DE102017222924B4

DE102017222924B4 - Method and device for determining the speed of a means of locomotion with at least one wheel

Info

Publication number: DE102017222924B4
Application number: DE102017222924.1A
Authority: DE
Inventors: Estefania Munoz Diaz; Fabian de Ponte Müller; Eduardo Pérez González
Original assignee: Deutsches Zentrum fuer Luft und Raumfahrt eV
Current assignee: Deutsches Zentrum fuer Luft und Raumfahrt eV
Priority date: 2017-12-15
Filing date: 2017-12-15
Publication date: 2021-11-18
Anticipated expiration: 2037-12-16
Also published as: DE102017222924A1

Abstract

Verfahren zum Bestimmen der Geschwindigkeit eines Fortbewegungsmittels mit zumindest einem Rad, das sich während einer Fortbewegung des Fortbewegungsmittels dreht und das Metall aufweist oder aus Metall besteht, mit den Schritten:- Empfangen eines Signals an einer Schnittstelle (11), das eine frequenzabhängige Signalenergie einer durch die Fortbewegung des Fortbewegungsmittels hervorgerufenen Verzerrung eines Erdmagnetfelds umfasst;- Ermitteln der Frequenz des Auftretens einer durch die Drehung des zumindest einen Rads hervorgerufenen Verzerrung des Erdmagnetfelds aus dem Signal durch eine Verarbeitungseinheit (12);- Bestimmen der Geschwindigkeit aus der ermittelten Frequenz der Verzerrung durch die Verarbeitungseinheit (12); dadurch gekennzeichnet, dass aus dem erfassten Signal anhand logischer Kriterien diejenige Frequenz ausfindig gemacht wird, welche sich eindeutig dem Auftreten der durch die Drehung eines Rads hervorgerufenen Verzerrung zuordnen lässt, indem ein Frequenzverlauf des Auftretens der durch die Drehung des zumindest einen Rads hervorgerufenen Verzerrung ermittelt wird.A method for determining the speed of a means of locomotion with at least one wheel which rotates during locomotion of the means of locomotion and which has metal or consists of metal, comprising the steps of: - receiving a signal at an interface (11) which a frequency-dependent signal energy of a through the locomotion of the means of locomotion comprises distortion of an earth's magnetic field caused by a processing unit (12); - determining the frequency of the occurrence of a distortion of the earth's magnetic field caused by the rotation of the at least one wheel from the signal; - determining the speed from the determined frequency of the distortion by the Processing unit (12); characterized in that that frequency is found from the detected signal based on logical criteria which can be clearly assigned to the occurrence of the distortion caused by the rotation of a wheel by determining a frequency profile of the occurrence of the distortion caused by the rotation of the at least one wheel .

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Bestimmen der Geschwindigkeit eines, insbesondere zwei- oder dreirädrigen, Fortbewegungsmittels mit zumindest einem Rad, das sich während einer Fortbewegung des Fortbewegungsmittels dreht und das Metall aufweist oder aus Metall besteht. Die Erfindung betrifft insbesondere die Bestimmung der Geschwindigkeit eines Fahrrads.The invention relates to a method and a device for determining the speed of a means of locomotion, in particular a two- or three-wheeled means of locomotion, with at least one wheel which rotates during locomotion of the means of locomotion and is made of metal or is made of metal. The invention particularly relates to determining the speed of a bicycle.

Unter einem Fortbewegungsmittel ist im Rahmen der vorliegenden Erfindung jedes zur Beförderung zumindest einer Person geeignete Fortbewegungsmittel zu verstehen. Das Fortbewegungsmittel kann motorisiert oder nicht-motorisiert ausgebildet sein. Als Fortbewegungsmittel im Sinne der vorliegenden Erfindung sind sowohl schienengebundene Verkehrsmittel (Zug, S-Bahn, U-Bahn, Trambahn) als auch nicht-schienengebundene Verkehrsmittel, wie z.B. Lastkraftwagen, Personenkraftwagen, Motorräder, Fahrräder und dergleichen, zu verstehen.In the context of the present invention, a means of transport is to be understood as any means of transport suitable for transporting at least one person. The means of locomotion can be motorized or non-motorized. Means of locomotion within the meaning of the present invention are both rail-bound means of transport (train, S-Bahn, subway, tram) and non-rail-bound means of transport, such as trucks, cars, motorbikes, bicycles and the like.

Ein Fortbewegungsmittel kann eine beliebige Anzahl an Rädern aufweisen. Unter zweirädrigen Fortbewegungsmitteln werden insbesondere Fahrräder verstanden, deren Fortbewegung alleine durch das Treten eines Nutzers, ggf. unterstützt durch einen Elektromotor (E-Bike oder Pedelec) erfolgt. Unter zweirädrige Fortbewegungsmittel fallen auch Rollstühle, Tretroller, usw. Die beiden Räder können des Fortbewegungsmittels können die gleiche oder eine unterschiedliche Größe aufweisen. Unter dreirädrige Fortbewegungsmittel fallen z.B. Lastenräder, welche zur Beförderung von kleineren Gegenständen, wie z.B. Kindern, ausgebildet sind, ebenso wie (Fahrrad-)Rikschas. Vierrädrige Fortbewegungsmittel sind insbesondere Klein-Lastwagen oder Personenkraftwagen. Das Fortbewegungsmittel kann auch mehr als vier Räder aufweisen, wie dies beispielsweise bei größeren Lastkraftwagen der Fall ist.A vehicle can have any number of wheels. Two-wheeled means of locomotion are understood to mean, in particular, bicycles, the locomotion of which occurs solely by the pedaling of a user, possibly supported by an electric motor (e-bike or pedelec). Two-wheeled means of transport also include wheelchairs, scooters, etc. The two wheels of the means of transport can be the same or different in size. Three-wheeled means of transport include, for example, cargo bikes that are designed to transport smaller items, such as children, as well as (bicycle) rickshaws. Four-wheeled vehicles are particularly small trucks or passenger cars. The means of locomotion can also have more than four wheels, as is the case, for example, with larger trucks.

Ohne Einschränkung der Allgemeinheit wird nachfolgend auf ein zwei- oder dreirädriges Fortbewegungsmittel in Gestalt eines Fahrrads Bezug genommen. Es versteht sich jedoch, dass das hierin beschriebene Prinzip auch bei den anderen, oben genannten Fortbewegungsmitteln in seinem Grundprinzip zur Anwendung kommen könnte.Without limiting the generality, reference is made below to a two- or three-wheeled means of locomotion in the form of a bicycle. It goes without saying, however, that the principle described here could also be used in its basic principle for the other means of locomotion mentioned above.

Die Bestimmung der Geschwindigkeit eines Fahrrads erfordert das Vorhandensein einer geeigneten Sensoreinheit. Wenn in der vorliegenden Beschreibung von der Bestimmung einer „Geschwindigkeit“ die Rede ist, so ist hierunter der Betrag der Geschwindigkeit, nicht jedoch die Richtung, in der sich das Fortbewegungsmittel bewegt, zu verstehen.Determining the speed of a bicycle requires the presence of a suitable sensor unit. When determining a “speed” is mentioned in the present description, this is understood to mean the amount of the speed, but not the direction in which the means of locomotion is moving.

Beispielsweise ist es bekannt, die Fortbewegung eines Fahrrads unter Verwendung eines Odomoters, das an dem Fahrrad befestigt ist und die Anzahl der Raddrehungen zählt, oder eines globalen Satellitennavigationssystems (Global Navigation Satellite System, GNSS) zu bestimmen.For example, it is known to determine the locomotion of a bicycle using an odomotor, which is attached to the bicycle and counts the number of wheel rotations, or a global navigation satellite system (GNSS).

Ein GNSS ist in der Lage, die Position und Geschwindigkeit des Fahrrads und damit die Bodengeschwindigkeit (d.h. die Geschwindigkeit, mit der sich das Fahrrad über dem Grund bewegt) zu bestimmen. GNSS weisen jedoch den Nachteil einer begrenzten Verfügbarkeit und teilweise größeren Fehlern auf. So können GNSS-Signale durch hohe Gebäude, andere Fahrzeuge oder Bäume temporär abgeschattet werden, wodurch die Positionsbestimmung und Bestimmung der Geschwindigkeit nicht mehr zuverlässig möglich ist. In urbanen Umgebungen besteht darüber hinaus das Problem, dass eine vollständige Abschattung von Satelliten und eine Mehrpfadausbreitung von Satellitensignalen zu einer rapiden Verschlechterung der Qualität der zur Verfügung gestellten Position und Geschwindigkeit führt. Unterhalb von Brücken oder im Inneren von Tunneln oder Parkgaragen ist es vollständig unmöglich, mit Hilfe eines GNSS die Geschwindigkeit eines Fahrzeugs zu bestimmen.A GNSS is able to determine the position and speed of the bicycle and thus the ground speed (i.e. the speed at which the bicycle moves over the ground). However, GNSS have the disadvantage of limited availability and sometimes major errors. For example, GNSS signals can be temporarily shaded by tall buildings, other vehicles or trees, which means that position and speed can no longer be reliably determined. In urban environments there is also the problem that complete shading of satellites and multipath propagation of satellite signals lead to a rapid deterioration in the quality of the position and speed made available. Underneath bridges or inside tunnels or parking garages, it is completely impossible to determine the speed of a vehicle with the aid of a GNSS.

Ein Odometer, welches an dem Fahrrad befestigt wird, um die Anzahl der Drehungen eines Rads festzustellen, bestimmt die Geschwindigkeit des Fahrrads, indem die Anzahl der Raddrehungen in einem Beobachtungsintervall verrechnet wird. Ein Odometer umfasst üblicherweise zwei Teile. Ein sog. Speichenmagnet wird an einer Speiche des Rads befestigt, der das Magnetfeld eines benachbart angeordneten Sensors beim Vorbeiziehen verändert. Der Sensor kann dann die Anzahl der Drehungen an eine Recheneinheit übermitteln, welche aus der Anzahl an Drehungen in dem Beobachtungsintervall in Verbindung mit einem vorab bestimmten und der Recheneinheit bekannten Radumfang die Geschwindigkeit berechnet. Dieses Vorgehen erfordert eine regelmäßige Überprüfung, ob der Speichenmagnet und/oder der mit dem Speichenmagnet zusammenwirkende Sensor in korrekter Weise zueinander positioniert sind. Darüber hinaus kann es mit der Zeit zu einem sich verändernden Radumfang kommen, so dass eine neue Kalibration des Odometers erforderlich ist.An odometer, which is attached to the bicycle in order to determine the number of rotations of a wheel, determines the speed of the bicycle by calculating the number of wheel rotations in an observation interval. An odometer usually consists of two parts. A so-called spoke magnet is attached to a spoke of the wheel, which changes the magnetic field of an adjacent sensor as it passes by. The sensor can then transmit the number of rotations to a computing unit, which calculates the speed from the number of rotations in the observation interval in conjunction with a previously determined wheel circumference known to the computing unit. This procedure requires a regular check as to whether the spoke magnet and / or the sensor interacting with the spoke magnet are correctly positioned with respect to one another. In addition, the wheel circumference can change over time, so that a new calibration of the odometer is necessary.

