DE102014207864A1 - Means of transport and method for compensating a compression in the context of a velocity determination - Google Patents
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Abstract
Es werden ein Fortbewegungsmittel sowie ein Verfahren zur Kompensation einer im Wesentlichen linearen Relativbewegung zwischen einer radbasierten Gebereinheit (1) und einer rahmenbasierten Sensoreinheit (2a, 2b, 2c) zur Geschwindigkeitsbestimmung eines Fortbewegungsmittels (10) vorgeschlagen. Das Verfahren umfasst die Schritte: – Erkennen der Relativbewegung, – Berücksichtigen der Relativbewegung bei der Auswertung eines Signals der Gebereinheit, welches von der Sensoreinheit erfasst und zur Geschwindigkeitsbestimmung verwendet wird.A means of locomotion and a method for compensating a substantially linear relative movement between a wheel-based transmitter unit (1) and a frame-based sensor unit (2a, 2b, 2c) for determining the speed of a means of locomotion (10) are proposed. The method comprises the steps of: detecting the relative movement, taking into account the relative movement in the evaluation of a signal of the transmitter unit, which is detected by the sensor unit and used for speed determination.
Description
Stand der TechnikState of the art
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Fortbewegungsmittel sowie ein Verfahren zur Kompensation einer durch einen Federvorgang bedingten Relativbewegung zwischen einer radbasierten Gebereinheit und einer rahmenbasierten Sensoreinheit zur Geschwindigkeitsbestimmung.The present invention relates to a means of locomotion as well as a method for compensating a relative movement between a wheel-based transmitter unit and a frame-based sensor unit for speed determination, which is caused by a spring action.
Im Stand der Technik ist es bekannt, Betriebskenngrößen (z.B. Geschwindigkeit, Beschleunigung) eines Fahrzeugs durch an einem Rad des Fahrzeugs angeordneten Geber und einen rahmenseitig angeordneten Sensor zu ermitteln. Hierbei wird in einfachen Fällen eine vordefinierte Relativposition zwischen dem Geber und dem Sensor ermittelt (z.B. ein geringster Abstand zwischen dem Geber und dem Sensor). In anderen Fällen können mehrere unterschiedliche Positionen des Gebers mit dem Vorteil einer entsprechend höheren Auflösung der Radstellung bzw. höheren Aktualisierungsrate des Geschwindigkeitssignals erkannt werden. Beispielsweise befindet sich der Sensor in einer Mensch-Maschine-Schnittstelle (MMS, HMI), in einem elektrochemischen Energiespeicher („Batterie“) oder in einer Antriebseinheit, während der vom Sensor zu detektierende Geber im Vorderrad angeordnet ist. Ist das Vorderrad durch eine Federgabel gedämpft, so kann die Situation entstehen, dass sich aufgrund der Federaktivierung („Einfedern“ oder „Ausfedern“) der Abstand zwischen dem Sensor und dem Geber verändert. Besonders kritisch ist diese Situation für den Fall, dass eine Vielzahl unterschiedlicher Positionen des Gebers durch den Sensor detektiert wird. Den größtmöglichen Einfluss kann der Vorgang bei permanenter Detektierung des Gebers erreichen. Durch das abrupte Ändern der Relativentfernung zwischen dem Sensor und dem Geber wird eine zu hohe oder zu niedrige Geschwindigkeit bestimmt. Je nach Fahrzeugtyp und Betriebszustand kann dies zu einer ruckartigen Anpassung eines Antriebsmomentes bzw. der Geschwindigkeit (z.B. bei einem eBike, Pedelec o.ä.) führen. Entsprechendes gilt für den Fall, dass der Geber am Hinterrad des Fortbewegungsmittels angeordnet ist. Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die Auswirkung der vorstehend identifizierten Messungenauigkeiten zu lindern.In the prior art, it is known to determine operating characteristics (e.g., speed, acceleration) of a vehicle by sensors disposed on a wheel of the vehicle and a sensor disposed on the frame side. In simple cases, a predefined relative position between the encoder and the sensor is determined (for example, the smallest distance between the encoder and the sensor). In other cases, several different positions of the encoder can be detected with the advantage of a correspondingly higher resolution of the wheel position or higher update rate of the speed signal. For example, the sensor is located in a man-machine interface (MMS, HMI), in an electrochemical energy store ("battery") or in a drive unit, while the sensor to be detected by the sensor is arranged in the front wheel. If the front wheel is damped by a fork, the situation may arise that the distance between the sensor and the encoder changes due to the spring activation ("compression" or "rebounding"). This situation is particularly critical in the event that a large number of different positions of the encoder is detected by the sensor. The greatest possible influence can be achieved with permanent detection of the encoder. The abrupt change in the relative distance between the sensor and the sensor determines too high or too low a speed. Depending on the vehicle type and operating state, this can lead to a sudden adaptation of a drive torque or the speed (for example in the case of an eBike, Pedelec or the like). The same applies in the event that the encoder is arranged on the rear wheel of the means of locomotion. It is an object of the present invention to alleviate the effect of the measurement inaccuracies identified above.
