DE102011084601A1 - Two-wheeler, in particular with electric drive, with driving dynamics assistance system - Google Patents
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Abstract
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Zweirad mit einem Vorderrad (11) und einem Hinterrad (12), umfassend eine Bremse (2) am Vorderrad (11), eine Bewegungssensorik (6) zur Erfassung einer Nickrate um jeweils eine erste Achse (X), eine zweite Achse (Y) und eine dritte Achse (Z) und zur Erfassung einer Beschleunigung und/oder Verzögerung jeweils in Richtung der ersten Achse (X), zweiten Achse (Y) und dritten Achse (Z), und eine Unfallverhinderungs-Steuereinheit (8), welche mit der Bewegungssensorik (6) und der Bremse (2) verbunden ist, wobei die Unfallverhinderungs-Steuereinheit (8) eingerichtet ist, die Bremse (2), basierend auf den von der Bewegungssensorik (6) erfassten Werten zu steuern.The present invention relates to a two-wheeled bicycle having a front wheel (11) and a rear wheel (12), comprising a brake (2) on the front wheel (11), a movement sensor (6) for detecting a pitch rate about a first axis (X), respectively second axis (Y) and a third axis (Z) and for detecting acceleration and / or deceleration respectively in the direction of the first axis (X), second axis (Y) and third axis (Z), and an accident prevention control unit (8 ) connected to the motion sensor system (6) and the brake (2), wherein the accident prevention control unit (8) is arranged to control the brake (2) based on the values detected by the motion sensor (6).
Description
Stand der TechnikState of the art
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Zweirad, insbesondere mit Elektroantrieb, mit einem Fahrdynamikassistenzsystem zur Verhinderung von Unfällen, insbesondere dem Blockieren des Vorderrads bzw. einem unerwünschten Überschlag des Fahrers über den Lenker. Ferner betrifft die vorliegende Erfindung eine Unfallverhinderungssteuereinheit sowie ein Verfahren zum Steuern einer Bremse eines Zweirads.The present invention relates to a bicycle, in particular with electric drive, with a vehicle dynamics assistance system for preventing accidents, in particular the blocking of the front wheel or an undesired rollover of the driver via the handlebar. Further, the present invention relates to an accident prevention control unit and a method for controlling a brake of a two-wheeler.
Zweiräder, insbesondere Fahrräder, sind aus dem Stand der Technik in unterschiedlichen Ausgestaltungen bekannt. In jüngster Zeit werden verstärkt elektromotorisch unterstützte Fahrräder angeboten. Ein Problemkreis bei Fahrrädern ist eine Unfallgefahr bei einem Blockieren des Vorderrades. Hier besteht häufig eine große Sturzgefahr bzw. eine Gefahr, dass der Fahrer einen Überschlag über den Lenker des Zweirades macht. Zur Unfallreduzierung wurden beispielsweise im technischen Gebiet von Motorrädern ABS-Systeme eingeführt. Hierbei wird eine Drehzahl des Hinterrades erfasst und ein drohender Überschlag durch einen Raddrehzahlsensor am Hinterrad erkannt und zu verhindern versucht. Ferner ist aus der
Offenbarung der Erfindung Disclosure of the invention
Das erfindungsgemäße Zweirad, insbesondere Fahrrad, mit den Merkmalen des Anspruchs 1 weist demgegenüber den Vorteil auf, dass eine sehr schnelle und sichere Erkennung einer Unfallgefahr möglich ist und ein Überschlag wirkungsvoll verhindert werden kann. Insbesondere kann ein einfacher und kostengünstiger Aufbau erreicht werden. Dies wird erfindungsgemäß dadurch erreicht, dass das Zweirad eine Vorderradbremse und eine Bewegungssensorik zur Erfassung einer Nickrate um jeweils eine erste, zweite und dritte Achse und zur Erfassung einer Beschleunigung und/oder Verzögerung jeweils in Richtung der ersten, zweiten und dritten Achse aufweist. Die drei Achsen stehen dabei jeweils senkrecht zueinander und bilden ein dreidimensionales Koordinatensystem. Weiterhin umfasst das Zweirad eine Unfallverhinderungs-Steuereinheit. Die Unfallverhinderungs-Steuereinheit ist mit der Bewegungssensorik und der Bremse am Vorderrad verbunden und eingerichtet, um die Bremse, basierend auf Signalen der Bewegungssensorik, zu steuern. Insbesondere bei einem drohenden Blockieren des Vorderrads und/oder einem drohenden Abheben des Hinterrads vom Untergrund und der Gefahr eines Überschlags, wird die Bremse am Vorderrad derart geregelt, dass insbesondere ein Überschlag des Fahrers über den Lenker des Zweirads vermieden werden kann. Hierbei kann das erfindungsgemäße Fahrdynamikassistenzsystem insbesondere ein Blockieren des Vorderrads bei einem niedrigen Reibwert und ein Blockieren des