DE102017010163A1 - Stationary pedelec ergometer system - Google Patents
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Abstract
Ein stationäres Ergometer System bestehend aus handelsüblichem Fahrrad mit elektrischem Antrieb (Pedelec) (6), handelsüblichen Rollentrainer (7), Sensorik (8,9), spezifischer Steuereinheit (1) und optionaler Datenverbindung zu einem Planungs-, Dokumentations- und Auswertesystem (2), dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinheit die Systemkomponenten in Abhängigkeit von einem programmierten Trainingsverlauf und oder einer intelligenten, sensorabhängigen Regelung so steuert, dass typische Ergometer Trainings wie Herzfrequenz - oder leistungsgesteuerte Trainings realisiert werden können. Es werden dabei Verfahren angewandt, die Sensorik des Pedelecs, wie Leistungs- und Drehzahlmessung (8) und Vitalparameter Sensorik, wie Herzfrequenzmessung (9), vorzugsweise drahtlos zur Steuereinheit zu übertragen und zu nutzen, um vorzugsweise die Unterstützungsstufen des Pedelecs entsprechend des gewünschten Trainingsverlaufs anzusteuern. Um den Trainingserfolg zu optimieren, können die Parameter der einzelnen Trainings auf ein online Portal übertragen werden um dort entsprechende Auswertungen durch den Nutzer (3) selbst, durch Dritte (4) oder einen online Assistenten (5) vorzunehmen und um Trainingsanpassungen durchzuführen, die dann wieder auf die Steuereinheit zurückübertragen werden.
Das System eignet sich sowohl für die Rehabilitation als auch für die Prävention und allgemeinen sportlichen Betätigung und lässt sich gut mit bestehenden stationären Ergometern und oder mobilen Ergometer Systemen zu einem Trainingsverbund kombinieren.
A stationary ergometer system consisting of a standard bicycle with electric drive (pedelec) (6), commercial roller trainer (7), sensors (8,9), specific control unit (1) and optional data connection to a planning, documentation and evaluation system (2 ), characterized in that the control unit controls the system components as a function of a programmed training course and or an intelligent, sensor - dependent control so that typical ergometer training such as heart rate or power controlled training can be realized. In this case, methods are used to transmit and use the sensor technology of the pedelec, such as power and rotational speed measurement (8) and vital parameters sensor technology, such as heart rate measurement (9), preferably wirelessly to control unit and preferably to control the support levels of the pedelec according to the desired training course , In order to optimize the training success, the parameters of the individual trainings can be transferred to an online portal in order to carry out corresponding evaluations by the user (3) himself, by third parties (4) or an online assistant (5) and to carry out training adjustments, which then be transferred back to the control unit.
The system is suitable for rehabilitation as well as for prevention and general physical activity and can be combined well with existing stationary ergometers and or mobile ergometer systems to form a training network.
Description
Die Erfindung bezieht sich allgemein auf ein Computer- und Motorgestütztes Trainingsgerät und auf die Verfahren zu dessen Steuerung und Auswertung der geleisteten Trainings.The invention relates generally to a computer and motor-based training device and to the methods for its control and evaluation of the training done.
Spezifisch handelt es sich um ein stationäres, Pedelec-basiertes Ergometer System mit Rollentrainer, Sensorik und Control Unit bzw. Steuereinheit, typischerweise als App auf Smartphone/Tablet oder PC implementiert und Verfahren zur Unterstützungs- bzw. Bremsregelung in Abhängigkeit von einem programmierten Trainingsverlauf und oder einer intelligenten, sensorabhängigen Regelung.Specifically, it is a stationary, pedelec-based ergometer system with roller trainer, sensor and control unit or control unit, typically implemented as an app on a smartphone / tablet or PC and method for support or brake control depending on a programmed training course and or an intelligent, sensor-dependent control.
