Beschreibung:

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung sowie ein zugehöriges Verfahren zur Ermittlung des Fahrerlenkmoments.

Das Lenkmoment und insbesondere das Fahrerlenkmoment ist sowohl bei einspurigen als auch bei zweispurigen Kraftfahrzeugen eine besonders für Fahrerassistenzsysteme relevante Eingangsgröße. Als das Fahrerlenkmo ment wird dabei das über den Lenker bzw. die Lenkstange des Motorrads durch den Fahrer eingebrachte Moment um die Lenkachse des Fahrzeugs verstanden.

Im Stand der Technik sind verschiedene Methoden zur Bestimmung des Fahrerlenkmoments bekannt. Diese sind jedoch zumeist speziell für zweispu rige Kraftfahrzeuge ausgelegt und nicht auf einspurige Kraftfahrzeuge, wie Motorräder, anwendbar. Beispielsweise ist bei zweispurigen Fahrzeugen vorgesehen, das Fahrerlenkmoment über physikalische Modelle und durch bekannte Eingangsgrößen zu berechnen. Dies ist möglich, da verschiedene dynamische Einflussfaktoren, wie beispielsweise eine Körperbewegung des Fahrers bzw. der Fahrzeuginsassen, vernachlässigbar sind, was jedoch be sonders bei Motorrädern nicht der Fall ist. Flinzukommt, dass ein Fahrerge wicht bzw. das Verhältnis des Fahrergewichts zum Fahrzeuggewichts die Fahrdynamik bei Motorrädern ungleich höher beeinflusst als bei einem PKW. Diese Einflussfaktoren, Gewichtsverhältnis und Körperbewegung, können jedoch nicht oder nur sehr aufwändig über ein physikalisches Modell be schrieben werden, so dass die Bestimmung des Fahrerlenkmoments mit der herkömmlichen Methode nicht oder nur mit großem Aufwand möglich ist. Hinzukommt, dass weitere für die Bestimmung des Fahrerlenkmoments rele vante fahrdynamische Einflüsse, wie Neigung des Motorrads und beispiels weise ein Kurvenradius bei einer Kurvenfahrt, durch die im Stand der Tech nik bekannten Methoden meist nicht berücksichtigt werden können.

Bekannte Vorrichtungen zur Bestimmung des Fahrerlenkmoments sind überwiegend nur bei zweispurigen Kraftfahrzeugen einsetzbar und auf diese optimiert oder vergleichsweise teuer.

Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, die vorgenannten Nach teile zu überwinden und eine Vorrichtung sowie ein zugehöriges Verfahren zur Lenkmomentermittlung an einspurigen Kraftfahrzeugen bereitzustellen, durch welche das Lenkmoment kostengünstig und mit geringem Platzbedarf ermittelbar ist.

Diese Aufgabe wird durch die Merkmalskombination gemäß Patentanspruch 1 gelöst.

Erfindungsgemäß wird eine Vorrichtung zur Lenkmomentermittlung an einem einspurigen Kraftfahrzeug vorgeschlagen. Die Vorrichtung umfasst eine um eine Lenkachse drehbar gelagerte Lenkstange, eine um die Lenkachse drehbar gelagerte Gabelbrücke sowie eine zwischen der Lenkstange und der Gabelbrücke angeordnete und mit diesen verbundene Koppelvorrichtung.

Die Koppelvorrichtung ist ausgebildet, eine um die Lenkachse gerichtete Lenkbewegung von der Lenkstange auf die Gabelbrücke zu übertragen. Fer ner ist an der Lenkstange ein Griffabschnitt vorgesehen, in welchen eine die Lenkbewegung verursachende Lenkkraft einleitbar ist, wobei die Lenkkraft insbesondere durch den Fahrzeugführer bzw. den Fahrer des eispurigen Kraftfahrzeugs auf den Griffabschnitt aufgebracht wird. Zwischen dem Griff abschnitt der Lenkstange und der Gabelbrücke ist ein Verformungsmessele ment an der Lenkstange oder der Koppelvorrichtung vorgesehen, welches ausgebildet ist, eine Verformung der Lenkstange oder der Koppelvorrichtung zur Ermittlung des Lenkmoments zu messen.

