DE102016209860B4 - Training station for mobile and stationary operation - Google Patents
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Abstract
Mobil und stationär betreibbare Trainingsstation in Form eines Fahrrades, wobei das Fahrrad einen Elektromotor (3), einen Akkumulator (4), einen Stromgenerator (5), ein elektronisches Steuergerät mit Speicherfunktion, das die Interaktion von Elektromotor (3), Akkumulator (4) und Stromgenerator (5) in Abhängigkeit von einem vorgewählten Trainingsprogramm und aktuellen Belastungsdaten steuert, ein Display (7) mit Bedienfunktion zur Vorwahl und Anzeige von Parametern des Trainingsprograms und einen stabilen, das Fahrrad beidseitig unterstützenden Ständer (2) aufweist.Mobile and stationary training station in the form of a bicycle, the bicycle having an electric motor (3), an accumulator (4), a power generator (5), an electronic control device with a memory function, which controls the interaction of the electric motor (3), accumulator (4). and power generator (5) depending on a preselected training program and current load data, a display (7) with an operating function for preselecting and displaying parameters of the training program and a stable stand (2) that supports the bicycle on both sides.
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft eine mobil und stationär betreibbare Trainingsstation in Form eines Fahrrades.The present invention relates to a mobile and stationary training station in the form of a bicycle.
Fahrräder sind als Fitness fördernde Fortbewegungsmittel oder als stationäre Trainingsstationen vielfach in Gebrauch. Die Nutzung des Fahrrads als mobiles Fitnessgeräte ist vielfach an entsprechende Wetterbedingungen gebunden, so dass die Nutzung bei Regen, Gewitter, Sturm, extremer Kälte, Schnee, vereister Straße, extremer Hitze usw. eingeschränkt, wenn nicht gar gefährlich ist. Ferner ist es regelmäßig nicht möglich, ein vorgewähltes Trainingsprogramm mit vorgewählten und entsprechend gesteuerten Belastungsparametern für den Körper des Trainierenden zu verfolgen.Bicycles are widely used as means of transportation to promote fitness or as stationary training stations. The use of the bicycle as a mobile fitness device is often tied to the corresponding weather conditions, so that its use in rain, thunderstorms, storms, extreme cold, snow, icy roads, extreme heat, etc. is restricted, if not dangerous. Furthermore, it is generally not possible to follow a preselected training program with preselected and appropriately controlled loading parameters for the trainee's body.
Aus der
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Die
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Die Aufgabe der Erfindung ist es, eine derartige Trainingsstation zur Verfügung zu stellen, bei der ein vorgewähltes Trainingsprogramm mit vorgewählten Belastungsparametern, auch Intervall-Belastungsparametern, insbesondere des Pedalwiderstandes, unabhängig von der Weg- bzw. Straßenbeschaffenheit, insbesondere Steigungen, Gefällen, auch von Wetterbedingungen wie Gegenwind oder Rückenwind, eingehalten werden kann.The object of the invention is to provide such a training station in which a preselected training program with preselected load parameters, including interval load parameters, in particular the pedal resistance, is independent of the path or road condition, in particular inclines, slopes, and also of weather conditions such as headwind or tailwind, can be maintained.
Diese und andere Aufgaben der Erfindung werden durch eine mobil und stationär betreibbare Trainingsstation in Form eines Fahrrades gelöst, wobei das Fahrrad einen Elektromotor, einen Akkumulator, einen Stromgenerator, ein elektronisches Steuergerät mit Speicherfunktion, das die Interaktion von Elektromotor, Akkumulator und Stromgenerator in Abhängigkeit von einem vorgewählten Trainingsprogramm und aktuellen Belastungsdaten steuert, ein Display mit Bedienfunktion (Mensch-Maschine-Schnittstelle, „MMS“) zur Vorwahl von Parametern des Trainingsprogramms und einen stabilen Ständer mit beidseitig zum Fahrrad ausfahrbaren bzw. ausklappbaren Standbeinen aufweist.These and other objects of the invention are achieved by a mobile and stationary training station in the form of a bicycle, the bicycle having an electric motor, an accumulator, a power generator, an electronic control device with a memory function, which controls the interaction of the electric motor, accumulator and power generator depending on a preselected training program and current load data, a display with an operating function (human-machine interface, "MMS") for pre-selecting parameters of the training program and a stable stand with legs that can be extended or folded out on both sides of the bike.
