DE102015224666A1

DE102015224666A1 - Verfahren und Vorrichtung zur Unterscheidung zwischen linker und rechter Pedalkraft

Info

Publication number: DE102015224666A1
Application number: DE102015224666.3A
Authority: DE
Inventors: Peter Kimmich; Sigmund Braun; Daniel Baumgärtner
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2015-12-09
Filing date: 2015-12-09
Publication date: 2017-06-14
Anticipated expiration: 2035-12-10
Also published as: DE102015224666B4

Abstract

Mit der Erfindung wird ein Verfahren beansprucht, mit dem die Betätigungsseite eines Pedals einer an einem Fahrrad befindlichen Pedalenanordnung erkannt werden kann. Mit diesem Verfahren lässt sich ein Trainingsprogramm erzeugen, bei dem der Fahrer über die Kraftdifferenz zwischen der rechten und linken Pedale informiert wird, um ein gleichmäßiges Training zu ermöglichen. Darüber hinaus beansprucht die Erfindung eine Vorrichtung, in der ein derartiges Verfahren zur Identifikation der Betätigungsseite abläuft.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren sowie eine Vorrichtung zur Identifizierung der Betätigung einer rechten oder linken Pedale einer Pedalenanordnung eines Fahrrads.
Stand der Technik
Die Steuerung des zusätzlichen motorischen Antriebs bei Elektrofahrrädern kann in Abhängigkeit von der Trittfrequenz des Fahrradfahrers oder des vom Fahrradfahrers aufgebrachten Drehmoments auf die Tretkurbel erfolgen. Da die Erfassung des Drehmoments üblicherweise mit einem einzigen Drehmomentsensor an der Tretwelle erfolgt, ist bei einem derartigen System keine Aussage über die unterschiedliche Trittkraft des Fahrers auf die rechte oder linke Pedale möglich. Diese Erkenntnis kann jedoch gerade für Trainingszwecke sowie für die Erfassung der Materialbelastung und des damit verbundenen ggf. einseitigen Verschleißes sinnvoll sein.
Aus der Schrift DE 102012220182 A1 ist eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Steuerung des Motors eines Elektrofahrrads bekannt. Dabei wird die Neigung des Fahrrads erfasst, um die Pedalen während einer Kurvenfahrt in eine für eine Kurvenfahrt günstige Stellung zu bewegen.
Offenbarung der Erfindung
Mit der Erfindung wird ein Verfahren beansprucht, mit dem die Betätigungsseite eines Pedals einer an einem Fahrrad befindlichen Pedalenanordnung erkannt werden kann. Mit diesem Verfahren lässt sich ein Trainingsprogramm erzeugen, bei dem der Fahrer über die Kraftdifferenz zwischen der rechten und linken Pedale informiert wird, um ein gleichmäßiges Training zu ermöglichen. Darüber hinaus beansprucht die Erfindung eine Vorrichtung, in der ein derartiges Verfahren zur Identifikation der Betätigungsseite abläuft.
Das erfindungsgemäße Verfahren bzw. die erfindungsgemäße Vorrichtung ist sowohl bei einem Fahrrad mit als auch bei einem Fahrrad ohne weiteren Hilfsantrieb einsetzbar. Es ist jedoch erforderlich, dass die Bewegung der Kurbelwelle, an der auf beiden Seiten Pedalen zum Pedalieren angebracht sind, erfasst wird. Hierzu eignet sich ein Drehmomentsensor wobei auch jeder andere Sensor verwendet werden kann, der eine Größe erfasst, der die auf die Welle wirkende Antriebs-/Pedalkraft des Fahrers misst. Weiterhin ist die Erfassung einer Verkippungsgröße notwendig, die die Verkippung des Fahrrads gegenüber der Vertikalen in Fahrtrichtung repräsentiert. Für die Erfassung dieser Größe eignen sich beispielsweise Drehratensensoren oder Beschleunigungssensoren, die die Rollbewegung bzw. das Wanken um die Längsachse in Fahrtrichtung erfassen. Alternativ kann hier auch ein spezieller Neigungssensor verwendet werden, z.B. indem die Veränderung der Seitenneigung gegenüber der Fahrbahn berücksichtigt wird. Der wesentliche Kern der Erfindung besteht darin, dass die Seite der Pedalenanordnung, d.h. die Pedalseite der Tretkurbelanordnung, die der Fahrer betätigt, in Abhängigkeit von der Antriebskraft des Fahrers und von der Verkippung des Fahrrads gegenüber der Vertikalen identifiziert werden.
