DE102020127569B3 - speed meter - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft ein Messsystem (10) für ein sich bewegendes Objekt (14) mit einem körperlichen und/oder motorischen Antrieb (29) zur kontinuierlichen Erfassung von Geschwindigkeiten und/oder Beschleunigungen des Objekts (14). Das Messsystem (10), umfasst einen Sender (16) zum Aussenden von elektromagnetischen Wellen (20) und/oder Schallwellen zu einem sich bewegenden Reflektor (26) und einen Detektor (24) zum Empfangen der vom Reflektor (26) reflektierten elektromagnetischen Wellen (20a) und/oder Schallwellen. Eine Auswerteinrichtung (44) verarbeitet die Signale und wertet eine Frequenzverschiebung zwischen den empfangenen Wellen (20a) und den ausgesendeten der Wellen (20) zur Berechnung der Geschwindigkeit bzw. Beschleunigung aus.The invention relates to a measuring system (10) for a moving object (14) with a physical and/or motor drive (29) for continuously detecting speeds and/or accelerations of the object (14). The measuring system (10) comprises a transmitter (16) for emitting electromagnetic waves (20) and/or sound waves to a moving reflector (26) and a detector (24) for receiving the electromagnetic waves ( 20a) and/or sound waves. An evaluation device (44) processes the signals and evaluates a frequency shift between the received waves (20a) and the transmitted waves (20) to calculate the speed or acceleration.
Description
Technisches Gebiettechnical field
Die Erfindung betrifft ein Messsystem für ein Fahrrad mit einem körperlichen Antrieb zur Erfassung von Geschwindigkeiten und/oder Beschleunigungen des Fahrrads, umfassend:
- a) einen Sender zum Aussenden von elektromagnetischen Wellen und/oder Schallwellen zu einem sich bewegenden Reflektor,
- b) einen Detektor zum Empfangen der vom Reflektor reflektierten elektromagnetischen Wellen und/oder Schallwellen,
- c) eine Auswerteinrichtung zur Verarbeitung der Signale der empfangenen Wellen und den ausgesendeten Wellen und Auswertung einer Frequenzverschiebung zwischen den empfangenen Wellen und den ausgesendeten Wellen zur Berechnung der Geschwindigkeit bzw. Beschleunigung, wobei
- d) der Sender und der Detektor an dem Fahrrad vorgesehen sind, wobei der Reflektor als ein Bewegungsteil des Antriebs ausgebildet und/oder an einem Bewegungsteil des Antriebs vorgesehen und/oder mit einem Bewegungsteil des Antriebs mitlaufend ausgebildet ist.
- a) a transmitter for emitting electromagnetic waves and/or sound waves to a moving reflector,
- b) a detector for receiving the electromagnetic waves and/or sound waves reflected by the reflector,
- c) an evaluation device for processing the signals of the received waves and the emitted waves and evaluating a frequency shift between the received waves and the emitted waves to calculate the speed or acceleration, wherein
- d) the transmitter and the detector are provided on the bicycle, the reflector being designed as a moving part of the drive and/or being provided on a moving part of the drive and/or being designed to run along with a moving part of the drive.
Beschreibungdescription
Geschwindigkeiten oder auch Beschleunigungen von Fahrzeugen, wie Kraftfahrzeugen, Motorrädern oder Fahrrädern, lassen sich mit verschiedensten Mitteln messen. Einerseits gibt es stationäre und räumlich ruhende Messanordnungen, die die Geschwindigkeit relativ zu der Messapparatur ermitteln. Solche Anlagen werden beispielsweise zur stationären Verkehrsüberwachung von Übertretungen der vorgeschriebenen Geschwindigkeit eingesetzt. Diese Messsysteme nutzen beispielsweise Lichtschranken, Radar- und Laserstrahlung oder piezoelektrische Kabel, die überfahren werden müssen.Speeds or also accelerations of vehicles, such as motor vehicles, motorcycles or bicycles, can be measured using a wide variety of means. On the one hand, there are stationary and spatially stationary measuring arrangements that determine the speed relative to the measuring device. Such systems are used, for example, for stationary traffic monitoring of violations of the prescribed speed. These measuring systems use, for example, light barriers, radar and laser radiation or piezoelectric cables that have to be passed over.