Die App kann die empfangenen und verarbeiteten Trainingsparameter darstellen und an ein online Datenportal übermitteln. Über das Portal können weitere Auswertungen und auch Beratungen durch Dritte und oder eine automatisierte Bewertung durch einen Online-Assistenten gemacht werden.The app can display the received and processed training parameters and transmit them to an online data portal. Through the portal further evaluations and also consultations by third parties and or an automated assessment by an online assistant can be made.
(Stand der Technik) Aufgrund der umfassenden, in vielen Studien nachgewiesenen Trainingsvorteile hat sich das Ergometer sowohl im Reha Bereich als auch als Heimtrainer fest etabliert. Es bietet ein hervorragendes Herz-Kreislauf-Training und ist insbesondere für Genesende nach einer Reha und für Senioren bestens geeignet. Der Körper wird mit mehr Sauerstoff versorgt, die Durchblutung wird verbessert und der Blutdruck kann gesenkt werden. Der Trainierende fühlt sich körperlich und geistig fitter. Der runde Bewegungsablauf bietet, wie schon beim normalen Radfahren, ein sehr gelenkschonendes Training. Insbesondere für Senioren ist die einfache Handhabung und das Training im Sitzen gut geeignet und sicherer wie z.B. das Laufbandtraining.(State of the art) Due to the comprehensive, proven in many studies training advantages, the ergometer has established itself both in the field of rehabilitation and as a home trainer. It offers excellent cardiovascular training and is especially suitable for those who are recovering after rehab and for seniors. The body is supplied with more oxygen, the blood circulation is improved and the blood pressure can be lowered. The exerciser feels physically and mentally fitter. The round movement offers, as in normal cycling, a very joint-gentle training. Especially for seniors, the ease of handling and training while seated is well suited and safer, such as walking. the treadmill training.
Handelsübliche gute Ergometer bieten von der manuellen Einstellung der Tretleistung bis hin zum computergesteuerten puls- und oder drehzahlabhängigen, automatisch geregeltem Tretwiderstand, so dass man z.B. in seinem optimalen Pulsbereich trainiert bzw. die vorgegebene Leistung einhält, eine große Bandbreite von Möglichkeiten und sowohl vorgefertigte Trainingsprogramme und oder individuelle Einstellungen, jeweils mit unterschiedlichen Ausprägungen, der zur Steuerung herangezogenen Sensorsignale.Commercially available good ergometers offer from the manual setting of the pedaling performance to the computer-controlled pulse and / or speed-dependent, automatically controlled pedaling resistance, so that e.g. trained in his optimal pulse range or the predetermined performance complies with a wide range of possibilities and both ready-made training programs and or individual settings, each with different characteristics, the sensor signals used for control.
Als Alternative zum festen, integrierten Ergometer haben sich Rollentrainer etabliert, wo der Benutzer sein „normales Fahrrad“, mit dem er auch außer Haus unterwegs ist, für „Indoor-Trainings“ einspannen kann. Auch hier gibt es analog zum Ergometer eine große Bandbreite von Rollentrainern mit manuell verstellbaren Tret-Widerständen, bis hin zur sensorabhängigen Steuerung der Bremswirkung, die teilweise über Apps und Drahtlos-Schnittstelle (z.B. Bluetooth) implementiert sind.As an alternative to the fixed, integrated ergometer, roller coaches have become established, where the user can harness his "normal bike", with which he is also out of the house, for "indoor training". Here again, analogous to the ergometer, there is a wide range of roller trainers with manually adjustable tread resistors, up to the sensor-dependent control of the braking effect, which are partly implemented via apps and wireless interface (for example Bluetooth).
In den letzten Jahren wurde das Pedelec (umgangssprachlich meistens als E-Bike bezeichnet) immer mehr zum „normalen Fahrrad“ und hat insbesondere bei Senioren, immer noch das primäre Klientel für Heimtrainer, eine breite Zustimmung erhalten.In recent years, the pedelec (colloquially usually referred to as e-bike) has become more and more a "normal bike" and has received in particular for seniors, still the primary clientele for exercise bikes, a broad agreement.
