DE102020209969A1 - Two-wheeled vehicle with improved ABS and method therefor - Google Patents

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front wheel
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Silas Klug
Alessandro Moia
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Robert Bosch GmbH
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Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Zweiradfahrzeug insbesondere Fahrrad mit Elektroantrieb, umfassend eine Federgabel (6) an einem Vorderrad (4), ein Antiblockiersystem und eine Einrichtung zur Bestimmung einer Gabelbiegung der Federgabel (6), wobei das Antiblockiersystem eingerichtet ist, eine Bremsregelung unter Berücksichtigung der Gabelbiegung der Federgabel (6) auszuführen.The present invention relates to a two-wheeled vehicle, in particular a bicycle with an electric drive, comprising a suspension fork (6) on a front wheel (4), an anti-lock braking system and a device for determining a fork deflection of the spring fork (6), the anti-lock braking system being set up to regulate the brakes taking into account the perform fork bending of the suspension fork (6).

Description

Stand der TechnikState of the art

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Zweiradfahrzeug, insbesondere ein mit Muskelkraft und/oder Motorkraft betriebenes Zweirad sowie ein Verfahren zum Ausführen eines Bremsvorgangs eines Zweiradfahrzeugs mit einem Antiblockiersystem (ABS).The present invention relates to a two-wheeled vehicle, in particular a two-wheeled vehicle operated with muscle power and/or motor power, and a method for carrying out a braking operation of a two-wheeled vehicle with an anti-lock braking system (ABS).

Die Erfindung betrifft hierbei insbesondere Zweiradfahrzeuge auf Fahrradbasis, insbesondere sogenannte Pedelecs oder E-Bikes, bei denen neben einem muskelkraftbasierten Antrieb auch ein Elektroantrieb unterstützend und/oder ausschließlich wirken kann.The invention relates in particular to two-wheeled vehicles based on bicycles, in particular so-called pedelecs or e-bikes, in which, in addition to a drive based on muscle power, an electric drive can also have a supporting and/or exclusive effect.

Bei derartigen fahrradbasierten Zweiradfahrzeugen werden in jüngster Zeit verstärkt auch Antiblockiersysteme verwendet. Derartige Antiblockiersysteme nutzen in ihren Algorithmen üblicherweise einen Schlupf sowie eine Radverzögerung, insbesondere am Vorderrad des Zweiradfahrzeugs. Bei einem Bremsvorgang am Vorderrad tritt jedoch auch eine Gabelbiegung auf. Diese wird in bisherigen Antiblockiersystemen nicht berücksichtigt. Weiterhin ist aus der DE 3833880 A1 ein System bekannt, welches mechanisch ein Bremsstauchen verhindern bzw. vermindern soll.In the case of such bicycle-based two-wheeled vehicles, anti-lock braking systems have recently also been increasingly used. In their algorithms, such anti-lock braking systems usually use slip and wheel deceleration, in particular on the front wheel of the two-wheeler vehicle. However, front wheel braking also causes fork flexing. This is not taken into account in previous anti-lock braking systems. Furthermore, from the DE 3833880 A1 a system is known which is intended to mechanically prevent or reduce brake compression.

Offenbarung der ErfindungDisclosure of Invention

Das erfindungsgemäße Zweiradfahrzeug mit den Merkmalen des Anspruchs 1 weist demgegenüber den Vorteil auf, dass während eines Bremsvorgangs ein Eingriff mittels eines Antiblockiersystems signifikant verbessert werden kann. Dadurch wird ein sichereres Bremsen bei Zweiradfahrzeugen erreicht. Das Zweiradfahrzeug weist dabei eine Federgabel am Vorderrad auf, was sich auf die für eine Antiblockierregelung wichtigen Größen wie Raddrehzahl und Radgeschwindigkeit auswirkt, was wiederum Auswirkungen auf den Schlupf des Vorderrades hat. Erfindungsgemäß kann verhindert werden, dass ein Raddrehzahlsensor falsche Werte liefert, da bei einem Bremsvorgang üblicherweise eine Gabelbiegung bzw. Längsverschiebung der Federgabel auftritt. Dadurch besteht im Stand der Technik die Gefahr, dass in die Schlupfberechnung des Antiblockiersystems falsche Schlupfwerte, d.h. je nach Biegerichtung zu hohe oder zu niedrige Schlupfwerte, eingehen. Hierbei weist das erfindungsgemäße Zweiradfahrzeug neben der Federgabel am Vorderrad und dem Antiblockiersystem eine Einrichtung zur Bestimmung einer Gabelbiegung der Federgabel auf. Ferner ist das Antiblockiersystem eingerichtet, Bremssignale an ein Bremssystem des Zweirads unter Berücksichtigung der Gabelbiegung auszugeben. Somit kann eine Genauigkeit des Antiblockiersystems verbessert werden und ein besseres Bremsverhalten des Zweirads sichergestellt werden. Insbesondere kann vermieden werden, dass ein Raddrehzahlsensor bei einem Bremsvorgang falsche Werte an das Antiblockiersystem liefert und die Bremsung des Zweirads nicht optimal ohne Blockieren des Vorderrads ausgeführt werden kann.The two-wheeled vehicle according to the invention with the features of claim 1 has the advantage that during a braking operation, intervention by means of an anti-lock braking system can be significantly improved. This achieves safer braking in two-wheeled vehicles. The two-wheeled vehicle has a spring fork on the front wheel, which affects the variables that are important for anti-lock braking control, such as wheel speed and wheel speed, which in turn affects the slip of the front wheel. According to the invention, it is possible to prevent a wheel speed sensor from supplying incorrect values, since a fork bending or longitudinal displacement of the suspension fork usually occurs during a braking process. As a result, there is a risk in the prior art that incorrect slip values, i.e. slip values that are too high or too low depending on the bending direction, are included in the slip calculation of the antilock braking system. In addition to the suspension fork on the front wheel and the anti-lock braking system, the two-wheeler according to the invention has a device for determining a fork deflection of the suspension fork. Furthermore, the anti-lock braking system is set up to output braking signals to a braking system of the two-wheeler, taking into account the bending of the fork. The accuracy of the anti-lock braking system can thus be improved and better braking behavior of the two-wheeler can be ensured. In particular, it can be avoided that a wheel speed sensor delivers incorrect values to the anti-lock braking system during a braking process and that the two-wheeler cannot be optimally braked without locking the front wheel.