Andererseits existieren mobile Messsysteme zur Geschwindigkeitsmessung und sind allgemein als Tachometer bekannt. Diese mobilen Geschwindigkeitsmesssysteme sind in bzw. an einem Fahrzeug vorgesehen und können die Geschwindigkeit in Bezug auf ein ruhendes Bezugssystem erfassen. Dies erfolgt beispielsweise durch Messsysteme, die die Radumdrehung eines Fahrzeugs ermitteln. Bei einem bekannten Radumfang lässt sich leicht die Geschwindigkeit bestimmen.On the other hand, mobile speed measurement systems exist and are commonly known as speedometers. These mobile speed measurement systems are provided in or on a vehicle and can record the speed in relation to a stationary reference system. This is done, for example, by measuring systems that determine the wheel rotation of a vehicle. If the circumference of the wheel is known, the speed can easily be determined.
Stand der TechnikState of the art
Aus der
In der
In der
Die
In der
Die
Die
Die
Die bekannten Tachometer haben den Nachteil, dass sie relativ kompliziert zu installieren sind. Außerdem weisen sie einige Schwächen auf, wenn das Rad nur langsam bewegt wird.The known tachometers have the disadvantage that they are relatively complicated to install. They also have some weaknesses when the wheel is moved slowly.
Offenbarung der ErfindungDisclosure of Invention
Aufgabe der Erfindung ist es daher, ein Tachometer für ein sich bewegendes Fahrzeug oder Maschinenteil zu schaffen, der insbesondere die Nachteile des Standes der Technik beseitigt. Außerdem soll es möglichst einfach aufgebaut und zu installieren sein.The object of the invention is therefore to provide a tachometer for a moving vehicle or machine part which, in particular, eliminates the disadvantages of the prior art. In addition, it should be as simple as possible to set up and install.
Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, dass bei einem Messsystem der eingangs genannten Art
- e) der Sender als Laserdiode und das Bewegungsteil als Kette, Riemen, Zahnrad oder Antriebswelle ausgebildet ist, welches sich relativ zum Fahrrad bewegt.
- e) the transmitter is in the form of a laser diode and the moving part is in the form of a chain, belt, gear wheel or drive shaft which moves relative to the bicycle.
Die Erfindung beruht grundsätzlich auf dem allgemein als Doppler-Effekt bekannten physikalischen Effekt. Die Frequenz der Wellenausbreitung ändert sich, wenn sich ein Wellenerzeuger mit einer Geschwindigkeit einem Bezugspunkt als Empfänger nähert oder entfernt. Bei einer sich relativ dem Bezugspunkt nähernden Wellenquelle steigt die Frequenz an, während sie sich bei einer entfernenden Wellenquelle erniedrigt. Dieser Doppler-Effekt wird insbesondere bei zahlreichen Geschwindigkeitsmessungen, die auf Radar- oder Laserstrahlungen beruhen, ausgenutzt. Ein auf der Erde feststehendes Radar-Messgerät sendet beispielsweise Radarwellen aus, die von einem bewegten Fahrzeug reflektiert werden. Ein Detektor erfasst diese reflektierten Radarwellen. Anhand der Frequenz der ausgesendeten und der reflektierten Radarwellen lässt sich nun die Geschwindigkeit berechnen. Im Gegensatz zu diesen bekannten Messanordnungen, wird als ruhendes Bezugssystem nun das Fahrzeug oder das Maschinenteil selbst ausgenutzt und ein Bewegungsteil des Antriebs als Grundlage für die Geschwindigkeitserfassung herangezogen. Ein großer Vorteil besteht darin, dass die Messung bei diesem Messsystem praktisch kontaktlos erfolgen kann. Daher entstehen keine Reibungsverluste oder dergleichen. Auch aufwändige Verkabelungen können vermieden werden.The invention is fundamentally based on the physical effect generally known as the Doppler effect. The frequency of wave propagation changes as a wave generator approaches or recedes at a velocity from a reference point as a receiver. As the wave source relatively approaches the reference point, the frequency increases, while as the wave source recedes, it decreases. This Doppler effect is used in particular in numerous speed measurements based on radar or laser radiation. For example, a radar measuring device that is stationary on the ground emits radar waves that are reflected by a moving vehicle. A detector captures these reflected radar waves. The speed can now be calculated based on the frequency of the transmitted and reflected radar waves. In contrast to these known measuring arrangements, the vehicle or the machine part itself is now used as the stationary reference system and a moving part of the drive is used as the basis for the speed measurement. A major advantage is that the measurement with this measuring system can be carried out practically without contact. Therefore, there are no friction losses or the like. Complex cabling can also be avoided.
