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Technisches Gebiet
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Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum automatischen Betätigen einer Bremse eines Fahrrades während eines Halts, sowie ein Verfahren und ein Computerprogramm.
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Hintergrund der Erfindung
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Beim Fahren mit einem Fahrrad besteht auch beim Anhalten an einer Steigung ein potentielles Unfallrisiko. Dieses entsteht bei einem unbeabsichtigten Zurückrollen des Fahrrades aufgrund der Hangabtriebskraft. Da bei einem zurückrollenden Fahrrad nur sehr schwer das Gleichgewicht zu halten ist führt dies in vielen Fällen zu einem Sturz des Fahrers mit hoher Verletzungsgefahr. Insbesondere bei Fahrrädern mit elektrischem Antrieb, wie zum Beispiel E-Bikes oder Pedelecs, kommt es aufgrund des erhöhten Gewichts des Fahrrades sowie der in vielen Fällen ungeübten Fahrer zu Unfällen, die durch ein unkontrolliertes Zurückrollen des Fahrrades ausgelöst werden.
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Zusammenfassung der Erfindung
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Es ist daher eine Aufgabe der Erfindung, eine Vorrichtung zur Erhöhung der Sicherheit beim Fahren mit einem Fahrrad anzugeben.
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Die Aufgabe wird durch die Gegenstände der unabhängigen Ansprüche gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche, der folgenden Beschreibung, sowie der Figuren.
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Die beschriebenen Ausführungsformen gelten gleichermaßen für die Vorrichtung zum automatischen Betätigen einer Bremse eines Fahrrades während eines Halts, für das Verfahren zum automatischen Betätigen einer Bremse eines Fahrrades während eines Halts und für das Computerprogramm. Synergetische Effekte können aus verschiedenen Kombinationen der Ausführungsformen entstehen, auch wenn sie nicht im Detail beschrieben sind.
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Weiterhin soll darauf hingewiesen werden, dass alle ein Verfahren betreffende Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung in der beschriebenen Reihenfolge der Schritte ausgeführt werden können. Trotzdem muss das nicht die einzigmögliche und erforderliche Reihenfolge der Schritte des Verfahrens sein. Die hierin beschriebenen Verfahren können in einer anderen Reihenfolge der offenbarten Schritte ausgeführt werden, ohne von der entsprechenden Ausführungsform des Verfahrens abzuweichen, sofern nicht nachfolgend ausdrücklich das Gegenteil erwähnt wird.
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Gemäß einem ersten Aspekt der Erfindung ist eine Vorrichtung zum automatischen Betätigen einer Bremse eines Fahrrades während eines Halts angegeben. Dabei weist die Vorrichtung eine Messvorrichtung auf, die dazu ausgeführt ist, einen Neigungswinkel und eine Geschwindigkeit des Fahrrades zu ermitteln, und eine Erfassungsvorrichtung, die dazu ausgeführt ist, ein auf eine Antriebswelle des Fahrrades übertragenes Drehmoment zu erfassen. Weiterhin weist die Vorrichtung eine Bremsvorrichtung auf, die dazu ausgeführt ist, bei einem an der Bremsvorrichtung anliegenden Bremssignal ein Rad des Fahrrades zu bremsen, und eine Steuerungsvorrichtung, die dazu ausgeführt ist, basierend auf dem Neigungswinkel, der Geschwindigkeit und dem Drehmoment eine Fahrsituation zu analysieren und basierend auf der Fahrsituation ein Bremssignal zu erzeugen.
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Die Vorrichtung ist dabei dazu ausgeführt, in bestimmten Situationen eine Bremsvorrichtung des Fahrrades zu betätigen. Unter Fahrrad soll nicht nur ein klassisches, rein durch Muskelkraft betriebenes Fahrrad verstanden werden. Insbesondere kann die Erfindung auch auf Fahrräder mit elektrischem Motor wie zum Beispiel E-Bikes, Pedelecs oder S-Pedelecs vorteilhaft angewandt werden. Ebenso kann die Erfindung bei anderen zwei- oder mehrrädrigen Fahrzeugen mit oder ohne Motorunterstützung verwendet werden. Die von der Vorrichtung betätigte Bremsvorrichtung kann eine Betriebsbremse sein. Alternativ kann auch eine Feststellbremse oder Ähnliches verwendet werden, mit dem sich ein Drehen von mindestens einem Rad des Fahrrades verhindern lassen kann. Eine Fahrsituation, in der die Bremsvorrichtung vorteilhafterweise betätigt werden kann, wird anhand von Parametern bestimmt. Als Parameter dienen beispielsweise die Geschwindigkeit des Fahrrades und der Neigungswinkel, welche von einer Messvorrichtung gemessen werden. Als Messvorrichtung kann beispielswiese eine inertiale Messeinheit oder ein Gyroskop dienen. Der Neigungswinkel beschreibt hierbei einen Winkel zwischen einer Längsachse des Fahrrades und der Horizontalen und ist somit ein Maß dafür, ob sich das Fahrrad in einer Ebene befindet, oder ob es in Fahrtrichtung bergauf oder bergab geht. Weiterhin wird von einer Erfassungsvorrichtung ein auf die Kurbelwelle des Fahrrades übertragenes Drehmoment erfasst. Dieses Drehmoment kann als Maß dafür dienen, ob der Fahrer in die Pedale tritt und Weiterfahren, Losfahren oder Beschleunigen möchte. Alternativ kann auch an jeder weiteren Stelle des Antriebsstranges das übertragene Drehmoment oder eine übertragene Kraft gemessen werden. So kann beispielsweise auch die Kraft auf ein Pedal oder zwei Pedale ermittelt werden. Eine Steuerungsvorrichtung analysiert eine vorliegende Fahrsituation anhand der gemessenen Parameter wie Geschwindigkeit, Neigungswinkel und Drehmoment, und ist dazu ausgeführt, bei vordefinierten Bedingungen entsprechender Fahrsituationen mittels eines Bremssignals die Bremsvorrichtung zu betätigen.