Das durch die Lenkkraft eingebrachte Lenkmoment führt zu einer minimalen nicht sichtbaren Verformung der Lenkstange und/oder der Koppelvorrichtung, die jedoch von dem Verformungsmesselement messbar ist.

Für die Positionierung des Verformungsmesselements ist die Anordnung zwischen dem Griffabschnitt und der Gabelbrücke ausschlaggebend, da dadurch ausschließlich Verformungen ermittelt werden können, welche un mittelbar mit dem Fahrerlenkmoment korrelieren, da sowohl die Verformun gen als auch das Fahrerlenkmoment von den in den Griffabschnitt eingeleite ten Lenkkräften verursacht werden. An Bauteilen, in Kraftflussrichtung von den Griffabschnitten gesehen nach der Gabelbrücke, wie beispielsweise den Gabelbeinen, können Störeinflüsse wirken, welche die Messung verfälschen können. Sind mehrere Gabelbrücken vorhanden, so sollte die Verformungs messung vor der obersten Gabelbrücke durchgeführt werden, welche am weitesten entfernt von möglichen Störeinflüssen angeordnet ist. Hinzukommt, dass Verformungsmessungen an freien Enden, beispielsweise an freien En den der Lenkstange, oder an kraftfreien Abschnitten, beispielsweise an der Lenkstange zwischen zwei Lenkerklemmvorrichtungen, zu keinem verwert baren Messergebnis führen, weshalb die Messung durch die Verformungs messelemente zwischen dem Griffabschnitt und der Koppelvorrichtung bzw. entlang eines Kraftflusses von dem Griffabschnitt zu der Gabelbrücke erfol- gen muss.

Eine vorteilhafte Weiterbildung sieht vor, dass entlang jedes die Lenkbewe gung von der Lenkstange auf die Gabelbrücke übertragenden Kraftflusspfa des ein Verformungsmesselement vorgesehen ist. Um aus der gemessenen Verformung das Fahrerlenkmoment bestimmen zu können, darf es keine nicht erfassten Kraftnebenschlüsse bzw. Kraftnebenflüsse geben, durch wel che nicht bekannte Anteile der Kräfte bzw. der durch die Kräfte verursachten Verformung nicht erfasst werden.

Eine vorteilhafte Variante der Vorrichtung sieht vor, dass das Verformungs messelement zumindest einen Dehnungsmessstreifen umfasst.

Vorteilhaft ist darüber hinaus eine Weiterbildung, bei welcher das Verfor mungsmesselement vier zu einer Vollbrücke angeordnete Dehnungsmess streifen umfasst, welche angeordnet sind, die Dehnung in einer Ebene bzw. entlang einer Richtung zu messen. Vorzugsweise wird die Brückenschaltung mithilfe von aktiven Dehnungsmessstreifen realisiert.

Als Vollbrücke zur Messung der Dehnung in einer Ebene wird hierbei eine Brückenschaltung verstanden, bei welcher vorzugsweise zwei erste Deh nungsmessstreifen in Reihe geschalten sind, welche parallel zu zwei zweiten in Reihe geschalteten Dehnungsmessstreifen an einer Spannungsquelle an geordnet sind, wobei eine durch eine Dehnung verursachte Widerstandsän derung an den Dehnungsmessstreifen durch eine Spannungsmessung zwi schen den jeweils in Reihe geschalteten Dehnungsmessstreifen erfasst und aus den gemessenen Spannungen die Dehnung und Stauchung bzw. die Verformung berechnet wird. Darüber hinaus sind die in Reihe geschalteten Dehnungsmessstreifen auf sich gegenüberliegenden Flächen eines Bauteils angeordnet, so dass bei einer Verformung des Bauteils von zwei Dehnungs messstreifen eine Dehnung und von zwei Dehnungsmessstreifen eine Stau chung erfassbar sind. Durch die Anordnung an gegenüberliegenden Flächen wird die Dehnung und Stauchung an beiden Seiten des Bauteils gemessen, wodurch bei Kenntnis der Bauteileigenschaften und entsprechender Kalibrierung die angreifende Kraft und aus der Kraft zusammen mit der Position des Verformungsmes selements an dem Bauteil das Lenkmoment bestimmt werden können.

