 9 kann die Drehrichtung des Kreisels 7 im Uhrzeigersinn oder entgegen des Uhrzeigersinns eingestellt werden.

Die Bremsvorrichtung 10 ist zwischen einer die Rotationsbewegung des Kreisels 7 bremsenden Position und einer Freigabeposition verstellbar, in welcher der Kreisel 7 ungebremst rotieren kann.

Sämtliche einstellbaren Komponenten der Stabilisierungseinrichtung 2 werden von Stellsignalen des Regel- bzw. Steuergerätes 6 im Zweirad 1 eingestellt, dies betrifft die Drehrichtungsumkehrungseinheit 9, die Bremsvorrichtung 10 sowie den Elektromotor 11.

Das Verfahren zur Stabilisierung des Zweirades läuft folgendermaßen ab:

Über die Sensorik 4, 5 werden fortlaufend Sensorsignale ermittelt und als Eingangssignale dem Regel- bzw. Steuergerät 6 zugeführt, in welchem berechnet wird, ob ein sicherheitskritischer Fahrzustand vorliegt oder droht. Ist dies der Fall, werden Stellsignale zur Ansteuerung der einstellbaren

Komponenten der Stabilisierungseinrichtung 2 erzeugt.

Solange sich das Zweirad 1 in einem sicherheitsunkritischen Zustand befindet, ist die Bremsvorrichtung 10 der Stabilisierungseinrichtung 2 in ihrer die

Kreiselrotationsbewegung bremsenden Position, zugleich befindet sich die Spiralfeder 8 in ihrem gespannten Zustand. Soll die Stabilisierungseinrichtung 2 zur Zweiradstabilisierung betätigt werden, so wird die Bremsvorrichtung 10 gelöst, so dass der Kreisel 7 ungehindert rotieren kann. Zugleich wird die

Drehrichtungsumkehrungseinheit 9 angesteuert, um die gewünschte

Drehrichtung um die Drehachse 12 des Kreisels 7 einzustellen. Von der gespannten Spiralfeder 8 wird Federenergie über die

Drehrichtungsumkehrungseinheit 9 auf den Kreisel 7 geleitet, der in der gewünschten Drehrichtung zu rotieren beginnt. Der hierdurch erzeugte

Drehimpuls führt zu einer Stabilisierung des Zweirades.

Nachdem das Zweirad stabilisiert worden ist, kann die Bremsvorrichtung 10 wieder in ihre Bremsposition überführt werden, in der eine Rotation des Kreisels

7 um seine Drehachse 12 verhindert wird. Zugleich kann der Elektromotor 11 betätigt werden, um die Spiralfeder 8 wieder zu spannen.