DE102010039482A1 - Method for stabilizing tricycle, involves measuring transverse acceleration by acceleration sensor, and controlling drive motor torque based on comparison of yaw rate and quotient of transverse acceleration and vehicle speed - Google Patents
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren gemäß Oberbegriff von Anspruch 1 sowie ein Regelsystem gemäß Oberbegriff von Anspruch 12.The invention relates to a method according to the preamble of
Das Motorrad hat sich im Laufe der letzten Jahrzehnte von einem kostengünstigen Fortbewegungsmittel zu einem Freizeitgefährt entwickelt, bei welchem vermehrt sowohl die Sicherheit als auch der Komfort des Fahrers in den Vordergrund gerückt wird. Ähnlich wie bei den Automobilen vor einigen Jahren werden zunehmend auch Motorräder mit Anti-Blockiersystemen (ABS) ausgerüstet. Aus der
Aus dem Stand der Technik sind Fahrzeuge bekannt, die aufgrund ihrer kinematischen Freiheitsgrade und fahrdynamischen Eigenschaften als Einspurfahrzeuge gelten, jedoch nicht über zwei sondern drei Räder verfügen, nämlich zwei (z. B. schmale) Vorderräder und ein (z. B. breiteres) Hinterrad. Diese Fahrzeuge werden im Folgenden als Quasi-Einspurfahrzeuge bezeichnet. Eine besondere Eigenschaft dieser Fahrzeuge ist es, dass sie – wie herkömmliche, zweirädrige Motorräder oder Motorroller – eine Schräglage benötigen, um Querbeschleunigungen aufbauen, also ebene Kurven durchfahren zu können.From the prior art vehicles are known, which are considered as Einspurfahrzeuge due to their kinematic degrees of freedom and dynamic properties, but do not have two wheels but three, namely two (eg narrow) front wheels and a (eg wider) rear wheel , These vehicles are referred to below as quasi-single-track vehicles. A special feature of these vehicles is that they - like conventional, two-wheeled motorcycles or scooters - need an angle to build up lateral acceleration, so to be able to pass through flat curves.
Quasi-Einspurfahrzeuge können für die Zukunft eine interessante Alternative zu den bisherigen „echten” Einspurfahrzeugen darstellen. Ein Vorteil der Dreiräder liegt darin, dass mit Hilfe zweier schmaler Vorderräder eine bessere mittlere Bodenhaftung in Kurven erzielt wird. Zudem tritt die von echten Einspurfahrzeugen bekannte Aufstellkraft beim Kurvenbremsen, die häufig zu ungewollten Lenkaktionen und Instabilitäten führt, bei den Quasi-Einspurfahrzeugen nur reduziert oder, je nach Konstruktionsausführung, gar nicht auf. Bei Fahrgeschwindigkeit Null kann ein dreirädriges Quasi-Einspurfahrzeug ohne eine herkömmliche Ständervorrichtung aufrecht festgestellt werden, so dass der Fahrer nicht seine abgesetzten Füße zu Hilfe nehmen muss. Diese Eigenschaft erlaubt im Bedarfsfall auch eine zumindest weitgehend geschlossene, wettergeschützte Karosserie. Beweglichkeit, Rangierfähigkeit und Fahrdynamik sind trotzdem ähnlich gut wie beim echten Einspurfahrzeug und durch die Kinematik der Vorderradaufhängung nur geringfügig eingeschränkt.Quasi single-track vehicles can be an interesting alternative to the previous "real" single-track vehicles in the future. One advantage of tricycles is that two narrow front wheels give better average traction in bends. In addition, the set-up force known from real single-track vehicles during cornering braking, which frequently leads to unwanted steering actions and instabilities, only reduces in the quasi-single-track vehicles or, depending on the construction design, does not occur at all. At zero driving speed, a three-wheeled quasi-one-track vehicle can be ascertained without a conventional stand device, so that the driver does not have to resort to his dropped feet. If required, this feature also allows an at least largely closed, weather-protected body. Mobility, maneuverability and driving dynamics are still as good as the real single-track vehicle and limited by the kinematics of the front suspension only slightly.