Die Vollbrücke mit vier vorzugsweise aktiven Dehnungsmessstreifen, welche die Dehnung entlang einer Richtung bzw. in einer Ebene messen hat den Vorteil, dass Temperatureinflüsse, welche die Messung verfälschen können, und mechanische Störeinflüsse bestmöglich kompensiert werden.

Um ausschließlich die aus dem Fahrerlenkmoment resultierende Verformung zu messen und anschließend auf das Fahrerlenkmoment zu schließen, ist bei einer vorteilhaften Weiterbildung der Vorrichtung vorgesehen, dass das Verformungsmesselement ausgebildet ist, die Verformung der Lenkstange oder der Koppelvorrichtung in einer einzelnen Ebene zu messen. In der ein zelnen Ebene bzw. entlang der einzelnen Richtung, in welcher die Messung der Verformung durchgeführt wird, wird das jeweilige Bauteil, an welchem die Messung durchgeführt wird, ausschließlich von dem Lenkmoment verformt, so dass von der Verformung auf die Höhe bzw. einen Wert des Lenkmo ments zurück geschlossen werden kann.

Vorzugweise ist das Verformungsmesselement ausgebildet und an der Lenk stange oder der Koppelvorrichtung ausgerichtet, die Verformung der Lenk stange oder der Koppelvorrichtung in einer orthogonal zur Lenkachse liegen den Lenkebene zu messen.

Eine ebenfalls vorteilhafte Ausbildungsform der Vorrichtung zum Schutz des Verformungsmesselements sieht zudem vor, dass das Verformungsmes selement an einer Außenseite der Lenkstange oder der Koppelvorrichtung angeordnet und von einem Schutzelement abgedeckt ist oder die Lenkstan ge oder die Koppelvorrichtung zumindest abschnittsweise einen Hohlraum ausbildet und das Verformungsmesselement an einer zu dem Hohlraum wei senden Innenseite der Lenkstange oder der Koppelvorrichtung angeordnet ist.

Eine erste besonders vorteilhafte Ausführungsform der Vorrichtung sieht vor, dass die Koppelvorrichtung zumindest ein als Auflager der Lenkstange aus geführte Lenkerklemmvorrichtung aufweist, mit welcher die Lenkstange un mittelbar an der Gabelbrücke fixiert ist, wobei jeweils ein Verformungsmes selement zwischen jedem Griffabschnitt der Lenkstange und einer nächstlie- genden Lenkerklemmvorrichtung an der Lenkstange angeordnet ist. Aus ei ner von dem jeweiligen Verformungsmesselement gemessenen Verformung der Lenkstange ist eine an dem Griffabschnitt wirkende Lenkkraft und das um die Lenkachse wirkende Lenkmoment bestimmbar.

Eine zweite davon abweichende jedoch ebenfalls besonders vorteilhafte Aus führungsform sieht vor, dass die Koppelvorrichtung eine Lenkerbrücke, zu mindest eine zwischen der Lenkerbrücke und der Gabelbrücke angeordnete Koppelstange, welche ausgebildet ist, die Lenkbewegung von der Lenker brücke auf die Gabelbrücke zu übertragen, und zumindest ein als Auflager der Lenkstange ausgeführte Lenkerklemmvorrichtung aufweist, mit welcher die Lenkstange unmittelbar an der Lenkerbrücke fixiert ist. Ein Verformungs messelement ist jeweils an der zumindest einen Koppelstange angeordnet. Aus einer von dem jeweiligen Verformungsmesselement gemessenen Ver formung der Koppelstange ist eine an dem Griffabschnitt wirkende Lenkkraft und das um die Lenkachse wirkende Lenkmoment bestimmbar.