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In einer Ausführungsform der Erfindung ist die Steuerungsvorrichtung dazu ausgeführt, bei einem Halt des Fahrrades an einer Steigung die Bremsvorrichtung zu aktivieren.
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Als Fahrsituation, in der die Bremsvorrichtung aktiviert werden soll, ist in dieser Ausführungsform der Erfindung ein Halt an einer Steigung vorgesehen. So kann ein von dem Fahrer unbeabsichtigtes Zurückrollen während des Halts verhindert werden, wodurch die Unfallgefahr gesenkt wird. Auch wird hierdurch eine komfortablere Benutzung des Fahrrades ermöglicht, wenn der Fahrer nicht selbst im Stand weiterhin die Bremse betätigen muss.
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In einer Ausführungsform der Erfindung ist die Steuerungsvorrichtung dazu ausgeführt, einen Halt des Fahrrades an einer Steigung anhand eines Neigungswinkels oberhalb eines vorbestimmten ersten Schwellwertes und einer Geschwindigkeit unterhalb eines vorbestimmten zweiten Schwellwertes zu erkennen.
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Eine Steigung kann in dieser Ausführungsform der Erfindung bestimmt werden, wenn der Neigungswinkel einen vorbestimmten ersten Schwellwert überschreitet. So kann die Bremsvorrichtung beispielsweise schon bei einer sehr geringen Steigung aktiviert werden, oder erst bei einem steileren Anstieg. Diese Einstellmöglichkeit kann als einstellbar durch den Fahrer entsprechend seinen Vorlieben vorgesehen sein. Auch ist es möglich, dass die Bremsvorrichtung auch bei einem Halt im Gefälle aktiviert wird, um ein Rollen nach vorne zu verhindern. Ebenso kann ein Halt durch eine Geschwindigkeit unterhalb eines vordefinierten zweiten Schwellwertes bestimmt werden. Dieser Schwellwert kann beispielsweise so festgelegt sein, dass er bei einem Stillstand des Fahrrades unterschritten wird. Auch ist es möglich, dass er so festgelegt wird, dass ein langsames Zurückrollen noch möglich ist. Oder es kann die Bremsvorrichtung auch schon betätigt werden, wenn das Fahrrad noch langsam vorwärts rollt. Auch kann dieser zweite Schwellwert in Abhängigkeit von der Steigung festlegbar sein.
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In einer Ausführungsform der Erfindung ist die Steuerungsvorrichtung dazu ausgeführt, bei einem auf die Antriebswelle übertragenen Drehmoment oberhalb einer vorbestimmten dritten Schwelle die Bremsvorrichtung zu deaktivieren.
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Die Messung des auf die Antriebswelle des Fahrrades übertragenen Drehmomentes kann in dieser Ausführungsform der Erfindung dazu benutzt werden, um zu bestimmen, ob die Bremsvorrichtung des Fahrrades deaktiviert werden soll. So kann das Drehmoment darauf hindeuten, dass der Fahrer des Fahrrades losfahren möchte, oder trotz einer kurzzeitig unter den zweiten Schwellwert verringerten Geschwindigkeit die Fahrt fortsetzen möchte. In diesen Fällen kann die Bremse gelöst werden um eine Weiterfahrt zu ermöglichen. Auch kann der dritte Schwellwert entsprechend den Vorlieben des Fahrers einstellbar sein, und/oder in Abhängigkeit zur Neigung des Fahrrades stehen.
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In einer Ausführungsform der Erfindung ist die Vorrichtung dazu ausgeführt, das Rad des Fahrrades ohne ein aktives Eingreifen eines Fahrers des Fahrrades zu bremsen.