Es sei angemerkt, dass unter einem Zweirad insbesondere ein Fahrrad mit Elektroantrieb verstanden wird, beispielsweise ein Pedelec, bei dem der Elektroantrieb nur zugeschaltet wird, wenn ein Fahrer in die Pedale tritt, oder einem elektrischen Fahrrad, welche auch ohne Pedalieren einen Betrieb des Elektroantriebs erlaubt.It should be noted that a two-wheeler is understood to mean, in particular, a bicycle with an electric drive, for example a pedelec, in which the electric drive is only switched on when a driver pedals, or an electric bicycle, which also allows the electric drive to be operated without pedaling .

Somit kann durch die vorliegende Erfindung der bisher im Stand der Technik vorhandene deutliche Unterschied beim Bremsverhalten von Zweirädern mit oder ohne Federgabel ausgeglichen werden.The present invention can thus compensate for the clear difference in the braking behavior of two-wheelers with or without a suspension fork that previously existed in the prior art.

Die Unteransprüche zeigen bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung.The dependent claims show preferred developments of the invention.

Vorzugsweise umfasst die Federgabel einen Raddrehzahlsensor zur Erfassung der Raddrehzahl des Vorderrads und/oder einen Beschleunigungssensor zur Erfassung einer Längsbeschleunigung der Federgabel und/oder ein Gierratensensor. Durch die Anordnung des Raddrehzahlsensors und/oder des Beschleunigungssensors und/oder des Gierratensensors an der Federgabel sind eine sichere Erfassung der entsprechenden Werte für die Raddrehzahl, die Beschleunigung und/oder die Gierrate möglich. Der Beschleunigungssensor ist vorzugsweise am freien Ende der Federgabel, nahe der Nabe des Vorderrads, angeordnet. Dadurch kann eine höchste Messgenauigkeit für die Längsbeschleunigung der Federgabel bestimmt werden. Das Antiblockiersystem ist eingerichtet, die Bremsregelung unter Berücksichtigung der Raddrehzahl und/oder der Längsbeschleunigung der Federgabel auszuführen.The suspension fork preferably includes a wheel speed sensor for detecting the wheel speed of the front wheel and/or an acceleration sensor for detecting a longitudinal acceleration of the suspension fork and/or a yaw rate sensor. By arranging the wheel speed sensor and/or the acceleration sensor and/or the yaw rate sensor on the suspension fork, it is possible to reliably record the corresponding values for the wheel speed, the acceleration and/or the yaw rate. The acceleration sensor is preferably arranged at the free end of the suspension fork, near the hub of the front wheel. This allows the highest measurement accuracy for the longitudinal acceleration of the suspension fork to be determined. The anti-lock braking system is set up to carry out the braking control taking into account the wheel speed and/or the longitudinal acceleration of the suspension fork.

Weiter bevorzugt ist das Antiblockiersystem eingerichtet, eine Bremsregelung unter Berücksichtigung einer Masse der Federgabel und/oder einer Masse des Zweiradfahrzeugs und/oder einer Elastizität der Federgabel auszuführen. Durch die Hinzunahme von Werten für die Masse der Federgabel und/oder des Zweiradfahrzeugs und/oder der Elastizität der Federgabel kann die Genauigkeit der Bremsung mittels des Antiblockiersystems weiter verbessert werden.More preferably, the anti-lock braking system is set up to carry out a brake control taking into account a mass of the suspension fork and/or a mass of the two-wheeled vehicle and/or an elasticity of the suspension fork. By adding values for the mass of the suspension fork and/or the two-wheeled vehicle and/or the elasticity of the suspension fork, the accuracy of braking by means of the anti-lock braking system can be further improved.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist das Antiblockiersystem eingerichtet, eine Bremsregelung des Vorderrads mittels eines Zustandsreglers auszuführen. Der Zustandsregler ist derart eingerichtet, dass als Regelgröße bevorzugt die Längsbeschleunigung der Federgabel zurückgeführt wird und zusätzlich der aktuelle Schlupf im Zustandsregler berücksichtigt wird.According to a further preferred embodiment of the invention, the anti-lock braking system is set up to carry out braking control of the front wheel by means of a status controller. the The state controller is set up in such a way that the longitudinal acceleration of the suspension fork is preferably fed back as the controlled variable and the current slip in the state controller is also taken into account.

