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Stand der Technik
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Der Ansatz geht aus von einer Vorrichtung oder einem Verfahren nach Gattung der unabhängigen Ansprüche. Gegenstand des vorliegenden Ansatzes ist auch ein Computerprogramm.
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Elektrofahrräder wie Pedelecs sind Fahrräder mit Elektromotor, welche den Radfahrer, im Folgenden Benutzer genannt, während der Fahrt unterstützen. Diese Unterstützung ist auf eine maximale Geschwindigkeit von 25 km/h begrenzt. Bei schnellerer Fahrt erfolgt der Antrieb ausschließlich durch die Muskelkraft des Benutzers. Der Benutzer kann selbst den Grad der Unterstützung einstellen. Für Elektrofahrräder werden neben der Antriebseinheit unter anderem auch Boardcomputer angeboten. Diese können unter anderem als Navigationsgerät genutzt werden.
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Offenbarung des Ansatzes
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Vor diesem Hintergrund werden mit dem hier vorgestellten Ansatz eine Steuervorrichtung für ein Elektrofahrrad und/oder eine an das Elektrofahrrad anbaubare Komponente, weiterhin eine Sensoreinheit für ein Elektrofahrrad und/oder eine an das Elektrofahrrad anbaubare Komponente, ein Verfahren zum Steuern eines Elektrofahrrads und/oder einer an das Elektrofahrrad anbaubaren Komponente sowie schließlich ein entsprechendes Computerprogramm gemäß den Hauptansprüchen vorgestellt. Durch die in den abhängigen Ansprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen der im unabhängigen Anspruch angegebenen Vorrichtung möglich.
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Der hier vorgestellte Ansatz ermöglicht, dass nicht der Benutzer die Unterstützungsleistung des Motors bestimmt, sondern das Elektrofahrrad selbst erkennt, wann der Benutzer wie viel Unterstützung benötigt.
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Es wird eine Steuervorrichtung für ein Elektrofahrrad und/oder eine an das Elektrofahrrad anbaubare Komponente vorgestellt. Die Steuervorrichtung weist zumindest eine Sensorschnittstelle zum Einlesen von zumindest einem Benutzerwert, der einen Vitalparameter eines Benutzers während des Benutzens des Elektrofahrrads repräsentiert, auf. Eine Vergleichseinheit zum Vergleichen des Benutzerwerts mit einem gespeicherten Grenzwert ist dazu ausgebildet, um zumindest ein Steuersignal an das Elektrofahrrad und/oder an eine an das Elektrofahrrad anbaubare Komponente auszugeben, wenn eine vorbestimmte Beziehung zwischen dem Benutzerwert und dem Grenzwert besteht.
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Die anbaubare Komponente kann beispielsweise ein Boardcomputer sein, der beispielsweise ein Navigationsgerät umfasst. Die Komponente kann auch ein z. B. internetfähiges Mobiltelefon sein. Die vorbestimmte Beziehung zwischen Benutzerwert und Grenzwert kann vorteilhafterweise so festgelegt sein, dass das Steuersignal dann ausgegeben wird, wenn der Benutzerwert den Grenzwert überschreitet. Andersherum kann das Steuersignal auch ausgegeben werden, wenn der Benutzerwert nach einem Überschreiten des Grenzwerts wieder unterhalb des Grenzwerts sinkt, um eine durch das Überschreiten veranlasste Steuerung des Elektrofahrrads und/oder der Komponente wieder zu beenden.
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Mit der vorgestellten Steuervorrichtung kann das Elektrofahrrad individuell an den Benutzer angepasst gesteuert werden. So kann beispielsweise bei erhöht festgestellten Vitalparametern des Benutzers, die auf eine Überanstrengung des Benutzers hinweisen, die Leistung des Elektrofahrradmotors des Elektrofahrrads erhöht werden, oder eine von dem Navigationsgerät vorgeschlagene Route in beispielsweise eine flacher verlaufende Route geändert werden. Da der Benutzer nicht selbst die Kontrolle über die Steuervorrichtung übernimmt, wird beispielsweise die Gefahr einer Überanstrengung des Benutzers aufgrund von Selbstüberschätzung ausgeschlossen.