Offenbarung der ErfindungDisclosure of the invention
Die vorstehend genannte Aufgabe wird durch ein Fortbewegungsmittel sowie durch ein Verfahren zur Kompensation einer Relativbewegung zwischen einer radbasierten Gebereinheit und einer rahmenbasierten Sensoreinheit aufgrund eines Federvorgangs zur Geschwindigkeitsbestimmung gelöst. Das Verfahren umfasst als einen ersten Schritt ein Erkennen der Relativbewegung. Das Erkennen kann auf unterschiedlichen Wegen erfolgen. Beispielsweise kann eine optische Messung des Federweges durchgeführt werden. Anschließend wird die Relativbewegung bei der Auswertung eines Signals, welches von der Sensoreinheit erfasst und zur Geschwindigkeitsbestimmung verwendet wird, berücksichtigt. Hierzu können auch abgespeicherte Informationen über die Geometrie des Fortbewegungsmittels verwendet werden. Insbesondere können Informationen über die geometrischen Zusammenhänge zwischen der Achse des mit der Gebereinheit ausgestatteten Rades und der Sensoreinheit sowie eine Entfernung zwischen der Gebereinheit und der Achse hinterlegt sein. Auf diese Weise können Auswirkungen dynamischer Federvorgänge bei der Geschwindigkeitsbestimmung berücksichtigt werden. Im Ergebnis ist ein ermitteltes Geschwindigkeit-/Beschleunigungssignal wesentlich weniger fehlerbehaftet und in Abhängigkeit dieser Signale geänderte Betriebskenngrößen geeigneter.The above-mentioned object is achieved by a means of locomotion and by a method for compensating a relative movement between a wheel-based transmitter unit and a frame-based sensor unit on the basis of a spring action for speed determination. The method comprises, as a first step, a recognition of the relative movement. The recognition can be done in different ways. For example, an optical measurement of the spring travel can be performed. Subsequently, the relative movement in the evaluation of a signal, which is detected by the sensor unit and used for speed determination, taken into account. Stored information about the geometry of the means of transport can also be used for this purpose. In particular, information about the geometric relationships between the axis of the encoder-equipped wheel and the sensor unit and a distance between the encoder unit and the axis can be stored. In this way, effects of dynamic spring events can be taken into account in the velocity determination. As a result, a determined speed / acceleration signal is much less error-prone and in response to these signals changed operating characteristics are more appropriate.
Die Unteransprüche zeigen bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung. Bevorzugt wird eine Beschleunigung mittels eines an einem Rahmenteil des Fortbewegungsmittels angeordneten Beschleunigungssensors ermittelt. Hierzu wird das vom Beschleunigungssensor erfasste Beschleunigungssignal in einer Auswerteeinheit des Fortbewegungsmittels ausgewertet. Die Auswerteeinheit kann beispielsweise in einer Mensch-Maschine-Schnittstelle des Fortbewegungsmittels angeordnet sein. Sie kann einen programmierbaren Prozessor (z.B. Mikrocontroller, Nanocontroller) umfassen. In einem zweiten Schritt kann die Relativbewegung zwischen der Gebereinheit und der Sensoreinheit aus der Beschleunigung berechnet werden, wobei die oben angeführten Informationen zur Geometrie, Kinematik und insbesondere Dynamik des Fortbewegungsmittels berücksichtigt werden können. The dependent claims show preferred developments of the invention. Preferably, an acceleration is determined by means of an acceleration sensor arranged on a frame part of the means of locomotion. For this purpose, the acceleration signal detected by the acceleration sensor is evaluated in an evaluation unit of the means of locomotion. The evaluation unit can be arranged, for example, in a man-machine interface of the means of locomotion. It may comprise a programmable processor (e.g., microcontroller, nanocontroller). In a second step, the relative movement between the transmitter unit and the sensor unit can be calculated from the acceleration, wherein the above-mentioned information on geometry, kinematics and in particular dynamics of the means of locomotion can be taken into account.