Der Vorteil dieser Erfassung ist, dass nur ein zentraler Sensor für die Erfassung der Trittkraft des Fahrers verwendet muss, um in Kombination mit einem weiteren Sensor, der bei gängigen Elektrofahrrädern bereits vorhanden sein kann, trotzdem eine Unterscheidung der Betätigung der rechten oder linken Seite erkennen zu lassen.
Eine Ausbildung der Erfindung verwendet zur Identifikation der Betätigungsseite lediglich die Maximalwerte der Kraft- und Verkippungsgröße, wobei die Verkippungsgröße je nach Verkippungsseite einen positiven oder negativen Wert aufweisen kann.
In einer Weiterbildung der Erfindung wird die zeitliche Auflösung der Kraftgröße und der Verkippungsgröße bei der Identifikation der Betätigungsseite berücksichtigt. Durch diese zeitliche Auflösung kann eine Koinzidenz der beiden Größen zur Ableitung der Betätigungsseite verwendet werden. Zusätzlich kann der zeitliche Verlauf für weitere Auswertungen des Fahreraufwands für den Antrieb abgeleitet werden, z.B. für Trainingszwecke.
Die Zuweisung der Verkippungsseite zu der Betätigungsseite kann vorab im System vorgegeben sein. Es ist jedoch optional möglich, einen vorgeschalteten Kalibrierungsvorgang vorzusehen, in dem die Verkippungsseite einer Betätigungsseite der Pedale zugeordnet wird. Dies kann beispielsweise durch eine Aufforderung an den Fahrer erfolgen, ein bestimmtes Pedal zu betätigen und/oder das Fahrrad während einer Pedalbetätigung gezielt (leicht) zu neigen. Mit diesen Kalibrierungsdaten kann anschließend das Verfahren zur Erkennung der Betätigungsseite während der Fahrt betrieben werden.
Besonders vorteilhaft für den Fahrer kann es sein, wenn zusätzlich zur Betätigungsseite auch die Kraftgröße angezeigt wird. Dadurch kann der Fahrer selber einschätzen, welche Kraft er auf die Kurbelwelle aufbringt bzw. welche Kraftdifferenz zwischen dem rechten und linken Pedal vorliegt. Diese Kraftdifferenz kann jedoch auch direkt bestimmt werden und ebenfalls angezeigt werden, z.B. zu Trainingszwecken. In einem derartigen Trainingsprogramm kann die schwächere Pedalseite stärker unterstützt werden, um eine gleichmäßigeren Gesamtvortrieb zu erreichen. Alternativ kann in dem Trainingsprogramm die schwächere Pedalseite weniger unterstützt werden, um durch den resultierenden starken Geschwindigkeitsgradienten dem Fahrer intuitiv klar zu machen, dass er im Moment nicht gleichmäßig auf die Pedale drückt.
Wie bereits erwähnt, kann das vorstehend beschriebene Verfahren sowie die dazu gehörige Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens sowohl bei einem mit einem Hilfsantrieb ausgestatteten Fahrrad als auch bei einem nur per Muskelkraft angetriebenen Fahrrad eingesetzt werden.
Weitere Vorteile ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen bzw. aus den abhängigen Patentansprüchen.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
1 zeigt die erfindungsgemäße Vorrichtung als Blockschaltbild in der Übersicht. Die 2a und 2b stellen den zeitlichen Verlauf der Betätigung der Pedalenanordnung an einem Fahrrad dar. In der 3 wird das erfindungsgemäße Verfahren zur Identifikation der Betätigungsseite der Pedalenanordnung in Form eines Flussdiagramms gezeigt. Das Flussdiagramm der 4 zeigt ein Kalibrierungsverfahren, welches dem Verfahren gemäß der 3 vorgeschaltet werden kann.