Als vorteilhafte Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Messsystems hat sich erwiesen, wenn das Bewegungsteils des Antriebs als Rad, Reifen, Kette, Riemen, Zahnrad oder Antriebswelle ausgebildet ist. Diese Bewegungsteile sind mit ihrer Strecke fest definierbar. Bei bekanntem Umfang beispielsweise des Reifens oder der Kette eines Fahrzeugs können anhand der Frequenzunterschiede zwischen der ausgesendeten Welle und der empfangenen Welle leicht die Geschwindigkeit oder auch die Beschleunigung des Fahrzeugs berechnet werden.It has proven to be an advantageous embodiment of the measuring system according to the invention if the moving part of the drive is designed as a wheel, tire, chain, belt, gearwheel or drive shaft. These movement parts are firmly definable with their route. If the circumference of the tire or the chain of a vehicle is known, for example, the speed or the acceleration of the vehicle can be easily calculated using the frequency differences between the transmitted wave and the received wave.
Eine bevorzugte Ausbildung des erfindungsgemäßen Messsystems ergibt sich ferner dadurch, dass die Auswertvorrichtung Kalibriermittel aufweist, welche den Messwinkel der elektromagnetischen Wellen und/oder den Umfang des Bewegungsteils des Antriebs zur Ermittlung von Geschwindigkeit und/oder Beschleunigung verarbeiten. Diese Maßnahme dient dazu, die Bewegung des Bewegungsteils auf die tatsächlich zurückgelegte Strecke des Fahrzeugs umzurechnen. Die Auswerteinrichtung wird dazu auf das Bewegungsteil, z.B. einen Reifen oder eine Kette kalibriert und kann so diesen Wert in die Geschwindigkeits- bzw. Beschleunigungsberechnung einbeziehen.A preferred embodiment of the measuring system according to the invention also results from the evaluation device having calibration means which process the measuring angle of the electromagnetic waves and/or the extent of the moving part of the drive to determine the speed and/or acceleration. This measure serves to convert the movement of the moving part to the distance actually covered by the vehicle. The evaluation device is calibrated to the moving part, e.g. a tire or a chain, and can thus include this value in the speed or acceleration calculation.
Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Messsystems ergibt sich dadurch, dass der Sender als Laserdiode, Leuchtdiode, Radarantenne oder Ultraschallgenerator ausgebildet ist. Bei diesen Sendern handelt es sich um Wellenerzeuger, welche besonders gut für die Anwendung der Geschwindigkeitsmessung bei Fahrzeugen oder Maschinenteilen geeignet sind.A further advantageous embodiment of the measuring system according to the invention results from the fact that the transmitter is in the form of a laser diode, light-emitting diode, radar antenna or ultrasonic generator. These transmitters are wave generators that are particularly well suited for measuring the speed of vehicles or machine parts.
Eine bevorzugte Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Messsystems ergibt sich ferner dadurch, dass das Bewegungsteil des Antriebs eine Reflexionsbeschichtung aufweist. Hierdurch werden die Reflexionseigenschaften des Bewegungsteils des Antriebs und damit auch die Messgenauigkeit verbessert.A preferred embodiment of the measuring system according to the invention also results from the fact that the moving part of the drive has a reflective coating. This improves the reflection properties of the moving part of the drive and thus also the measurement accuracy.
Eine weitere vorteilhafte Ausbildung des erfindungsgemäßen Messsystems besteht darin, dass das sich bewegende Objekt als ein Fahrrad, ein Motorrad oder als ein Kraftfahrzeug ausgebildet ist. Dieses Messsystem bietet eine kostengünstige Alternative mit hoher Genauigkeit gegenüber herkömmlichen Geschwindigkeitsmessvorrichtungen. Ein solches Messsystem ist einfach aufgebaut und lässt sich zudem mit sehr geringem Gewicht realisieren.A further advantageous embodiment of the measuring system according to the invention is that the moving object is in the form of a bicycle, a motorcycle or a motor vehicle. This measuring system offers a low-cost, high-accuracy alternative to conventional speed measuring devices. Such a measuring system has a simple structure and can also be implemented with a very low weight.
Um die analogen Signale des Senders und des Detektors in einer digitalen Auswerteeinrichtung verarbeiten zu können, müssen die Signale auch digital vorliegen. Daher weist in einer bevorzugten Ausbildung des erfindungsgemäßen Messsystems eine prozessorgesteuerte Auswerteinrichtung und einen Analog-Digitalwandler zur Wandlung analoger Signale auf.In order to be able to process the analog signals from the transmitter and the detector in a digital evaluation device, the signals must also be available in digital form. Therefore, in a preferred embodiment of the measuring system according to the invention, a processor-controlled evaluation device and an analog-to-digital converter for converting analog signals.