Besonders bevorzugt umfasst der Zustandsregler einen Integralregler. Hierdurch kann eine einfache und sichere Regelung des Bremseingriffs ermöglicht werden.The state controller particularly preferably comprises an integral controller. As a result, simple and safe regulation of the braking intervention can be made possible.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist das Antiblockiersystem eingerichtet, eine Bremsregelung des Vorderrads mittels eines Kaskadenreglers auszuführen. Beim Kaskadenregler werden mehrere Regler in kaskadenartiger Weise ineinander geschachtelt. Dadurch kann eine Untergliederung der Regelstrecke ermöglicht werden, wobei sich eine Regelgenauigkeit verbessert.According to a further preferred embodiment of the invention, the anti-lock braking system is set up to carry out braking control of the front wheel by means of a cascade controller. With the cascade controller, several controllers are nested in one another in a cascade-like manner. As a result, a subdivision of the controlled system can be made possible, with control accuracy being improved.

Der Kaskadenregler umfasst vorzugsweise zwei Teilregelsysteme, nämlich einen Schlupfregler für eine Radschlupfdynamik und einen Gabelregler für eine Federgabeldynamik. Der Gabelregler ist vorzugsweise eine Reihenschaltung eines inneren Schlupfregelkreises und der Gabeldynamik. Beim Schlupfregler wirkt nur die Raddynamik, jedoch keine Gabelbiegung oder andersartige Gabeldynamik. Der Schlupfregler bildet dabei vorzugsweise den geschlossenen inneren Regelkreis des Kaskadenreglers.The cascade controller preferably includes two partial control systems, namely a slip controller for wheel slip dynamics and a fork controller for suspension fork dynamics. The fork controller is preferably a series connection of an inner slip control loop and the fork dynamics. With the slip controller, only the wheel dynamics have an effect, but no fork bending or other types of fork dynamics. The slip controller preferably forms the closed inner control circuit of the cascade controller.

Der Gabelregler ist vorzugsweise ein einfacher Proportionalregler. Ein Ausgang dieses Proportionalreglers wird auf die Sollgröße des Schlupfregelkreises aufgeschaltet. In Abhängigkeit einer aktuellen Längsbeschleunigung der Federgabel kann somit Einfluss auf die Führungsgröße des inneren Regelkreises genommen werden, so dass die Federgabel in eine feste Position gebracht werden kann.The hybrid controller is preferably a simple proportional controller. An output of this proportional controller is switched to the setpoint of the slip control circuit. Depending on a current longitudinal acceleration of the suspension fork, the reference variable of the inner control loop can thus be influenced, so that the suspension fork can be brought into a fixed position.

Weiter bevorzugt ist der Gabelregler eingerichtet, eine Regelung nur bis zu einem Maximum einer Kraftschluss-Schlupf-Kurve des Vorderrads auszuführen. Die Kraftschluss-Schlupf-Kurve ist eine Kurve in einem Diagramm, bei dem ein Kraftschlussbeiwert über dem Schlupf aufgetragen ist. Vorzugsweise ist der äußere Regelkreis des Kaskadenreglers dabei schaltend ausgelegt und wird nur unterhalb der Stabilitätsgrenze, welche unterhalb des Maximums der Kraftschluss-Schlupf-Kurve des Vorderrads liegt, aktiviert.More preferably, the fork controller is set up to carry out a control only up to a maximum of an adhesion-slip curve of the front wheel. The adhesion-slip curve is a curve in a diagram in which an adhesion coefficient is plotted against slip. Preferably, the outer control circuit of the cascade controller is designed to be switched and is only activated below the stability limit, which is below the maximum of the adhesion-slip curve of the front wheel.

Weiterhin betrifft die vorliegende Erfindung ein Verfahren zum Ausführen einer Bremsregelung eines Zweiradfahrzeugs bei einer Antiblockierbremsung, wobei bei dem Antiblockierbremsvorgang eine Gabelbiegung einer Federgabel des Zweiradfahrzeugs am Vorderrad berücksichtigt wird. Dadurch werden voranstehend erläuterten Vorteile erhalten.Furthermore, the present invention relates to a method for carrying out a brake control of a two-wheeled vehicle during anti-lock braking, wherein a fork bending of a suspension fork of the two-wheeled vehicle at the front wheel is taken into account in the anti-lock braking process. As a result, the advantages explained above are obtained.

Vorzugsweise berücksichtigt das erfindungsgemäße Verfahren eine Längsbeschleunigung der Federgabel und/oder eine Masse der Federgabel und/oder eine Elastizität der Federgabel.The method according to the invention preferably takes into account a longitudinal acceleration of the suspension fork and/or a mass of the suspension fork and/or an elasticity of the suspension fork.

Weiter bevorzugt verwendet das erfindungsgemäße Verfahren einen Zustandsregler, um eine Gabelbiegung bei dem Antiblockiersystem zu berücksichtigen. Alternativ verwendet das erfindungsgemäße Verfahren einen Kaskadenregler, um die Antiblockierregelung auszuführen.More preferably, the inventive method uses a state controller to account for fork flexing in the antilock braking system. Alternatively, the method according to the invention uses a cascade controller to carry out the antilock control.