Ein Sensor detektiert, ob das Trainingsgerät für stationären Betrieb auf dem Ständer aufgebockt ist, und schaltet, wenn der Ständer aktiv ist, den Elektromotor durch das Steuergerät ab. Ebenso ist aus Sicherheitsgründen ein Sensor vorgesehen, über den der Elektromotor abgeschaltet wird, wenn die Pedale nicht in Bewegung sind.A sensor detects whether the training device is jacked up on the stand for stationary operation and, if the stand is active, switches off the electric motor via the control unit. For safety reasons, a sensor is also provided which switches off the electric motor when the pedals are not moving.
Vorzugsweise kann die Geschwindigkeit des Fahrrads bei mobilem Betrieb durch Handbedienung, vorzugswiese einen an der Lenkstange angeordneten Drehgriff verändert werden, wobei die Handbedienung die automatische Geschwindigkeitsteuerung dominiert.Preferably, the speed of the bicycle can be changed during mobile operation by manual operation, preferably a rotary handle arranged on the handlebar, with the manual operation dominating the automatic speed control.
Vorzugsweise kann bei mobilem Betrieb über das MMS vor Beginn eine gewünschte Trainingsleistung P, z.B. durch Vorgabe einer virtuellen Wegsteigung, und/oder eine gewünschte Fahrgeschwindigkeit v gewählt werden, die in der Steuereinheit gespeichert werden. Die aktuelle Trainingsleistung kann über Sensoren, die den Pedalwiderstand PW und gegebenenfalls die Rotationsgeschwindigkeit der Pedalachse messen, registriert und mit der vorgewählten Trainingsleistung im Steuergerät verglichen werden. Die aktuelle Fahrgeschwindigkeit kann über Sensoren, die die Rotationsgeschwindigkeit der Räder messen, mit der vorgewählten Fahrgeschwindigkeit verglichen werden. Abweichungen von Ist- und Sollwerten können über die vom Steuergerät gesteuerte Leistung des Elektromotors automatisch kompensiert werden. Übersteigt die aktuelle Leistung die Soll-Leistung bei Null-Leistung des Elektromotors, wird überschüssige Leistung über den Generator in den Akkumulator eingespeist, z.B. bei negativer Straßenneigung.Preferably, in mobile operation, a desired training performance P can be selected via the MMS before the start, for example by specifying a virtual path gradient, and/or a desired driving speed v, which are stored in the control unit. The current training performance can be monitored via sensors that determine the pedal resistance PW and, if necessary, the rotation speed of the pedal axle can be measured, registered and compared with the preselected training performance in the control unit. The current driving speed can be compared with the preselected driving speed using sensors that measure the rotation speed of the wheels. Deviations from actual and target values can be automatically compensated for using the power of the electric motor controlled by the control unit. If the current power exceeds the target power when the electric motor has zero power, excess power is fed into the accumulator via the generator, for example when the road gradient is negative.
Bei stationärem Betrieb, d.h. wenn das Fahrrad mittels des aktivierten Ständers aufgebockt ist, bleibt eine eventuell vorgewählte Geschwindigkeit außer Betracht. Das Steuergerät steuert zur Kompensation der Abweichung von Soll- und Ist-Leistung über die Leistungsaufnahme des Generators oder durch Messung des Pedalwiderstandes und der Rotationsgeschwindigkeit der Pedale. Die Leistungssteuerung kann über eine Regelung des Pedalwiderstandes erfolgen. Die vom Generator erzeugte elektrische Energie wird in den Akkumulator zu dessen Aufladung eingespeist.During stationary operation, i.e. when the bike is jacked up using the activated stand, any preselected speed is not taken into account. To compensate for the deviation between the target and actual power, the control unit controls the power consumption of the generator or by measuring the pedal resistance and the rotation speed of the pedals. The power control can be done by regulating the pedal resistance. The electrical energy generated by the generator is fed into the accumulator to charge it.
Vorzugsweise kann die Pedalachse von der Achse des Antriebsrades entkoppelt werden, z.B. das Getriebe eine Leerlauffunktion aufweisen, die bei aufgebocktem Trainingsgerät automatisch aktiv geschaltet wird. Insbesondere bevorzugt weist die mobile Trainingsstation keine Kette zur Übertragung der Antriebsleistung von der Pedalachse auf die Antriebsachse auf, wobei die durch die Pedaldrehung erzeugte Energie durch elektrische Leitungen vom Generator, der auf der Pedalachse angeordnet ist, auf den Elektromotor, der auf der Achse des angetriebenen Rades angeordnet ist, übertragen wird. Dies hat den Vorteil, dass bei stationärem Betrieb, wenn der Elektromotor abgeschaltet oder der Leerlauf aktiv ist, das Antriebsrad des Fahrrads nicht dreht, also beide Räder in Bodenkontakt sind, so dass ein klappbarer Ständer ohne aufwendigen Bock für den stationären Betrieb ausreicht.Preferably, the pedal axle can be decoupled from the axle of the drive wheel, e.g. the transmission can have an idle function that is automatically activated when the training device is jacked up. Particularly preferably, the mobile training station does not have a chain for transmitting the drive power from the pedal axle to the drive axle, the energy generated by the pedal rotation passing through electrical lines from the generator, which is arranged on the pedal axle, to the electric motor, which is on the axle of the driven Wheel is arranged, is transmitted. This has the advantage that during stationary operation, when the electric motor is switched off or idling is active, the drive wheel of the bicycle does not rotate, i.e. both wheels are in contact with the ground, so that a foldable stand without a complex stand is sufficient for stationary operation.