Eine dritte abweichende jedoch ebenso vorteilhafte Variante sieht vor, dass die Koppelvorrichtung eine Lenkerbrücke, eine zwischen der Lenkerbrücke und der Gabelbrücke angeordnete Achsstange und zumindest ein als Aufla ger der Lenkstange ausgeführte Lenkerklemmvorrichtung aufweist. Die Achsstange ist ausgebildet, die Lenkbewegung von der Lenkerbrücke auf die Gabelbrücke zu übertragen. Mit der Lenkerklemmvorrichtung ist die Lenk stange unmittelbar an der Lenkerbrücke fixiert. Ferner ist ein Verformungs messelement an der Achsstange angeordnet, so dass aus einer von dem jeweiligen Verformungsmesselement gemessenen Verformung der Achs stange eine an dem Griffabschnitt wirkende Lenkkraft und das um die Lenk achse wirkende Lenkmoment bestimmbar ist.

Vorzugsweise wird die Verformung bzw. die Dehnung durch das Verfor mungsmesselement an zwei zueinander symmetrisch um die Lenkachse an geordneten Positionen erfasst, um asymmetrische Belastungen erfassen zu können und Lenkkräfte auch aus einer Differenz von auf beiden Seiten an greifenden Kräften ermitteln zu können.

Ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft ein Verfahren zur Bestimmung des Lenkmoments mit einer erfindungsgemäßen Vorrichtung. Bei dem Verfahren wird die Verformung der Lenkstange oder der Koppelvorrichtung durch das Verformungsmesselement gemessen und aus der gemessenen Verformung und einer Position des Verformungsmesselements an der Lenkstange oder der Koppelvorrichtung das um die Lenkachse wirkende Lenkmoment ermit telt.

Die vorstehend offenbarten Merkmale sind beliebig kombinierbar, soweit dies technisch möglich ist und diese nicht im Widerspruch zueinander stehen.

Andere vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprü- chen gekennzeichnet bzw. werden nachstehend zusammen mit der Be schreibung der bevorzugten Ausführung der Erfindung anhand der Figuren näher dargestellt. Es zeigen:

Fig. 1 eine erste Ausführung einer Vorrichtung zur Lenkmomentermitt lung;

Fig. 2 eine zweite Ausführung einer Vorrichtung zur Lenkmomenter- mittlung;

Fig. 3 eine dritte Ausführung einer Vorrichtung zur Lenkmomentermitt lung;

Die Figuren sind beispielhaft schematisch. Gleiche Bezugszeichen in den Figuren weisen auf gleiche funktionale und/oder strukturelle Merkmale hin.

Die Figuren 1 bis 3 zeigen jeweils eine sich von den jeweils anderen unter scheidende Ausführungsvariante der erfindungsgemäßen Vorrichtung, wel che insbesondere vom konstruktiven Aufbau des einspurigen Kraftfahrzeugs und der Lenkkraftübertragung abhängig ist.

