Titel

Verfahren und Vorrichtung zur querdynamischen Stabilisierung eines einspurigen Kraftfahrzeugs

Stand der Technik

Die DE 102013 212 606 Al offenbart ein Verfahren zur querdynamischen Stabilisierung eines einspurigen Kraftfahrzeugs während einer Kurvenfahrt,

- bei dem das Vorliegen eines in Fahrzeugquerrichtung instabilen Fahrzustandes detektiert wird und

- abhängig davon zur Stabilisierung des Kraftfahrzeugs wenigstens eine Düse angesteuert wird, durch welche ein Medium senkrecht zur Radebene eines Fahrzeugrades austritt.

Offenbarung der Erfindung

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur querdynamischen Stabilisierung eines einspurigen Kraftfahrzeugs während einer Kurvenfahrt,

- bei dem das Vorliegen eines in Fahrzeugquerrichtung instabilen Fahrzustandes detektiert wird und

- abhängig davon zur Stabilisierung des Kraftfahrzeugs wenigstens ein Aktuator angesteuert wird, durch dessen Ansteuerung ein Medium aus einer Düse in die freie Umgebung des einspurigen Kraftfahrzeugs austritt

- wobei die Austrittsgeschwindigkeit des Mediums eine in Querrichtung des einspurigen Kraftfahrzeugs weisende Geschwindigkeitskomponente aufweist. Der Kern der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass die Austrittsgeschwindigkeit des Mediums weiterhin eine in Längsrichtung des einspurigen Kraftfahrzeugs weisende Geschwindigkeitskomponente aufweist. Damit wird eine Geschwindigkeitsreduktion des Kraftfahrzeugs erzielt.

Eine vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei dem instabilen Fahrzustand um ein seitliches Wegrutschen wenigstens eines Rades des einspurigen Kraftfahrzeugs handelt.

Eine vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass ein seitliches Wegrutschen eines Rades wenigstens anhand von dessen Schräglaufwinkel erkannt wird.

Eine vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass der Schräglaufwinkel anhand der Ausgangssignale einer am Kraftfahrzeug angebrachten Inertialsensorik ermittelt wird.

Eine vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei dem Medium um Kohlendioxid, Stickstoff, Helium oder Druckluft handelt, welches in einem Druckbehälter abgespeichert ist.

Eine vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei dem Medium um ein Verbrennungsprodukt handelt, welches durch eine in Düsennähe realisierte lokale Verbrennung entsteht und durch die Düsenöffnung austritt.

Weiter umfasst die Erfindung eine Vorrichtung, enthaltend Mittel, die zur Durchführung der erfindungsgemäßen Verfahren ausgestaltet sind. Dabei handelt es sich insbesondere um ein Steuergerät, welches mit dem Programmcode zur Durchführung der erfindungsgemäßen Verfahren ausgestattet ist.

Die Zeichnung umfasst die Figuren 1 und 2. Figur 1 zeigt die schematische Ansicht eines Motorrads von oben mit eingezeichneten Düsen.

Fig. 2 zeigt die Seitenansicht eines Motorrads mit eingezeichneten Bauteilen.

Mit der vorliegenden Erfindung werden Fahrsituationen, bei denen die Räder auszubrechen drohen, mittels Sensoren erkannt, worauf am Motorrad angebrachte Düsen angesteuert werden. Aus diesen Düsen werden Gase in die freie Umgebung ausgestoßen, welche durch den Rückstoß Querkräfte in das Fahrwerk einleiten, so dass das seitliche Ausbrechen von Rädern verhindert wird.

Dauern die Zustände an, welche die kritische Situation des seitlichen Rutschens herbeiführt haben, dann kann durch eine zeitlich begrenzte, zur Fahrzeugmittelebene senkrechte, über einen Rückstoß erzeugte Kraft nur kurzzeitig das seitliche Wegrutschen der Räder unterbunden werden. Um in diesen Zuständen, welche z.B. durch einen dauerhaft niedrigen Reibwert nach einem Reibwertsprung oder einen für die Fahrzeuggeschwindigkeit zu geringen Kurvenradius entstehen, dauerhaft ein seitliches Rutschen zu stabilisieren, muss gleichzeitig die Geschwindigkeit abgebaut werden.