Ein dreirädriges Fahrzeug mit zwei vorderen Steuerrädern und einem Hinterrad wird z. B. in der
Aus der
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Stabilisieren eines motorisierten Quasi-Einspurfahrzeugs sowie ein entsprechendes Fahrdynamikregelsystem bereitzustellen, mit welchem fahrdynamisch kritische Zustände während einer Kurvenfahrt zuverlässig und schnell erkannt und sicher ausgeregelt werden.The invention is therefore based on the object to provide a method for stabilizing a motorized quasi-single-track vehicle and a corresponding vehicle dynamics control system, with which driving dynamics critical states during cornering reliably and quickly detected and safely controlled.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch das Verfahren gemäß Anspruch 1 sowie das Regelsystem gemäß Anspruch 12 gelöst.This object is achieved by the method according to
Der Erfindung liegt der Gedanke zugrunde, einen fahrdynamisch kritischen Zustand anhand eines Vergleichs einer Gierrate mit einem Quotienten aus einer Querbeschleunigung und einer Fahrzeuggeschwindigkeit zu erkennen. Dabei werden Gierrate und Querbeschleunigung jeweils anhand eines Sensors bestimmt, welcher an oder parallel zu dem Vorderradquerträger angeordnet ist. Eine Regelung des Antriebsmotormomentes wird in Abhängigkeit dieses Vergleichs durchgeführt.The invention is based on the idea of recognizing a driving-dynamic critical state on the basis of a comparison of a yaw rate with a quotient of a lateral acceleration and a vehicle speed. In this case, yaw rate and lateral acceleration are respectively determined by means of a sensor which is arranged on or parallel to the front-wheel cross member. A control of the drive motor torque is performed in dependence of this comparison.
Durch den Beschleunigungssensor wird bevorzugt die effektiv auf das Fahrzeug wirkende Querbeschleunigung gemessen.By the acceleration sensor, the lateral acceleration effectively acting on the vehicle is preferably measured.
Durch den Drehratensensor wird bevorzugt die Gierrate um die vertikale Achse senkrecht zum Untergrund gemessen.By the rotation rate sensor, the yaw rate is preferably measured about the vertical axis perpendicular to the ground.
Ein Vorteil der Erfindung liegt in der zuverlässigen und situationsangepassten Erkennung fahrdynamisch kritischer Zustände während einer Kurvenfahrt. Durch die Reduzierung des Antriebsmotormomentes wird das Fahrzeug schnell stabilisiert. Dies erhöht die Fahrsicherheit und hilft Unfälle und Stürze zu vermeiden. One advantage of the invention lies in the reliable and situation-adapted recognition of driving-dynamic critical states during cornering. By reducing the drive motor torque, the vehicle is stabilized quickly. This increases driving safety and helps to prevent accidents and falls.
Bevorzugt wird zur Regelung des Antriebsmotormoments das Antriebsmotormoment verringert, wenn der Betrag der Abweichung von Gierrate und Quotient aus Querbeschleunigung und Fahrzeuggeschwindigkeit größer als ein erster vorgegebener Schwellwert ist, da dann davon ausgegangen wird, dass eine fahrdynamisch kritische Situation vorliegt.Preferably, the drive motor torque is reduced to control the drive motor torque when the amount of deviation of yaw rate and quotient of lateral acceleration and vehicle speed is greater than a first predetermined threshold, since then it is assumed that a driving dynamics critical situation exists.
Eine fahrdynamisch kritische Situation wird bevorzugt nur dann erkannt, wenn außerdem die Gierrate einen dritten vorgegebenen Schwellwert überschreitet.A driving-dynamics critical situation is preferably detected only if, moreover, the yaw rate exceeds a third predetermined threshold.
Alternativ oder zusätzlich wird eine fahrdynamisch kritische Situation bevorzugt nur dann erkannt, und eine Regelung bzw. eine Verringerung des Antriebsmotormoments durchgeführt, wenn die Fahrzeuggeschwindigkeit einen vierten vorgegebenen Schwellwert überschreitet.Alternatively or additionally, a driving-dynamics-critical situation is preferably only detected, and a regulation or a reduction in the drive motor torque is carried out when the vehicle speed exceeds a fourth predetermined threshold value.
Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung wird der erste Schwellwert in Abhängigkeit der Fahrzeuggeschwindigkeit vorgegeben, um so eine zusätzliche Berücksichtigung der Fahrsituation zu gewährleisten. Besonders bevorzugt wird der erste Schwellwert mit zunehmender Fahrzeuggeschwindigkeit kleiner vorgegeben, damit bei hohen Fahrzeuggeschwindigkeiten eine Motormomentenregelung frühzeitiger durchgeführt wird.According to one embodiment of the invention, the first threshold value is predefined as a function of the vehicle speed in order to ensure additional consideration of the driving situation. Particularly preferably, the first threshold is set smaller with increasing vehicle speed, so that at high vehicle speeds an engine torque control is performed earlier.