Bei der in Figur 1 gezeigten Ausführungsvariante ist die Lenkstange 10 durch zwei Lenkerklemmvorrichtungen 22 unmittelbar an der Gabelbrücke 30 fi xiert, so dass die Koppelvorrichtung 20 bei der in Figur 1 gezeigten Variante im Wesentlichen durch die zwei Lenkerklemmvorrichtungen 22 gebildet wird. Durch die entlang der Längsachse X der Lenkstange 10 beabstandeten Len kerklemmvorrichtungen 22 wird die Lenkstange 10 in drei Abschnitte geteilt. Ein in der Bildebene links- und rechtsseitiger Abschnitt, der jeweils benach bart zu einer Klemmvorrichtung 22 liegt, sowie ein zwischen den beiden Klemmvorrichtungen 22 liegender Mittelabschnitt. An den freien Enden der Lenkstange 10 entlang seiner Lengsachse X ist jeweils ein Griff mit einem Griffabschnitt 11 angeordnet, welche vorgesehen sind, Lenkkräfte von dem Fahrer auf die Lenkstange 10 zu übertragen. In die Griffabschnitte 11 einge- brachte Lenkkräfte führen zusammen durch den von der Lenkstange 10 be stimmten Hebel zu einem Lenkmoment um die Lenkachse Z. Dabei überträgt die Lenkstange 10 die Lenkkräfte, wodurch es zu einer für den Fahrer nicht wahrnehmbaren elastischen und reversiblen Verformung der Lenkstange 10 kommt. In der Lenkebene, welche orthogonal zu der Lenkachse Z liegt und welche bei der gezeigten Darstellung der Bildebene entspricht, weist die Lenkstange 10 zentrisch eine neutrale Faser und an ihrem Außenumfang eine Zug- und eine Druckfaser auf, wobei die Verformung am Außenumfang bzw. an der Zug- und Druckfaser in Form einer Dehnung oder Stauchung messbar ist. Um eine Verformung der Lenkstange 10 aufgrund einer in den Griffabschnitt 11 eingebrachten Lenkkraft messen zu können, ist zwischen dem Griffabschnitt 11 und der Koppelvorrichtung 10 bzw. der zu dem jeweili gen Griffabschnitt 11 nächstgelegenen Lenkerklemmvorrichtung 22 ein Ver formungsmesselement 40 angeordnet. Um bei einer asymmetrischen Lenk kraftbeaufschlagung, beispielsweise eine Lenkkraft an nur einem Griffab schnitt 11 , oder bei Stützkräften, beispielsweise bei gleichgerichteten Kräften an den Griffabschnitten 11 , die tatsächliche Lenkkraft und das daraus resul tierende Fahrerlenkmoment bestimmen zu können, sind bei der gezeigten Ausführungsform zwei symmetrisch angeordnete Verformungsmesselemente 40 vorgesehen. Das Verformungsmesselement 40 wird jeweils von vier zu einer Vollbrücke verschalteten Dehnungsmessstreifen gebildet, von denen zwei auf einer ersten Fläche und zwei auf einer gegenüberliegenden zweiten Fläche der Lenkstange 10 vorgesehen sind, wobei die Flächen jeweils ortho gonal zu der Lenkebene angeordnet sind, so dass von jeweils zwei Deh nungsmessstreifen eine Dehnung und eine Stauchung messbar sind. Bei dem in Figur 1 gezeigten Ausführungsbeispiel wird die Lenkachse Z von ei ner Achse 32 bestimmt, um welche die Gabelbrücke 30 mit den daran fixier ten Gabelbeinen 31 und der durch die Lenkerklemmvorrichtungen 22 fixierte Lenkstange 10 dreh- bzw. lenkbar ist.

In Figur 1 ist ein beispielhafter Belastungsfall gezeigt, bei welchem eine erste Lenkkraft F1 auf einen Griffabschnitt 11 und eine zweite Lenkkraft F2 auf einen gegenüberliegenden Griffabschnitt 11 aufgebracht sind. Durch die Lenkkräfte F1 , F2 wird die Lenkstange 10 minimal verformt, so dass die Längsachse X bzw. die neutrale Faser der Lenkstange 10 sich, stark über zeichnet dargestellt, zu einer neuen Längsachse X' bzw. neuen neutralen Faser verformt. An den Verformungsmesselementen 40 kann dadurch je weils eine Dehnung der Zugfaser und eine Stauchung der Druckfaser ge- messen werden. Aus den Messwerten kann mit der Position der Verfor mungsmesselemente 40 an der Lenkstange 10, der Maße und der Anord nung der Lenkstange 10 und der Lenkachse Z das Fahrerlenkmoment ermit telt werden sowie zusätzlich die Lenkkräfte F1 , F2.