Offenbarung der Erfindung
In der 1 ist schematisch eine mögliche Vorrichtung 100 dargestellt, die das erfindungsgemäße Verfahren durchführen kann. Hierzu weist die Vorrichtung 100 eine Recheneinheit 110 auf, der eine Speichereinheit 140 zugeordnet ist. Um das Verfahren zur Identifikation der Betätigungsseite in der Recheneinheit 110 ausführen zu können, werden die Sensorgrößen eines Kraft- bzw. Drehmomentsensors 120, der die Kraft auf die Tretwelle bzw. das Drehmoment der Kurbelwelle erfasst, sowie eines Verkippungssensors 150 eingelesen. Basierend auf vorher abgelegten Zuweisungen im Speicher 140 oder eines Kalibrierungsvorgangs, wie es anhand der 4 beschrieben wird, können aufgrund der aktuell erfassten Sensorgrößen die Betätigungsseite der Pedalenanordnung erkannt werden. Diese Information, insbesondere deren zeitliche Veränderung sowie die tatsächlich aufgebrachte Kraft auf die Tretkurbel bzw. das Drehmoment kann auf einer Anzeigeeinrichtung 150 dem Fahrer angezeigt werden. Alternativ kann auch die Differenz der Kraft bzw. des Drehmoments, welches durch die ungleichmäßige Betätigung der Pedalen rechts und links erzeugt wird, ermittelt und angezeigt werden. Darüber hinaus sind die so ermittelten Werte auch im Speicher 140 für eine spätere Auswertung durch einen Zugriff 160 ablegbar. Optional kann auch vorgesehen sein, aufgrund der Erkenntnis der Betätigung einer Pedalseite mit geringerer Kraft durch den Fahrer den Hilfsantrieb 170 entsprechend zur Unterstützung anzusteuern.
Die 2a zeigt schematisch ein Fahrrad 200 mit einer Pedalenanordnung 220 und 230 an einer Tretkurbel 210. Bei der Betätigung der rechten Pedale 220 mit einer Kraft F neigt sich das Fahrrad 200 zur rechten Seite hin, indem es sich um einen Winkel ω verkippt. Im Gegenzug verkippt das Fahrrad 200 bei der Betätigung des linken Pedals 230 auf die linke Seite um den negativen Winkel –ω. Selbstverständlich kann die Definition des Vorzeichens des Verkippungswinkels auch im mathematisch positiven oder negativen Sinn erfolgen, ohne die Funktionsfähigkeit des Verfahrens zu beeinträchtigen. Wesentlich ist allenfalls, dass die Zuordnung im Vorfeld vorgegeben ist oder mittels eines Kalibrierungsvorgangs eingelernt wird.
In der 2b wird das zeitliche Verhalten der aufgebrachten bzw. erfassten Kraft (alternativ des Drehmoment), welches auf die Tretkurbel wirkt (Diagramm oben) gegenüber dem erfassten Verkippungswinkels ω (Diagramm unten) aufgetragen. Wie zu erkennen ist, gibt es eine deutliche Zuordnung der Maximaleinträge der Kraft zu dem positiven oder negativen Verkippungswinkel ω und somit eine Identifikation der Betätigungsseite der Pedalenanordnung in Abhängigkeit von beiden Größen.
Statt der Erfassung der Maximalbeträge der Kraft- bzw. Drehmomentgröße kann optional auch vorgesehen sein, schon bei der Erkennung der positiven oder negativen Verkippung eine Betätigung der Pedale auf der dieser Verkippungsseite zugeordneten Pedalseite erkennen.