Des Weiteren ist es bevorzugt, den ersten Schwellwert in Abhängigkeit von Umgebungsinformationen vorzugeben, wie vorteilhafterweise Luftfeuchtigkeit und/oder Lufttemperatur. Der erste Schwellwert wird dabei in umgebungsbedingt kritischen Situationen, wie z. B. bei hoher Luftfeuchtigkeit (z. B. Regen) und/oder geringer Lufttemperatur (Gefahr von Eisbildung), geringer gewählt.Furthermore, it is preferable to specify the first threshold value as a function of environmental information, such as advantageously air humidity and / or air temperature. The first threshold is thereby in critical environmental situations, such. B. at high humidity (eg, rain) and / or low air temperature (risk of ice formation), chosen lower.
Zur Verbesserung der Regelung oder der Erkennung einer fahrdynamisch kritischen Situation wird bevorzugt die Gierbeschleunigung bei der Regelung oder Erkennung berücksichtigt. Dabei wird vorteilhafterweise das Signal der Gierrate numerisch differenziert.To improve the control or the detection of a dynamic driving situation critical yaw acceleration is preferably taken into account in the control or detection. In this case, advantageously, the signal of the yaw rate is numerically differentiated.
Gemäß einer Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird eine Verringerung des Antriebsmotormoments nur dann durchgeführt, wenn das vom Fahrer angeforderte Antriebsmotormoment größer als ein fünfter vorgegebener Schwellwert ist. Hierdurch wird der Regelkomfort erhöht.According to a development of the method according to the invention, a reduction of the drive motor torque is only carried out if the drive motor torque requested by the driver is greater than a fifth predetermined threshold value. This increases the control comfort.
Zusätzlich zu der Gierraten- und Querbeschleunigungsüberwachung wird bevorzugt eine Radschlupfüberwachung zumindest eines angetriebenen Rades durchgeführt. Es wird vorteilhafterweise nur dann eine Regelung bzw. eine Verringerung des Antriebsmotormoments durchgeführt, wenn zusätzlich der Traktionsschlupf eine vorgegebene Schlupfschwelle übersteigt.In addition to the yaw rate and lateral acceleration monitoring, wheel slip monitoring of at least one driven wheel is preferably performed. It is advantageously carried out only a regulation or a reduction of the drive motor torque when in addition the traction slip exceeds a predetermined slip threshold.
Nach einer Verringerung des Antriebsmotormoments wird das Antriebsmotormoment bevorzugt dann wieder erhöht, wenn der Betrag der Abweichung von Gierrate und Quotient aus Querbeschleunigung und Fahrzeuggeschwindigkeit kleiner als ein vorgegebener zweiter Schwellwert wird. Der Aufbau des Antriebsmotormoments wird besonders bevorzugt kontinuierlich gemäß eines vorgegebenen funktionalen Zusammenhangs oder stufenweise durchgeführt.After a reduction of the drive motor torque, the drive motor torque is preferably increased again when the amount of deviation of yaw rate and quotient of lateral acceleration and vehicle speed becomes smaller than a predetermined second threshold value. The structure of the drive motor torque is particularly preferably carried out continuously in accordance with a predetermined functional relationship or stepwise.
Die Regelung des Antriebsmotormoments wird vorteilhafterweise beendet, wenn das vom Fahrer gewünschte Antriebsmotormoment gleich dem vom Regler vorgegebenen Antriebsmotormoment ist.The regulation of the drive motor torque is advantageously terminated when the drive motor torque desired by the driver is equal to the drive motor torque predetermined by the controller.
Das erfindungsgemäße Verfahren wird bevorzugt in Ergänzung zu einem Antiblockiersystem (ABS) und/oder einem Traktionsregelsystem (TCS) und/oder einem Bremskraftverteilungsregelsystem und/oder einem Integralbremssystems eingesetzt. Durch eine Kombination dieser Regelstrategien wird die Fahrzeugregelung besser auf die entsprechende Fahrsituation abgestimmt, wodurch die Fahrsicherheit erhöht wird.The method according to the invention is preferably used in addition to an anti-lock braking system (ABS) and / or a traction control system (TCS) and / or a braking force distribution control system and / or an integral braking system. Through a combination of these control strategies, the vehicle control is better matched to the corresponding driving situation, which increases driving safety.