Ein beginnendes Rutschen eines oder beider Räder kann mittels Sensoren und zugehöriger Auswertealgorithmik erkannt werden. In diesem Fall wird eine Rückstoßkraft derart erzeugt, dass eine Kraftkomponente senkrecht zur Fahrzeugmittelebene direkt dem Rutschen entgegenwirkt und eine Kraftkomponente in Längsrichtung entgegen der Fahrtrichtung die Geschwindigkeit reduziert.

Zur Erkennung des seitlichen Rutschens wird ein Cluster aus Inertialsensoren und ggf. zusätzlich ein Lenkwinkelsensor benutzt. Durch unter einem Winkel ß in der Motorrad x-y- Ebene wie in Figur 1 dargestellt verbaute Düsen wird die Möglichkeit geschaffen, mittels einer gerichtet ausströmenden Stützmasse und des Rückstoßprinzips zusätzliche Quer- und Längskräfte auf das Fahrzeug aufzubringen und damit ein beginnendes Rutschen der Räder bei Kurvenfahrt zu stoppen bei zeitgleicher Verringerung der Geschwindigkeit. Der Austritt des Mediums erfolgt bei Anbringung der Düsen unterhalb des Schwerpunkts unter dem Winkel ß in Fahrtrichtung und in kurvenäußere Richtung. So werden ausbrechende Räder in Richtung des Kurveninneren gedrückt und zeitgleich die Geschwindigkeit reduziert. Sind die Düsen oberhalb des Schwerpunkts angebracht, erfolgt der Austritt des Mediums in Fahrtrichtung und zur Kurveninnenseite, sodass bei seitlich wegrutschenden Rädern ein Kippen zur Kurveninnenseite vermieden wird bei gleichzeitiger Reduktion der Geschwindigkeit.

Im Motorrad ist ein Inertialsensor-Cluster verbaut, welcher die triaxialen Beschleunigungen, d.h. Gier-, Roll- und Nick-Rate in alle drei Raumrichtungen, messen kann. Die Raddrehzahlen zur Abschätzung der Fahrzeuggeschwindigkeit stehen in nahezu allen handelsüblichen Motorrädern als Sensorgröße bereits zur Verfügung. Mit diesen Größen wird dann in einem Steuergerät der Schwimmwinkel bzw. Schräglaufwinkel der Räder geschätzt. Wird der Vorderrad-Schräglaufwinkel als Kriterium mit herangezogen ist auch ein Lenkwinkelsensor notwendig. Die Schräglaufwinkel der Räder betragen bei motorisierten Zweirädern bei stabiler Fahrt typischerweise nur wenige Grad.

In Abhängigkeit der Schräglaufwinkel, ggf. auch der

Schräglaufwinkelgeschwindigkeiten und weiterer Fahrzeugzustandsgrößen wird vom Steuergerät ein beginnendes Rutschen erkannt und die Aktuatorik zur Erzeugung der für die Stabilisierung benötigten Rückstoßkraft angesteuert. Am Motorradrahmen sind jeweils links und rechts Düsen angebracht, deren Austrittsöffnungen unter dem Winkel ß zur y-Achse des Fahrzeugsystems verlaufen. Diese Düsen werden entsprechend der erforderlichen Kraft mit Ventilen angesteuert. Durch diese Maßnahme wird dem seitlichen Wegrutschen des Motorrads entgegengewirkt und gleichzeitig die Geschwindigkeit reduziert. Nehmen die Schräglaufwinkel wieder unkritische Werte an, dann wird die Aktivität der Düsen wieder eingestellt.