In Zukunft ist davon auszugehen, dass Nutzer eines Fahrrads nicht ausschließlich mit ihrem eigenen Fahrrad, sondern Leihfahrräder oder andere, auf Zeit gemietete Fortbewegungsmittel nutzen werden. Aus Kostengründen sind bei Leihfahrrädern in der Regel weder Odometer noch GNSS-Empfänger vorgesehen, so dass ein Nutzer bei deren Nutzung keine Information über seine aktuelle Geschwindigkeit hat. Es wäre daher wünschenswert, auch in solchen Anwendungen die Geschwindigkeit eines sich fortbewegenden Fahrrads auf einfache Weise bestimmen zu können.In the future, it can be assumed that users of a bicycle will not only use their own bicycle, but rather rented bicycles or other means of transport that are rented on a temporary basis. For cost reasons, neither odometers nor GNSS receivers are usually provided for rental bicycles, so that a user has no information about his current speed when using them. It would therefore be desirable to increase the speed of a system in such applications as well To be able to determine the moving bicycle in a simple way.

Die US 9,513,307 B2 offenbart ein Verfahren zum Bestimmen der Geschwindigkeit eines Kraftfahrzeugs mit Hilfe eines Magnetometers, indem periodisch auftretende Veränderungen des Erdmagnetfelds, die durch die Drehung der Räder des Fahrzeugs verursacht sind, ausgewertet werden. Die Bestimmung der Rotationsfrequenz eines Rads wird durch die Bestimmung der Hauptfrequenz in einem Frequenzspektrum in einem erfassten Signal realisiert, indem das Signal mit der höchsten Amplitude bestimmt wird. Dazu wird das Magnetometer in der Nähe des sich drehenden Rads angeordnet. Aus der Kenntnis des Radius des Rads und der bestimmten Signalfrequenz kann dann auf die Geschwindigkeit des Kraftfahrzeugs geschlossen werden.the US 9,513,307 B2 discloses a method for determining the speed of a motor vehicle with the aid of a magnetometer by evaluating periodically occurring changes in the earth's magnetic field which are caused by the rotation of the wheels of the vehicle. The rotational frequency of a wheel is determined by determining the main frequency in a frequency spectrum in a detected signal by determining the signal with the highest amplitude. To do this, the magnetometer is placed near the rotating wheel. The speed of the motor vehicle can then be deduced from the knowledge of the radius of the wheel and the determined signal frequency.

Die Publikation A. Milenkovic, M. Milesevic, E. Jovanov, Smartphones for smart wheelchairs. In: 2013 IEEE International Conference on Body Sensor Networks, Cambridge, MA, USA, 2013 pp. 1-6 , wird vorgeschlagen, einen Magneten am Rad eines Rollstuhls zu befestigen und das von dem Magneten erzeugte Magnetfeld zur Ermittlung einer Geschwindigkeit auszuwerten.The publication A. Milenkovic, M. Milesevic, E. Jovanov, Smartphones for smart wheelchairs. In: 2013 IEEE International Conference on Body Sensor Networks, Cambridge, MA, USA, 2013 pp. 1-6 , it is proposed to attach a magnet to the wheel of a wheelchair and to evaluate the magnetic field generated by the magnet to determine a speed.

Aus der JP 2009 042 190 A ist ein Verfahren bekannt, bei dem eine Signalfrequenz entsprechend der Rotation eines Reifens eines Fahrzeugs aus dem von einem Magnetometer erfassten Signal ermittelt wird.From the JP 2009 042 190 A a method is known in which a signal frequency corresponding to the rotation of a tire of a vehicle is determined from the signal detected by a magnetometer.

Die DE 10 2014 226 612 A1 offenbart ein Verfahren zur Ermittlung der Geschwindigkeit eines Schienenfahrzeugs mit Hilfe eines Magnetfeldsensors. Bei dem Verfahren wird die sich in Folge der Drehung eines Rads des Schienenfahrzeugs periodisch ändernde Magnetfeldstärke am Ort des Magnetfeldsensors gemessen. Die Ermittlung der Geschwindigkeit des Schienenfahrzeugs erfolgt durch eine Filterung des Messsignals zur Eliminierung von DC-nahen und/oder von auf geschwindigkeitsunabhängigen Effekten zurückzuführenden Signalanteilen sowie dem Erstellen einer Frequenzspektralanalyse.the DE 10 2014 226 612 A1 discloses a method for determining the speed of a rail vehicle with the aid of a magnetic field sensor. In the method, the magnetic field strength, which changes periodically as a result of the rotation of a wheel of the rail vehicle, is measured at the location of the magnetic field sensor. The speed of the rail vehicle is determined by filtering the measurement signal to eliminate DC-related and / or speed-independent signal components and by creating a frequency spectrum analysis.

Die US 2014/0278218 A1 offenbart ein Verfahren zum Bestimmen der Geschwindigkeit eines Nutzers eines Brettsports, wie z.B. wie eines Skateboards, eines Surfbretts oder eines Snowboards, unter Verwendung eines Beschleunigungssensors. Hierbei werden Beschleunigungskräfte im dreidimensionalen Raum erfasst.the US 2014/0278218 A1 discloses a method for determining the speed of a user of a board sport, such as a skateboard, surfboard or snowboard, using an acceleration sensor. Here, acceleration forces are recorded in three-dimensional space.

Die EP 1 897 780 A2 offenbart ein Magnetfelderkennungssystem zur witterungsunabhängigen Ermittlung des Anhaltens eines bestimmten, translatorisch auf einer vorgegebenen Bahn bewegten Fahrzeugs. Hierbei werden mehrere Messsensoren entlang der zu überwachenden Bahnsteigkante verteilt, die die Veränderung des durch ein vorbeifahrendes oder anhaltendes Schienenfahrzeug veränderten Erdmagnetfelds als Messwerte erfassen. Die Messsensoren sind als Magnetfeldsensoren ausgebildet. Durch die Erfassung der Analyse der zeitlichen Verläufe sämtlicher Sensordaten kann mit Hilfe eines zentralen Steuerungs- und Auswerterechners ein vorbeifahrendes und anschließend zum Stillstand kommendes Schienenfahrzeug erkannt werden. Dazu werden Signalwechselspannungen nach Signalverlauf, Mittelwert, Amplitude und differentiellen Änderungen nach der Zeit bewertet.the EP 1 897 780 A2 discloses a magnetic field detection system for the weather-independent determination of the stopping of a specific vehicle moving translationally on a given path. Here, several measuring sensors are distributed along the platform edge to be monitored, which record the change in the geomagnetic field changed by a passing or stopping rail vehicle as measured values. The measuring sensors are designed as magnetic field sensors. By recording the analysis of the chronological progression of all sensor data, a central control and evaluation computer can be used to detect a rail vehicle driving past and then coming to a standstill. For this purpose, alternating signal voltages are evaluated according to the signal curve, mean value, amplitude and differential changes over time.

Es ist Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Bestimmen der Geschwindigkeit eines, insbesondere zwei- oder dreirädrigen, Fortbewegungsmittels mit zumindest einem Rad anzugeben, das die Bestimmung der Geschwindigkeit ohne die Installation eines Sensors an dem Fortbewegungsmittel erlaubt und gleichzeitig eine Geschwindigkeitsinformation ausgibt, die unabhängig von der Umgebung, in der sich das Fortbewegungsmittel fortbewegt, eine hohe Genauigkeit aufweist.The object of the invention is to specify a method and a device for determining the speed of a means of locomotion, in particular a two- or three-wheeled means of locomotion, with at least one wheel, which allows the speed to be determined without installing a sensor on the means of locomotion and at the same time outputs speed information, which has a high level of accuracy regardless of the environment in which the means of transport is moving.

Diese Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren gemäß den Merkmalen des Patentanspruchs 1, eine Software gemäß den Merkmalen des Patentanspruchs 11 und eine Vorrichtung gemäß den Merkmalen des Patentanspruchs 12. Vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den abhängigen Patentansprüchen.This object is achieved by a method according to the features of claim 1, software according to the features of claim 11 and a device according to the features of claim 12. Advantageous embodiments result from the dependent claims.

Gemäß einem ersten Aspekt wird ein Verfahren zum Bestimmen der Geschwindigkeit eines Fortbewegungsmittels mit zumindest einem Rad vorgeschlagen. Während einer Fortbewegung des Fortbewegungsmittels dreht sich das Rad. Das Rad weist ein Metall auf oder besteht aus einem Metall. Bei dem Fortbewegungsmittel handelt es sich insbesondere um ein zwei- oder dreirädriges, z.B. nicht-motorisiertes, Fortbewegungsmittel, wie z.B. ein Fahrrad, ein Tretroller, ein Rollstuhl und dergleichen. Das Verfahren umfasst den Schritt des Empfangens eines Signals an einer Schnittstelle, das eine frequenzabhängige Signalenergie einer durch die Fortbewegung des Fortbewegungsmittels hervorgerufenen Verzerrung eines Erdmagnetfelds umfasst. Das Verfahren umfasst den Schritt des Ermittelns der Frequenz des Auftretens einer durch die Drehung des zumindest einen Rads hervorgerufenen Verzerrung des Erdmagnetfelds aus dem Signal durch eine Verarbeitungseinheit. Das Verfahren umfasst schließlich das Bestimmen der Geschwindigkeit aus der ermittelten Frequenz der Verzerrung durch die Verarbeitungseinheit. Erfindungsgemäß wird aus dem erfassten Signal anhand logischer Kriterien diejenige Frequenz ausfindig gemacht, welche sich eindeutig dem Auftreten der durch die Drehung eines Rads hervorgerufenen Verzerrung zuordnen lässt, indem ein Frequenzverlauf des Auftretens der durch die Drehung des zumindest einen Rads hervorgerufenen Verzerrung ermittelt wird.According to a first aspect, a method for determining the speed of a means of locomotion with at least one wheel is proposed. During the movement of the means of locomotion, the wheel rotates. The wheel has a metal or consists of a metal. The means of locomotion is in particular a two- or three-wheeled, for example non-motorized, means of locomotion, such as a bicycle, a scooter, a wheelchair and the like. The method comprises the step of receiving a signal at an interface which comprises a frequency-dependent signal energy of a distortion of an earth's magnetic field caused by the movement of the means of locomotion. The method comprises the step of determining the frequency of the occurrence of a distortion of the earth's magnetic field caused by the rotation of the at least one wheel from the signal by a processing unit. The method finally includes determining the speed from the determined frequency of the distortion by the processing unit. According to the invention, that frequency is found from the detected signal on the basis of logical criteria which can be clearly assigned to the occurrence of the distortion caused by the rotation of a wheel by using a Frequency curve of the occurrence of the distortion caused by the rotation of the at least one wheel is determined.