Figurenlistecharacter list

Nachfolgend werden Ausführungsbeispiele der Erfindung unter Bezugnahme auf die begleitende Zeichnung im Detail beschrieben. In der Zeichnung ist:

  • 1 eine schematische Ansicht eines Zweiradfahrzeugs als Pedelec oder E-Bike gemäß einem ersten bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung,
  • 2 eine schematische, vergrößerte Teilansicht einer Vordergabel des Zweiradfahrzeugs von 1,
  • 3 eine schematische Darstellung eines vorderen Teils des Zweiradfahrzeugs von 1,
  • 4 eine schematische Darstellung des Schlupfes über die Zeit mit und ohne Gabelbiegung,
  • 5 eine schematische Darstellung der Umfangsgeschwindigkeit über die Zeit mit und ohne Gabelbiegung,
  • 6 eine schematische Darstellung der Radwinkelgeschwindigkeit über die Zeit mit und ohne Gabelbiegung,
  • 7 einen Zustandsregler, welcher beim ersten Ausführungsbeispiel verwendet wird, und
  • 8 einen Kaskadenregler, welcher statt des Zustandsreglers beim ersten Ausführungsbeispiel verwendet werden kann.
Exemplary embodiments of the invention are described in detail below with reference to the accompanying drawings. In the drawing is:
  • 1 a schematic view of a two-wheeled vehicle as a pedelec or e-bike according to a first preferred embodiment of the invention,
  • 2 a schematic, enlarged partial view of a front fork of the two-wheeled vehicle of FIG 1 ,
  • 3 a schematic representation of a front part of the two-wheeled vehicle of FIG 1 ,
  • 4 a schematic representation of the slip over time with and without fork bending,
  • 5 a schematic representation of the peripheral speed over time with and without fork bending,
  • 6 a schematic representation of the wheel angular velocity over time with and without fork bending,
  • 7 a state controller used in the first embodiment, and
  • 8th a cascade controller which can be used instead of the state controller in the first embodiment.

Ausführungsformen der ErfindungEmbodiments of the invention

Nachfolgend wird unter Bezugnahme auf die 1 bis 7 ein Zweiradfahrzeug 1 gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung im Detail beschrieben.In the following, with reference to the 1 until 7 a two-wheeled vehicle 1 according to a preferred embodiment of the invention is described in detail.

Wie aus 1 ersichtlich ist, umfasst das Zweiradfahrzeug 1 einen Elektroantrieb 2, welcher in diesem Ausführungsbeispiel im Bereich des Tretlagers angeordnet ist. Dadurch basiert das Zweiradfahrzeug auf dem sogenannten Mittelmotorkonzept. Der Elektroantrieb 2 wird durch ein elektrischen Energiespeicher 3 mit elektrischer Energie versorgt.How out 1 As can be seen, the two-wheeled vehicle 1 includes an electric drive 2, which is arranged in this exemplary embodiment in the area of the bottom bracket. As a result, the two-wheeler is based vehicle based on the so-called mid-engine concept. The electric drive 2 is supplied with electric energy by an electric energy store 3 .

Das Zweiradfahrzeug 1 umfasst ein Vorderrad 4 und ein Hinterrad 5. Am Vorderrad 4 ist eine Federgabel 6 angeordnet, welche in den Figuren nur schematisch dargestellt ist.The two-wheeled vehicle 1 comprises a front wheel 4 and a rear wheel 5. A suspension fork 6 is arranged on the front wheel 4, which is shown only schematically in the figures.

Ferner umfasst das Zweiradfahrzeug 1 eine Steuereinheit 10, in welche ein Antiblockiersystem integriert ist. Das Antiblockiersystem verhindert ein Blockieren des Vorderrades 4 und oder des Hinterrades 5 bei einem zu starken Bremseingriff eines Nutzers des Zweiradfahrzeugs 1.Furthermore, the two-wheeled vehicle 1 includes a control unit 10, in which an anti-lock braking system is integrated. The anti-lock braking system prevents the front wheel 4 and/or the rear wheel 5 from locking if a user of the two-wheeler 1 brakes too hard.

Wie weiter aus den 2 und 3 ersichtlich ist, ist an der Federgabel 6 ein Raddrehzahlsensor 7 angeordnet, welcher in Verbindung mit einem Inkrementalrad 8 am Vorderrad 4 eine Raddrehzahl des Vorderrads 4 bestimmt.How further from the 2 and 3 As can be seen, a wheel speed sensor 7 is arranged on the suspension fork 6, which determines a wheel speed of the front wheel 4 in conjunction with an incremental wheel 8 on the front wheel 4.

Ferner ist an der Federgabel 6 ein Beschleunigungssensor 9 angeordnet, welcher eine Längsbeschleunigung der Federgabel 6 erfasst.Furthermore, an acceleration sensor 9 is arranged on the suspension fork 6 , which detects a longitudinal acceleration of the suspension fork 6 .