Reicht die durch Pedaldrehung erzeugte Leistung nicht für die vorgewählte Sollleistung oder die vorgewählte Soll-Geschwindigkeit aus, wird durch das Steuergerät zusätzliche Leistung aus dem Akkumulator zur Verfügung gestellt oder überschüssige Leistung in diesen eingespeist.If the power generated by pedal rotation is not sufficient for the preselected target power or the preselected target speed, the control unit provides additional power from the accumulator or feeds excess power into it.
Weiter bevorzugt ist, dass die Trainingsstation eine mit dem Steuergerät verbundene Schnittstelle für die Einspeisung von physiologischen Zustandsdaten wie Herz- und Atemfrequenz, elektrischen Hautwiderstand, elektrisch messbare Muskelaktivität und/oder Blutzuckerwerte, insbesondere der Herzfrequenz, des Trainierenden aufweist. Der Trainierende kann an seinem Körper entsprechende Sensoren tragen, deren Messwerte auf das Steuergerät übertragen werden, die mit im Steuergerät vorgegebenen physiologischen Soll-Daten verglichen werden, und die auf dem Display des MMS darstellbar sind, so dass bei Abweichung von den voreingestellten physiologischen Soll-Daten entweder automatisch Korrekturen der Ist-Leistung oder durch den Trainierenden Korrekturen der Soll-Leistung mit automatischer Korrektur der Ist-Leistung durch Änderung der Elektromotor-Unterstützung vorgenommen werden können. Insbesondere, wenn die Ist-Daten einen Toleranzbereichs der Solldaten überschreiten, kann eine automatische Reduktion der Solldaten vorgesehen sein, so dass eine automatische Anpassung der Ist-Daten durch Erhöhung der Elektromotor-Unterstützung bzw. im stationären Betrieb eine Reduktion des Pedalwiderstandes erfolgt.It is further preferred that the training station has an interface connected to the control device for feeding in physiological status data such as heart and breathing rate, electrical skin resistance, electrically measurable muscle activity and / or blood sugar values, in particular the heart rate, of the trainee. The trainee can wear corresponding sensors on their body, the measured values of which are transferred to the control unit, which are compared with physiological target data specified in the control unit, and which can be shown on the MMS display, so that in the event of a deviation from the preset physiological target Data can either automatically correct the actual performance or the trainee can make corrections to the target performance with automatic correction of the actual performance by changing the electric motor support. In particular, if the actual data exceeds a tolerance range of the target data, an automatic reduction of the target data can be provided, so that the actual data is automatically adjusted by increasing the electric motor support or, in stationary operation, a reduction in the pedal resistance.
Die Bedienschnittstelle (MMS) ist vorzugsweise als Touchscreen ausgebildet. Ferner kann ein Navigationssystem integriert sein, das über den Touchscreen aufrufbar ist.The operating interface (MMS) is preferably designed as a touchscreen. Furthermore, a navigation system can be integrated that can be accessed via the touchscreen.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand der beigefügten Figuren beispielhaft erläutert:
-
1 zeigt schematisch eine erfindungsgemäße Trainingsstation. -
2 stellt eine Ausführungsform der Logik des Steuergerätes dar. -
3 stellt bevorzugte weitere Logikschritte dar. -
4 zeigt eine Ausführungsform eines Displays der MMS.
-
1 shows schematically a training station according to the invention. -
2 represents an embodiment of the logic of the control device. -
3 represents preferred further logic steps. -
4 shows an embodiment of an MMS display.
In
In
Die Steuerung durch das Steuergerät erfolgt nun durch zyklische Abfragen des Zustands der Trainingsstation und der Trainingsdaten sowie deren Anpassung. Control by the control device is now carried out by cyclically querying the status of the training station and the training data as well as their adjustment.