Zur Bestimmung der Geschwindigkeit des Fortbewegungsmittels mit Hilfe des erfindungsgemäßen Verfahrens ist es nicht erforderlich, an dem Fortbewegungsmittel selbst eine Sensoreinheit anzubringen, auch wenn dies grundsätzlich möglich ist. Da keine Sensoreinheit an dem Fortbewegungsmittel angeordnet werden muss, lässt sich das Verfahren auch in multimodalen Navigationsanwendungen einsetzen.To determine the speed of the means of locomotion with the aid of the method according to the invention, it is not necessary to attach a sensor unit to the means of locomotion itself, even if this is possible in principle. Since no sensor unit has to be arranged on the means of locomotion, the method can also be used in multimodal navigation applications.

Als weiterer Vorteil verzichtet das vorgeschlagene Verfahren auf die Verarbeitung von GNSS-Signalen. Dadurch lässt sich das Verfahren in verschiedenen Umgebungen, insbesondere in urbanen Umgebungen und innerhalb von Tunneln, ohne Qualitätsverschlechterung anwenden.As a further advantage, the proposed method dispenses with the processing of GNSS signals. As a result, the method can be used in various environments, in particular in urban environments and within tunnels, without any deterioration in quality.

Das erfindungsgemäße Verfahren basiert auf der Überlegung, dass die Bestimmung der Geschwindigkeit des Fortbewegungsmittels mit herkömmlichen Methoden umständlich bzw. unflexibel ist, da eine Sensoreinheit an dem Fortbewegungsmittel angeordnet werden muss, oder in bestimmten Umgebungsbedingungen zu einem unbefriedigenden oder ausfallenden Geschwindigkeitswert führt. Um diese Nachteile zu umgehen, nutzt das erfindungsgemäße Verfahren das Vorhandensein des Erdmagnetfelds, welches durch die Bewegung des Fortbewegungsmittels, insbesondere durch die Drehung des zumindest einen Rads, eine detektierbare Verzerrung hervorruft. Dieses Signal wird durch eine Verarbeitungseinheit ausgewertet, wobei aus der frequenzabhängigen Signalenergie die Frequenz des Auftretens einer durch die Drehung des zumindest einen Rads hervorgerufenen Verzerrung ermittelbar ist. Aus der Frequenz des Auftretens einer durch die Drehung des zumindest einen Rads hervorgerufenen Verzerrung kann dann die Geschwindigkeit des Fortbewegungsmittels berechnet werden.The method according to the invention is based on the consideration that the determination of the speed of the means of transport with conventional methods is cumbersome or inflexible, since a sensor unit must be arranged on the means of transport, or leads to an unsatisfactory or unsatisfactory speed value in certain environmental conditions. In order to avoid these disadvantages, the method according to the invention uses the presence of the earth's magnetic field, which causes a detectable distortion due to the movement of the means of locomotion, in particular due to the rotation of the at least one wheel. This signal is evaluated by a processing unit, the frequency of the occurrence of a distortion caused by the rotation of the at least one wheel being able to be determined from the frequency-dependent signal energy. The speed of the means of locomotion can then be calculated from the frequency of the occurrence of a distortion caused by the rotation of the at least one wheel.

Das erfindungsgemäße Verfahren lässt sich auf einfache Weise mit geringen Hardwareressourcen durchführen. Es ist robust, insbesondere im Hinblick auf die Umgebung, in welcher sich der Nutzer des Fortbewegungsmittels bewegt. Das Ergebnis der Bestimmung der Geschwindigkeit ist insbesondere unabhängig davon, ob sich das Fortbewegungsmittel in einem urbanen Gelände mit Hochhäusern, einem Tunnel, einem Wald oder im freien Gelände bewegt. Aufgrund der geringen Anforderungen an die Hardwareressourcen ist eine kostengünstige Realisierung möglich.The method according to the invention can be carried out in a simple manner with low hardware resources. It is robust, in particular with regard to the environment in which the user of the means of locomotion moves. The result of the determination of the speed is in particular independent of whether the means of transport is moving in an urban area with high-rise buildings, a tunnel, a forest or in open terrain. Due to the low demands on the hardware resources, an inexpensive implementation is possible.

Gemäß einer zweckmäßigen Ausgestaltung wird das Signal von einer Sensoreinheit empfangen. Mit anderen Worten sendet die Sensoreinheit das Signal, das eine frequenzabhängige Signalenergie der durch die Fortbewegung des Fortbewegungsmittels hervorgerufenen Verzerrung des Erdmagnetfelds umfasst, aus und dieses Signal wird an der Schnittstelle zu weiteren Verarbeitung empfangen.According to an expedient embodiment, the signal is received by a sensor unit. In other words, the sensor unit transmits the signal, which comprises a frequency-dependent signal energy of the distortion of the earth's magnetic field caused by the movement of the means of locomotion, and this signal is received at the interface for further processing.

Es ist bevorzugt, wenn die Sensoreinheit zur Erfassung der durch die Fortbewegung des Fortbewegungsmittels hervorgerufenen Verzerrung des Erdmagnetfelds in räumliche Nähe zu einem der sich drehenden Räder angeordnet wird. Unter dem Begriff „in räumliche Nähe“ ist insbesondere in Bezug der Sensoreinheit in Höhenrichtung zu dem zumindest einen Rad zu verstehen. Die Sensoreinheit wird zweckmäßigerweise insbesondere seitlich neben dem sich drehenden Rad oder seitlich dahinter oder seitlich darüber oder seitlich davor angeordnet. Dieser Ausgestaltung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass die Ermittlung der Frequenz des Auftretens der durch die Drehung des Rads hervorgerufenen Verzerrung des Erdmagnetfelds aus dem Signal umso leichter zu bestimmen ist, je näher die Sensoreinheit an dem zumindest einen sich drehenden Rad angeordnet ist.It is preferred if the sensor unit for detecting the distortion of the earth's magnetic field caused by the movement of the means of locomotion is arranged in spatial proximity to one of the rotating wheels. The term “in spatial proximity” is to be understood in particular in relation to the sensor unit in the height direction to the at least one wheel. The sensor unit is expediently arranged in particular laterally next to the rotating wheel or laterally behind it or laterally above it or laterally in front of it. This embodiment is based on the knowledge that the determination of the frequency of occurrence of the distortion of the earth's magnetic field caused by the rotation of the wheel is easier to determine from the signal the closer the sensor unit is to the at least one rotating wheel.

Es ist daher zweckmäßig, wenn die Sensoreinheit am Körper eines Nutzers des Fortbewegungsmittels getragen wird, da dann die erwünscht räumliche Nähe der Sensoreinheit zu einem der sich drehenden Räder gegeben ist. Im Falle der bevorzugten Anwendung bei einem Fahrrad kann die Sensoreinheit beispielsweise an einem Bein des Radfahrers befestigt werden. Dadurch befindet sich die Sensoreinheit seitlich neben und hinter (in Bezug auf das Vorderrad) oder vor (in Bezug auf das Hinterrad) dem Rad, welche die Verzerrung des Erdmagnetfelds hervorrufen. Wie aus der nachfolgenden Beschreibung ersichtlich werden wird, ist dabei keine dezidierte Zuordnung der Sensoreinheit zu einem bestimmten Rad erforderlich, da die Frequenz des Auftretens der durch die Drehung des Rads hervorgerufenen Verzerrung des Erdmagnetfelds immer aus dem Gesamtsignal eindeutig ermittelt werden kann.It is therefore expedient if the sensor unit is worn on the body of a user of the means of locomotion, since the desired spatial proximity of the sensor unit to one of the rotating wheels is then given. In the case of the preferred application in a bicycle, the sensor unit can be attached to a leg of the cyclist, for example. As a result, the sensor unit is located next to and behind (in relation to the front wheel) or in front of (in relation to the rear wheel) the wheel, which causes the distortion of the earth's magnetic field. As will become apparent from the following description, no dedicated assignment of the sensor unit to a specific wheel is required, since the frequency of occurrence of the distortion of the earth's magnetic field caused by the rotation of the wheel can always be clearly determined from the overall signal.

Gemäß der Erfindung wird ein Frequenzverlauf des Auftretens der durch die Drehung des zumindest einen Rads hervorgerufenen Verzerrung ermittelt. Mit anderen Worten erfolgt eine Berücksichtigung der zeitlichen Veränderung der Frequenz. Diese Ausgestaltung kann durch die Verarbeitungseinheit dazu genutzt werden, aus dem Signal anhand logischer Kriterien diejenige Frequenz ausfindig zu machen, welche sich eindeutig dem Auftreten der durch die Drehung eines Rads hervorgerufenen Verzerrung zuordnen lässt. Dies ist beispielsweise bei der bevorzugten Anwendung bei einem Fahrrad von Bedeutung, da nicht nur die sich drehenden Räder eine Verzerrung des Erdmagnetfelds hervorrufen, sondern die Verzerrung auch davon abhängig ist, ob der Nutzer des Fahrrads die Pedale betätigt oder nicht. Die Auswertung des zeitlichen Verlaufs ermöglicht eine Unterscheidung der beiden, durch Verzerrung hervorgerufenen, Frequenzverläufe.According to the invention, a frequency profile of the occurrence of the distortion caused by the rotation of the at least one wheel is determined. In other words, the change in frequency over time is taken into account. This refinement can be used by the processing unit to use logical criteria to find the frequency from the signal which can be clearly assigned to the occurrence of the distortion caused by the rotation of a wheel. This is important, for example, in the preferred application in a bicycle, since not only do the rotating wheels cause a distortion of the earth's magnetic field, but the distortion also depends on whether the user of the bicycle operates the pedals or not. The evaluation of the course over time is made possible a distinction between the two frequency curves caused by distortion.

Gemäß einer weiteren zweckmäßigen Ausgestaltung umfasst der Schritt des Ermittelns der Frequenz des Auftretens einer durch die Drehung des zumindest einen Rads hervorgerufenen Verzerrung des Erdmagnetfelds das Entfernen oder Verwerfen einer gleichförmigen Signalkomponente aus dem Signal, welche durch das Magnetfeld der Erde hervorgerufen ist.According to a further expedient embodiment, the step of determining the frequency of the occurrence of a distortion of the earth's magnetic field caused by the rotation of the at least one wheel comprises removing or discarding a uniform signal component from the signal that is caused by the earth's magnetic field.