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Die Vergleichseinheit kann zudem eine Zeiterfassungseinheit zum Erfassen von Zeit aufweisen, wobei die Vergleichseinheit das Steuersignal ausgibt, wenn die vorbestimmte Beziehung über einen vorbestimmten Zeitraum hinweg besteht.
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Es kann so sichergestellt werden, dass das Steuersignal tatsächlich erst bei einer drohenden Überbelastung des Benutzers ausgegeben wird, und nicht schon bei beispielsweise jeder kleineren Steigung des befahrenen Radwegs, die zwangsweise eine kurzzeitige Änderung der Vitalparameter des Benutzers mit sich zieht.
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Die Vergleichseinheit kann gemäß einer Ausführungsform eine Speichereinheit zum Speichern von zumindest einem vorangegangenen Benutzerwert aufweisen, wobei die Vergleichseinheit dazu ausgebildet sein kann, um den zumindest einen in der Speichereinheit gespeicherten Benutzerwert auszuwerten, um zumindest einen künftigen Benutzerwert zu prognostizieren und/oder den Grenzwert auf der Basis des gespeicherten Benutzerwerts zu verändern.
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Eine beschriebene Speichereinheit kann eine individuelle Anpassung des Grenzwerts an den Benutzer ermöglichen.
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Der oder ein Benutzerwert kann ein mittels eines EKG-Verfahrens ermittelter Wert sein, insbesondere wobei die Steuervorrichtung dazu ausgebildet sein kann, um anhand des Werts eine Herzrate des Benutzers zu bestimmen.
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Mit der Herzrate des Benutzers kann eine Überanstrengung des Benutzers aufgrund einer erhöhten Herzfrequenz schnell und einfach nachgewiesen werden.
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Der oder ein Benutzerwert kann ein Körperimpedanzwert zum Bestimmen eines Wasserhaushalts oder eines Wasserparameters des Benutzers sein, insbesondere wobei das Steuersignal ein Warnsignal für den Benutzer umfasst.
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Der Wasserparameter kann beispielsweise ein Wert sein, der den Wasseranteil im Körper des Benutzers repräsentiert. Da der Benutzer durch körperliche Anstrengung während des Tretens voraussichtlich schwitzt und somit einem erhöhten Wasserverlust ausgesetzt ist, kann das Warnsignal den Benutzer beispielsweise auf einem Display des Navigationsgeräts zu einer ausgleichenden Wasseraufnahme auffordern.
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Von Vorteil ist es, wenn das Steuersignal gemäß einer Ausführungsform ein Antriebssignal zum Ansteuern eines Elektromotors des Elektrofahrrads umfasst.
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Bei einer körperlichen Überbelastung des Benutzers und/oder bei einer drohenden körperlichen Überbelastung des Benutzers kann dem Benutzer so vorbeugend oder zur Kräfteregeneration Unterstützung durch den Elektromotor ermöglicht werden.
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Die Komponente kann ein Boardcomputer sein, der ein Navigationsgerät aufweist, das dazu ausgebildet ist, um ansprechend auf das Steuersignal eine von dem Navigationsgerät ausgegebene Route zu ändern und/oder, um ansprechend auf das Steuersignal ein Alarmsignal für den Benutzer auszugeben.
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Eine weniger anstrengende Route kann dazu beitragen, dass die Kräfte des Benutzers geschont werden. Das Alarmsignal kann den Benutzer beispielsweise auf dem Display des Navigationsgeräts zu einer Pause auffordern.
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Es wird eine Sensoreinheit für ein Elektrofahrrad und/oder eine an das Elektrofahrrad anbaubare Komponente vorgestellt, die dazu ausgebildet ist, um zumindest einen Benutzerwert, der einen Vitalparameter eines Benutzers während des Benutzens des Elektrofahrrads repräsentiert, zu ermitteln. Die Sensoreinheit ist dazu ausgebildet, um den Benutzerwert an eine der zuvor vorgestellten Steuervorrichtungen zu senden.
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Die beschriebene Sensoreinheit kann die für das Steuersignal benötigten Benutzerdaten bereitstellen.