Vorderrads bei einem hohen Reibwert, was zum ungewollten Überschlag führen kann, verhindern. Die Unfallverhinderungs-Steuereinheit ermöglicht somit durch die Erkennung der Nickrate um jede der drei Achsen und die Erkennung von Beschleunigungswerten und/oder Verzögerungswerten in Richtung jeder der drei Achsen die Gefahrensituation und kann ein entsprechend dosiertes Bremsen der Bremse am Vorderrad ohne Blockieren einleiten.The bicycle according to the invention, in particular bicycle, with the features of claim 1 has the advantage that a very fast and reliable detection of an accident hazard is possible and a rollover can be effectively prevented. In particular, a simple and inexpensive construction can be achieved. This is inventively achieved in that the bicycle has a front brake and a motion sensor for detecting a pitch rate by a respective first, second and third axis and for detecting an acceleration and / or deceleration respectively in the direction of the first, second and third axis. The three axes are each perpendicular to each other and form a three-dimensional coordinate system. Furthermore, the bicycle includes an accident prevention control unit. The accident prevention control unit is connected to the motion sensor and the front wheel brake and is configured to control the brake based on motion sensor signals. In particular, in the case of imminent locking of the front wheel and / or threatening lifting of the rear wheel from the ground and the risk of rollover, the brake on the front wheel is controlled so that in particular a rollover of the driver over the handlebar of the bicycle can be avoided. In this case, the driving dynamics assistance system according to the invention can in particular prevent a blocking of the front wheel at a low coefficient of friction and a locking of the front wheel at a high coefficient of friction, which can lead to unwanted overturning. Thus, by detecting the pitch rate about each of the three axles and recognizing acceleration values and / or deceleration values toward each of the three axles, the accident prevention control unit enables the hazardous situation and can initiate appropriately metered braking of the front wheel brake without jamming.
Die Unteransprüche zeigen bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung.The dependent claims show preferred developments of the invention.
Bevorzugt umfasst das Zweirad ferner einen Drehzahlsensor am Vorderrad. Dabei ist die Unfallverhinderungs-Steuereinheit eingerichtet, die Bremse, basierend auf den von der Bewegungssensorik und den Drehzahlsensor erfassten Werten zu steuern. Hierdurch kann auf besonders einfache Weise ein Blockieren des Vorderrads direkt erfasst werden.Preferably, the bicycle further comprises a speed sensor on the front wheel. In this case, the accident prevention control unit is configured to control the brake based on the values detected by the motion sensor system and the speed sensor. As a result, a blocking of the front wheel can be detected directly in a particularly simple manner.
Weiter bevorzugt umfasst das Zweirad eine elektrische Antriebseinheit mit einem Elektromotor und einer Antriebssteuerung zum zumindest zeitweiligen elektrischen Antreiben des Zweirads. Insbesondere mit elektrisch antreibbaren Zweirädern macht die erfindungsgemäße Unfallverhinderungs-Steuereinheit Sinn, da derartige Zweiräder relativ hohe Geschwindigkeiten erreichen können.More preferably, the bicycle comprises an electric drive unit with an electric motor and a drive control for at least temporary electric driving of the two-wheeler. In particular, with electrically driven two-wheeled makes the accident prevention control unit of the invention sense, since such two-wheelers can reach relatively high speeds.
Weiter bevorzugt umfasst das Zweirad eine Bremserfassungseinrichtung, welche eingerichtet ist, einen Bremsvorgang des Zweirads, insbesondere ein Bremsen mit der Vorderbremse, zu erfassen. Die Bremserfassungseinrichtung kann beispielsweise ein Sensor am Bremshebel sein.More preferably, the bicycle comprises a brake detection device which is adapted to detect a braking operation of the bicycle, in particular a braking with the front brake. The brake detection device may for example be a sensor on the brake lever.
Um eine besonders hohe Sicherheit bereitzustellen, ist die Unfallverhinderungs-Steuereinheit eingerichtet, in jedem Fahrzustand ein Blockieren des Vorderrads zu verhindern.In order to provide a particularly high level of security, the accident prevention control unit is set up to prevent blocking of the front wheel in any driving condition.