Es ist ferner zweckmäßig, wenn der Schritt des Ermittelns der Frequenz des Auftretens einer durch die Drehung des zumindest einen Rads hervorgerufenen Verzerrung des Erdmagnetfelds das Entfernen oder Verwerfen einer veränderlichen Signalkomponente durch sich zumindest temporär bewegende, aber von dem zumindest einen Rad unterschiedliche, metallische Teile hervorgerufen ist. Die veränderliche Signalkomponente entsteht beim Fahrrad z.B. dadurch, dass sich die Sensoreinheit beim Treten der Pedale zu und von dem zumindest einen Rad unterschiedlichen, metallischen Teilen (Fahrradrahmen, Tretkurbeln, usw.) hin- und wegbewegt. Da beim Radfahren typischerweise kein dauerhaftes Treten der Pedalkurbeln erfolgt, beispielsweise bei einer Bergabfahrt, einem Ausrollen und dergleichen, macht sich dies in einem deutlich sichtbaren Muster des Frequenzverlaufs bemerkbar. So kann die veränderliche Signalkomponente entfernt oder verworfen werden, indem eine Bestimmung von Frequenzsprüngen von einem Frequenzwert, der durch eine Verzerrung des Erdmagnetfelds aufgrund einer Bewegung eines von dem zumindest einen Rad unterschiedlichen metallischen Teils hervorgerufen ist, auf Null oder von Null auf einen Frequenzwert, der durch eine Verzerrung des Erdmagnetfelds aufgrund einer Bewegung des von dem zumindest einen Rad unterschiedlichen metallischen Teils hervorgerufen ist, durchgeführt wird.It is also useful if the step of determining the frequency of the occurrence of a distortion of the earth's magnetic field caused by the rotation of the at least one wheel causes the removal or discarding of a variable signal component by metallic parts that are at least temporarily moving but different from the at least one wheel is. The variable signal component in the bicycle arises, for example, from the fact that the sensor unit moves to and from different metallic parts (bicycle frame, cranks, etc.) when the pedals are pressed to and from the at least one wheel. Since there is typically no permanent stepping of the pedal cranks when cycling, for example when driving downhill, coasting and the like, this is noticeable in a clearly visible pattern of the frequency curve. Thus, the variable signal component can be removed or discarded by determining frequency jumps from a frequency value, which is caused by a distortion of the earth's magnetic field due to a movement of a metallic part different from the at least one wheel, to zero or from zero to a frequency value that by a distortion of the earth's magnetic field caused by a movement of the metallic part different from the at least one wheel.

Durch das Ausfiltern solcher Signalanteile aus dem Signal, welche nicht dem zumindest einen sich drehenden Rad und der dadurch hervorgerufenen Verzerrung zugeordnet sind, lässt sich auf einfache Weise die Frequenz des Auftretens, die durch eine Drehung des zumindest einen Rads die Verzerrung des Erdmagnetfelds hervorruft, bestimmen.By filtering out those signal components from the signal that are not assigned to the at least one rotating wheel and the distortion caused by it, the frequency of occurrence that causes the distortion of the earth's magnetic field by a rotation of the at least one wheel can be determined in a simple manner .

Eine weitere zweckmäßige Ausgestaltung sieht vor, dass der Schritt des Ermittelns der Frequenz des Auftretens eine durch die Drehung des zumindest einen Rads hervorgerufenen Verzerrung des Erdmagnetfelds die Ermittlung umfasst, ob zu einer aus dem Signal ermittelten Frequenz, die als die Frequenz des Auftretens eine durch die Drehung des zumindest einen Rads hervorgerufenen Verzerrung eines Erdmagnetfelds angenommen wird, eine oder mehrere Harmonische in dem Signal enthalten sind. Das Auffinden von Harmonischen zu der gesuchten Frequenz lässt sich damit nutzen, um die gesuchte Frequenz mit einer hohen Wahrscheinlichkeit in dem Signal, das eine frequenzabhängige Signalenergie aller Verzerrungen des Erdmagnetfelds umfasst, bestimmen.A further expedient embodiment provides that the step of determining the frequency of occurrence includes a distortion of the earth's magnetic field caused by the rotation of the at least one wheel, determining whether a frequency determined from the signal, which is used as the frequency of occurrence, is a result of the Rotation of the at least one wheel caused distortion of an earth's magnetic field is assumed, one or more harmonics are contained in the signal. The finding of harmonics for the frequency sought can thus be used to determine the frequency sought with a high degree of probability in the signal, which comprises a frequency-dependent signal energy of all distortions of the earth's magnetic field.

Eine weitere zweckmäßige Ausgestaltung sieht vor, dass der Schritt des Bestimmens der Geschwindigkeit eine Verarbeitung der aktuell ermittelten Frequenz des Auftretens der durch die Drehung des zumindest einen Rads hervorgerufenen Verzerrung und eines vorab ermittelten Radius des zumindest einen Rads umfasst. Wie bei einem Odometer kann eine Verrechnung der bestimmten Frequenz und des vorab ermittelten und in der Verarbeitungseinheit hinterlegten Radius des sich drehenden Rads erfolgen.Another useful embodiment provides that the step of determining the speed includes processing the currently determined frequency of the occurrence of the distortion caused by the rotation of the at least one wheel and a previously determined radius of the at least one wheel. As with an odometer, the determined frequency and the previously determined radius of the rotating wheel that is stored in the processing unit can be offset.

Es ist weiterhin zweckmäßig, die Geschwindigkeit an einer Sendeschnittstelle der Verarbeitungseinheit bereitzustellen. Dies ermöglicht es, die Anzeige der Geschwindigkeit in einem Ausgabegerät, wie z.B. dem Display einer Uhr (Smartwatch oder Fitnesstracker), einem Smartphone oder einem Radcomputer, vorzunehmen. Auf diese Weise ist es möglich, dem Nutzer des Fortbewegungsmittels die gerade aktuelle Geschwindigkeit zu signalisieren. Die Geschwindigkeit kann auch an eine solche Einheit übertragen werden, welche diese weiter verarbeitet, um beispielsweise Navigationsberechnungen vorzunehmen oder die Geschwindigkeit im Kontext von intelligenten Verkehrssystemen zu nutzen. Letzteres ermöglicht es, andere Verkehrsteilnehmer über das Vorhandensein des Radfahrers und dessen aktuelle Geschwindigkeit zu warnen. Eine solche Einheit kann beispielsweise ein Smartphone oder ein anderes tragbares Gerät des Nutzers sein oder umfassen.It is also expedient to provide the speed at a transmission interface of the processing unit. This makes it possible to display the speed in an output device, such as the display of a watch (smartwatch or fitness tracker), a smartphone or a bike computer. In this way it is possible to signal the current speed to the user of the means of transport. The speed can also be transmitted to such a unit, which processes it further, for example to carry out navigation calculations or to use the speed in the context of intelligent traffic systems. The latter makes it possible to warn other road users about the presence of the cyclist and their current speed. Such a unit can be or comprise, for example, a smartphone or another portable device of the user.

Gemäß einem zweiten Aspekt wird ein Computerprogramm zum Ausführen des hierin beschriebenen Verfahrens vorgeschlagen, wenn das Programm auf einer Verarbeitungseinheit ausgeführt wird.According to a second aspect, a computer program for executing the method described herein is proposed when the program is executed on a processing unit.

Die Verarbeitungseinheit kann in einer Vorrichtung zum Bestimmen einer Geschwindigkeit angeordnet sein. Die Vorrichtung zum Bestimmen der Geschwindigkeit kann ein eigenständiges tragbares Gerät sein. Die Vorrichtung kann jedoch auch in dem Ausgabegerät oder einem anderen tragbaren Gerät des Nutzers integriert sein. Als Ausgabegerät kann beispielsweise eine Uhr (z.B. Smartwatch oder Fitnesstracker), ein Smartphone, ein Radcomputer und dergleichen genutzt werden. Grundsätzlich lässt sich die Vorrichtung zum Bestimmen der Geschwindigkeit jedoch in jedes nutzerbezogene Gerät integrieren, welches mit den entsprechenden Rechenfähigkeiten ausgestaltet ist.The processing unit can be arranged in a device for determining a speed. The device for determining the speed can be a stand-alone portable device. However, the device can also be integrated in the output device or another portable device of the user. A clock (e.g. smartwatch or fitness tracker), a smartphone, a bike computer and the like can be used as output devices. In principle, however, the device for determining the speed can be integrated into any user-related device that is designed with the appropriate computing capabilities.

Gemäß einem dritten Aspekt wird eine Vorrichtung zum Bestimmen der Geschwindigkeit eines Fortbewegungsmittels mit zumindest einem Rad vorgeschlagen, das sich während einer Fortbewegung des Fortbewegungsmittels dreht und das Metall aufweist oder aus Metall besteht. Wie bereits beschrieben, handelt es sich bei dem Fortbewegungsmittel, dessen Geschwindigkeit bestimmt werden soll, insbesondere um ein zwei- oder dreirädriges, z.B. nicht-motorisiertes, Fortbewegungsmittel, insbesondere ein Fahrrad, einen Roller, einen Rollstuhl und dergleichen.According to a third aspect, a device for determining the speed of a means of locomotion is proposed with at least one wheel which rotates during locomotion of the means of locomotion and which comprises or consists of metal. As already described, the means of locomotion, the speed of which is to be determined, is in particular a two- or three-wheeled, for example non-motorized, means of locomotion, in particular a bicycle, a scooter, a wheelchair and the like.

Die Vorrichtung umfasst eine Schnittstelle zum Empfangen eines Signals, das eine frequenzabhängige Signalenergie einer durch die Fortbewegung des Fortbewegungsmittels hervorgerufenen Verzerrung eines Erdmagnetfelds umfasst. Die Vorrichtung umfasst ferner eine Verarbeitungseinheit zum Ermitteln der Frequenz des Auftretens einer durch die Drehung des zumindest einen Rads hervorgerufenen Verzerrung des Erdmagnetfelds aus dem Signal sowie zum Bestimmen der Geschwindigkeit aus der ermittelten Frequenz der Verzerrung durch die Verarbeitungseinheit. Die Verarbeitungseinheit ist dazu ausgebildet, aus dem erfassten Signal anhand logischer Kriterien diejenige Frequenz ausfindig zu machen, welche sich eindeutig dem Auftreten der durch die Drehung eines Rads hervorgerufenen Verzerrung zuordnen lässt, indem ein Frequenzverlauf des Auftretens der durch die Drehung des zumindest einen Rads hervorgerufenen Verzerrung ermittelt wird.The device comprises an interface for receiving a signal which comprises a frequency-dependent signal energy of a distortion of an earth's magnetic field caused by the movement of the means of locomotion. The device further comprises a processing unit for determining the frequency of the occurrence of a distortion of the earth's magnetic field caused by the rotation of the at least one wheel from the signal and for determining the speed from the determined frequency of the distortion by the processing unit. The processing unit is designed to use logical criteria to identify the frequency from the detected signal which can be clearly assigned to the occurrence of the distortion caused by the rotation of a wheel, in that a frequency profile of the occurrence of the distortion caused by the rotation of the at least one wheel is determined.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung weist die gleichen Vorteile auf, wie diese vorstehend in Verbindung mit dem erfindungsgemäßen Verfahren beschrieben wurden.The device according to the invention has the same advantages as those described above in connection with the method according to the invention.