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Gemäß einer Ausführungsform kann die Sensoreinheit zumindest zwei an einem Elektrofahrradlenker des Elektrofahrrads befestigte oder befestigbare Elektroden aufweisen.
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Wenn der Benutzer beim Fahren des Elektrofahrrads den Elektrofahrradlenker umfasst, kann die Elektrode an dem Berührungspunkt den Benutzerwert, beispielsweise den beschriebenen Wert zur Ermittlung der Herzrate, erfassen.
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Die Sensoreinheit kann auch eine Funk-Sensoreinheit aufweisen, insbesondere wobei die Funk-Sensoreinheit dazu ausgebildet sein kann, um den Benutzerwert mittels Bluetooth und/oder WLan an die Steuervorrichtung zu senden, und/oder wobei die Funk-Sensoreinheit dazu ausgebildet sein kann, um in ein von dem Benutzer tragbares Gerät integriert oder integrierbar zu sein.
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Die beschriebene Sensoreinheit kann beispielsweise in einen Bauch- oder Brustgurt, ein Handgelenkband, in eine Smartwatch oder ein Smartphone integriert sein, um beispielsweise den Puls und/oder die Herzfrequenz des Benutzers messen zu können. Eine Funk-Sensoreinheit ermöglicht, dass die Sensoreinheit unabhängig von dem Elektrofahrrad hergestellt werden kann.
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Ein Verfahren zum Steuern eines Elektrofahrrads und/oder einer an das Elektrofahrrad anbaubaren Komponente umfasst die folgenden Schritte:
Einlesen von zumindest einem Benutzerwert, der einen Vitalparameter eines Benutzers während des Benutzens des Elektrofahrrads repräsentiert;
Vergleichen des Benutzerwerts mit einem gespeicherten Grenzwert; und
Ausgeben von zumindest einem Steuersignal an das Elektrofahrrad und/oder an eine an das Elektrofahrrad anbaubare Komponente, wenn eine vorbestimmte Beziehung zwischen dem Benutzerwert und dem Grenzwert besteht, um das Elektrofahrrad und/oder die anbaubare Komponente zu steuern.
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Dieses Verfahren kann beispielsweise in Software oder Hardware oder in einer Mischform aus Software und Hardware beispielsweise in einer der vorgestellten Steuervorrichtungen implementiert sein.
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Von Vorteil ist auch ein Computerprogrammprodukt oder Computerprogramm mit Programmcode, der auf einem maschinenlesbaren Träger oder Speichermedium wie einem Halbleiterspeicher, einem Festplattenspeicher oder einem optischen Speicher gespeichert sein kann und zur Durchführung, Umsetzung und/oder Ansteuerung der Schritte des Verfahrens nach einer der vorstehend beschriebenen Ausführungsformen verwendet wird, insbesondere wenn das Programmprodukt oder Programm auf einem Computer oder einer Vorrichtung ausgeführt wird.
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Ausführungsbeispiele des hier vorgestellten Ansatzes sind in den Zeichnungen dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigt:
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1 eine schematische Darstellung eines Elektrofahrrads gemäß einem Ausführungsbeispiel;
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2 eine schematische Darstellung einer Steuervorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel;
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3 eine schematische Darstellung einer Sensoreinheit gemäß einem Ausführungsbeispiel; und
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4 ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens zum Steuern eines Elektrofahrrads und/oder einer an das Elektrofahrrad anbaubaren Komponente gemäß einem Ausführungsbeispiel.
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In der nachfolgenden Beschreibung günstiger Ausführungsbeispiele des vorliegenden Ansatzes werden für die in den verschiedenen Figuren dargestellten und ähnlich wirkenden Elemente gleiche oder ähnliche Bezugszeichen verwendet, wobei auf eine wiederholte Beschreibung dieser Elemente verzichtet wird.