Aus den 2 und 3 wird deutlich, welche Auswirkungen eine Biegung der Federgabel 6 auf eine Position des Raddrehzahlsensors 7 hat. Durch die Gabelbiegung wird eine Verschiebung 40 zwischen dem Inkrementalrad 8 und dem Raddrehzahlsensor 7 verursacht. Dadurch liefert der Raddrehzahlsensor 7 falsche Werte, welche falsch in die Schlupfberechnung eingehen und somit je nach Biegerichtung zu zu hohen oder zu niedrigen Schlupfwerten führen.From the 2 and 3 it becomes clear what effects bending of the suspension fork 6 has on a position of the wheel speed sensor 7 . A displacement 40 between the incremental wheel 8 and the wheel speed sensor 7 is caused by the bending of the fork. As a result, wheel speed sensor 7 delivers incorrect values, which are incorrectly included in the slip calculation and thus lead to slip values that are too high or too low, depending on the bending direction.

Somit wird durch die Schwingung der Federgabel zusätzlich Schlupf aufgebaut oder abgebaut. Dies ist im Vergleich zu normalen Gabeln ohne Federfunktion bei Federgabeln noch ausgeprägter vorhanden.As a result, additional slip is built up or reduced by the vibration of the suspension fork. This is even more pronounced in suspension forks compared to normal forks without a spring function.

Erfindungsgemäß kann dies nun durch Verwendung des in 7 gezeigten Zustandsreglers berücksichtigt werden. Die Verwendung des Zustandsreglers ermöglicht eine höhere Genauigkeit während des Ausführens des Antiblockierbremsvorgangs, wobei auch die Federgabel 6 möglichst wenig neu angeregt wird und sich in negativer Weise rückwirkend auf den Schlupf einkoppeln könnte.According to the invention, this can now be done by using the in 7 shown state controller are taken into account. The use of the state controller enables greater accuracy during the execution of the anti-lock braking process, with the spring fork 6 also being re-excited as little as possible and could be retroactively coupled to the slip in a negative manner.

Der Zustandsregler in 7 ist eingerichtet, als Rückführgrößen zur Bremsregelung des Vorderrades 4 eine Längsbeschleunigung a und den aktuellen Schlupf Ä zu verwenden. In 7 bezeichnet M die Masse des Fahrrads, welche durch eine Feder, die die Steifigkeit der Federgabel repräsentiert, mit dem Vorderrad 4 verbunden ist. Dabei umfasst der Zustandsregler einen Integralregler, wobei der Zustandsregler zusätzlich auch die Masse der Federgabel 6 und die Elastizität der Federgabel 6 berücksichtigt. Weiterhin werden beim Rückführen die Zustände der Radwinkelgeschwindigkeit ω und der Biegung der Federgabel 6 gleich Null gesetzt. Die Radwinkelgeschwindigkeit ω besitzt keinen stationären Endwert, welcher für eine Regelung in Betracht kommen würde und soll auch nicht auf Null geregelt werden, da dies eine Blockade des Vorderrades 4 bedeuten würde. Die Biegung der Federgabel im stationären Zustand ist vom aktuellen Reibwert des Vorderrades 4 auf den Untergrund abhängig und in der Regel unbekannt. Daher ist für die Rückführung der Biegung der Federgabel 4 ebenfalls ein Wert von Null vorzusehen.The state controller in 7 is set up to use a longitudinal acceleration a and the current slip Ä as feedback variables for braking control of the front wheel 4 . In 7 M designates the mass of the bicycle, which is connected to the front wheel 4 by a spring that represents the stiffness of the suspension fork. The state controller includes an integral controller, the state controller also taking into account the mass of the suspension fork 6 and the elasticity of the suspension fork 6 . Furthermore, the states of the wheel angular velocity ω and the bending of the suspension fork 6 are set equal to zero when returning. Wheel angular velocity ω does not have a stationary end value that would come into consideration for regulation and should also not be regulated to zero, since this would mean blockage of front wheel 4 . The bending of the suspension fork in the stationary state depends on the current coefficient of friction of the front wheel 4 on the ground and is generally unknown. A value of zero is therefore also to be provided for returning the bending of the spring fork 4 .

Die Berechnung der Rückführgrößen kann mittels einer Rückführmatrix k nach der Methode der linear-quadratischen Regelung ausgeführt werden. Die Verwendung des Integralreglers macht dabei die Zustandsregelung sehr robust gegenüber weiteren Störgrößen, welche praktisch keinerlei Einfluss auf die Antiblockierregelung haben.The feedback variables can be calculated using a feedback matrix k using the method of linear-quadratic control. The use of the integral controller makes the status control very robust in relation to other disturbance variables, which have practically no influence on the anti-lock braking control.

Die 4 bis 6 zeigen die Wirkung der Erfindung unter Berücksichtigung der Biegung der Federgabel 4. Die Kurvenverläufe in den 4 bis 6 zeigen dabei jeweils die mit A bezeichneten Kurven ohne Berücksichtigung der Gabelbiegung, und die mit B bezeichneten Kurven zeigen den Kurvenverlauf mit Berücksichtigung der Gabelbiegung. Hierbei zeigt 4 schematisch den Schlupf λ über der Zeit t, 5 die Umfangsgeschwindigkeit U über der Zeit t und die 6 die Radwinkelgeschwindigkeit ω über der Zeit t.the 4 until 6 show the effect of the invention, taking into account the bending of the suspension fork 4. The curves in FIGS 4 until 6 show the curves labeled A without taking into account the fork deflection, and the curves labeled B show the course of the curve taking into account the fork deflection. Here shows 4 schematically the slip λ over time t, 5 the circumferential speed U over time t and the 6 the wheel angular velocity ω over time t.

