DE102018210465A1 - Verfahren und Vorrichtung zur seitlichen Stabilisierung für ein sich im Stillstand befindendes einspuriges Kraftfahrzeug - Google Patents

Verfahren und Vorrichtung zur seitlichen Stabilisierung für ein sich im Stillstand befindendes einspuriges Kraftfahrzeug Download PDF

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur seitlichen Stabilisierung eines sich in einem senkrecht aufgerichteten Zustand und im Stillstand befindenden, mittels eines Elektromotors angetriebenen einspurigen Kraftfahrzeugs, wobei das Vorderrad des Kraftfahrzeugs einen Lenkeinschlag aufweist, bei dem der Elektromotor derart angesteuert wird, dass er alternierend in Vorwärtsrichtung und in Rückwärtsrichtung wirkende Antriebsmomente auf das Kraftfahrzeug ausübt.

Description

  • Stand der Technik
  • Die DE 10 2005 059 361 A1 betrifft ein zweirädriges batteriegetriebenes Fahrzeug für eine auf einer Plattform des Fahrzeugs stehende und die Plattform über einen auf dieser angeordneten Aufbau in einer der Körperstellung entsprechenden Winkellage haltenden Person, bei dem ausgehend von einer die Winkellage der Plattform gegenüber der Waagerechten ermittelnden Sensoreinrichtung ein Radantrieb derart gesteuert ist, dass dieser durch Beschleunigung und Verzögerung das Fahrzeug mit der Person im Gleichgewicht hält, und bei dem eine gesondert zu betätigende Steuerung rechts-links durch unterschiedliche Antriebsgeschwindigkeiten der beiden Räder vorgesehen ist.
  • Offenbarung der Erfindung
  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur seitlichen Stabilisierung eines sich in einem senkrecht aufgerichteten Zustand und im Stillstand befindenden, mittels eines Elektromotors angetriebenen einspurigen Kraftfahrzeugs, wobei das Vorderrad des Kraftfahrzeugs einen Lenkeinschlag aufweist, bei dem der Elektromotor derart angesteuert wird, dass er alternierend in Vorwärtsrichtung und in Rückwärtsrichtung wirkende Antriebsmomente auf das Kraftfahrzeug ausübt. Damit wird es ermöglicht, dass der Fahrer auf dem Fahrzeug sitzen bleiben kann, ohne dieses den Beinen gegen ein Umkippen abstützen zu müssen, wie es z.B. bei einem Ampelstop der Fall ist.
  • Eine vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass mittels eines Sensorsystems die seitliche Kipprichtung des Kraftfahrzeugs ermittelt wird und bei einer in Richtung des Lenkeinschlags weisenden Kipprichtung der Elektromotor derart angesteuert wird, dass er ein in Vorwärtsrichtung auf das Kraftfahrzeug wirkendes Antriebsmoment ausübt und bei einer in Gegenrichtung des Lenkeinschlags weisenden Kipprichtung der Elektromotor derart angesteuert wird, dass er ein in Rückwärtsrichtung auf das Kraftfahrzeug wirkendes Antriebsmoment ausübt. Dadurch wird eine Ausbalancierung des Fahrzeugs gewährleistet.
  • Eine vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren dann deaktiviert wird, wenn der Fahrer mittels der Betätigung eines Motormomentanforderungselements einen Anfahrwunsch signalisiert und zugleich die Lenkung betätigt.
  • Eine vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei dem einspurigen Kraftfahrzeug um einen Elektroroller handelt.
  • Eine vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass der senkrecht aufgerichtete Zustand des Kraftfahrzeugs den Wert Null des Wankwinkels aufweist und die seitliche Stabilisierung des Kraftfahrzeugs durch die Regelung des Wankwinkels auf den Wert Null erfolgt. Beim Wankwinkel handelt es sich um den seitlichen Neigungswinkel des Fahrzeugs, welcher auch als Rollwinkel bezeichnet wird. Der Wankwinkel nimmt bei einem senkrecht aufgerichteten Fahrzeug den Wert Null an und vergrößert sich mit zunehmender Schräglage, bis er bei einem umgekippten Fahrzeug ungefähr den Wert 90 Grad aufweist.
  • Eine vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass die Kipprichtung mittels einer Inertialsensorik ermittelt wird.
  • Weiter umfasst die Erfindung eine Vorrichtung, enthaltend Mittel, die zur Durchführung der erfindungsgemäßen Verfahren ausgestaltet sind. Dabei handelt es sich insbesondere um ein Steuergerät, in welchem der Programmcode zur Durchführung der erfindungsgemäßen Verfahren hinterlegt ist.
  • Die Zeichnung umfasst die 1 bis 3.
    • In 1 ist ein Elektroroller in Seitenansicht dargestellt.
    • In 2 ist ein Elektroroller im Stillstand in Draufsicht dargestellt.
    • In 3 ist ein Reglerstruktur für die Durchführung der Selbststabilisierungsfunktion dargestellt.