Anhand des Flussdiagramms der 3 wird eine mögliche Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens beschrieben. Nach dem Start des Verfahrens werden in einem ersten Schritt 300 die Sensorgrößen erfasst, die die Kraft auf die Tretkurbel bzw. dessen Drehmoment als auch die Verkippung repräsentieren. Hierzu ist eine möglichst zeitnahe Erfassung dieser beiden notwendigen Größen notwendig. Im nächsten Schritt 310 wird ein Vergleich der beiden Werte aufgrund einer vorgegebenen Beziehung (siehe hierzu die Beschreibung zur 2b) bzw. der Erkenntnisse eines Kalibrierungsvorgangs durchgeführt, um die Betätigungsseite der Pedale zu identifizieren. Anschließend kann die Information im Schritt 320 über die Betätigungsseite abgespeichert und/oder auf einer Anzeige dem Fahrer mitgeteilt werden. Das Verfahren kann dabei erneut mit dem Schritt 300 durchlaufen werden oder beendet werden.
Alternativ zum Verfahren der 3 kann auch vorgesehen sein, dass beide notwendigen Größen regelmäßig erfasst werden, z.B. für weitere Anwendungen. Der Vergleich dieser Größen zur Identifikation der Betätigungsseite mit nachfolgender Information bzw. Speicherung wird dabei nur auf Anfrage, z.B. durch eine spezielle Initiierung oder der Erkennung eines ungleichmäßigen Vortriebs durch den Pedalantrieb durchgeführt.
In einer weiteren optionalen Ausgestaltung der Erfindung kann eine Mitteilung an den Fahrer davon abhängen, inwieweit die Kraft-/Drehmomentdifferenz zwischen der rechten und linken Pedalbetätigung einen vorgegebenen Differenzwert überschreitet.
Mit dem Flussdiagramm der 4 wird ein mögliches Kalibrierungsverfahren beschrieben, welches vor der eigentlichen Identifikation der Betätigungsseite der Pedalenanordnung durchgeführt werden kann. So wird gemäß des Kalibrierungsverfahrens der Fahrer in einem ersten Schritt 400 aufgefordert, gezielt eine Seite der Pedalanordnung zu betätigen. Dies kann beispielsweise während der Fahrt erfolgen. Anschließend wird im Schritt 410 die Kraft- bzw. die Drehmomentgröße erfasst, die die Tretkurbelwelle in Bewegung versetzt. Im Schritt 420 wird überprüft, ob tatsächlich eine verwertbare Sensorgröße erfasst wurde. Ist dies nicht der Fall, wird erneut eine Kraft- bzw. Drehmomentgröße im Schritt 410 erfasst. Alternativ kann auch das Verfahren abgebrochen werden, da keine auswertbare Sensorgröße vorliegt. Nach der Erfassung einer für die Auswertung nutzbaren Sensorgröße für die Kraft bzw. das Drehmoment auf die Tretkurbelwelle wird im Schritt 430 eine Verkippungsgröße erfasst, die die Verkippung des Fahrrads in Fahrtrichtung repräsentiert. Wie anhand der Beschreibung zu den 2a und 2b ausgeführt wurde, spielt hierbei im Wesentlichen die Drehrichtung der Verkippung eine Rolle. Die so erkannte Drehrichtung wird im nachfolgenden Schritt 440 der Seite zugewiesen, die der Pedalbetätigung im Schritt 400 entspricht, zu der der Fahrer aufgefordert worden ist. Die Abspeicherung dieser Zuweisung bildet nachfolgend die Grundlage für die Erkennung des Verfahrens zur Identifikation der Betätigungsseite der Pedalenanordnung.
Für die notwendigen Sensorgrößen zur Identifikation der Betätigungsseite können am Fahrrad bereits vorhandene Sensoren verwendet werden. So werden bei gängigen Elektrofahrrädern bereits Drehmomentsensoren und Neigungssensoren verwendet.