Wie aus den 4 bis 6 ersichtlich ist, sind ohne Berücksichtigung der Gabelbiegung starke Oszillationen (Kurven A) vorhanden, was die Antiblockierregelung deutlich erschwert. Zudem muss aufgrund der auftretenden Schwingungen der Federgabel 6 immer wieder Bremsdruck aufgebaut und abgebaut werden, um den optimalen Schlupf λ einstellen zu können, dies wirkt sich auch negativ auf einen Energieverbrauch des Reglers aus. How from the 4 until 6 As can be seen, without taking the fork bending into account, there are strong oscillations (curves A), which makes anti-lock control significantly more difficult. In addition, because of the vibrations that occur in the suspension fork 6, braking pressure has to be repeatedly built up and reduced in order to be able to set the optimal slip λ, which also has a negative effect on the energy consumption of the controller.

Erfindungsgemäß kann der Energieverbrauch jedoch reduziert werden, wodurch auch eine kleine Baugröße für den Aktuator des Antiblockiersystems ermöglicht wird.According to the invention, however, the energy consumption can be reduced, which also makes it possible for the actuator of the anti-lock braking system to have a small overall size.

Somit können Schwingungen der Federgabel 6 schnell eliminiert werden und die in 2 dargestellte Verschiebung des Raddrehzahlsensors 7 kann vermieden werden. Dadurch liefert der Raddrehzahlsensor 7 in kürzester Zeit wieder aktuelle Werte für die Raddrehzahl. Somit kann eine Regelgüte eines Antiblockiersystems deutlich verbessert werden. Weiterhin kann anhand eines Bremsmomentenverlaufs M festgestellt werden, dass ein Energieaufwand nach einem Beruhigen der Federgabel 6 minimal ist, da kaum noch Auf- und Abbauten im Regelsystem vorgenommen werden müssen. Der Zustandsregler kann dabei eine schnelle und effektive Dämpfung einer auftretenden Gabelbiegung bereitstellen.Thus, vibrations of the suspension fork 6 can be quickly eliminated and the 2 shown displacement of the wheel speed sensor 7 can be avoided. As a result, the wheel speed sensor 7 supplies current values for the wheel speed again in the shortest possible time. A control quality of an anti-lock braking system can thus be significantly improved. Furthermore, it can be determined using a braking torque curve M that a Energy expenditure after the suspension fork 6 has calmed down is minimal, since there is hardly any need to set up or dismantle the control system. In this case, the state controller can provide fast and effective damping of an occurring fork bending.

8 zeigt einen alternativen Regler, welcher bei dem in den vorhergehenden Figuren beschriebenen Ausführungsbeispiel eines Zweiradfahrzeugs verwendet werden kann. In 8 ist ein Kaskadenregler dargestellt, welcher zwei Teilsysteme aufweist, nämlich einen Schlupfregler 11 für die Radschlupfdynamik sowie einen Gabelregler 12 für die Dynamik der Federgabel 6. Pω bezeichnet den Regler, der den äußeren Regelkreis mit Gabelbiegung regelt und GPi ist ein PI-Regler, der den inneren Regelkreis regelt. ML ist das vom Pl-Regler gestellte Bremsmoment. 8th Figure 1 shows an alternative controller which can be used in the two-wheeled vehicle embodiment described in the previous figures. In 8th a cascade controller is shown, which has two subsystems, namely a slip controller 11 for the wheel slip dynamics and a fork controller 12 for the dynamics of the suspension fork 6. Pω designates the controller that controls the outer control loop with fork bending and GPi is a PI controller that controls the inner control loop regulates. M L is the braking torque provided by the PI controller.

Eine Vorgabe für den äußeren Regelkreis in 8 ist die Sollgeschwindigkeit der Federgabel, welche Null ist, da gefordert wird, dass die Federgabel möglichst in Ruhe ist. Der innere Regelkreis bekommt die Vorgabe des Sollschlupfes λ0 und einen Teil des äußeren Regelkreises, der die innere Sollvorgabe so verändert, dass auf die aktuelle Bewegung der Federgabel 6 reagiert werden kann. Ferner ist eine direkte Rückkupplung von einer Längsbeschleunigung a der Federgabel 6 auf den Schlupf λ vorhanden.A default for the outer loop in 8th is the target speed of the suspension fork, which is zero because it is required that the suspension fork is as still as possible. The inner control loop receives the specification of the setpoint slip λ0 and part of the outer control loop, which changes the inner setpoint specification in such a way that the current movement of the suspension fork 6 can be reacted to. Furthermore, there is a direct feedback from a longitudinal acceleration a of the suspension fork 6 to the slip λ.