(Problembeschreibung) Es gibt viele Ergometer mit ausgeklügelten Steuermöglichkeiten und Auswerteprogrammen und es gibt einfache bis funktionsreiche Rollentrainersysteme für Fahrräder, um bei schlechtem Wetter „indoor“ auf seinem gewohnten Rad zu trainieren.(Problem description) There are many ergometers with ingenious control possibilities and evaluation programs and there are simple to feature role trainer systems for bicycles, to train in bad weather "indoor" on his usual bike.
Mittlerweile gibt es auch eine wachsende Anzahl von Pedelecs auf dem Rad Markt, die aber in der Regel in der Winterzeit / Schlechtwetterperiode eingemottet z.B. im Keller stehen. Bisher gibt es kein geeignetes System diese Pedelecs für ein durchgängiges Trainingserlebnis nutzbar zu machen und um die Gesundheitsvorteile der damit verbundenen Bewegung optimal zu realisieren.Meanwhile, there are also a growing number of pedelecs on the bike market, but usually mothballed in the winter / bad weather period, e.g. standing in the basement. So far, there is no suitable system to make these pedelecs usable for an integrated training experience and to optimally realize the health benefits of the associated movement.
(Lösungsbeschreibung) Die Erfindung hat zum Ziel diese Pedelecs, die bereits beim Kauf ergonomisch und individuell auf den Nutzer angepasst wurden, optimal für das Rollentraining zu Hause als „stationäres Pedelec-Ergometer“ zu nutzen und in ein umfassenderes Gesundheitsmanagementsystem einzubinden. Damit können schon mit einer relativ einfachen Rolle typische Ergometer Profile trainiert werden und die Trainingswerte für weitere Auswertungen abspeichert werden.(Solution description) The goal of the invention is to optimally use these pedelecs, which have already been ergonomically and individually adapted to the user when they are purchased, as a "stationary pedelec ergometer" at home and integrate them into a more comprehensive health management system. Thus, even with a relatively simple role typical ergometer profiles can be trained and the training values for further evaluations are stored.
Zentrales Element ist dabei die Datenverarbeitung und Steuerung der Systemelemente über eine Steuereinheit, typischerweise eine App, die auf einem Smartphone, PC oder Tablet installiert wird.Central element is the data processing and control of the system elements via a control unit, typically an app that is installed on a smartphone, PC or tablet.
Mit dem Grad der Steuerungsmöglichkeiten der Systemkomponenten lassen sich auch komplexere Trainingsszenarien abbilden.With the degree of control of the system components, even more complex training scenarios can be mapped.
Ein Pedelec-Ergometer besteht mindestens aus den Komponenten Pedelec, Rollentrainer und App und kann durch die Komponenten Vitalparameter Sensorik und Datenportal erweitert werden. Im Folgenden werden alle Systemkomponenten kurz vorgestellt.A pedelec ergometer consists of at least the components pedelec, roller trainer and app and can be extended by the components Vitalparameter Sensorik und Datenportal. In the following, all system components are introduced briefly.
System Komponenten:System components:
Pedelec (Fig 1)Pedelec (Fig 1)
Bei den gängigen Pedelecs (wie in
Um ein „Pedelec-Ergometer“ gemäß der Erfindung mit einem Standard-Rollentrainer zu realisieren soll ein geeignetes Pedelec kommunikations- und steuerungsfähig sein, das heißt, es muss mittels eines Interfaces, z.B. Bluetooth, die Möglichkeit bieten, durch eine Control Unit (
Bei den im Markt befindlichen normalen Ergometern und Rollentrainern wird die Bremswirkung der Bremseinheit verstärkt oder verringert, während beim Pedelec-Ergometer die Unterstützung des Motors verstärkt oder verringert wird, um die Dynamik des Trainings zu gestalten.The normal ergometers and roller trainers on the market increase or decrease the braking performance of the brake unit, while the pedelec ergometer increases or decreases the assistance of the engine in order to shape the dynamics of the training.