Besonders bevorzugt ist die Bewegungssensorik in der elektrischen Antriebseinheit integriert. Somit können die Signale der Bewegungssensorik (Nickrate und Beschleunigung/Verzögerung jeweils in den drei Achsen) sowohl in der Antriebssteuerung der elektrischen Antriebseinheit als auch der Unfallverhinderungs-Steuereinheit verwendet werden. Um das Fahrdynamikassistenzsystem besonders kompakt und platzsparend vorzusehen, ist vorzugsweise die Unfallverhinderungs-Steuereinheit in die Antriebssteuerung der elektrischen Antriebseinheit integriert. Hierdurch sind keine aufwendigen Verkabelungen oder andere Arten von Übertragungsmöglichkeiten zwischen der Unfallverhinderungs-Steuereinheit und der Antriebssteuerung notwendig. Ferner können alle Bauteile in ein gemeinsames Gehäuse der elektrischen Antriebseinheit integriert werden, so dass eine sehr kompakte Anordnung bereitgestellt werden kann. Ferner ist zusätzlich oder alternativ noch eine Einheit zur Umsetzung der Befehle der Unfallverhinderungs-Steuereinheit auf die Bremse in die Antriebssteuerung integriert. Die Einheit kann beispielsweise eine Hydraulikeinheit sein, wenn das Zweirad eine hydraulische Bremse aufweist.Particularly preferably, the motion sensor is integrated in the electric drive unit. Thus, the motion sensor signals (pitch rate and acceleration / deceleration in the three axes, respectively) can be used in both the drive control of the electric drive unit and the accident prevention control unit. Around To provide the vehicle dynamics assistance system particularly compact and space-saving, the accident prevention control unit is preferably integrated into the drive control of the electric drive unit. As a result, no complicated wiring or other types of transmission options between the accident prevention control unit and the drive control necessary. Furthermore, all components can be integrated in a common housing of the electric drive unit, so that a very compact arrangement can be provided. Furthermore, additionally or alternatively, a unit for implementing the commands of the accident prevention control unit is integrated on the brake in the drive control. The unit may for example be a hydraulic unit when the bicycle has a hydraulic brake.
Die Bremse des Zweirads ist vorzugsweise eine hydraulische Bremse oder alternativ eine elektrische Bremse, bei der ein Bremsvorgang mittels eines Elektromotors eingeleitet wird. The brake of the two-wheeler is preferably a hydraulic brake or alternatively an electric brake, in which a braking operation is initiated by means of an electric motor.
Weiter bevorzugt umfasst das Zweirad eine kombinierte Anzeige-Eingabeeinheit als Schnittstelle zum Fahrwerk (sogenannte HMI-Einheit – Human Machine Interface), welche mit der elektrischen Antriebssteuerung und der Unfallverhinderungs-Steuereinheit verbunden ist. Hierbei können beispielsweise auf der Anzeige der Anzeige-Eingabeeinheit verschiedene Daten angezeigt werden oder auch akustisch vor einem Überschlag oder einer anderen Gefahrensituation gewarnt werden.More preferably, the bicycle comprises a combined display input unit as an interface to the chassis (so-called HMI unit - Human Machine Interface), which is connected to the electric drive control and the accident prevention control unit. In this case, for example, various data can be displayed on the display of the display input unit or can also be acoustically warned of a rollover or of another dangerous situation.
Weiter bevorzugt wird ein Datenaustausch zwischen der elektrischen Antriebssteuerung und der Unfallverhinderungs-Steuereinheit innerhalb eines vorbestimmten Zeitraums, vorzugsweise von kleiner oder gleich 10 ms, vorzugsweise kleiner oder gleich 5 ms, ausgeführt.More preferably, a data exchange between the electric drive control and the accident prevention control unit within a predetermined period of time, preferably of less than or equal to 10 ms, preferably less than or equal to 5 ms, executed.
Bevorzugt ist die Unfallverhinderungs-Steuereinheit auch mit der Stromversorgung der elektrischen Antriebseinheit verbunden, so dass keine separate Stromversorgung notwendig ist. Preferably, the accident prevention control unit is also connected to the power supply of the electric drive unit, so that no separate power supply is necessary.
Weiter bevorzugt sind die Antriebssteuerung und/oder die Unfallverhinderungs-Steuereinheit und/oder die Anzeige-Eingabeeinheit (HMI) über einen Datenbus, z.B. CAN, miteinander verbunden und sind ferner vorzugsweise derart eingerichtet, dass ein Datenaustausch untereinander möglich ist. Vorzugsweise ist auch der Drehzahlsensor an der Vorderachse in diesen Datenaustausch integriert. More preferably, the drive control and / or the accident prevention control unit and / or the display input unit (HMI) are connected via a data bus, e.g. CAN, connected to each other and are further preferably arranged such that a data exchange with each other is possible. Preferably, the speed sensor on the front axle is integrated in this data exchange.