Weitere Ausgestaltungen und Vorteile ergeben sich aus dem Gegenstand der Unteransprüche sowie den Zeichnungen mit den dazugehörigen Beschreibungen. Ausführungsbeispiele sind nachstehend unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen näher erläutert. Die Erfindung soll nicht alleine auf diese aufgeführten Ausführungsbeispiele beschränkt werden. Sie dienen lediglich zur näheren Erläuterung der Erfindung. Die vorliegende Erfindung soll sich auf alle Gegenstände beziehen, die jetzt und zukünftig dem Fachmann als naheliegend zur Realisierung der Erfindung heranziehen würde.Further configurations and advantages emerge from the subject matter of the dependent claims and the drawings with the associated descriptions. Exemplary embodiments are explained in more detail below with reference to the accompanying drawings. The invention should not be limited solely to these exemplary embodiments. They only serve to explain the invention in more detail. The present invention is intended to relate to all matters which, now and in the future, would be obvious to a person skilled in the art for realizing the invention.
Figurenlistecharacter list
-
1 zeigt in einer schematischen Prinzipskizze ein erstes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Messsystems an einem Fahrrad, bei dem die Geschwindigkeit über den Reifen erfasst wird.1 shows a first exemplary embodiment of a measuring system according to the invention on a bicycle in a schematic outline sketch, in which the speed is detected via the tires. -
2 zeigt in einer schematischen Prinzipskizze ein zweites Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Messsystems, welches die Geschwindigkeit über den Kettenantrieb eines Fahrrads erfasst.2 shows a schematic outline sketch of a second exemplary embodiment of the measuring system according to the invention, which detects the speed via the chain drive of a bicycle. -
3 zeigt in einer schematischen Prinzipskizze in einem dritten Ausführungsbeispiel einen Kettenantrieb für ein Fahrzeug oder eine Maschine mit einem erfindungsgemäßen Messsystem.3 shows a chain drive for a vehicle or a machine with a measuring system according to the invention in a schematic outline sketch in a third exemplary embodiment. -
4 zeigt in einer schematischen Prinzipskizze in einem vierten Ausführungsbeispiel einen Riemenantrieb für ein Fahrzeug oder eine Maschine mit einem erfindungsgemäßen Messsystem.4 shows a fourth exemplary embodiment of a belt drive for a vehicle or a machine with a measuring system according to the invention in a schematic outline sketch.
Bevorzugtes AusführungsbeispielPreferred embodiment
In
Ein Detektor 24 der Messvorrichtung 11 empfängt die von einem Reflektor 26 reflektierten Wellen. Der Reflektor 26 ist ein Bewegungsteil 28, welches durch einen Antrieb 29 sich relativ zum Fahrradrahmen 12 des Fahrrads 13 bewegt bzw. entsprechend mitläuft. Das Bewegungsteil 28 wird hier sowohl von einem Hinterrad 30 als auch von einem Vorderrad 31 gebildet. Das Hinterrad 30 wird in bekannter Weise von einer Tretkurbel 32 und Zahnrädern 34, 36 mit einer Kette 38 angetrieben. Das Hinterrad 30 und das Vorderrad 31 weisen jeweils einen Reifen 40 mit einer gut reflektierenden Schicht 42 auf. Diese reflektierende Schicht ist nicht immer notwendig, verbessert allerdings die Reflexionseigenschaften und damit auch die Messgenauigkeit.A
Der Sender 16 und der Detektor 24 sind mit einer prozessorgesteuerten Auswerteeinrichtung 44 in einem Gehäuse 46 angeordnet. Eine ebenfalls in dem Gehäuse 46 angeordnete Spannungsquelle 47 versorgt die elektrischen Bauteile des Messsystems 10 mit der erforderlichen elektrischen Energie. Dabei können ein Akkumulator, eine Batterie, ein Photovoltaikelement, ein Dynamo oder eine Kombination dieser Spannungsquellen 47 verwendet werden. Der Sender 16 strahlt den Reflektor 26 mit einem Lichtstrahl 20 an. Der an dem Reflektor 26 reflektierte Lichtstrahl 20a wird von dem Detektor 24 erfasst. Da sich das Vorderrad 31 relativ zum