Bei der Gangschaltung (
Bei den Pedelec Antriebssystemen gibt es welche mit Rekuperationsmöglichkeit (Motor im bremsenden Generatorbetrieb und laden der Batterie) und Systeme ohne Rekuperation.In Pedelec drive systems, there are some with recuperation (engine in braking generator mode and charging the battery) and systems without recuperation.
Beide Systeme sind prinzipiell für das Pedelec-Ergometer geeignet, wobei allerdings die Antriebssysteme mit Rekuperation eine höhere Steuerungsbandbreite haben, d.h. durch die entsprechende Ansteuerung des Motors kann die Belastung des Fahrers reduziert werden (positive Ansteuerung = Antrieb) oder erhöht werden (negative Ansteuerung = Generatorbetrieb, zusätzliche Bremswirkung) und deshalb für das Pedelec Ergometer am besten geeignet sind.Both systems are in principle suitable for the pedelec ergometer, although the drive systems with recuperation have a higher control bandwidth, i. by the appropriate control of the engine, the load on the driver can be reduced (positive control = drive) or increased (negative control = generator operation, additional braking effect) and are therefore most suitable for the pedelec ergometer.
Neben den bereits erwähnten Funktionsblöcken des Pedelecs sind eine Halterung für die Control Unit (
Rollentrainer (Fig 2)Roller Trainer (Fig 2)
Die im Markt gängigen Rollentrainer (
In der hier diskutierten Erfindung genügt schon ein einfacher Rollentrainer, bei dem in Abhängigkeit vom individuellen Fitnesszustand ein Basiswiderstand vorgewählt wird und dann die weitere Dynamik des Trainings durch die entsprechende Motoransteuerung definiert wird. Der Tretwiderstand wird damit durch die Ansteuerung des Motors moduliert.In the invention discussed here, a simple roller trainer is sufficient in which a base resistance is preselected as a function of the individual fitness state, and then the further dynamics of the training are defined by the corresponding motor drive. The pedaling resistance is thus modulated by the control of the motor.
Nur wenn große Dynamiken des Trainings erforderlich sind,wie z.B. bei Leistungssportlern, müssen ggfs noch die weiteren Einstellmöglichkeiten für den Tretwiderstand (Übersetzung der Schaltung und Bremswiderstand der Bremseinheit) durch die Steuerung in der Control Unit mit berücksichtigt werden.Only when large dynamics of training are required, such as In competitive athletes, if necessary, the other settings for the pedaling resistance (translation of the circuit and braking resistance of the brake unit) by the controller in the control unit must be taken into account.
Steuereinheit / Control Unit (App)_(Fig 2)Control Unit (App) _ (Fig 2)
Die Control Unit (
In dieser System Konfiguration inkludiert der Term „App“ die entsprechende Hardware, die Kommunikationsinterfaces und die Benutzerschnittstelle und wird synonym mit dem Begriff Steuereinheit bzw. Control Unit verwendet.In this system configuration, the term "app" includes the corresponding hardware, the communication interfaces and the user interface and is used synonymously with the term control unit or control unit.
Mithilfe der App können Trainings konfiguriert bzw. angepasst werden, bzw. vorkonfigurierte Trainings über eine entsprechende Schnittstelle, z.B. über das Internet, empfangen werden. Während eines Trainingsablaufs, empfängt und verarbeitet die App die entsprechenden Sensordaten, informiert den Benutzer über Trainingsstatus und - Fortschritt und steuert die Systemkomponenten, z.B. den Pedelec Motor in einer Weise, dass der gewünschte Trainingsablauf umgesetzt wird.With the help of the app training can be configured or adapted, or preconfigured trainings via an appropriate interface, e.g. over the Internet, to be received. During a training session, the app receives and processes the corresponding sensor data, informs the user of training status and progress, and controls the system components, e.g. the Pedelec engine in a way that the desired training process is implemented.
Sensorik (Fig 2)Sensor technology (Fig 2)
Mit Hilfe entsprechender Sensoren empfängt die App, die für die individuelle Steuerung des Pedelec-Ergometers und für die Dokumentation des Trainings notwendigen Daten.With the help of appropriate sensors, the app receives the data necessary for the individual control of the pedelec ergometer and for the documentation of the training.