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Die Bremsvorrichtung wird in dieser Ausführungsform der Erfindung automatisch und ohne ein Zutun des Fahrers des Fahrrades betätigt. So kann auch bei einem unachtsamen oder ungeübten Fahrer ein Zurückrollen verhindert werden.
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In einer Ausführungsform der Erfindung weist die Vorrichtung weiterhin einen Bremshebelsensor auf, der dazu ausgeführt ist, eine Betätigung einer Bremse des Fahrrades durch einen Fahrer zu erfassen, und die Steuerungsvorrichtung ist dazu ausgeführt, einen Halt des Fahrrades basierend auf einer Betätigung der Bremse und einer Geschwindigkeit des Fahrrades zu erfassen.
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Der Bremshebelsensor dient in dieser Ausführungsform der Erfindung dazu, eine Betätigung der Bremse des Fahrrades durch den Fahrer zu Erfassen. So kann die Vorrichtung beispielsweise zuverlässiger einen Halt identifizieren, wenn zuvor die Bremse durch den Fahrer betätigt wurde.
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In einer Ausführungsform der Erfindung ist die Steuerungsvorrichtung dazu ausgeführt, eine beabsichtigte Fahrrichtung eines Fahrers zu ermitteln, und bei einer Bewegung des Fahrrades entgegen der beabsichtigten Fahrrichtung ein Bremssignal zu erzeugen.
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Die beabsichtigte Fahrrichtung des Fahrers kann beispielsweise anhand des auf die Kurbelwelle übertragenen Drehmomentes oder der gefahrenen Geschwindigkeit ermittelt werden. Auch kann ein beabsichtigtes Schieben des Fahrrades erkannt werden, indem zum Beispiel anhand einer Kraft auf den Sattel gemessen wird, ob der Fahrer auf dem Fahrrad sitzt. Ebenso kann ein Schalter vorgesehen sein, mit dem sich die erfindungsgemäße Vorrichtung ein- und ausschalten lässt.
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Ein weiterer Aspekt der Erfindung umfasst ein Verfahren zum automatischen Betätigen einer Bremse eines Fahrrades während eines Halts, wobei das Verfahren die folgenden Schritte aufweist: Ein erster Schritt umfasst das Ermitteln eines Neigungswinkels eines Fahrrades. Ein zweiter Schritt umfasst das Ermitteln einer Geschwindigkeit des Fahrrades. Ein dritter Schritt umfasst das Erfassen eines auf eine Antriebswelle des Fahrrades übertragenen Drehmomentes. Ein vierter Schritt umfasst das Ermitteln einer Fahrsituation basierend auf dem ermittelten Neigungswinkel, der ermittelten Geschwindigkeit und dem übertragenen Drehmoment. Ein fünfter Schritt umfasst das Erzeugen eines Bremssignales basierend auf der ermittelten Fahrsituation.
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Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zum automatischen Betätigen einer Bremse eines Fahrrades während eines Halts wird im ersten Schritt der Neigungswinkel des Fahrrades ermittelt, um zu bestimmen, ob das Fahrrad sich an einer Steigung befindet. Im zweiten Schritt wird die Geschwindigkeit des Fahrrades ermittelt, um einen Halt des Fahrrades festzustellen. In dritten Schritt wird ein auf die Antriebswelle des Fahrrades übertragenes Drehmoment erfasst, das ein Maß für einen erwünschten Vortrieb des Fahrrades darstellt. Im vierten Schritt wird der Neigungswinkel, die Geschwindigkeit und das Drehmoment bezüglich einer Fahrsituation analysiert, um einen beabsichtigten Halt an einer Steigung festzustellen. Im fünften Schritt wird bei einem beabsichtigten Halt an einer Steigung ein Bremssignal erzeugt, das an eine Bremsvorrichtung übermittelt wird, um das Fahrrad zu bremsen. Es sei verstanden, dass sich die Schritte in einem Schleifenmodus iterativ wiederholen können. Insbesondere können einzelne Schritte auch zeitgleich oder zeitlich überlappend ausgeführt werden.
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In einer Ausführungsform der Erfindung wird bei einem Halt des Fahrrades an einer Steigung eine Bremsvorrichtung aktiviert.
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Bei einem Halt an einer Steigung kann in dieser Ausführungsform der Erfindung die Bremse aktiviert werden, so dass ein unbeabsichtigtes Zurückrollen verhindert werden kann. Dadurch kann die die Unfallgefahr gesenkt werden, und es wird eine komfortablere Benutzung des Fahrrades ermöglicht.
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Ein weiterer Aspekt der Erfindung umfasst ein Computerprogramm, das, wenn es auf einem Prozessor ausgeführt wird, eine Vorrichtung nach einer der voranstehend beschriebenen Ausführungsformen veranlasst ein Verfahren nach einer der voranstehend beschriebenen Ausführungsformen durchzuführen.