Bei der in Figur 2 dargestellten Ausführung umfasst die Koppelvorrichtung zusätzlich eine Lenkerbrücke 21 , an welcher die Lenkstange 10 mit zwei Lenkerklemmvorrichtungen 22 fixiert ist, sowie zwei Koppelstangen 23. Die Koppelstangen 23 verbinden die Lenkerbrücke 21 mit der Gabelbrücke 30, wobei durch die Koppelstangen 23 die Lenkbewegung von der Lenkerbrücke 21 bzw. den Lenkstangen 10 auf die Gabelbrücke 30 übertragen werden. Die Ausführungsform entspricht beispielsweise schematisch dem Aufbau einer Duolever-Vorderradaufhängung. In einem idealen System, in welchem die Koppelstangen 23 die Lenkbewegung spielfrei übertragen, kann alternativ an nur einer der Koppelstangen 23 ein Verformungsmesselement 40 vorgese hen sein, wobei bei der gezeigten Ausführungsform an jeder Koppelstange 23 jeweils ein Verformungsmesselement 40 vorgesehen ist. Die Lenkerbrü cke 21 ist um die Lenkachse Z drehbar gelagert, wobei über die Lagerung keine Lenkmomente übertragbar sind, so dass die Lenkkräfte bzw. Fahrer lenkmomente ausschließlich durch die Koppelstangen 23 auf die Gabelbrü cke 30 und die daran befestigten Gabelbeine 31 bzw. auf das Vorderrad übertragen werden können. Die Koppelstangen 23 erfahren durch die über tragenen Lenkkräfte bzw. Fahrerlenkmomente eine Stauchung und/oder Dehnung, welche von Verformungsmesselementen 40 gemessen werden.

Da die Koppelstangen 23 sich auch abhängig von Federbewegungen des Fahrwerks bzw. der Gabelbrücke bewegen, verschiebt sich auch die Ebene in welcher die Messung stattfindet, so dass bei der in Figur 2 gezeigten Aus führungsform die Verformungsmessung nicht in einer Ebene orthogonal zu der Lenkachse stattfindet. Da von den Koppelstangen 23 jedoch lediglich Lenkmomente übertragen werden und beispielsweise Stützkräfte auf die Griffabschnitte 11 von der Lagerung der Lenkerbrücke 21 oder entgegen ge- richteten Kräften kompensiert werden, sind durch eine Messung der Stau chung und Dehnung der Koppelstangen 23 die Lenkkräfte und das daraus resultierende Fahrerlenkmoment bestimmbar.

Die zwei Koppelstangen 23 entsprechen einer schematischen Darstellung und können beispielsweise auch zwei verbundene Dreieckslenker sein, wel che zwischen Lenkerbrücke und Gabelbrücke bzw. Gabel angeordnet sind und die Lenkerbewegungen übertragen. Bei einer Ausführung mit zwei Drei eckslenkern kann/können an nur einer der Dreieckslenker ein/zwei Verfor- mungsmesselement(e) 40 angeordnet sein.

Figur 3 illustriert eine weitere alternative Ausführungsvariante einer Vorrich tung zur Ermittlung des Lenkmoments. Die Lenkkräfte werden von der Len kerbrücke 21 in Form des Fahrerlenkmoments auf eine die Lenkachse Z be stimmende Achse 32 übertragen, welche zugleich einer zu der Koppelvor richtung 20 gehörenden Achsstange 24 entspricht. Das Fahrerlenkmoment führt an der Achsstange 24 zu einer Verformung in Form einer Torsion, wel che von einem an der Achstange 24 angeordneten Verformungsmessele ment 40 erfassbar ist, so dass aus der gemessenen Torsion das Fahrer lenkmoment bestimmbar ist.

Die Figuren 1 bis 3 zeigen jeweils unterschiedliche Ausführungsformen einer Vorrichtung zur Ermittlung des Fahrerlenkmoments, wobei die Varianten zur Erhöhung der Genauigkeit zumindest teilweise kombiniert werden können. Beispielsweise kann an den Lenkstangen 10 der in Figur 1 und 2 dargestell ten Ausführungsvarianten jeweils Verformungsmesselemente 40 entspre chend der Ausführungsvariante der Figur 1 vorgesehen sein, um das Fahrer lenkmoment durch zwei unterschiedliche Messungen zu bestimmen und so Messfehler auszuschließen, eine Fehlertoleranz zu erhöhen und eine höhere Messgenauigkeit zu erreichen. Die Erfindung beschränkt sich in ihrer Ausführung nicht auf die vorstehend angegebenen bevorzugten Ausführungsbeispiele. Vielmehr ist eine Anzahl von Varianten denkbar, welche von der dargestellten Lösung auch bei grundsätzlich anders gearteten Ausführungen Gebrauch macht.

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