Die Erfindung umfasst auch ein Fahrdynamikregelsystem zum Stabilisieren eines motorisierten Quasi-Einspurfahrzeugs, welches ein Steuergerät umfasst, in welchem ein erfindungsgemäßes Verfahren durchgeführt wird.The invention also includes a vehicle dynamics control system for stabilizing a motorized quasi-single-track vehicle, which comprises a control device in which a method according to the invention is carried out.
Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung des erfindungsgemäßen Fahrdynamikregelsystems umfasst dieses ein Mittel, in welchem der Betrag der Abweichung von Gierrate und Quotient aus Querbeschleunigung und Fahrzeuggeschwindigkeit mit einem ersten vorgegebenen Schwellwert verglichen wird, und in welchem Ansteuersignale zur Verringerung des Antriebsmotormoments erzeugt werden, wenn der Betrag der Abweichung von Gierrate und Quotient größer als der erste Schwellwert ist.According to a preferred embodiment of the vehicle dynamics control system according to the invention, this comprises a means in which the amount of deviation of yaw rate and quotient of lateral acceleration and vehicle speed is compared with a first predetermined threshold value, and in which Drive signals for reducing the drive motor torque are generated when the amount of deviation of yaw rate and quotient is greater than the first threshold.
Bevorzugt sind die Schwellwerte zur Regelung des Antriebsmotormoments in einem Speicher des Steuergeräts abgelegt.Preferably, the threshold values for controlling the drive motor torque are stored in a memory of the control unit.
Weitere bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen und der nachfolgenden Beschreibung anhand von Figuren.Further preferred embodiments of the invention will become apparent from the subclaims and the following description with reference to figures.
Es zeigenShow it
Die Erfindung betrifft nicht den mechanischen Aufbau von Dreiradfahrzeugen, welcher bereits aus Veröffentlichungen bekannt ist, sondern beschäftigt sich mit der aktiven Fahrstabilisierung des Fahrzeugs in Kurven (Fahrdynamikregelung).The invention does not relate to the mechanical construction of tricycles, which is already known from publications, but deals with the active driving stabilization of the vehicle in curves (vehicle dynamics control).
Zum besseren Verständnis wird nachfolgend kurz und vereinfacht der prinzipielle mechanische Aufbau der Vorderachse eines an sich bekannten Quasi-Einspurfahrzeugs anhand von
In
In
Beispielsgemäß ist jedes Rad des Dreiradfahrzeugs mit einem eigenen Geschwindigkeitssensor (z. B. Raddrehzahlsensor) ausgestattet (nicht dargestellt in
Beispielsgemäß betrifft die Erfindung ein Quasi-Einspurfahrzeug welches zwei Vorderräder, ein Hinterrad und eine Lenkstange umfasst, wobei die Vorderräder und die Lenkstange mit einem Vorderradquerträger über Drehgelenke derart verbunden sind, dass der Vorderradquerträger während einer Fahrt im Wesentlichen parallel zur Fahrbahnoberfläche ausgerichtet ist, während die Lenkstange im Wesentlichen parallel zur Schräglage des Fahrzeugs ausgerichtet ist.According to the invention, the invention relates to a quasi-single-track vehicle comprising two front wheels, a rear wheel and a handlebar, wherein the front wheels and the handlebar are connected to a front cross member via pivot joints such that the front cross member during a ride in Aligned substantially parallel to the road surface, while the handlebar is aligned substantially parallel to the inclination of the vehicle.
Zur Regelung des Quasi-Einspurfahrzeugs
Beispielsgemäß wird aus den Signalen des Querbeschleunigungssensors und des Gierratensensors ermittelt, ob Fahrzeug
Dabei bedeuten:
ay: Querbeschleunigung an der Vorderachse,
vx: Fahrzeuggeschwindigkeit in Längsrichtung,
S1: vorgegebener positiver Schwellwert (S1 > 0).Where:
a y : lateral acceleration at the front axle,
v x : vehicle speed in the longitudinal direction,
S 1 : predetermined positive threshold value (S 1 > 0).
Bei einer stabilen Kurvenfahrt ist, unter Annahme einiger Vereinfachungen, die Gierrate
Ist eine der beiden Bedingungen (1) oder (2) erfüllt, so wird beispielsgemäß das Antriebsmotormoment M soweit reduziert, bis der Quotientaus Querbeschleunigung und Fahrzeuggeschwindigkeit wieder die auftretende Gierrate
Der Schwellwert S1 kann eine Funktion der Fahrzeuggeschwindigkeit vx sein.The threshold value S 1 may be a function of the vehicle speed v x .