Im Schlupfregler 11 wirkt nur die Raddynamik, jedoch keinerlei Gabelbiegung. Der Schlupfregler 11 kann mittels eines Verfahrens der dynamischen Kompensation und durch Vorgabe einer Zeitkonstante des geschlossenen inneren Regelkreises entworfen werden. Dadurch wird sowohl ein Verstärkungsfaktor als auch eine Zeitkonstante des zu implementierenden Schlupfreglers 11 erhalten.Only the wheel dynamics have an effect in the slip controller 11, but no fork bending. The slip controller 11 can be designed using a dynamic compensation method and by specifying a time constant of the closed inner loop. As a result, both an amplification factor and a time constant of the slip controller 11 to be implemented are obtained.

Der Gabelregler 12 kann ein einfacher Proportionalregler sein, dessen Ausgang auf die Sollgröße ω0 des Schlupfregelkreises mit aufgeschaltet wird. Hierdurch wird in Abhängigkeit der aktuellen Längsbeschleunigung a der Federgabel 6 so Einfluss auf die Führungsgröße des inneren Regelkreises genommen, so dass die Federgabel 6 in eine feste Position gebracht werden kann. Der Gabelregler 12 verwendet dabei eine Übertragungsfunktion 13, welche das Verhalten von Schlupf λ zur Längsbeschleunigung a der Federgabel 6 beschreibt.The fork controller 12 can be a simple proportional controller, the output of which is also switched to the desired variable ω0 of the slip control loop. As a result, depending on the current longitudinal acceleration a of the suspension fork 6, the control variable of the inner control loop is influenced in such a way that the suspension fork 6 can be brought into a fixed position. The fork controller 12 uses a transfer function 13 which describes the behavior of slip λ to the longitudinal acceleration a of the suspension fork 6 .

Weiterhin darf die Gabelregelung nicht dauerhaft aktiv sein, da am Maximum der Kraftschluss-Schlupf-Kurve, welche den Kraftschlussbeiwert über dem Schlupf λ darstellt, eine Steuerbarkeit der Federgabel 6 nicht mehr gegeben ist. Falls an diesem Punkt der Schlupf λ verändert wird, führt dies zu keiner Änderung der Kraft am Vorderrad 4 und somit kann in diesem Punkt die Position der Federgabel nicht beeinflusst werden. Für den instabilen Bereich der Schlupfkurve ist zum einen die Steigung sehr flach, was dazu führt, dass keine maßgeblichen Änderungen der Kraft am Rad hervorgerufen werden, zum anderen ist es im instabilen Schlupfbereich wichtig, den Schlupf Ä zu stabilisieren, anstatt die Federgabel 6 zu beruhigen. Aus diesem Grund wird der äußere Regelkreis (Gabelregler 12) schaltbar ausgelegt, und nur unterhalb der Stabilitätsgrenze, welche am Maximum der Kraftstoff-Schlupf-Kurve liegt, aktiviert.Furthermore, the fork control must not be permanently active, since at the maximum of the adhesion-slip curve, which represents the adhesion coefficient over the slip λ, the suspension fork 6 can no longer be controlled. If the slip λ is changed at this point, this does not lead to any change in the force on the front wheel 4 and therefore the position of the suspension fork cannot be influenced at this point. For the unstable area of the slip curve, on the one hand the slope is very flat, which means that no significant changes in the force are caused at the wheel, on the other hand it is important in the unstable slip area to stabilize the slip Ä instead of calming the suspension fork 6 . For this reason, the outer control loop (fork controller 12) is designed to be switchable and activated only below the stability limit, which is at the maximum of the fuel-slip curve.

Zu den beiden Ausführungsbeispielen sei angemerkt, dass somit durch eine explizite Berücksichtigung einer Gabelbiegung eine Regelung eines Antiblockiersystems deutlich verbessert werden kann. Dabei kann ein Zustandsregler oder ein Kaskadenregler verwendet werden. Insbesondere wird dabei eine Regelgüte der Antiblockierregelung verbessert und ferner auch ein Energieverbrauch für den Regelvorgang reduziert. Dies wirkt sich auch positiv auf eine Baugröße eines Aktuators des Antiblockiersystems aus, welcher deutlich kleiner ausgelegt werden kann. Die verbesserte Regelung unter Berücksichtigung der Gabelbiegung wird insbesondere bei Fahrrädern mit Elektroantrieb verwendet.With regard to the two exemplary embodiments, it should be noted that regulation of an anti-lock braking system can be significantly improved by explicitly taking into account fork bending. A state controller or a cascade controller can be used. In particular, a control quality of the anti-lock braking control is improved and energy consumption for the control process is also reduced. This also has a positive effect on the size of an actuator of the anti-lock braking system, which can be designed to be significantly smaller. The improved control taking into account the fork bending is used in particular in bicycles with an electric drive.