  • Die Erfindung betrifft eine Selbststabilisierungsfunktion für einen Elektroroller bzw. andere einspurige Kraftfahrzeuge im Stillstand, wobei die Stabilisierungsfunktion ohne zusätzliche Komponenten realisiert werden soll. Diese Erfindung erlaubt dem Fahrer auf dem Roller auch im Stillstand zu sitzen, ohne die Füße auf den Boden stellen zu müssen. Dies eignet sich zum Beispiel bei einem Ampelstop, indem sich der Roller ähnlich wie bei einem Segway selbst stabilisiert. Allerdings erfolgt die Stabilisierung in Querrichtung, während diese bei einem Segway in Fahrtlängsrichtung erfolgt.
  • 1 zeigt in Seitenansicht ein mögliches Fahrzeug, bei dem die Erfindung angewandt werden kann. Bei dem dargestellten Elektroroller kennzeichnet 100 den das Hinterrad antreibenden Elektromotor, 101 kennzeichnet eine Inertialsensorik, welche z.B. zur Ermittlung des Wankwinkels verwendet wird, und 102 kennzeichnet ein Steuergerät, in welchem der Programmcode zur Durchführung der Erfindung enthalten ist und abläuft. Das in 1 dargestellte Beispielfahrzeug ist ein Elektroroller mit einem Elektromotor 100 an der Hinterachse. Dieser Elektromotor 100 wird von dem Steuergerät 102 gesteuert. Das Steuergerät 102 ist mit einer intertialen Sensorik 101 verbunden, welche die Rollgeschwindigkeiten und die Beschleunigungen um die relevanten Achsen messen kann. Mit der Rollgeschwindigkeit ist dabei die Winkelgeschwindigkeit um die Fahrzeuglängsachse gemeint. Der Rollwinkel ist der Drehwinkel um die Fahrzeuglängsachse.
  • Um den Elektroroller zu balancieren ist es notwendig, dass das vom Antriebsmotor 100 ausgeübte Antriebsmoment sich zugleich in auftretenden Seitenkräften äußern. Deshalb ist es notwendig, dass der Fahrer im Sillstand der Lenker seitlich eingeschlagen hält, wie in 2 dargestellt. Dort sind der Lenker 201 und damit das Vorderrad 202 nach rechts eingeschlagen. 2 zeigt einen Elektroroller in Draufsicht, der Roller ist im Stillstand und in der Abbildung ist der Lenker 201 am rechten Anschlag gehalten. Der Fahrer sitzt auf dem Fahrersitz 204. 205 kennzeichnet das Hinterrad des Elektrorollers. In dieser Situation geschieht folgendes:
    • - wenn der Elektromotor ein positives Moment stellt, welches den Elektroroller in Vorwärtsrichtung bewegt, dann wirkt auf den Schwerpunkt 203 eine nach links wirkende Kraft F1.
    • - wenn der Elektromotor ein negatives Moment stellt, welches den Elektroroller in Rückwärtsrichtung bewegt, dann wirkt auf den Schwerpunkt 203 eine nach rechts wirkende Kraft F2.
  • Durch diesen Effekt ist es möglich, die auf den Schwerpunkt wirkenden Seitenkräfte zu modulieren, indem man das Motormoment des Elektromotors stets so wählt, dass durch Richtungswechsel der entstehenden Querkräfte F1 bzw. F2 einer beginnenden Kippneigung entgegengewirkt wird.
  • In 3 ist eine Reglerstruktur dargestellt, welche sich für die Selbststabilisierung eines einspurigen Kraftfahrzeugs eignet. Die Anwendung des Reglers kann in den folgenden Schritten erfolgen:
    1. 1) Das Vorliegen eines Stillstands des einspurigen Kraftfahrzeugs wird erkannt
    2. 2) Das Motormoment wird leicht moduliert und die Ausgangssignale der Inertialsensorik werden ausgewertet, um zu ermitteln, ob die Bremse nicht mehr gedrückt ist und um die Richtung des Lenkeinschlags zu bestimmen.
    3. 3) Falls die Straße eine Längsneigung aufweist, dann wirkt der Motor als Hillholder und hält den Roller im Stillstand, dass der Fahrer die Bremse betätigt halten muss.
    4. 4) Die Parameter des Reglers werden an die Situation angepasst, z.B. an die Richtung des Lenkers, die Straßenneigung oder das Gewicht des Fahrers.
    5. 5) Der Regler wird eingeschaltet und der Roller wird in der aufrechten Position gehalten, d.h. ϕsoll = 0, wobei ϕsoll der Sollwert des Rollwinkels ist. In Block 302 wird der Sollwert ϕsoll mit dem von der Inertialsensorik 301 ermittelten Istwert ϕist des Rollwinkels verglichen und die Abweichung dem Regler 303 zugeführt, welcher das zur Stabilhaltung des Zweirads erforderliche Motormoment M anfordert. Dabei wird die Längsbewegung des Zweirads ähnlich wie bei einem Segway sehr sanft moduliert, so dass sie von dem Fahrer kaum oder gar nicht wahrgenommen wird.
    6. 6) Der Regler erkennt, wenn der Fahrer die Lenkung wieder bewegt und wieder Gas gibt und nach vorne zu fahren und schaltet sich dann aus.
    7. 7) Wiederholung von Schritt 1) bei der nächsten Anhaltesituation.
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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  • Zitierte Patentliteratur
    • DE 102005059361 A1 [0001]