Durch das Ausströmen unter dem Winkel ß bezüglich der y- Richtung des Fahrzeugsystems in Richtung der Kurvenaußenseite bei schneller Kurvenfahrt erhält man wie in Abbildung 2 dargestellt eine Querkraftkomponente der Rückstoßkraft senkrecht zur Fahrzeugmittelebene. Diese Kraftkomponente wirkt direkt dem Rutschen entgegen und erhöht aufgrund der Motorradschräglage gleichzeitig die Radaufstandskraft, welche die Reibung zwischen Reifen und Straße erhöht. Die zeitgleich wirkende Längskraftkomponente der Rückstoßkraft wirkt der Fahrtrichtung entgegen und reduziert die Fahrgeschwindigkeit.

Für die Anbringung der Düsen sind verschiedene Ausführungsformen möglich:

• Fest verbaute Düsen mit einem konstanten Ausströmwinkel ß.

• Drehbar gelagerte Düsen, so dass der Ausströmwinkel ß situationsabhängig je nach Kraftbedarf, d.h. mehr Längs- bzw. mehr Querkraftanforderung, eingestellt werden kann.

Sind die Düsen unterhalb des Fahrzeugschwerpunkts angebracht, wird immer nur die Düse in Richtung des Kurvenäußeren durchströmt, so dass ausbrechende Räder in Richtung des Kurveninneren gedrückt werden. Es ist auch denkbar die Düsen oberhalb des Schwerpunkts anzubringen, dann erfolgt der Austritt des Mediums in Richtung der Kurveninnenseite, sodass bei seitlich wegrutschenden Rädern ein Kippen zur Kurveninnenseite vermieden wird. Der Austritt des Mediums erfolgt aber in beiden Fällen gerichtet und das Medium entströmt in die Umgebung.

Eine Vereinfachung des Systems stellt ungeregeltes Ausströmen der gesamten zur Verfügung stehenden Stützmasse dar, was sich in der Simulation in vielen Fahrsituationen als effektiv erwiesen hat. Dabei wird lediglich ein Ventil zur Ansteuerung entweder der linken oder rechten Düse benötigt, oder die Düsen werden mit getrennten Massebehältern verbunden. Die Stützmasse darf bei einem ungeregelten Ausströmen dann allerdings nicht zu groß sein, um ein Überschwingen auszuschließen. Eine alternative Möglichkeit besteht in der Verwendung von Berstscheiben anstelle von Ventilen.

Für die Versorgung der Düsen mit Stützmasse bieten sich austretende Gase oder auch Flüssigkeiten an wie z.B. Kohlendioxid, Stickstoff, Helium, Argon, Druckluft, komprimiertes Wasser, die sich in am Motorrad verbauten Druckbehältern befinden. Eine alternative Möglichkeit ist die Verbrennung von Brenn- bzw. Kraftstoffen, deren Verbrennungsprodukte mit hohem Druck durch die Düsen entströmen, wie es z.B. bei Raketen angewandt wird. Dafür müssen dementsprechende Treibstoffbehälter und Zündvorrichtungen verbaut werden. Auch pyrotechnische Lösungen sind denkbar. Fig. 1 zeigt in Draufsicht ein Motorrad mit der Längsrichtung x und der Querrichtung y. 1 und 2 kennzeichnen die links und rechts am Motorrad angebrachten Düsen, welche um einen Winkel ß bezüglich der y-Richtung des Motorrads gedreht sind, so dass das austretende Medium eine in y-Richtung weisende Geschwindigkeitskomponente und eine in x- Richtung weisende Geschwindigkeitskomponente hat.

In Fig. 2 ist die Seitenansicht eines Motorrads dargestellt. Dabei kennzeichnet 11 eine im oder am Motorrad verbaute Inertialsensorik. 12 kennzeichnet ein Steuergerät, in welchem beispielsweise die Algorithmen zur Situationserkennung sowie zur Berechnung der Düseneingriffe sowie zur Lenkungsstabilisierung ablaufen. 13 kennzeichnet einen Lenkwinkelsensor. 14 kennzeichnet die Stabilisierungseinheit mit dem Aktuator und der Düse. Die Stabilisierungseinheit 14 empfängt die Ansteuersignale vom Steuergerät 12.