Die Daten, welche zur Ermittlung der Relativbewegung vorgehalten werden, können Relativpositionen zwischen der Achse und der Sensoreinheit bzw. zwischen der Achse und der Gebereinheit umfassen. Zudem kann eine Neigung des Federweges, welcher für eine im Wesentlichen lineare Relativbewegung zuständig ist, gegenüber der Vertikalen abgespeichert sein und bei der Ermittlung der Relativbewegung verwendet werden. Aus den vorgenannten Größen kann beispielsweise unter zusätzlicher Berücksichtigung einer Relativposition eines verwendeten Beschleunigungssensors aus einem Signal des Beschleunigungssensors unter Berücksichtigung einer Federsteifigkeit zwischen der Gebereinheit und der Sensoreinheit auf deren Relativbewegung geschlossen werden. Auf diese Weise kann die vorliegende Erfindung im Wesentlichen ohne zusätzliche Hardware in elektrisch angetriebenen Fahrzeugen realisiert werden.The data, which are held to determine the relative movement, may include relative positions between the axis and the sensor unit or between the axis and the encoder unit. In addition, an inclination of the spring travel, which is responsible for a substantially linear relative movement, be stored relative to the vertical and be used in the determination of the relative movement. For example, with the additional consideration of a relative position of an acceleration sensor used from a signal of the acceleration sensor taking into account a spring rigidity between the transmitter unit and the sensor unit, its relative movement can be deduced from the aforementioned variables. In this way, the present invention can be implemented substantially without additional hardware in electrically powered vehicles.
Gemäß einem zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird eine Anordnung, umfassend eine Sensoreinheit, eine Gebereinheit und eine Auswerteeinheit vorgeschlagen. Die Sensoreinheit und die Gebereinheit sind eingerichtet, radbasiert bzw. rahmenbasiert an einem Fortbewegungsmittel angeordnet zu werden. Zwischen dem Rahmen und dem Rad kann eine z.B. durch eine Federgabel geführte lineare Relativbewegung vorgesehen sein. Hierbei erkennt der Sensor eine aufgrund der Relativbewegung veränderte Größe der Gebereinheit, im Ansprechen worauf die Auswerteeinheit unter Verwendung von A priori-Wissen bezüglich der Kinematik bzw. Kinetik des Fortbewegungsmittels die Geschwindigkeitsbestimmung mittels der Gebereinheit und der Sensoreinheit korrigieren kann. Die grundsätzliche (unkorrigierte) Geschwindigkeitsbestimmung kann auch im Rahmen der Erfindung gemäß dem Stand der Technik erfolgen. Die erfindungsgemäße Korrektur der Geschwindigkeitsbestimmung erfolgt durch eine erfindungsgemäße Berücksichtigung der Relativbewegung bei der Auswertung eines Signals, welches von der Sensoreinheit erfasst und zur Geschwindigkeitsbestimmung verwendet wird. Mit anderen Worten ist die erfindungsgemäße Anordnung eingerichtet, in Verbindung mit einem Fortbewegungsmittel die Merkmale und Vorteile des erfindungsgemäßen Verfahrens (siehe oben) zu realisieren. According to a second aspect of the present invention, an arrangement comprising a sensor unit, a transmitter unit and an evaluation unit is proposed. The sensor unit and the transmitter unit are set up to be arranged on a means of transport on a wheel-based or frame-based basis. Between the frame and the wheel may be provided, for example, guided by a fork linear relative movement. In this case, the sensor detects a change in the size of the transmitter unit due to the relative movement, in response to which the evaluation unit can correct the speed determination by means of the transmitter unit and the sensor unit using a priori knowledge regarding the kinematics or kinetics of the means of locomotion. The basic (uncorrected) speed determination can also be made in the context of the invention according to the prior art. The correction of the speed determination according to the invention is carried out by an inventive consideration of the relative movement in the evaluation of a signal which is detected by the sensor unit and used to determine the velocity. In other words, the arrangement according to the invention is set up in conjunction with a means of locomotion to realize the features and advantages of the method according to the invention (see above).