Die Sicherheitsabfrage, ob die Pedale getreten werden (2 - „Pedale bewegt?“) führt bei Verneinung zur Abschaltung des Elektromotors. Ebenso die zweite Sicherheitsabfrage, ob die Standbeine des Ständers (6 - „aufgebockt?) aktiv sind.The safety query as to whether the pedals are being pressed (2 - “Pedals moved?”) leads to the electric motor being switched off if the answer is negative. Likewise, the second security query as to whether the legs of the stand (6 - “jacked up?”) are active.
Die Ist-Leistung des Trainierenden wird mit der Soll-Leistung verglichen (3 - „Vgl. Ist-P mit Soll-P“). Es kann dann bei Abweichung die Frage gestellt werden, ob eine Anpassung (5 - „Anpassen?) gewünscht wird oder automatisch eine Anpassung durch Änderung des Pedalwiderstandes PW vorgenommen werden („Anpassung PW“). Wenn die Stützbeine des Trainingsgerätes nicht aktiv sind prüft das Steuergerät, ob die automatische Geschwindigkeits-Steuerung eingeschaltet ist (7 - „v-Steuerung?“); wenn nicht, wird geprüft, ob die Hand-Geschwindigkeitssteuerung aktiv ist (8 - „v-Handsteuerung aktiv?“), also z.B. der Drehgriff betätigt wird. Ist die Handsteuerung aktiv oder die automatische Geschwindigkeitsteuerung ausgeschaltet, wird die Elektromotor-Unterstützung aufgrund der Handsteuerung gesteuert. Ist die Handsteuerung nicht aktiv (8) vergleicht die Steuerung die Ist-Geschwindigkeit mit der Soll-Geschwindigkeit (9 - „Vgl. Ist-v mit Soll-v“) und erhöht oder reduziert die Unterstützung durch den Elektromotor („E-Motor-P“) entsprechend zur Anpassung der Ist-Geschwindigkeit an den Sollwert.The actual performance of the trainee is compared with the target performance (3 - “Compare actual P with target P”). If there is a deviation, the question can then be asked as to whether an adjustment (5 - “Adjust?”) is desired or whether an adjustment can be made automatically by changing the pedal resistance PW (“Adjustment PW”). If the support legs of the training device are not active, the control unit checks whether the automatic speed control is switched on (7 - “v control?”); If not, a check is made to see whether the hand speed control is active (8 - “v-hand control active?”), i.e. whether the rotary handle is being operated. If the hand control is active or the automatic speed control is switched off, the electric motor support is controlled based on the hand control. If the manual control is not active (8), the control compares the actual speed with the target speed (9 - “Compare actual v with target v”) and increases or reduces the support from the electric motor (“E-motor- P”) accordingly to adapt the actual speed to the setpoint.
Vorzugsweise ist vorgesehen, dass die Anpassung von Ist-Geschwindigkeit an die Sollgeschwindigkeit nicht zu schnell erfolgt, indem entweder die Beschleunigung gemessen und begrenzt wird, eine Anpassung nach vorgegebenen zeitlich gestaffelten Stufen erfolgt oder bei einem zu großen Unterschied von v-Ist zu v-Soll die automatische Anpassung ausgeschaltet ist.It is preferably provided that the adaptation of the actual speed to the target speed does not take place too quickly, either by measuring and limiting the acceleration, by adapting according to predetermined time-staggered steps, or if the difference between v-actual and v-target is too large automatic adjustment is switched off.
Der Steuerzyklus wird auf der linken Seite von
Die mittlere Zeile informiert über die Ist-Geschwindigkeit, die bisher gefahrene Strecke und den Ladezustand des Akkumulators (51 % - Reichweite noch 48 km).The middle line provides information about the actual speed, the distance traveled so far and the charge status of the battery (51% - range still 48 km).
Die untere Zeile informiert über die eingestellte Soll-Geschwindigkeit (18 km/h) und den Soll-Pedalwiderstand (vorgewählte Wegsteigung 5%). Ferner sind für die manuelle Veränderung der Soll-Werte Touchscreen-Regler + und - vorgesehen.The bottom line provides information about the set target speed (18 km/h) and the target pedal resistance (preselected
BezugszeichenlisteReference symbol list
- 11
- TrainingsgerätTraining device
- 22
- Stützen / StänderSupports/Stands
- 33
- ElektromotorElectric motor
- 44
- Akkumulatoraccumulator
- 55
- Generatorgenerator
- 66
- Steuereinheit / SteuergerätControl unit / control unit
- 77
- Display / Anzeige- und Bedieneinheit (MMS)Display / display and operating unit (MMS)
- 88th
- DrehgriffRotary handle
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