Das Signal, das an der Schnittstelle der Vorrichtung empfangen wird, ist insbesondere ein Signal, das im Betrieb der Vorrichtung von einer Sensoreinheit empfangen wird. Mit anderen Worten bedeutet dies, die Sensoreinheit ist Sender des von der Vorrichtung an der Schnittstelle empfangenen Signals. Die Sensoreinheit kann dabei eine Sensoreinheit der Vorrichtung sein. Mit anderen Worten bedeutet dies, dass die Sensoreinheit integraler Bestandteil der Vorrichtung ist. In dieser Ausgestaltung kann die Vorrichtung beispielsweise ein Wearable oder ein persönlicher Nutzungsgegenstand des Nutzers sein, insbesondere ein mobiles Endgerät oder ein Taschencomputer. Alternativ kann die Vorrichtung in ein Wearable oder den persönlichen Nutzungsgegenstand integriert sein. Unter einem Wearable wird ein tragbares Computersystem verstanden, das während der Anwendung am Körper des Benutzers befestigt ist. Zu bekannten Wearables zählen beispielsweise Smartwatches, Activity Tracker, Brillen oder auch Kleidungsstücke.The signal that is received at the interface of the device is in particular a signal that is received by a sensor unit when the device is in operation. In other words, this means that the sensor unit is the transmitter of the signal received by the device at the interface. The sensor unit can be a sensor unit of the device. In other words, this means that the sensor unit is an integral part of the device. In this embodiment, the device can be, for example, a wearable or a personal object of use for the user, in particular a mobile terminal device or a pocket computer. Alternatively, the device can be integrated into a wearable or the personal object of use. A wearable is understood to mean a portable computer system that is attached to the body of the user during use. Well-known wearables include, for example, smartwatches, activity trackers, glasses or even items of clothing.

Alternativ kann die Sensoreinheit eine externe Sensoreinheit der Vorrichtung sein und mit dieser zum Datenaustausch kommunikativ verbunden sein. Mit anderen Worten kann die Sensoreinheit als von der Vorrichtung getrenntes Bauteil realisiert sein. Bei dieser Ausgestaltung kann die externe Sensoreinheit ein Wearable sein, während die Vorrichtung z.B. in einen persönlichen Nutzungsgegenstand des Nutzers, insbesondere ein mobiles Endgerät oder ein Taschencomputer, integriert sein kann.Alternatively, the sensor unit can be an external sensor unit of the device and can be communicatively connected to it for data exchange. In other words, the sensor unit can be implemented as a component that is separate from the device. In this embodiment, the external sensor unit can be a wearable, while the device can be integrated, for example, into a personal object of use of the user, in particular a mobile terminal device or a pocket computer.

Zur Erfassung einer Verzerrung des Erdmagnetfelds ist vorgesehen, dass die Sensoreinheit zumindest ein Magnetometer umfasst. In einer dem Fachmann bekannten Weise ist ein Magnetometer eine sensorische Einrichtung zur Messung magnetischer Flussdichten. Als Magnetometer kann beispielsweise ein Hall-Sensor verwendet werden. Grundsätzlich können alle bekannten Typen von Magnetometern verwendet werden, sofern sie geeignet sind, von einer Person am Körper getragen zu werden.To detect a distortion of the earth's magnetic field, it is provided that the sensor unit comprises at least one magnetometer. In a manner known to the person skilled in the art, a magnetometer is a sensory device for measuring magnetic flux densities. A Hall sensor, for example, can be used as the magnetometer. In principle, all known types of magnetometers can be used, provided that they are suitable for being worn on the body by a person.

Zusätzlich kann die Sensoreinheit zumindest einen Inertialsensor umfassen. Mit Hilfe des Inertialsensors ist es beispielsweise möglich, zusätzlich eine Bewegung der Sensoreinheit, welche durch den Nutzer hervorgerufen ist, zu erfassen. Die daraus ermittelbare Information kann vorteilhaft zur Bestimmung der Frequenz des Auftretens einer durch die Drehung eines Rads hervorgerufenen Verzerrung des Erdmagnetfelds genutzt werden. Insbesondere kann die von einem Inertialsensor bereitgestellte Information dazu genutzt werden, festzustellen, ob der Nutzer eines Fahrrads pedaliert oder nicht.In addition, the sensor unit can comprise at least one inertial sensor. With the help of the inertial sensor it is possible, for example, to additionally detect a movement of the sensor unit that is caused by the user. The information that can be determined therefrom can advantageously be used to determine the frequency of the occurrence of a distortion of the earth's magnetic field caused by the rotation of a wheel. In particular, the information provided by an inertial sensor can be used to determine whether the user is pedaling a bicycle or not.

Gemäß einer zweckmäßigen Ausgestaltung ist die Sensoreinheit dazu ausgebildet, an einem Bein oder einem Schuh des Nutzers des Fortbewegungsmittels befestigt zu werden. Die Sensoreinheit kann hierzu ein geeignet ausgebildetes Befestigungsmittel, z.B. eine Befestigungsschlaufe, einen Befestigungsclip und dergleichen umfassen. Ist die Sensoreinheit integraler Bestandteil der Vorrichtung, so ist die Vorrichtung dazu ausgebildet an einem Bein oder einem Schuh des Nutzers des Fortbewegungsmittels befestigt zu werden. Das Befestigungsmittel ist insbesondere derart ausgestaltet, dass eine Befestigung, möglichst im unteren Beinbereich des Nutzers, ermöglicht wird. Beispielsweise kann eine Befestigung am Knöchel vorgesehen sein. Das erfindungsgemäße Verfahren lässt sich jedoch auch dann durchführen, wenn die Sensoreinheit oder die die Sensoreinheit umfassende Vorrichtung in einer Hosentasche des Nutzers des Fortbewegungsmittels getragen wird. Auch die Befestigung an einem Handgelenk ist denkbar, sofern während des Betriebs des Fortbewegungsmittels ein ausreichend naher Abstand zu dem sich drehenden Rad gegeben ist.According to an expedient embodiment, the sensor unit is designed to be attached to a leg or a shoe of the user of the means of locomotion. For this purpose, the sensor unit can comprise a suitably designed fastening means, for example a fastening loop, a fastening clip and the like. If the sensor unit is an integral part of the device, the device is designed to be attached to a leg or a shoe of the user of the means of locomotion. The fastening means is designed in particular in such a way that fastening is made possible, if possible in the lower leg area of the user. For example, attachment to the ankle can be provided. The method according to the invention can, however, also be carried out when the sensor unit or the device comprising the sensor unit is carried in a trouser pocket of the user of the means of locomotion. Attachment to a wrist is also conceivable, provided that there is a sufficiently close distance to the rotating wheel during operation of the means of locomotion.

Ist die Sensoreinheit bzw. die die Sensoreinheit umfassende Vorrichtung dazu ausgebildet, an oder in einem Schuh des Nutzers befestigt zu werden, so kann diese eine Befestigungsschlaufe aufweisen. Gegebenenfalls kann auch eine in dem Schuh dafür vorgesehene Kavität, wie diese bei Sportschuhen teilweise existiert, genutzt werden.If the sensor unit or the device comprising the sensor unit is designed to be fastened on or in a shoe of the user, it can have a fastening loop. If necessary, a cavity provided for this purpose in the shoe, as in some cases exists in sports shoes, can also be used.

Die Erfindung wird nachfolgend näher anhand eines Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf die Figuren näher erläutert. Es zeigen:

1 ein erstes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zum Bestimmen der Geschwindigkeit eines Fortbewegungsmittels;
2 ein zweites Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zum Bestimmen der Geschwindigkeit eines Fortbewegungsmittels;
3 ein Frequenz-Zeit-Diagramm, welches eine von einer Sensoreinheit beispielhaft erfasste frequenzabhängige Signalenergie bei der Fortbewegung mit einem Fahrrad zeigt;
4 einen vergrößerten Ausschnitt aus dem Frequenz-Zeit-Diagramm aus 3, wobei Zeitabschnitte mit Pedalieren und Zeitabschnitte ohne Pedalieren dargestellt sind; und
5 eine schematische Darstellung eines Flussdiagramms des erfindungsgemäßen Verfahrens zum Bestimmen der Geschwindigkeit eines Fortbewegungsmittels.

The invention is explained in more detail below using an exemplary embodiment with reference to the figures. Show it:

1 a first embodiment of a device according to the invention for determining the speed of a means of locomotion;
2 a second embodiment of a device according to the invention for determining the speed of a means of locomotion;
3 a frequency-time diagram showing an example of a frequency-dependent signal energy detected by a sensor unit when moving a bicycle;
4th an enlarged section from the frequency-time diagram 3 , wherein periods of time with pedaling and periods of time without pedaling are shown; and
5 a schematic representation of a flow chart of the method according to the invention for determining the speed of a means of locomotion.

1 zeigt ein erfindungsgemäßes Ausführungsbeispiel einer Vorrichtung 10 zum Bestimmen der Geschwindigkeit eines in den Figuren nicht dargestellten Fortbewegungsmittels. Das Fortbewegungsmittel weist zumindest ein Rad auf, das sich während einer Fortbewegung des Fortbewegungsmittels dreht. 1 shows an embodiment of a device according to the invention 10 for determining the speed of a means of locomotion, not shown in the figures. The means of locomotion has at least one wheel that rotates during locomotion of the means of locomotion.

Bei dem Fortbewegungsmittel handelt es sich z.B. um ein zweirädriges Fortbewegungsmittel, wie z.B. ein Fahrrad, einen Tretroller, einen Rollstuhl und dergleichen. Der Vortrieb des Fahrrads kann ausschließlich durch die Kraft eines Nutzers, aber auch unterstützt durch einen Elektromotor erfolgen. Das zweirädrige Fortbewegungsmittel kann somit in Gestalt eines herkömmlichen Fahrrads, eines E-Bikes oder eines Pedelecs vorliegen. Ein Scooter kann ein rein durch einen Nutzer angetriebener Scooter oder ein E-Scooter sein. Ebenso kann der Rollstuhl durch die Kraft seines Nutzers ausschließlich fortbewegt werden oder der Rollstuhl verfügt über einen Antrieb zur Unterstützung der Fortbewegung.The means of locomotion is, for example, a two-wheeled vehicle, such as a bicycle, a scooter, a wheelchair and the like. The propulsion of the bicycle can only take place through the force of a user, but can also be assisted by an electric motor. The two-wheeled means of transport can thus be in the form of a conventional bicycle, an e-bike or a pedelec. A scooter can be a scooter driven purely by a user or an e-scooter. Likewise, the wheelchair can only be moved by the strength of its user or the wheelchair has a drive to assist the movement.

Das Fortbewegungsmittel kann auch drei Räder umfassen, wie dies z.B. bei Lastenrädern der Fall ist. Eine zwei Räder aufweisende Achse kann dabei im vorderen oder im hinteren Teil des Fortbewegungsmittels angeordnet sein. Ein Beispiel für ein dreirädriges Fortbewegungsmittel, bei dem die zwei Räder aufweisende Achse hinten montiert ist, ist beispielsweise eine Fahrrad-Rikscha. Lastenfahrräder zum Transportieren von Personen oder Lasten können demgegenüber eine zwei Räder aufweisenden Achse im vorderen Teil umfassen.The means of transport can also comprise three wheels, as is the case, for example, with cargo bikes. An axle having two wheels can be arranged in the front or in the rear part of the means of locomotion. An example of a three-wheeled vehicle in which the two-wheeled axle is mounted at the rear is, for example, a bicycle rickshaw. Cargo bicycles for transporting people or loads can, on the other hand, comprise an axle having two wheels in the front part.