Die Gebereinheit kann als RFID-Chip ausgestaltet sein, während die Sensoreinheit zur Aussendung eines auf den RFID-Chip abgestimmten elektromagnetischen Feldes eingerichtet sein kann. Der RFID-Chip kann als intelligenter oder auch als herkömmlicher RFID-Chip ausgestaltet sein. Mit anderen Worten kann der RFID-Chip dem elektromagnetischen Feld des Sensors lediglich Energie entziehen, was durch die Sensoreinheit erkannt wird. Alternativ kann die vom RFID-Chip aufgenommene Energie zur Aussendung von Nachrichten verwendet werden, welche von der Sensoreinheit empfangen werden. Diese Nachrichten können insbesondere eine Kennung des RFID-Chips umfassen, so dass Verwechslungen mit anderen Signalen (z.B. von anderen Fortbewegungsmitteln empfangene RFID-Chip-Signale) weitestgehend ausgeschlossen werden können.The transmitter unit can be configured as an RFID chip, while the sensor unit can be set up to emit an electromagnetic field matched to the RFID chip. The RFID chip can be designed as an intelligent or conventional RFID chip. In other words, the RFID chip can only extract energy from the electromagnetic field of the sensor, which is detected by the sensor unit. Alternatively, the energy received by the RFID chip may be used to broadcast messages received by the sensor unit. In particular, these messages can include an identifier of the RFID chip, so that confusion with other signals (for example RFID chip signals received by other means of locomotion) can be largely ruled out.
Alternativ oder zusätzlich kann die Gebereinheit einen Permanentmagneten umfassen, während die Sensoreinheit einen Magnetfeldsensor (z.B. einen Hall-Sensor) umfassen kann. Sowohl der RFID-Chip als auch der Permanentmagnet können zwischen dem Felgenbett und dem Mantel eines Reifens des Fortbewegungsmittels angeordnet sein. Insbesondere können sie zwischen dem metallischen Felgenbett und einem im Felgenbett angeordneten Kunststoffband angeordnet sein. Auf diese Weise ist eine Beschädigung weitestgehend ausgeschlossen, während die Gebereinheit dennoch eine starke Relativbewegung bezüglich der Sensoreinheit vollzieht. Alternatively or additionally, the transmitter unit may comprise a permanent magnet while the sensor unit may comprise a magnetic field sensor (e.g., a Hall sensor). Both the RFID chip and the permanent magnet can be arranged between the rim well and the casing of a tire of the means of locomotion. In particular, they can be arranged between the metallic rim base and a plastic strip arranged in the rim well. In this way, damage is largely excluded, while the encoder unit nevertheless makes a strong relative movement with respect to the sensor unit.
Zwischen der Gebereinheit und der Sensoreinheit kann eine Feder-Dämpfer-Kombination angeordnet sein. Solche Kombinationen werden zur Erhöhung des Komforts und der Fahrsicherheit in vielen Fortbewegungsmitteln verwendet, um eine geführte Relativbewegung zwischen einem Rad und einem Rahmen des Fortbewegungsmittels reversibel zu erlauben. Im Bereich der Zweiräder wird eine solche Anordnung auch als „Federgabel“ bezeichnet. Je nach Ausführung und Einstellung sind diese Federgabeln derart elastisch, dass die resultierenden Relativbewegungen („Hübe“) bei der Geschwindigkeitsbestimmung zu beträchtlichen Fehlern führen können. Diese werden erfindungsgemäß gelindert bzw. vermieden.Between the transmitter unit and the sensor unit, a spring-damper combination can be arranged. Such combinations are used to increase comfort and safety in many means of travel to reversibly permit guided relative movement between a wheel and a frame of the vehicle. In the field of two-wheelers such an arrangement is also referred to as a "fork". Depending on the design and setting, these forks are so elastic that the resulting relative movements ("strokes") can lead to significant errors in the velocity determination. These are alleviated or avoided according to the invention.
Die rahmenbasierte Sensoreinheit kann in einer Mensch-Maschine-Schnittstelle angeordnet sein, welche eine Auswerteeinheit und eine Anzeigeeinheit in einem gemeinsamen Gehäuse vereint. Aus Gründen des Diebstahlschutzes sind solche Einheiten häufig reversibel mit Fortbewegungsmitteln verbindbar. Im Falle von Fahrrädern sind diese Mensch-Maschine-Schnittstellen aus Gründen der besseren Ablesbarkeit der Anzeigeeinheit durch den Fahrer meist am Lenker angeordnet. Für die Mensch-Maschine-Schnittstellen werden häufig elektronische Komponenten verwendet, welche bereits einen Magnetfeldsensor bzw. einen Generator für ein elektromagnetisches Feld, welches mit einem RFID-Chip wechselwirkt, umfassen. Auf diese Weise können die Vorteile der vorliegenden Erfindung durch im Stand der Technik bereits häufig vorhandene Hardware erzielt werden.The frame-based sensor unit can be arranged in a man-machine interface, which unites an evaluation unit and a display unit in a common housing. For reasons of theft protection such units are often reversibly connectable with means of transport. In the case of bicycles, these man-machine interfaces are usually arranged on the handlebar for reasons of better readability of the display unit by the driver. Electronic components which already comprise a magnetic field sensor or an electromagnetic field generator which interacts with an RFID chip are frequently used for the human-machine interfaces. In this way, the advantages of the present invention can be achieved by already commonly available hardware in the prior art.