Der Pedelec Controler liefert Daten aus der integrierten Pedelec Sensorik wie z.B. Motorleistung (
Diese Daten, sowie bestimmte Nutzereinstellungen wie Größe, Gewicht, Fitnesszustand etc. (
Online Portal (Fig 3)Online Portal (Fig 3)
Über das online Portal (
Dargestellte Trainingserfolge und Vergleiche mit anderen sind wesentliche Faktoren für die Trainingsmotivation. Notwendige bzw. gewünschte Trainingsanpassungen werden erkannt und können vom Portal zurück zur App übertragen werden, wo Sie für weitere Trainingsteuerungen zur Verfügung stehen.Illustrated training successes and comparisons with others are essential factors for the motivation to train. Necessary or desired training adjustments are detected and can be transferred from the portal back to the app, where they are available for further training control.
Um mögliche Heimtrainingsszenarien zu komplettieren, können auch andere Trainingssysteme, wie das traditionelle Ergometer (
Trainingssteuerung und Dokumentation:Training control and documentation:
Mittels der dargestellten Systemkomponenten lässt sich das stationäre Pedelec-Ergometer System aufbauen und mittels der Steuereinheit können so eine große Zahl der gängigen, bzw. möglichen Ergometer Trainings gespeichert, angepasst, durchgeführt, protokolliert und ggfs. mit Einstellungen auf dem Portal synchronisiert werden.By means of the illustrated system components, the stationary pedelec ergometer system can be set up and by means of the control unit a large number of common or possible ergometer training courses can be stored, adapted, executed, logged and, if necessary, synchronized with settings on the portal.
Typische Trainingseinstellungen sind dabei:
- - Herzfrequenzgesteuertes Training
- - Leistungsgesteuertes Training
- - Intervall Training
- - Vergleichs Training etc.
- - Heart rate controlled training
- - Performance-based training
- - Interval training
- - Comparison training etc.
Dabei wir jeweils nach dem entsprechenden Programm, durch die Steuereinheit die Tretlast so eingestellt, bzw. variiert, dass die eingestellten Trainingsparameter eingehalten werden.In each case after the appropriate program, by the control unit, the pedal load is set or varied so that the set training parameters are met.
(Ausführungsbeispiel) Ein Ausführungsbeispiel für die dargelegte Erfindung eines stationären Pedelec Ergometers, wie in
Ein Trainierender, der ein herzfrequenzgesteuertes Training absolvieren will, legt sich noch einen geeigneten, handelsüblichen Herzfrequenz-Brustgurt mit Sensor um und wählt am Smartphone das gewünschte Training aus, das vorher schon entweder am Smartphone oder am, über das Internet verbundenen, Portal konfiguriert wurde.A trainer, who wants to complete a heart rate controlled training, still puts on a suitable, commercially available heart rate chest strap with sensor and selects on the smartphone the desired training, which was previously configured either on the smartphone or on the Internet, connected portal.
In einer weiteren Voreinstellung hat er über die Bremseinheit des Rollentrainers einen geeigneten Tretwiderstand angewählt, den er im weiteren Trainingsverlauf nicht mehr ändern muss und einen entsprechenden Gang gewählt, den er für sein gewähltes Training, in der Regel, auch nicht mehr verändern muss. Der eingelegte Gang definiert die Tretübersetzung. So kann alternativ zu einem Kadenzmesser, die angezeigte Pedelec Geschwindigkeit, die sich aus der Radumdrehzahl ableitet, als Maßstab für die Trittfrequenz dienen und aus einer entsprechenden Umrechnung in der Steuereinheit dargestellt oder aus einer entsprechenden Umrechnungstabelle abgelesen werden.In another presetting, he has selected a suitable pedaling resistance via the brake unit of the roller trainer, which he no longer needs to change in the further course of the training and chooses a suitable gear, which he usually does not have to change for his selected training. The inserted gear defines the pedal ratio. Thus, as an alternative to a cadence meter, the displayed pedelec speed, which is derived from the wheel speed, serve as the cadence rate and can be displayed from a corresponding conversion in the control unit or read from a corresponding conversion table.