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1 zeigt eine schematische Darstellung eines Elektrofahrrads 100 gemäß einem Ausführungsbeispiel. Das Elektrofahrrad 100 weist einen Elektromotor 105 und eine Steuervorrichtung 110 auf. Gemäß diesem Ausführungsbeispiel ist ein Benutzer 115 auf dem Elektrofahrrad 100 angeordnet, wobei beide Hände des Benutzers 115 einen Elektrofahrradlenker 120 des Elektrofahrrads 100 umfassen. Die Steuervorrichtung 110 ist dazu ausgebildet, um zumindest einen Benutzerwert, der einen Vitalparameter eines Benutzers 115 während des Benutzens des Elektrofahrrads 100 repräsentiert, einzulesen. Gemäß diesem Ausführungsbeispiel liest die Steuervorrichtung 110 den Benutzerwert über eine drahtlose Verbindung zu einem von dem Benutzer 115 tragbaren Gerät 125 in Form eines Brustgurts des Benutzers 115 ein. Die Steuervorrichtung 110 ist dazu ausgebildet, um den Benutzerwert mit einem gespeicherten Grenzwert zu vergleichen und zumindest ein Steuersignal an das Elektrofahrrad 100 und/oder an eine an das Elektrofahrrad anbaubare Komponente auszugeben, wenn eine vorbestimmte Beziehung zwischen dem Benutzerwert und dem Grenzwert besteht.
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2 zeigt eine schematische Darstellung einer Steuervorrichtung 110 gemäß einem Ausführungsbeispiel. Dabei kann es sich um die anhand von 1 beschriebene Steuervorrichtung 110 handeln. Die Steuervorrichtung 110 weist eine Sensorschnittstelle 200 und eine Vergleichseinheit 205 auf. Die Sensorschnittstelle 200 ist dazu ausgebildet, um die Benutzerwerte 210 einzulesen. Im Folgenden werden die Benutzerwerte 210 an die Vergleichseinheit 205 gleitet, wo sie mit gespeicherten Grenzwerten 215 verglichen werden. Besteht eine vorbestimmte Beziehung zwischen den Benutzerwerten 210 und den Grenzwerten 215, so gibt die Vergleichseinheit 205 das Steuersignal 220 aus.
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Gemäß diesem Ausführungsbeispiel weist die Vergleichseinheit 205 eine Speichereinheit 225 und eine Zeiterfassungseinheit 230 auf. Die Speichereinheit 225 ist dazu ausgebildet, um die Benutzerwerte 210 zu speichern und in der Speichereinheit 225 gespeicherte Benutzerwerte 210 auszuwerten, um zumindest einen künftigen Benutzerwert zu prognostizieren und/oder den Grenzwert 215 auf der Basis des vorausgegangenen Benutzerwerts zu verändern.
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Die Zeiterfassungseinheit 230 ist dazu ausgebildet, um Zeit zu erfassen, wobei die Vergleichseinheit 110 das Steuersignal 220 ausgibt, wenn die vorbestimmte Beziehung über einen vorbestimmten Zeitraum hinweg besteht.
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Bereits beschriebene Details werden im Folgenden anhand von 2 noch einmal genauer ausgeführt:
Das intelligente Elektrofahrrad 100, beispielsweise in Form eines Pedelecs, mit Anpassung an den Nutzer, zuvor als Benutzer bezeichnet, misst mit beispielsweise am Elektrofahrrad 100 eingesetzten Sensoren Benutzerwerte 210 in Form von Vitalparametern des Benutzers und steuert anhand dieser Benutzerwerte 210 aktiv beispielsweise die Unterstützung, die vom Elektromotor des Elektrofahrrads 100 auf das Elektrofahrrad 100 übergeht.
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Wenn das Elektrofahrrad 100 einen Boardcomputer mit einem Navigationsgerät ausweist, so kann durch das Steuersignal 220 zudem oder alternativ beispielsweise eine geplante Route anhand von Informationen zur geplanten Route an den Benutzerzustand angepasst werden. Das heißt: Zeigt sich aufgrund der gemessenen Benutzerwerte 210 beispielsweise eine Überlastung des Fahrers, also des Benutzers, so kann anhand der Informationen zur geplanten Route und beispielsweise zum Ladungszustand eines Akkumulators des Navigationsgeräts, die Navigation entsprechend geändert werden. Somit ist ein sicheres Erreichen des Benutzers des Ziels gewährleistet. Es ist denkbar, dass das Elektrofahrrad 100 in Rehabilitationsmaßnahmen oder zum Beispiel Herz-Kreislauftrainings eingebaut werden kann, ohne einer Überlastung des Patienten/des Benutzers Gefahr zu laufen.