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Zitierte PatentliteraturPatent Literature Cited

  • DE 3833880 A1 [0003]DE 3833880 A1 [0003]

Claims (12)

Zweiradfahrzeug, insbesondere Fahrrad mit Elektroantrieb, umfassend: - eine Federgabel (6) an einem Vorderrad (4) - ein Antiblockiersystem und - eine Einrichtung zur Bestimmung einer Gabelbiegung der Federgabel (6), - wobei das Antiblockiersystem eingerichtet ist, eine Bremsregelung unter Berücksichtigung der Gabelbiegung der Federgabel (6) auszuführen.Two-wheeled vehicle, in particular a bicycle with an electric drive, comprising: - a suspension fork (6) on a front wheel (4) - an anti-lock braking system and - a device for determining a fork deflection of the suspension fork (6), - wherein the anti-lock braking system is set up to carry out a braking control taking into account the fork deflection of the suspension fork (6). Zweiradfahrzeug nach Anspruch 1, wobei an der Federgabel (6) ein Raddrehzahlsensor (7) zur Erfassung der Raddrehzahl des Vorderrades (4) und/oder ein Beschleunigungssensor (9) zur Erfassung einer Längsbeschleunigung der Federgabel (6) und/oder ein Gierratensensor angeordnet ist und das Antiblockiersystem eingerichtet ist, die Bremsregelung unter Berücksichtigung der Raddrehzahl des Vorderrades (4) und/oder Längsbeschleunigung (a) der Federgabel (6) und/oder einer Gierrate der Federgabel auszuführen.two-wheeler vehicle claim 1 , wherein a wheel speed sensor (7) for detecting the wheel speed of the front wheel (4) and/or an acceleration sensor (9) for detecting a longitudinal acceleration of the spring fork (6) and/or a yaw rate sensor is arranged on the suspension fork (6) and the anti-lock braking system is set up is to carry out the brake control taking into account the wheel speed of the front wheel (4) and/or the longitudinal acceleration (a) of the suspension fork (6) and/or a yaw rate of the suspension fork. Zweiradfahrzeug nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei das Antiblockiersystem eingerichtet ist, die Bremsregelung unter Berücksichtigung einer Masse der Federgabel (6) und/oder einer Masse des Zweiradfahrzeugs und/oder einer Elastizität der Federgabel (6) auszuführen.Two-wheeled vehicle according to one of the preceding claims, wherein the anti-lock braking system is set up to carry out the braking control taking into account a mass of the suspension fork (6) and/or a mass of the two-wheeled vehicle and/or an elasticity of the suspension fork (6). Zweiradfahrzeug nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei das Antiblockiersystem eingerichtet ist, die Bremsregelung des Vorderrads (4) mittels eines Zustandsreglers auszuführen.Two-wheeled vehicle according to one of the preceding claims, wherein the anti-lock braking system is set up to carry out the braking control of the front wheel (4) by means of a state controller. Zweiradfahrzeug nach Anspruch 4, wobei der Zustandsregler eingerichtet ist, als Rückführgröße zur Bremsregelung des Vorderrades (4) die Längsbeschleunigung der Federgabel (6) und den aktuellen Schlupf (λ) zu verwenden.two-wheeler vehicle claim 4 , wherein the state controller is set up to use the longitudinal acceleration of the suspension fork (6) and the current slip (λ) as a feedback variable for braking control of the front wheel (4). Zweiradfahrzeug nach Anspruch 4 oder 5, wobei der Zustandsregler einen Integralregler umfasst.two-wheeler vehicle claim 4 or 5 , wherein the state controller comprises an integral controller. Zweiradfahrzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei das Antiblockiersystem eingerichtet ist, die Bremsregelung des Vorderrades (4) mittels eines Kaskadenreglers auszuführen.Two-wheeled vehicle according to one of Claims 1 until 3 , wherein the anti-lock braking system is set up to carry out the braking control of the front wheel (4) by means of a cascade controller. Zweiradfahrzeug nach Anspruch 7, wobei der Kaskadenregler einen Schlupfregler für die Radschlupfdynamik und einen Gabelregler für die Dynamik der Federgabel (6) aufweist.two-wheeler vehicle claim 7 , the cascade controller having a slip controller for the wheel slip dynamics and a fork controller for the dynamics of the suspension fork (6). Zweiradfahrzeug nach Anspruch 8, wobei der Gabelregler ein Proportionalregler ist.two-wheeler vehicle claim 8 , where the fork controller is a proportional controller. Zweiradfahrzeug nach Anspruch 8 oder 9, wobei der Gabelregler eingerichtet ist, eine Regelung nur bis zu einem Maximum einer Kraftschluss-Schlupf-Kurve des Vorderrads (4) auszuführen.two-wheeler vehicle claim 8 or 9 , wherein the fork controller is set up to carry out a control only up to a maximum of a traction-slip curve of the front wheel (4). Verfahren zum Ausführen eines Bremsvorgangs bei einem Zweiradfahrzeug (1) mit Federgabel (6), insbesondere einem Fahrrad mit Elektroantrieb, wobei der Bremsvorgang mittels eines Antiblockiersystems ausgeführt wird, welches eine Gabelbiegung der Federgabel (6) berücksichtigt.Method for performing a braking process on a two-wheeled vehicle (1) with a suspension fork (6), in particular a bicycle with an electric drive, the braking process being performed using an anti-lock braking system which takes into account fork bending of the suspension fork (6). Verfahren nach Anspruch 11, wobei das Antiblockiersystem eine Längsbeschleunigung der Federgabel (6) und/oder eine Masse der Federgabel (6) und/oder eine Elastizität der Federgabel (6) berücksichtigt.procedure after claim 11 , wherein the anti-lock braking system takes into account a longitudinal acceleration of the suspension fork (6) and/or a mass of the suspension fork (6) and/or an elasticity of the suspension fork (6).
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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