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Weitere Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im Folgenden unter Bezugnahme auf folgende Zeichnungen erklärt:
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Figurenliste
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- 1 zeigt einen schematischen Aufbau einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zum automatischen Betätigen einer Bremse eines Fahrrades während eines Halts.
- 2 zeigt einen schematischen Aufbau eines Ausführungsbeispiels einer Vorrichtung zum automatischen Betätigen einer Bremse eines Fahrrades während eines Halts.
- 3 zeigt ein Blockdiagramm eines erfindungsgemäßen Verfahrens zum automatischen Betätigen einer Bremse eines Fahrrades während eines Halts.
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Detaillierte Beschreibung der Figuren
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1 zeigt einen schematischen Aufbau einer erfindungsgemäßen Vorrichtung 100 zum automatischen Betätigen einer Bremse eines Fahrrades während eines Halts. Die Messvorrichtung 110 ist dazu ausgeführt, einen Neigungswinkel und eine Geschwindigkeit des Fahrrades zu ermitteln. Die Messwerte werden an eine Steuerungsvorrichtung 130 übermittelt. Eine Erfassungsvorrichtung 120 ist dazu ausgeführt, ein auf die Abtriebswelle des Fahrrades übertragenes Drehmoment zu erfassen und an die Steuerungsvorrichtung 130 zu übermitteln. Die Steuerungsvorrichtung 130 kann anhand der empfangenen Messwerte eine Fahrsituation analysieren, und bei einer vorbestimmten Vorgabe einer entsprechenden Fahrsituation ein Bremssignal erzeugen. Das Bremssignal wird von der Bremsvorrichtung 140 empfangen und löst ein Bremsen eines Rades des Fahrrades aus.
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2 zeigt einen schematischen Aufbau eines Ausführungsbeispiels 200 einer Vorrichtung 100 zum automatischen Betätigen einer Bremse eines Fahrrades während eines Halts. Das Ausführungsbeispiel 200 weist zusätzlich zu der in 1 gezeigten Vorrichtung 100 einen Schalter 160 zum Ein- und Ausschalten des Ausführungsbeispiels 200 und einen Bremshebelsensor 150 auf. Beide sind kommunikativ mit der Steuerungsvorrichtung 130 verbunden, wobei die entsprechenden Werte des Schalters 160 und des Bremshebelsensors 150 von der Steuerungsvorrichtung 130 verwendet werden können, um zu bestimmen, ob ein Bremssignal in der vorliegenden Fahrsituation erzeugt werden soll. Weiterhin weist das Ausführungsbeispiel 200 eine erste Bremse 141 und eine zweite Bremse 142 auf, die von der Bremsvorrichtung angesteuert werden können, und die dazu ausgeführt sind, die Räder des Fahrrades zu bremsen.
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3 zeigt ein Blockdiagramm eines erfindungsgemäßen Verfahrens zum automatischen Betätigen einer Bremse eines Fahrrades während eines Halts. Im ersten Schritt wird der Neigungswinkel des Fahrrades mittels zum Beispiel eines Gyroskops oder einer inertialen Messeinheit ermittelt. Im zweiten Schritt wird die Geschwindigkeit des Fahrrades mittels zum Beispiel eines Geschwindigkeitsmessers oder der inertialen Messeinheit ermittelt. Im dritten Schritt wird ein auf eine Antriebswelle des Fahrrades übertragenes Drehmoment erfasst. Im vierten Schritt wird der Neigungswinkel, die Geschwindigkeit und das Drehmoment bezüglich einer Fahrsituation analysiert. Im fünften Schritt wird basierend auf der ermittelten Fahrsituation, wenn die Fahrsituation einem Halt an einer Steigung entspricht, ein Bremssignal erzeugt, das von der Bremsvorrichtung empfangen wird, und dazu dient, das Fahrrad zu bremsen.
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Ergänzend ist darauf hinzuweisen, dass „umfassend“ keine anderen Elemente oder Schritte ausschließt und „eine“ oder „ein“ keine Vielzahl ausschließt. Ferner sei darauf hingewiesen, dass Merkmale oder Schritte, die mit Verweis auf eines der obigen Ausführungsbeispiele beschrieben worden sind, auch in Kombination mit anderen Merkmalen oder Schritten anderer oben beschriebener Ausführungsbeispiele verwendet werden können. Bezugszeichen in den Ansprüchen sind nicht als Einschränkung anzusehen.
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Bezugszeichenliste
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- 100
- Vorrichtung
- 110
- Messvorrichtung
- 120
- Erfassungsvorrichtung
- 130
- Steuerungsvorrichtung
- 140
- Bremsvorrichtung
- 141
- erste Bremse
- 142
- zweite Bremse
- 150
- Bremshebelsensor
- 160
- Schalter