Unter einem Fortbewegungsmittel sind auch solche Fortbewegungsmittel zu verstehen, die vier oder mehr Räder aufweisen. Bei einem vierrädrigen Fortbewegungsmittel handelt es sich beispielsweise um einen Personenkraftwagen oder einen Lastkraftwagen. Letztere können beispielsweise entsprechend der Anzahl ihrer Achsen auch mehr als vier Räder umfassen.A means of locomotion is also to be understood as meaning such a means of locomotion which has four or more wheels. A four-wheeled vehicle is, for example, a passenger car or a truck. The latter can, for example, also include more than four wheels, depending on the number of their axles.

Die nachfolgend beschriebenen Ausführungsbeispiele werden unter Bezugnahme eines zwei- oder dreirädrigen Fortbewegungsmittels in Gestalt eines Fahrrads beschrieben, ohne dass dies als einschränkend zu erachten ist.The exemplary embodiments described below are described with reference to a two- or three-wheeled means of locomotion in the form of a bicycle, without this being viewed as restrictive.

In dem in 1 gezeigten ersten Ausführungsbeispiel der Vorrichtung 10 zum Bestimmten einer Geschwindigkeit sind in einem gemeinsamen Gehäuse eine Schnittstelle 11 zum Empfangen eines Signals, eine Verarbeitungseinheit 12 zum Verarbeiten der in dem Signal empfangenen Informationen, eine optionale Sendeschnittstelle 13 zur Ausgabe eines Geschwindigkeitssignals sowie eine Sensoreinheit 20 angeordnet. Die Sensoreinheit 20 umfasst zumindest ein Magnetometer 22 sowie einen oder mehrere, jeweils optionale Inertialsensoren 21.In the in 1 shown first embodiment of the device 10 for determining a speed are an interface in a common housing 11th for receiving a signal, a processing unit 12th for processing the information received in the signal, an optional transmit interface 13th for outputting a speed signal and a sensor unit 20th arranged. The sensor unit 20th includes at least one magnetometer 22nd as well as one or more, each optional inertial sensors 21 .

Die Vorrichtung 10 stellt z.B. ein sog. Wearable dar, also ein tragbares Computersystem, das während der Anwendung am Körper des Benutzers befestigt ist, wie dies beispielsweise von Smartwatches, Activity Trackern, smarten Brillen oder Kleidungsstücken bekannt ist. Die Vorrichtung 10 kann auch ein persönlicher Nutzungsgegenstand sein oder in diesem integriert sein. Bei dem Nutzungsgegenstand handelt es sich beispielsweise um ein mobiles Endgerät oder einen Taschencomputer.The device 10 represents, for example, what is known as a wearable, that is to say a portable computer system that is attached to the user's body during use, as is known, for example, from smartwatches, activity trackers, smart glasses or items of clothing. The device 10 can also be a personal object of use or be integrated into it. The object of use is, for example, a mobile terminal device or a pocket computer.

Die in 1 gezeigte Vorrichtung 10 zum Bestimmten einer Geschwindigkeit ist dazu ausgebildet, vorzugsweise an einem Bein oder einem Schuh des Nutzers des Fahrrads befestigt zu werden. Hierzu umfasst die Vorrichtung entsprechende Befestigungsmittel, z.B. in Form einer oder mehrerer Schlaufen, Klammern, Klettverschlüsse und dergleichen. Soll die Vorrichtung 10 an dem Schuh des Nutzers befestigt werden, so kann beispielsweise eine Befestigung an einem Schnürsenkel oder einer speziellen, an oder in dem Schuh vorgesehenen Kavität erfolgen. Solche Kavitäten sind beispielsweise von Sportschuhen zur Aufnahme von Schrittsensoren bekannt.In the 1 shown device 10 for determining a speed is designed to be preferably attached to a leg or a shoe of the user of the bicycle. For this purpose, the device comprises appropriate fastening means, for example in the form of one or more loops, clips, Velcro fasteners and the like. Should the device 10 can be attached to the user's shoe, for example attachment to a shoelace or a special cavity provided on or in the shoe. Such cavities are known, for example, from sports shoes for receiving step sensors.

Die Befestigung der Vorrichtung 10 an einem Bein oder einem Schuh des Nutzers ermöglicht eine vereinfachte Auswertung des von der Schnittstelle 11 empfangenen Signals, da die in dem Signal enthaltenen Informationen, aus denen die Geschwindigkeit ermittelt wird, umso stärker enthalten sind, je näher die Sensoreinheit 20 der Vorrichtung 10 im Bereich eines sich drehenden Rads des Fortbewegungsmittels angeordnet ist.The attachment of the device 10 on a leg or a shoe of the user allows a simplified evaluation of the interface 11th received signal, since the information contained in the signal, from which the speed is determined, is contained all the more, the closer the sensor unit 20th the device 10 is arranged in the region of a rotating wheel of the means of locomotion.

Die in 2 gezeigte Variante unterscheidet sich von der in 1 dargestellten Variante dadurch, dass die Sensoreinheit 20, die das zumindest eine Magnetometer 22 und den oder die, jeweils optionalen, Inertialsensoren 21 umfasst, als getrennte Einheit von der Vorrichtung 10 zum Bestimmen der Geschwindigkeit ausgebildet ist. Bei der in 2 gezeigten Variante ist es daher ausreichend, wenn lediglich die Sensoreinheit 20 an einem Bein oder Schuh des Nutzers befestigt ist. Zu diesem Zweck weist lediglich die Sensoreinheit 20 die dazu erforderlichen Befestigungsmittel auf. Die von der Sensoreinheit 20 getrennte Vorrichtung 10 kann demgegenüber als separate Komponente vorliegen oder in ein Wearable oder einen persönlichen Nutzungsgegenstand, wie z.B. ein mobiles Endgerät oder einen Taschencomputer, des Nutzers integriert sein. Die Vorrichtung 10 und die Sensoreinheit 20 sind derart ausgestaltet, dass das von der Sensoreinheit 20 ausgegebene Signal an der Schnittstelle 11 der Vorrichtung 10 empfangen werden kann. Eine Übertragung des Signals kann über einen drahtlosen Kommunikationskanal mit kurzer Reichweite, z.B. Bluetooth, Zigbee und so weiter erfolgen. Dazu erforderliche Schnittstellen der Vorrichtung 10 und der Sensoreinheit 20 sind in 2 nicht explizit dargestellt.In the 2 The variant shown differs from the one in 1 variant shown in that the sensor unit 20th who have at least one magnetometer 22nd and the inertial sensor or sensors, each optional 21 comprises, as a separate unit from the device 10 is designed to determine the speed. At the in 2 It is therefore sufficient if only the sensor unit is shown 20th is attached to a leg or shoe of the user. For this purpose only the sensor unit 20th the necessary fasteners. The one from the sensor unit 20th separate device 10 can, on the other hand, be present as a separate component or be integrated into a wearable or a personal object of use, such as a mobile device or a pocket computer, of the user. The device 10 and the sensor unit 20th are designed in such a way that the sensor unit 20th output signal at the interface 11th the device 10 can be received. The signal can be transmitted via a wireless communication channel with a short range, e.g. Bluetooth, Zigbee and so on. Interfaces of the device required for this 10 and the sensor unit 20th are in 2 not explicitly shown.

Die optionale Sendeschnittstelle 13 dient zur Ausgabe eines Geschwindigkeitssignals. Das Geschwindigkeitssignal kann beispielsweise an ein Wearable oder einen persönlichen Nutzungsgegenstand, wie z.B. das bereits erwähnte mobile Endgeräte oder der Taschencomputer des Nutzers, übertragen werden. Dadurch ist es entbehrlich, dass die Vorrichtung 10 selbst über eine Anzeigevorrichtung (Display) zur Darstellung der aktuell ermittelten Geschwindigkeit verfügt. Das Geschwindigkeitssignal kann durch den persönlichen Nutzungsgegenstand auch weiter verarbeitet werden. Beispielsweise kann dieses zur Durchführung einer Navigationsberechnung verarbeitet werden. Der Taschencomputer kann dazu beispielsweise ein portables Navigationssystem sein.The optional transmission interface 13th serves to output a speed signal. The speed signal can, for example, be transmitted to a wearable or a personal object of use, such as the aforementioned mobile terminal or the user's pocket computer. This makes it unnecessary that the device 10 itself has a display device for displaying the currently determined speed. The speed signal can also be processed further by the personal object of use. For example, this can be processed to carry out a navigation calculation. For this purpose, the pocket computer can be, for example, a portable navigation system.

Die nachfolgenden Ausführungen, die das Verfahren zur Bestimmung der Geschwindigkeit des Fortbewegungsmittels erläutern, gelten für beide, in den 1 und 2 gezeigte, Ausgestaltungsvarianten der erfindungsgemäßen Vorrichtung 10.The following explanations, which explain the method for determining the speed of the means of locomotion, apply to both in the 1 and 2 shown, design variants of the device according to the invention 10 .

Das an der Schnittstelle 11 empfangene Signal, das von der Sensoreinheit 20 bereitgestellt wird, umfasst eine frequenzabhängige Signalenergie einer durch die Fortbewegung des Fortbewegungsmittels hervorgerufenen Verzerrung des Erdmagnetfelds. Das von dem zumindest einen Magnetometer 22 ausgegebene Signal umfasst damit die von dem zumindest einen Magnetometer 22 erfasste magnetische Flussdichte, welche durch die Fortbewegung des Fortbewegungsmittels verzerrt ist. Um eine Verzerrung des Erdmagnetfelds mit Hilfe der Sensoreinheit 20 ermitteln zu können, ist es erforderlich, dass das zumindest eine Rad des Fortbewegungsmittels ein Metall aufweist oder aus diesem besteht. Im Falle des Fahrrads bestehen die Felge, die Speichen, die Nabe und das Luftventil aus einem Metall. Fahrräder, bei denen das zumindest eine Rad aus Fiberkarbon besteht, profitieren nicht von dem vorgeschlagenen erfindungsgemäßen Verfahren.That at the interface 11th received signal received from the sensor unit 20th is provided, comprises a frequency-dependent signal energy of a distortion of the earth's magnetic field caused by the movement of the means of locomotion. That from at least one magnetometer 22nd The output signal thus includes that of the at least one magnetometer 22nd detected magnetic flux density, which is distorted by the movement of the means of locomotion. To avoid distortion of the earth's magnetic field with the help of the sensor unit 20th To be able to determine, it is necessary that the at least one wheel of the means of locomotion has or consists of a metal. In the case of the bicycle, the rim, the spokes, the hub and the air valve are made of a metal. Bicycles in which the at least one wheel consists of fiber carbon do not benefit from the proposed method according to the invention.