Alternativ oder zusätzlich können die notwendigen Sensoren aber auch am Rahmen oder am Motor angebracht werden. Zur Erfassung eines möglichst großen Ausschlags bei der Verkippung sollte der Verkippungs- oder Neigungssensor möglichst hoch am Rahmen, beispielsweise am Sattel oder am Lenker vorgesehen sein.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

DE 102012220182 A1 [0003]

Claims

Verfahren zur Identifizierung der Betätigungsseite (R, L) einer beidseitig an einer Tretkurbelwelle (210) angebrachten Pedalenanordnung (220, 230) eines Fahrrads (200), wobei • eine Kraftgröße, welche die durch den Fahrer mittels der Pedalenanordnung (220, 230) auf die Tretkurbelwelle (210) ausgeübte Kraft (F) repräsentiert, und • eine Verkippungsgröße, welche die Verkippung (ω) des Fahrrads zur Vertikalen repräsentiert, erfasst wird, dadurch gekennzeichnet, dass die Betätigungsseite (R, L) in Abhängigkeit von der Erfassung der Kraftgröße und der Verkippungsgröße identifiziert wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Betätigungsseite (R, L) in Abhängigkeit der zeitlichen Auflösung der Kraftgröße und der Verkippungsgröße identifiziert wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass ein Kalibrierungsvorgang durchgeführt wird, bei dem der Fahrer aufgefordert wird, das Fahrrad gezielt mit einem Pedal der Pedalenanordnung (220, 230) zu betätigen, wobei die Identifizierung der Betätigungsseite (R, L) zusätzlich von den während des Kalibrierungsvorgangs erfassten Kraft- und Verkippungsgrößen durchgeführt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass dem Fahrer die Information über die Betätigungsseite (R, L) angezeigt wird, wobei insbesondere vorgesehen ist, dass zusätzlich die Kraftgröße angezeigt wird.
Trainingsprogramm mit einem Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei zusätzlich die Kraftdifferenz zwischen den Kraftgrößen der rechten und der linken Pedale (220, 230) ermittelt wird und der Fahrer vor der Betätigung der Pedalseite (R, L) der Pedalenanordnung (220, 230) mit der geringeren Kraftgröße über die niedrigere Pedalkraft informiert wird.
Vorrichtung (100) zur Identifizierung der der Betätigungsseite (R, L) einer beidseitig an einer Tretkurbelwelle (210) angebrachten Pedalanordnung (220, 230) eines Fahrrads (200), wobei eine Recheneinheit (110) vorgesehen ist, die • eine Kraftgröße eines Kraftsensors (120), welcher die durch den Fahrer mittels der Pedalenanordnung (220, 230) auf die Tretkurbelwelle (210) ausgeübte Kraft (F) erfasst, und • eine Verkippungsgröße eines Verkippungssensors, welcher die Verkippung (ω) des Fahrrads (200) zur Vertikalen erfasst, erfasst wird, dadurch gekennzeichnet, dass die Recheneinheit (110) die Betätigungsseite (R, L) in Abhängigkeit von der Erfassung der Kraftgröße und der Verkippungsgröße identifiziert.
Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Recheneinheit (110) den zeitlichen Verlauf der Kraftgröße und der Verkippungsgröße bei der Identifikation der Betätigungsseite (R, L) berücksichtigt.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Recheneinheit (110) einen Kalibrierungsvorgang durchführt, wobei der Fahrer über die Anzeige auf einer der Vorrichtung (100) zugeordneten Anzeigeeinheit (150) aufgefordert wird, das Fahrrad (200) gezielt mit einer Pedale der Pedalenanordnung (220, 230) zu betätigen, wobei die Identifizierung der Betätigungsseite (R, L) zusätzlich von den während des Kalibrierungsvorgangs erfassten Kraft- und Verkippungsgrößen durchgeführt wird.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass dem Fahrer auf der Anzeigeeinheit (150) die Information über die Betätigungsseite (R, L) angezeigt wird, wobei insbesondere vorgesehen ist, dass zusätzlich die Kraftgröße angezeigt wird.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Recheneinheit (110) die Kraftdifferenz zwischen den Kraftgrößen der rechten und der linken Pedale (R, L) ermittelt und dem Fahrer mittels der Anzeigeeinheit (150) vor der Betätigung der Pedalseite (R, L) der Pedalenanordnung (220, 230) mit der geringeren Kraftgröße über die niedrigere Pedalkraft informiert.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Kraftgröße mittels eines Drehmomentsensors (120) erfasst wird.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Verkippungsgröße mittels eines Neigungssensors, eines Drehratensensors (130) oder eines Beschleunigungssensors erfasst wird.