Claims (7)

  1. Verfahren zur seitlichen Stabilisierung eines sich in einem senkrecht aufgerichteten Zustand und im Stillstand befindenden, mittels eines Elektromotors (100) angetriebenen einspurigen Kraftfahrzeugs, wobei das Vorderrad (202) des Kraftfahrzeugs einen Lenkeinschlag aufweist, bei dem der Elektromotor (100) derart angesteuert wird, dass er alternierend in Vorwärtsrichtung und in Rückwärtsrichtung wirkende Antriebsmomente auf das Kraftfahrzeug ausübt.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass mittels eines Sensorsystems (101) die seitliche Kipprichtung des Kraftfahrzeugs ermittelt wird und bei einer in Richtung des Lenkeinschlags weisenden Kipprichtung der Elektromotor (100) derart angesteuert wird, dass er ein in Vorwärtsrichtung auf das Kraftfahrzeug wirkendes Antriebsmoment ausübt und bei einer in Gegenrichtung des Lenkeinschlags weisenden Kipprichtung der Elektromotor (100) derart angesteuert wird, dass er ein in Rückwärtsrichtung auf das Kraftfahrzeug wirkendes Antriebsmoment ausübt.
  3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass dieses dann deaktiviert wird, wenn der Fahrer mittels der Betätigung eines Motormomentanforderungselements einen Anfahrwunsch signalisiert und zugleich die Lenkung (201) betätigt.
  4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei dem einspurigen Kraftfahrzeug um einen Elektroroller handelt.
  5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der senkrecht aufgerichtete Zustand des Kraftfahrzeugs den Wert Null des Wankwinkels aufweist und die seitliche Stabilisierung des Kraftfahrzeugs durch die Regelung des Wankwinkels auf den Wert Null erfolgt.
  6. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Kipprichtung mittels einer Inertialsensorik ermittelt wird.
  7. Vorrichtung, enthaltend Mittel, die zur Durchführung der erfindungsgemäßen Verfahren ausgestaltet sind.
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