Da nicht nur das sich drehende Rad des Fahrrads Metall aufweist oder aus Metall besteht, sondern zumeist auch der Rahmen und die Tretkurbel (nachfolgend vereinfacht als Pedal bezeichnet), sind in dem Signal nicht nur durch die Drehung des zumindest einen Rads enthaltene Verzerrungen des Erdmagnetfelds, sondern auch Verzerrungen der anderen metallischen Komponenten des Fahrrads enthalten. Mit Hilfe der Verarbeitungseinheit 12 erfolgt eine Analyse des an der Schnittstelle 11 empfangenen Signals und eine Ermittlung der die Geschwindigkeitsbestimmung gesuchten Frequenz f_ω des Auftretens einer durch die Drehung des zumindest einen Rads des Fahrrads hervorgerufenen Verzerrung des Erdmagnetfelds. Aus dieser Frequenz f_ω kann dann unmittelbar die Geschwindigkeit, mit dem sich das Fahrrad bewegt, ermittelt werden. Hierzu erfolgt eine Verarbeitung mit einer, vorab in der Verarbeitungseinheit 12 hinterlegten, Größe über den Radius des Rads. Der Einfachheit halber wird bei dieser Beschreibung davon ausgegangen, dass sich der Radius des vorderen und des hinteren Rads des Fahrrads nicht unterscheiden. Bei unterschiedlichen Radien von Vorder- und Hinterrad wird durch die Verarbeitungseinheit die zum jeweiligen Rad gehörige Frequenz ermittelt.Since not only the rotating wheel of the bicycle is made of metal, but also mostly the frame and the crank (hereinafter referred to simply as the pedal), the signal contains distortions of the earth's magnetic field not only due to the rotation of the at least one wheel, but also contain distortions in the other metallic components of the bicycle. With the help of the processing unit 12th an analysis is carried out at the interface 11th received signal and a determination of the speed determination sought frequency f _ω the occurrence of a distortion of the earth's magnetic field caused by the rotation of the at least one wheel of the bicycle. From this frequency f _ω the speed at which the bicycle is moving can then be determined immediately. For this purpose, processing takes place with a, in advance in the processing unit 12th deposited, size over the radius of the wheel. For the sake of simplicity, this description assumes that the radius of the front and rear wheels of the bicycle do not differ. If the front and rear wheel have different radii, the processing unit determines the frequency associated with the respective wheel.

Die 3 und 4 zeigen jeweils einen Frequenz-Zeit-Verlauf (f-t-Verlauf) der zu jedem Zeitpunkt vorliegenden, frequenzabhängigen Signalenergie. Dabei zeigt 4 einen vergrößerten Zeitausschnitt der in 3 gezeigten Frequenzverläufe. Das Verfahren beruht darauf, die Frequenz f_ω des Auftretens der durch die Drehung eines Rads hervorgerufenen Verzerrung des Erdmagnetfelds aus dem von dem Magnetometer 22 erfassten (Gesamt-)Signal zu detektieren. Diese Verzerrungen können unabhängig davon in dem Signal ermittelt werden, ob der Zweiradfahrer pedaliert oder nicht. Das Gesamtsignal ist für jeden Zeitpunkt t durch eine bestimmte frequenzabhängige Signalenergie SE gegeben. Die frequenzabhängige Signalenergie SE kann z.B. durch Farben visualisiert sein, wie dies durch den seitlich des Diagramms dargestellten und mit einem Farbverlauf hinterlegten Orientierungsbalken gezeigt ist. Der Einfachheit halber sind in den Diagrammen der 3 und 4 nur die Verläufe der für die vorliegende Erfindung interessierenden Frequenzen illustriert, während die Farbinformation des Gesamtsignals aus der übrigen Fläche entfernt ist.the 3 and 4th each show a frequency-time curve (ft curve) of the frequency-dependent signal energy present at any point in time. It shows 4th an enlarged time segment of the in 3 frequency curves shown. The procedure relies on the frequency f _ω the appearance of the distortion of the earth's magnetic field caused by the rotation of a wheel from that of the magnetometer 22nd detected (overall) signal. These distortions can be determined in the signal regardless of whether the two-wheeler is pedaling or not. The total signal is for each point in time t by a certain frequency-dependent signal energy SE given. The frequency-dependent signal energy SE can, for example, be visualized by colors, as shown by the orientation bar on the side of the diagram and highlighted with a color gradient. For the sake of simplicity, the 3 and 4th only illustrates the curves of the frequencies of interest for the present invention, while the color information of the overall signal is removed from the remaining area.

Die stärkste Verzerrung des durch die Sensoreinheit 20 gemessenen Erdmagnetfelds ist mit f_R gekennzeichnet und stellt eine gleichförmige Signalkomponente dar. Diese ist durch das Magnetfeld der Erde hervorgerufen. Die mit f_p gekennzeichnete veränderliche Signalkomponente ist durch das Pedalieren und den sich verändernden Abstand der Sensoreinheit 20 zu ferromagnetischen Teilen des Fahrrads hervorgerufen. Diese veränderliche Signalkomponente kann beispielsweise dadurch erkannt werden, dass diese lediglich während Zeitabschnitten des Pedalierens auftritt, während in anderen Zeitabschnitten, in denen der Benutzer des Fahrrads nicht pedaliert, die Signalkomponente zu Null wird. Dies kann beispielsweise aus der vergrößerten Darstellung der 4 erkannt werden, wobei die mit T1, T3 und T5 gekennzeichneten Zeitabschnitte Zeitabschnitte des Pedalierens und die mit T2 und T4 gekennzeichneten Zeitabschnitte Zeitabschnitte ohne Pedalieren sind. Die mit T2 und T4 gekennzeichneten Abschnitte werden auch als „Coasting“ bezeichnet.The strongest distortion of the caused by the sensor unit 20th measured earth's magnetic field is with f _R and represents a uniform signal component. This is caused by the earth's magnetic field. With f _p The variable signal component is characterized by pedaling and the changing distance of the sensor unit 20th caused to ferromagnetic parts of the bicycle. This variable signal component can be recognized, for example, in that it only occurs during periods of pedaling, while the signal component becomes zero in other periods of time in which the user of the bicycle is not pedaling. This can be seen, for example, from the enlarged illustration of the 4th are recognized, the time segments identified by T1, T3 and T5 being time segments of pedaling and the time segments identified by T2 and T4 being time segments without pedaling. The sections marked with T2 and T4 are also referred to as "coasting".

Die durch die Drehung der Räder des Fahrrads hervorgerufenen Verzerrungen weisen eine geringere Signalamplitude auf und sind daher in dem zeitabhängigen Signal schwächer ausgeprägt. Der mit f_ω , gekennzeichnete Verlauf der Frequenz stellt die gesuchte zeitabhängige Frequenz des Auftretens der durch die Drehung von ferromagnetischen Teilen des Rads hervorgerufenen Verzerrung des Erdmagnetfelds dar. Dabei kann ein bestimmtes, sich wiederholendes Muster festgestellt werden. Die mit f_ω1 und f_ω2 gekennzeichneten Frequenzverläufe stellen die erste und die zweite Harmonische des Frequenzverlaufs f_ω1 dar. Diese sind, obwohl schwächer in dem Signal enthalten als f_ω , ebenfalls durch die Sensoreinheit 20 erfassbar.The distortions caused by the rotation of the wheels of the bicycle have a lower signal amplitude and are therefore less pronounced in the time-dependent signal. The one with f _ω The characteristic curve of the frequency represents the time-dependent frequency of the occurrence of the distortion of the earth's magnetic field caused by the rotation of ferromagnetic parts of the wheel. A specific, repeating pattern can be determined. _{The frequency curves} marked with f _ω1 and f ω2 represent the first and the second harmonics of the frequency _curve f ω1. These are contained in the signal, although weaker than f _ω , also through the sensor unit 20th detectable.

Die Ermittlung des gesuchten Frequenzverlaufs aus dem an der Schnittstelle 11 bereitgestellten Signal kann z.B. mit Hilfe eines Kalman-Filters erfolgen. Das Kalman-Filter weist folgende Zustände auf: f_ω , ƒ̇_ω, ḟ_p, ƒ̇_p, wobei f_ω die Frequenz des Rads des Fahrrads und f_p die Frequenz ist, die entsteht, wenn sich der Sensor durch das Bewegen der Tretkurbel in Richtung von metallischen Teilen des Fahrrads und wieder von diesen weg bewegt. Die mit „ ̇‟ gekennzeichneten Größen stellen die zeitliche Ableitung dar. Eine Vorhersage des Frequenzverlaufs der oben genannten Zustände des Kalman-Filters kann gemäß den folgenden Formeln erfolgen: $ƒ_{ω}^{k} = ƒ_{ω}^{k - 1} + Δ t \cdot {\dot{ƒ}}_{ω}^{k - 1}$

{\dot{ƒ}}_{ω}^{k} = {\dot{ƒ}}_{ω}^{k - 1} + n (O, σ_{ƒ})

ƒ_{p}^{k} = ƒ_{p}^{k - 1} + Δ t \cdot {\dot{ƒ}}_{p}^{k - 1}

{\dot{ƒ}}_{p}^{k} = {\dot{ƒ}}_{p}^{k - 1} + n (O, σ_{p})

wobei n ein Gauss' sches Rauschen mit dem Mittelwert 0 (Null), k einen Zeitschritt und σ_f, σ_p eine Varianz darstellen. Anschließend erfolgt eine Aktualisierung der in dem Signal erhaltenen Messungen zum nächsten Zeitschritt. Mit Hilfe einer FourierTransformation kann die Signalamplitude für die Frequenzen f_R der gleichförmigen Signalkomponente (aufgrund des Magnetfelds der Erde), der Frequenz f_p , der Frequenz des sich drehenden Rads f_ω , der Frequenz der Harmonischen bestimmt werden. Die jeweilige Amplitudenhöhe ergibt sich aufgrund der ferromagnetischen Eigenschaften des Zweirads immer in folgender Reihenfolge: die gleichförmige Signalkomponente der Frequenz f_R aufgrund des Magnetfelds der Erde ist am größten, gefolgt von der Amplitude der Frequenz f_p , gefolgt von der Amplitude der Frequenz f_ω des sich drehenden Rads, gefolgt von den Frequenzen f_ω1, f_ω2 der Harmonischen. Dabei brauchen lediglich Peaks detektiert werden, die über einer vorgegebenen Schwelle liegen. Diese Peaks können mit den Frequenzen für das sich drehende Rad (die interessierende Frequenz) und der Frequenz der Tretkurbel assoziiert werden. Dabei erfolgt eine Auswertung, welche basierend auf der Energie der jeweiligen Frequenzen ist.The determination of the frequency profile you are looking for from the one at the interface 11th provided signal can take place, for example, with the aid of a Kalman filter. The Kalman filter has the following states: f _ω , ƒ̇ _ω , ḟ _p , ƒ̇ _p , where f _ω the frequency of the wheel of the bicycle and f _p is the frequency that arises when the sensor moves towards and away from metallic parts of the bicycle by moving the crank. The variables marked with “̇” represent the time derivative. A prediction of the frequency profile of the above-mentioned states of the Kalman filter can be made according to the following formulas:

ƒ_{ω}^{k} = ƒ_{ω}^{k - 1} + Δ t \cdot {\dot{ƒ}}_{ω}^{k - 1}

{\dot{ƒ}}_{ω}^{k} = {\dot{ƒ}}_{ω}^{k - 1} + n (O, σ_{ƒ})

ƒ_{p}^{k} = ƒ_{p}^{k - 1} + Δ t \cdot {\dot{ƒ}}_{p}^{k - 1}

{\dot{ƒ}}_{p}^{k} = {\dot{ƒ}}_{p}^{k - 1} + n (O, σ_{p})

where n is a Gaussian noise with the mean value 0 (zero), k is a time step and σ _f , σ _{p is} a variance. The measurements obtained in the signal are then updated for the next time step. With the help of a Fourier transformation, the signal amplitude for the frequencies f _R the uniform signal component (due to the earth's magnetic field), the frequency f _p , the frequency of the spinning wheel f _ω , the frequency of the harmonics can be determined. Due to the ferromagnetic properties of the two-wheeler, the respective amplitude level always results in the following order: the uniform signal component of the frequency f _R due to the earth's magnetic field is greatest, followed by the amplitude of the frequency f _p , followed by the amplitude of the frequency f _ω of the spinning wheel, followed by the frequencies f _ω1 , f _{ω2 of} the harmonics. Only peaks need to be detected that are above a predetermined threshold. These peaks can be associated with the frequencies for the spinning wheel (the frequency of interest) and the frequency of the crank. An evaluation is carried out, which is based on the energy of the respective frequencies.