Fahrradrahmen 12 bewegt, kommt an dem Detektor 24 eine Frequenzverschiebung aufgrund des Doppler-Effekts bei dem reflektierten Lichtstrahl 20a gegenüber dem ausgesendeten Lichtstrahl 20 an. Anhand dieser Frequenzverschiebung lässt sich die Geschwindigkeit des Fahrrads 13 ermitteln. Hierzu wird der Umfang des Vorderrads 31 mit Reifen 41 benötigt. Dazu geht der Quotient aus dem Reifenumfang und Felgenumfang, sowie der Messwinkel der Lichtstrahlen 20 oder 20a in die Berechnung der Geschwindigkeit ein. Mit Kalibriermitteln 48 wird die Auswerteinrichtung 44 auf den jeweiligen Radumfang kalibriert. Aus dem Umfang des Vorderrads 31 und der Frequenzverschiebung des ausgesendeten Lichtstrahls 20 zum empfangenen Lichtstrahl 20a errechnet die Auswerteeinrichtung 44 die aktuelle Geschwindigkeit bzw. Beschleunigung als physikalische Größen. Die Signale der ausgesendeten Lichtstrahlen 20 und die empfangenen Lichtstrahlen 20a werden über einen Analog-Digitalwandler 52 in digitale Werte umgewandelt, damit die prozessorgesteuerte Auswerteeinrichtung 44 diese verarbeiten kann. Entsprechend wird auch die Geschwindigkeit über das Hinterrad 30 ermittelt. Die Messvorrichtung 11 wird in dieser Abbildung lediglich verdeckt.The transmitter 16 and the
Mit dem Umfang 50 der Kette 38 wird die Auswerteinrichtung 44 mit dem Kalibriermittel 48 kalibriert. Es sei an dieser Stelle angemerkt, dass die Auswertung über die Kettengeschwindigkeit beim Fahrrad 13 nur bedingt funktioniert. Wenn der körperliche Antrieb 29 die Kette 38 nicht mehr antreibt, z.B. bei einer Bergabfahrt, dann hat das Fahrrad 13 eine Geschwindigkeit, obwohl die Kette nicht bewegt wird, sondern sich im Leerlauf befindet. Hier lässt sich die Geschwindigkeit durch die Auswerteeinrichtung 44 extrapolieren. Bei einem motorischen Antrieb 29, wie es z.B. bei einem Motorrad der Fall ist, läuft die Kette 38 immer mit. Hier lässt sich die Kettengeschwindigkeit mit dem Messsystem 10 unmittelbar in eine Geschwindigkeit umrechnen. Bei der Erfassung der Geschwindigkeit über die Kette 50 muss bei Bedarf eine Getriebeübersetzung mit in die Geschwindigkeitsberechnung einfließen. Diese Getriebeübersetzung wird mit den Kalibriermitteln 48 der Auswerteeinrichtung 44 zugeführt.The
BezugszeichenlisteReference List
- 1010
- Messsystemmeasuring system
- 1111
- Messvorrichtungmeasuring device
- 1212
- Fahrradrahmenbike frame
- 1313
- Fahrradbicycle
- 1414
- Bewegtes Objektmoving object
- 1616
- SenderChannel
- 1818
- elektromagnetische Wellenelectromagnetic waves
- 2020
- Lichtstrahlbeam of light
- 20a20a
- Reflektierter LichtstrahlReflected beam of light
- 2222
- Laserdiodelaser diode
- 2424
- Detektordetector
- 2626
- Reflektorreflector
- 2828
- Bewegungsteilmoving part
- 2929
- Antriebdrive
- 3030
- Hinterradrear wheel
- 3131
- Vorderradfront wheel
- 3232
- Tretkurbelcrank
- 3434
- Zahnradgear
- 3636
- Zahnradgear
- 3838
- KetteChain
- 4040
- Reifentires
- 4141
- Reifentires
- 4242
- Reflektierende SchichtReflective layer
- 4444
- Auswerteeinrichtungevaluation device
- 4646
- GehäuseHousing
- 4747
- Spannungsquellevoltage source
- 4848
- Kalibriermittelcalibration means
- 5050
- UmfangScope
- 5252
- Analog-Digitalwandleranalog to digital converter
- 5454
- Kettenantriebchain drive
- 5656
- KetteChain
- 5858
- Zahnradgear
- 6060
- Zahnradgear
- 6262
- Riemenantriebbelt drive
- 6464
- Zahnradgear
- 6666
- Zahnradgear
- 6868
- Riemenbelt
Claims (4)
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- 2020-10-20 DE DE102020127569.2A patent/DE102020127569B3/en active Active
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
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R012 | Request for examination validly filed | ||
R016 | Response to examination communication | ||
R018 | Grant decision by examination section/examining division | ||
R082 | Change of representative |
Representative=s name: ISARPATENT - PATENT- UND RECHTSANWAELTE BARTH , DE |
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R020 | Patent grant now final |