Aus dem Bereich der Fahrdynamikregelung bei Personenkraftwagen ist eine direkte Gierratenregelung bekannt, bei welcher eine Sollgierrate bestimmt und eingeregelt wird. Eine solche Regelung ist bei Einspurfahrzeugen nicht möglich, da diese einen Lenkwinkel benötigt, aus dem nach einem Fahrzeugmodell eine Sollgierrate abgeleitet wird. Bei Einspurfahrzeugen existiert kein eindeutiger Zusammenhang zwischen dem Lenkwinkel und dem Grad einer Kurvenfahrt, sodass keine sinnvolle Sollgierrate berechnen werden kann.From the field of vehicle dynamics control in passenger cars, a direct yaw rate control is known, in which a set yaw rate is determined and adjusted. Such a control is not possible with single-track vehicles, since this requires a steering angle from which a desired yaw rate is derived according to a vehicle model. With single-track vehicles, there is no clear correlation between the steering angle and the degree of cornering, so that no meaningful set yaw rate can be calculated.
Vorteilhafte Ausführungsbeispiele der Regelung bestehen darin, dass
- – die Situation erst ab einer bestimmten Gierrate als kritisch eingestuft wird, d. h. wenn die Gierrate
dΨ / dt ( dΨ / dt > S3), - – die Situation erst ab einer bestimmten Fahrgeschwindigkeit als kritisch eingestuft wird, d. h. wenn die Fahrgeschwindigkeit vx einen vierten vorgegebenen Schwellwert Sv überschreitet (vx > Sv), und/oder
- – der tolerierte Schwellwert S1 selbst eine Funktion der Fahrgeschwindigkeit vx ist, wobei vorzugsweise gilt, dass S1 mit zunehmender Geschwindigkeit vx kleiner wird, sodass bei hohen Geschwindigkeiten vx eher eingegriffen wird, während eine gewisse Driftdynamik bei kleineren Fahrgeschwindigkeiten vx durchaus toleriert wird, und/oder
- – zur Berechnung der Schwelle S1 noch weitere Sensorinformationen, wie Luftfeuchtigkeit und/oder Lufttemperatur herangezogen werden, wobei S1 in wetterbedingt kritischen Situation kleiner gewählt wird, und/oder
- – zur Bestimmung einer kritischen Situation nicht nur die Gierrate
dΨ / dt - – ein Eingriff, der das Motormoment M reduziert, nur dann erfolgt, wenn vom Fahrer ein großes Motormoment Msoll angefordert wird, d. h. wenn das gewünschte Motormoment Msoll größer als ein fünfter vorgegebenen Schwellwert SM ist (Msoll > SM), und/oder
- – eine parallele Radschlupfüberwachung erfolgt, wobei ein Eingriff, der das Motormoment M reduziert, nur dann erfolgt, wenn ein Traktionsschlupf λ vorliegt, der über einer definierten Schlupfschwelle sλ liegt (λ > sλ).
- - The situation is classified as critical only from a certain yaw rate, ie when the yaw rate
dΨ / dt (dΨ / dt> S 3 ), - - The situation is classified as critical only from a certain driving speed, ie when the vehicle speed v x exceeds a fourth predetermined threshold value S v (v x > S v ), and / or
- - The tolerated threshold value S 1 itself is a function of the vehicle speed v x , preferably applies that S 1 becomes smaller with increasing speed v x , so that intervene at high speeds v x more, while a certain drift dynamics at lower speeds v x quite is tolerated, and / or
- - For calculating the threshold S 1 even more sensor information, such as humidity and / or air temperature are used, where S 1 is selected to be smaller in weather-critical situation, and / or
- - to determine a critical situation not only the yaw rate
dΨ / dt - - An intervention that reduces the engine torque M, takes place only when the driver is a large engine torque M is requested, ie, if the desired engine torque M is greater than a fifth predetermined threshold S M (M soll > S M ), and /or
- - A parallel Radschlupfüberwachung takes place, wherein an intervention that reduces the engine torque M, takes place only when a traction slip λ is present, which is above a defined slip threshold s λ (λ> s λ ).
In
Zum Zeitpunkt T1 (
Optional werden dem Brems- und Motorregelsystem
Als wesentliche Eingangssignale erhält Regler
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