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Gemäß einem alternativen Ausführungsbeispiel sind im Fahrradlenker zwei großflächige, metallische Elektroden zum Abgreifen eines EKG-Signals integriert. Dieses Signal wird beispielsweise vom Boardcomputer ausgewertet und somit die Herzrate des Benutzers bestimmt. Je nach Benutzer kann der maximale Grenzwert 215 in Abhängigkeit zum Beispiel des Trainingszustands und/oder des Körpergewichts festgelegt werden. Wird dieser Grenzwert 215 überschritten, bewertet der Boardcomputer die Überschreitung des Grenzwertes 215 und leitete entsprechende Maßnahmen in Form des Steuersignals 220 ein.
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Beispiele für mögliche Maßnahmen sind:
Wenn der Boardcomputer beispielsweise anhand der gewählten Route und einer durch die Zeiterfassungseinrichtung 230 festgestellten Zeitdauer der Grenzwertüberschreitung erkennt, dass es sich um eine Steigerung der Herzrate aufgrund des Streckenprofils handelt, kann beispielsweise eine Unterstützung durch den Elektromotor, beispielsweise für den Zeitraum der größeren Streckensteigung, erhöht werden.
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3 zeigt eine schematische Darstellung einer Sensoreinheit gemäß einem Ausführungsbeispiel.
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Gemäß diesem Ausführungsbeispiel weist die Sensoreinheit 300 an dem Elektrofahrradlenker 120 zwei Elektroden 305 auf. Die Elektroden 305 sind dazu ausgebildet, um Benutzerwerte 210 eines Benutzers des Elektrofahrrads während der Fahrt zu erfassen. Die Elektroden 305 leiten die Benutzerwerte 210 gemäß diesem Ausführungsbeispiel mittels zweier Kabel 310 an die Steuervorrichtung. Je nach Auswertung der Benutzerwerte 210 wird das Steuersignal 220 gemäß diesem Ausführungsbeispiel z. B. an den Elektromotor 105 und/oder gemäß diesem Ausführungsbeispiel an den Boardcomputer mit Navigationsgerät 315 ausgegeben.
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Wenn der Boardcomputer eine über einen längeren Zeitraum andauernde Überlastung des Benutzers erkennt, kann ansprechend auf das Steuersignal 220 beispielsweise eine neue, flache und/oder kürzere Alternativroute gewählt werden und/oder die Unterstützung durch den Elektromotor 105 gesteigert werden.
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Wenn der Boardcomputer eine über einen längeren Zeitraum andauernde Überlastung des Benutzers erkennt, kann der Boardcomputer beispielsweise ansprechend auf das Steuersignal 220 ein Alarmsignal für den Benutzer ausgeben. Das Alarmsignal kann beispielsweise auf dem Display des Navigationsgeräts 315 angezeigt werden und den Benutzer zu einer Pause auffordern.
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Bei der Wahl der Alternativroute kann der prognostizierte Verlauf der Benutzerwerte 210, die aktuelle Uhrzeit, Temperatur usw. so berücksichtigt werden, dass der Benutzerwert 210 in Form von beispielsweise Herzfrequenz /Puls des Benutzers den bestimmten (vom Benutzer eingestellten und/oder durch die Auswertung der Benutzerwerte 210 festgestellten) Grenzwert "Hmax" nicht überschreitet.
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Weiterhin wird berücksichtigt, dass wenn auf einem Teil der Route der Benutzerwert 210 den Grenzwert "Hmax" überschreitet, die Akkuladung des Elektromotors 105 für die beispielsweise nötige Unterstützung durch den Elektromotor 105 ausreichend ist.