Eine alternative Auswertung könnte mit Hilfe der von dem zumindest einen Inertialsensor 21 der Sensoreinheit 20 gelieferten Signale erfolgen, da durch eine Korrelation der durch den Inertialsensor signalisierten Bewegung der Tretkurbel und dem schlagartigen Abfallen der Frequenz für die Tretkurbel bzw. dem Ansteigen der Frequenz der Tretkurbel beim Übergang von Coasting in den pedalierenden Betrieb, und umgekehrt, der Verlauf der interessierenden Frequenz f_ω auf einfache Weise aufgefunden werden kann. Mit Hilfe des Inertialsensors kann darüber hinaus die Frequenz des Tretens der Tretkurbel festgestellt werden, welche mit der Frequenz f_p des Pedals übereinstimmt. Auch dies kann für die Bestimmung der interessierenden Frequenz f_ω genutzt werden.An alternative evaluation could be made with the aid of the at least one inertial sensor 21 the sensor unit 20th The signals supplied are made because, through a correlation between the movement of the pedal crank signaled by the inertial sensor and the sudden drop in the frequency for the pedal crank or the increase in the frequency of the pedal crank during the transition from coasting to pedaling mode, and vice versa, the course of the frequency of interest f _ω can be easily found. With the help of the inertial sensor, the frequency of pedaling the crank can be determined, which with the frequency f _p of the pedal matches. This can also be used to determine the frequency of interest f _ω be used.

Eine Verrechnung der Frequenz f_ω mit dem Radius des sich drehenden Rads (der sich drehenden Räder) durch die Verarbeitungseinheit 12 führt dann zu der gesuchten Geschwindigkeit.A calculation of the frequency f _ω with the radius of the rotating wheel (s) through the processing unit 12th then leads to the desired speed.

Die von der Verarbeitungseinheit 12 ermittelte Geschwindigkeit aus der wie oben beschriebenen ermittelten Frequenz f_ω der für das sich drehenden Rads aufgefundenen Verzerrungen des Erdmagnetfelds kann nicht nur zur Signalisierung für den Nutzer des Zweirads, sondern auch im Kontext von intelligenten Verkehrssystemen genutzt werden, um beispielsweise andere Verkehrsteilnehmer über das Vorhandensein des Radfahrers und dessen aktuelle Geschwindigkeit zu warnen.The one from the processing unit 12th determined speed from the determined frequency as described above f _ω The distortions of the earth's magnetic field found for the rotating wheel can not only be used for signaling the user of the two-wheeler, but also in the context of intelligent traffic systems, for example to warn other road users about the presence of the cyclist and his current speed.

5 zeigt den Ablauf des erfindungsgemäßen Verfahrens in einem Ablaufdiagramm. In einem ersten Schritt S1 wird ein Signal an der Schnittstelle 11 empfangen, das eine frequenzabhängige Signalenergie einer durch die Fortbewegung des Fortbewegungsmittels hervorgerufenen Verzerrung eines Erdmagnetfelds umfasst. In Schritt S2 wird die Frequenz des Auftretens einer durch die Drehung des zumindest einen Rads hervorgerufenen Verzerrung des Erdmagnetfelds aus dem Signal durch die Verarbeitungseinheit 12 ermittelt. In Schritt S3 wird die Geschwindigkeit aus der ermittelten Frequenz der Verzerrung durch die Verarbeitungseinheit 12 bestimmt, indem eine Verrechnung mit dem Radius des oder der sich drehenden Räder erfolgt. 5 shows the sequence of the method according to the invention in a flow chart. In a first step S1 becomes a signal at the interface 11th received, which comprises a frequency-dependent signal energy of a distortion of an earth's magnetic field caused by the movement of the means of locomotion. In step S2 becomes the frequency of the occurrence of a distortion of the earth's magnetic field from the signal caused by the rotation of the at least one wheel by the processing unit 12th determined. In step S3 is the speed from the determined frequency of the distortion by the processing unit 12th determined by offsetting with the radius of the rotating wheel or wheels.

Das beschriebene Verfahren lässt sich auch dann durchführen, wenn die Sensoreinheit nicht am Körper des Nutzers getragen wird, sondern z.B. am Lenker des Fahrrads (allgemein: einem Teil des Fortbewegungsmittels) befestigt ist. In diesem Fall ist die Frequenz f_p nicht in dem erfassten Signal enthalten.The method described can also be carried out when the sensor unit is not worn on the body of the user, but is attached, for example, to the handlebars of the bicycle (generally: part of the means of locomotion). In this case the frequency is f _p not included in the acquired signal.

BezugszeichenlisteList of reference symbols

1010: Vorrichtung zum Bestimmen einer GeschwindigkeitDevice for determining a speed
1111th: Schnittstelle (I)Interface (I)
1212th: Verarbeitungseinheit (PU)Processing unit (PU)
1313th: Sendeschnittstelle zur Ausgabe eines GeschwindigkeitssignalsTransmission interface for outputting a speed signal
2020th: Sensoreinheit (SU)Sensor unit (SU)
2121: InertialsensorInertial sensor
2222nd: MagnetometerMagnetometer
S1, ..., S3S1, ..., S3: VerfahrensschrittProcess step
fωfω: Frequenz des Auftretens einer durch die Drehung eines Rads hervorgerufenen VerzerrungFrequency of occurrence of distortion caused by the rotation of a wheel
fpfp: Frequenz des Auftretens einer durch sich zumindest temporär bewegende, aber von dem Rad unterschiedliche, metallische Teile hervorgerufen VerzerrungFrequency of the occurrence of a distortion caused by metallic parts that are at least temporarily moving but different from the wheel
fRfR: Frequenz des Auftretens einer durch das Magnetfeld der Erde hervorgerufen VerzerrungFrequency of occurrence of distortion caused by the earth's magnetic field
SESE: SignalenergieSignal energy

Claims

A method for determining the speed of a means of locomotion with at least one wheel which rotates during a locomotion of the means of locomotion and which has metal or consists of metal, with the steps of: - receiving a signal at an interface (11) which a frequency-dependent signal energy of a through the locomotion of the means of locomotion comprises induced distortion of an earth's magnetic field; - Determining the frequency of the occurrence of a distortion of the earth's magnetic field caused by the rotation of the at least one wheel from the signal by a processing unit (12); - Determination of the speed from the determined frequency of the distortion by the processing unit (12); characterized in that that frequency is found from the detected signal based on logical criteria which can be clearly assigned to the occurrence of the distortion caused by the rotation of a wheel by determining a frequency profile of the occurrence of the distortion caused by the rotation of the at least one wheel .

Procedure according to Claim 1 , in which the signal is received by a sensor unit (20).

Procedure according to Claim 2 in which the sensor unit (20) for detecting the distortion of the earth's magnetic field caused by the movement of the means of locomotion is arranged in spatial proximity to the at least one rotating wheel.

Procedure according to Claim 2 or 3 , in which the sensor unit (20) is worn on the body of a user of the means of locomotion.

Method according to one of the preceding claims, in which the step of determining the frequency of the occurrence of a distortion of the earth's magnetic field caused by the rotation of the at least one wheel comprises removing or discarding a uniform signal component from the signal which is caused by the earth's magnetic field .

Method according to one of the preceding claims, in which the step of determining the frequency of the occurrence of a distortion of the earth's magnetic field caused by the rotation of the at least one wheel the removal or discarding of a variable signal component by at least temporarily moving but different from the at least one wheel, metallic parts is caused, includes.

Procedure according to Claim 6 , in which the variable signal component is removed or discarded by determining frequency jumps from a frequency value, which is caused by a distortion of the earth's magnetic field due to a movement of a metallic part different from the at least one wheel, to zero or from zero to a frequency value, which is caused by a distortion of the earth's magnetic field due to a movement of the metallic part different from the at least one wheel.

Method according to one of the preceding claims, in which the step of determining the frequency of the occurrence of a distortion of the earth's magnetic field caused by the rotation of the at least one wheel comprises determining whether to a frequency determined from the signal which is considered to be the frequency of the occurrence of a the rotation of the at least one wheel caused distortion of an earth's magnetic field is assumed, one or more harmonics are contained in the signal.

Method according to one of the preceding claims, in which the step of determining the speed comprises processing the currently determined frequency of the occurrence of the distortion caused by the rotation of the at least one wheel and a previously determined radius of the at least one wheel.

Method according to one of the preceding claims, in which the speed is provided at a transmission interface (13) of the processing unit (12).

Computer program for executing the method according to one of the preceding claims, when the program is executed on a processing unit (12).

Device for determining the speed of a means of locomotion with at least one wheel which rotates during a locomotion of the means of locomotion and which has metal or consists of metal, comprising: - an interface (11) for receiving a signal which is a frequency-dependent signal energy of a through the locomotion the means of locomotion comprises induced distortion of an earth's magnetic field; - A processing unit (12) for determining the frequency of the occurrence of a distortion of the earth's magnetic field caused by the rotation of the at least one wheel from the signal and for determining the speed from the determined frequency of the distortion by the processing unit (12); characterized in that the processing unit (12) is designed to use logical criteria to identify the frequency from the detected signal which can be clearly assigned to the occurrence of the distortion caused by the rotation of the at least one wheel by a frequency profile of the occurrence of the distortion caused by the rotation of the at least one wheel is determined.

Device according to Claim 12 , in which the signal is a signal that is received by a sensor unit (20) during operation of the device.

Device according to Claim 13 , in which the sensor unit (20) is a sensor unit (20) of the device (10).

Device according to Claim 14 , in which this is a wearable or a personal object of use, in particular a mobile device or a pocket computer, or is integrated into it.

Device according to Claim 13 , in which the sensor unit (20) is an external sensor unit (20) of the device (10) or is communicatively connected to it for data exchange.

Device according to Claim 16 , in which the external sensor unit (20) is a wearable.

Device according to one of the Claims 13 until 17th , in which the sensor unit (20) comprises at least one magnetometer (22).

Device according to Claim 18 , in which the sensor unit (20) additionally comprises at least one inertial sensor (21).

Device according to one of the Claims 13 until 19th in which the sensor unit (20) is designed to be attached to a leg or a shoe of the user of the means of locomotion.