Ferner betrifft die vorliegende Erfindung eine Unfallverhinderungs-Steuereinheit, insbesondere für ein elektrisch antreibbares Zweirad, welche eine Bewegungssensorik zur Erfassung einer Nickrate sowie einer Beschleunigung und/oder Verzögerung um jeweils eine erste, zweite und dritte Achse, welche ein dreidimensionales Koordinatensystem aufbauen, erfasst. Die Unfallverhinderungs-Steuereinheit ist dabei eingerichtet, eine Bremse am Vorderrad, basierend auf den von der Bewegungssensorik erfassten Werten zu steuern. Bevorzugt ist die Unfallverhinderungs-Steuereinheit eingerichtet, die Bremse zusätzlich noch basierend auf einer Drehzahl des Vorderrads zu steuern. Weiter bevorzugt ist die Unfallverhinderungs-Steuereinheit in eine elektrische Antriebssteuerung integriert, welche eingerichtet ist, einen Elektromotor zum Antreiben des Zweirads zu steuern.Furthermore, the present invention relates to an accident prevention control unit, in particular for an electrically driven two-wheeler, which detects a motion sensor for detecting a pitch rate and an acceleration and / or deceleration about a respective first, second and third axis, which construct a three-dimensional coordinate system. The accident prevention control unit is configured to control a brake on the front wheel based on the values detected by the motion sensor. Preferably, the accident prevention control unit is set up to additionally control the brake based on a rotational speed of the front wheel. More preferably, the accident prevention control unit is integrated in an electric drive control, which is configured to control an electric motor for driving the two-wheeler.
Weiterhin betrifft die vorliegende Erfindung ein Verfahren zum Steuern einer Bremse an einem Vorderrad eines Zweirads, wobei eine Unfallverhinderungs-Steuereinheit die Bremse, basierend auf von einer Bewegungssensorik erfassten Werten, steuert, wobei die Bewegungssensorik eine Nickrate, eine Beschleunigung und/oder eine Verzögerung jeweils um eine erste, zweite und dritte Achse, welche ein dreidimensionales Koordinatensystem aufspannen, erfasst. Bevorzugt wird mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens die Bremse auch zusätzlich noch, basierend auf einer Drehzahl des Vorderrads, gesteuert.Furthermore, the present invention relates to a method of controlling a brake on a front wheel of a two-wheeler, wherein an accident prevention control unit controls the brake based on values detected by a movement sensor, the movement sensor system converting a pitch rate, an acceleration and / or a deceleration, respectively a first, second and third axis, which span a three-dimensional coordinate system detected. Preferably, by means of the method according to the invention, the brake is also additionally controlled, based on a rotational speed of the front wheel.
Die vorliegende Erfindung wird vorzugsweise bei Fahrrädern mit elektrischem Hilfsantrieb verwendet. The present invention is preferably used in electrically powered bicycles.
Zeichnungdrawing
Nachfolgend wird ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung unter Bezugnahme auf die begleitende Zeichnung im Detail beschrieben. In der Zeichnung ist:Hereinafter, a preferred embodiment of the invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. In the drawing is:
Bevorzugte Ausführungsform der ErfindungPreferred embodiment of the invention
Die
Weiterhin ist am Vorderrad
Der schematische Aufbau der Steuerung ist in
Die Hydraulikeinheit
Somit kann erfindungsgemäß zur Überschlagserkennung die Signale des Drehzahlsensors
Der Datenaustausch erfolgt im beschriebenen Ausführungsbeispiel über einen Datenbus, kann alternativ jedoch auch drahtlos erfolgen. Üblicherweise werden die Daten der Sensoren innerhalb eines Zeitraums von 5 bis 10 ms erfasst und ausgetauscht, so dass bei Eintreten einer kritischen Situation des Zweirads sofort Gegenmaßnahmen durch die Unfallverhinderungs-Steuereinheit
Die vorliegende Erfindung wird vorzugsweise bei elektrischen Fahrrädern verwendet, kann jedoch auch bei elektrisch angetriebenen Rollern, Motorrädern und dgl. angewandt werden.The present invention is preferably used in electric bicycles, but may be applied to electric powered scooters, motorcycles and the like.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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