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Wenn eine Pause unerlässlich ist, kann der Benutzer frühzeitig darüber informiert werden, und so die Möglichkeit haben, die Pause evtl. schon einzulegen bevor er/sie in die Überlastung kommt. Dies ist z. B. nützlich, wenn die Möglichkeit bestehet, an einem schönen Ort anzuhalten, aber 5 min vor der Überlastung. Auch kann die Steuervorrichtung 110 eine Liste von POls (Points of Interest) vorschlagen die der Benutzer kurz vor der Überlastung erreichen kann, um dort Pause einzulegen.
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Neben der Bestimmung und Verarbeitung der Herzrate ist zum Beispiel auch eine Messung des Wasserhaushalts in dem Benutzer möglich. Hierzu kann eine Impedanzmessung genutzt werden, mit deren Hilfe die Körperzusammensetzung bestimmt werden kann. In Abhängigkeit der beispielsweise benötigten Unterstützung durch den Elektromotor 105, der gefahrenen Route und Streckenlänge kann dann anhand der gemessenen Körperimpedanz z. B. ein Warnsignal ausgegeben werden. Das Warnsignal kann beispielsweise auf dem Display des Navigationsgeräts 315 angezeigt werden und den Benutzer zu einer Aufnahme von Wasser auffordern.
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Des Weiteren kann aus dem in beispielsweise der Speichereinheit gespeicherten Verlauf des beispielsweise EKG mithilfe von Algorithmen die Atemfrequenz geschätzt werden, die ebenfalls als Indikator für die Belastung des Benutzers beim Elektrofahrradfahren herangezogen werden kann.
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Die Erfassung der Benutzerwerte 210 wie z. B. Herzrate, Herzfrequenz oder Körperimpedanz kann nicht nur am Elektrofahrradlenker 120 des Elektrofahrrads erfolgen, sondern gemäß einem alternativen Ausführungsbeispiel beispielsweise auch mittels am Körper des Benutzers getragenen Sensoren wie z. B. Wristbands, Smartwatches, Brustgurt, Patches, usw. elektrisch oder optisch erfasst werden. Die Benutzerwerte 210 können dann beispielsweise mittels Bluetooth, Wlan oder sonstigen Funk-Technologien an die Steuervorrichtung übertragen werden. Eine weitere Möglichkeit ist die Integration eines Radarsensors im Elektrofahrrad bzw. im Boardcomputer zur Bestimmung der beispielsweise Herz- und Atemfrequenz.
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Die Messwerte in Form der Benutzerwerte 210 können beispielsweise in der Speichereinheit gespeichert und ausgewertet werden. Durch die Auswertung kann beispielsweise der Verlauf der gemessenen Benutzerwerte 210 für zukünftige Fahrten prognostiziert werden, dabei kann auch die Uhrzeit und/oder (morgens/nachmittags) die Außentemperatur mitberücksichtigt werden.
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4 zeigt ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens 400 zum Steuern eines Elektrofahrrads und/oder einer an das Elektrofahrrad anbaubaren Komponente. Dabei kann es sich um ein Verfahren zum Steuern des anhand der vorangegangenen Figuren beschriebenen Elektrofahrrads handeln. In einem Schritt 405 des Einlesens wird zumindest ein Benutzerwert, der einen Vitalparameter eines Benutzers während des Benutzens des Elektrofahrrads repräsentiert, eingelesen. In einem Schritt 410 des Vergleichens wird der Benutzerwert mit einem gespeicherten Grenzwert verglichen. In einem letzten Schritt 415 des Ausgebens wird zumindest ein Steuersignal an das Elektrofahrrad und/oder an eine an das Elektrofahrrad anbaubare Komponente ausgegeben, wenn eine vorbestimmte Beziehung zwischen dem Benutzerwert und dem Grenzwert besteht, um das Elektrofahrrad und/oder die anbaubare Komponente zu steuern.
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Umfasst ein Ausführungsbeispiel eine „und/oder“ -Verknüpfung zwischen einem ersten Merkmal und einem zweiten Merkmal, so ist dies so zu lesen, dass das Ausführungsbeispiel gemäß einer Ausführungsform sowohl das erste Merkmal als auch das zweite Merkmal und gemäß einer weiteren Ausführungsform entweder nur das erste Merkmal oder nur das zweite Merkmal aufweist.