Prinzipiell kann der Tretwiderstand durch den angewählten Gang, durch die Einstellung an der Bremseinheit des Rollentrainers und durch die Ansteuerung des elektrischen Motors verändert werden.In principle, the pedaling resistance can be changed by the selected gear, by the setting on the brake unit of the roller trainer and by the control of the electric motor.
Das Ausführungsbeispiel ist exemplarisch zu verstehen und soll auf keinen Fall den Umfang der Erfindung begrenzen. Es gibt diverse Kombination von unterschiedlichen Pedelecs, Rollentrainer und Sensoren, die durch die Steuereinheit ggfs. unterschiedlich angesteuert werden und in den Trainingsprogrammen jeweils optimiert verwendet werden und hier nicht umfänglich dargestellt werden können. Entsprechend ist die Erfindung durch die untenstehenden Ansprüche nicht begrenzt.The exemplary embodiment is to be understood as an example and should by no means limit the scope of the invention. There are various combinations of different pedelecs, roller trainers and sensors, which may be controlled differently by the control unit and may be optimally used in the training programs and can not be shown here in full. Accordingly, the invention is not limited by the claims below.
(Vorteile) Ein Pedelec Fahrer kann sein, in der Regel recht teures und individuell eingestelltes Fahrrad, sehr einfach und kostengünstig auf stationäres Ergometer- bzw. Wintertrainingsbetrieb umstellen und so ganzjährig, wetterunabhängig für Trainingszwecke nutzen. Idealerweise hat er schon beim Kauf auf diese stationäre Ergometer Option geachtet und sein Pedelec hat sowohl eine externe Kommunikations- und Steuerfunktion als auch eine mit dem Rollentrainer kompatible Aufnahmeachse bzw. geeignete Achsmuttern, so dass es ohne weitere Umstände in den Rollentrainer eingespannt werden kann. Die geeignete Steuer App kann er einfach auf seinem Smartphone starten und mit dem gewünschten Trainingsprogramm beginnen. Über die Datenschnittstelle, stehen der Steuereinheit alle relevanten Leistungsparameter des Pedelecs, zur Verfügung. Für die gängigen Trainingsprogramme genügt ein einfacher, kostengünstiger Rollentrainer. (Advantages) A pedelec driver can be, usually quite expensive and individually adjusted bicycle, very simply and inexpensively on stationary ergometer or winter training mode convert and use thus year-round, weather-independent for training purposes. Ideally, he has already paid attention to this stationary ergometer option when purchasing and his pedelec has both an external communication and control function as well as a compatible with the roller trainer recording axis or appropriate axle nuts, so that it can be clamped in the trainer without further ado. He can simply start the appropriate tax app on his smartphone and start with the desired training program. Via the data interface, all relevant performance parameters of the pedelec are available to the control unit. For the usual training programs a simple, cost-effective roller trainer is sufficient.
Ist die App noch nicht auf dem Smartphone kann sie einfach über einen App Store (z.B. Google Play Store) auf das Smartphone geladen und entsprechend konfiguriert werden.If the app is not yet on the smartphone, it can simply be downloaded to the smartphone via an App Store (for example Google Play Store) and configured accordingly.
(Weitere Ausgestaltung) Für die Speicherung der Trainingsdaten, weitere Auswertungen und optimale Trainingsanpassungen kann die App die Daten mit einem Portal synchronisieren. Damit können die Trainings mit Dritten geteilt, mit Partnern oder Gruppen verglichen und weiter optimiert werden.(Further design) For the storage of the training data, further evaluations and optimal training adaptations the app can synchronize the data with a portal. This allows the training to be shared with third parties, compared with partners or groups, and further optimized.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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Zitierte PatentliteraturCited patent literature
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