Die erfindungsgemäße Anordnung kann zumindest einen Beschleunigungssensor bereits umfassen, welcher an einer beliebigen Stelle am Fortbewegungsmittel angeordnet sein kann. Beispielsweise kann der Beschleunigungssensor in einer Antriebseinheit (englisch: drive unit) des Fortbewegungsmittels angeordnet sein, wobei jedoch seine Signale der Auswerteeinheit bereitgestellt werden müssen. The arrangement according to the invention can already comprise at least one acceleration sensor, which can be arranged at any point on the means of locomotion. For example, the acceleration sensor may be arranged in a drive unit of the means of locomotion, but its signals must be provided to the evaluation unit.
Gemäß einem dritten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Fortbewegungsmittel, insbesondere ein Fahrrad, bevorzugt ein elektrisch antreibbares Fahrrad, vorgeschlagen. Das Fortbewegungsmittel kann eine Federgabel bzw. eine Kinematik zur Realisierung einer im Wesentlichen linearen Relativbewegung zwischen einer radbasierten Gebereinheit und einer rahmenbasierten Sensoreinheit umfassen. Zudem kann ein Beschleunigungssensor rahmenseitig am Fortbewegungsmittel (beispielsweise am Tretlager, am Akkumulator oder in einer Mensch-Maschine-Schnittstelle) angeordnet sein. Weiter umfasst das erfindungsgemäße Fortbewegungsmittel eine Anordnung, wie sie in Verbindung mit dem zweitgenannten Erfindungsaspekt oben im Detail beschrieben worden ist. Das Fortbewegungsmittel umfasst weiter also zumindest eine Auswerteeinheit, welche eingerichtet ist, im Zusammenwirken mit der Gebereinheit, der Sensoreinheit und insbesondere dem Beschleunigungssensor eine Geschwindigkeit des Fortbewegungsmittels zu ermitteln und erfindungsgemäß den Einfluss einer linearen Relativbewegung durch die Federgabel zu kompensieren. Die Merkmale, Merkmalskombinationen und die sich aus diesen ergebenen Vorteile entsprechen den in Verbindung mit den vorgenannten Erfindungsaspekten ausgeführten derart ersichtlich, dass zur Vermeidung von Wiederholungen auf die obigen Ausführungen verwiesen wird.According to a third aspect of the present invention, a means of transportation, in particular a bicycle, preferably an electrically driven bicycle, is proposed. The means of locomotion may comprise a suspension fork or a kinematics for realizing a substantially linear relative movement between a wheel-based transmitter unit and a frame-based sensor unit. In addition, an acceleration sensor can be arranged on the frame side on the means of locomotion (for example on the bottom bracket, on the accumulator or in a man-machine interface). Furthermore, the means of transport according to the invention comprises an arrangement as has been described above in detail in connection with the second-mentioned aspect of the invention. The The means of locomotion further comprises at least one evaluation unit, which is set up in cooperation with the transmitter unit, the sensor unit and in particular the acceleration sensor to determine a speed of the means of locomotion and to compensate for the influence of a linear relative movement by the suspension fork. The features, combinations of features and the advantages arising therefrom correspond to those embodied in connection with the aforementioned aspects of the invention such that reference is made to the above statements to avoid repetition.
Kurze Beschreibung der ZeichnungenBrief description of the drawings
Nachfolgend werden Ausführungsbeispiele der Erfindung unter Bezugnahme auf die begleitenden Zeichnungen im Detail beschrieben. In den Zeichnungen ist:Hereinafter, embodiments of the invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. In the drawings:
Ausführungsformen der ErfindungEmbodiments of the invention
Auch wenn die Erfindung anhand der beigefügten Figuren am Beispiels eines federnd gelagerten Vorderrades erläutert worden ist, ist eine Übertragung der erfindungswesentlichen Merkmale auf ein federnd gelagertes Hinterrad für den Fachmann möglich, ohne den Bereich der vorliegenden Erfindung zu verlassen.Although the invention has been explained with reference to the accompanying figures using the example of a spring-mounted front wheel, a transmission of the features essential to the invention on a spring-mounted rear wheel for the expert is possible without departing from the scope of the present invention.
Claims (10)
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