DE102020210867A1

DE102020210867A1 - Device and method for detecting a cadence present on a bicycle

Info

Publication number: DE102020210867A1
Application number: DE102020210867.6A
Authority: DE
Inventors: Hans-Peter Brueckner
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2020-08-28
Filing date: 2020-08-28
Publication date: 2022-03-03
Also published as: WO2022042928A1

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung (10) zum Erfassen einer an einem Fahrrad (1) vorliegenden Trittfrequenz, umfassend eine Sensoreinheit (11), welche zumindest einen Inertialsensor (13, 14) umfasst, wobei die Sensoreinheit (11) dazu eingerichtet ist, mittels des zumindest einen Inertialsensors (13, 14) einen zeitlichen Verlauf einer Bewegung eines Rahmens (4) des Fahrrades (1) zu erfassen, und eine Signalverarbeitungseinheit (12), welche dazu eingerichtet ist eine Trittfrequenz aus der über den von der Sensoreinheit (11) erfassten zeitlichen Verlauf der Bewegung zu ermitteln.The present invention relates to a device (10) for detecting a cadence on a bicycle (1), comprising a sensor unit (11) which comprises at least one inertial sensor (13, 14), the sensor unit (11) being set up to of the at least one inertial sensor (13, 14) to record a movement over time of a frame (4) of the bicycle (1), and a signal processing unit (12) which is set up to calculate a cadence from the to determine the detected time profile of the movement.

Description

Stand der TechnikState of the art

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Erfassen einer an einem Fahrrad vorliegenden Trittfrequenz.The present invention relates to a device and a method for detecting a pedaling frequency present on a bicycle.

Die steigende Verbreitung von Elektrofahrrädern und auch der Absatz regulärer Fahrräder hat zu einer steigenden Anzahl von Radfahrern quer durch alle Bevölkerungsschichten geführt. Für viele Anwender steht dabei auch ein Gesundheitseffekt und somit die Nutzung des Fahrrads als Sport und Trainingsgerät im Vordergrund. Hierbei wird vor allem auf einen Kraftausdauereffekt abgezielt. Aus physiologischer Sicht lässt sich ein Training hierfür durch die Wahl einer geeigneten Trittfrequenz optimieren.The increasing spread of electric bicycles and the sale of regular bicycles has led to an increasing number of cyclists across all social classes. For many users, a health effect and thus the use of the bicycle as a sport and training device is also in the foreground. The aim here is primarily to achieve a strength endurance effect. From a physiological point of view, training can be optimized by choosing a suitable cadence.

Bei aktuellen Vorrichtungen zum Erfassen einer an einem Fahrrad vorliegenden Trittfrequenz ist typischerweise ein Drehzahlmesser als Sensor fest an einer Fahrradkurbel des Fahrrades angeordnet. Dies führt jedoch dazu, dass ein entsprechendes Messgerät einen Sensor benötigt, der in aufwendiger Weise an dem Fahrrad angeordnet werden muss und dass der Sensor nur mit hohem Aufwand zwischen unterschiedlichen Fahrrädern bewegt oder an einem Fahrrad nachgerüstet werden kann. Auch ist es dabei nötig, eine Datenübertragung zwischen dem Sensor und einer Einheit, welche die von dem Sensor erfassten Messwerte nutzt, bereitzustellen. Es ist daher erstrebenswert, ein System zum Erfassen einer Trittfrequenz zu schaffen, welches ohne größere Einschränkungen frei an einer beliebigen Position am Fahrrad oder mechanisch damit verbundener Komponenten befestigt werden kann.In current devices for detecting a cadence present on a bicycle, a tachometer is typically arranged permanently as a sensor on a bicycle crank of the bicycle. However, this means that a corresponding measuring device requires a sensor that has to be arranged on the bicycle in a complex manner and that the sensor can only be moved between different bicycles or retrofitted to a bicycle with great effort. It is also necessary to provide data transmission between the sensor and a unit that uses the measured values recorded by the sensor. It is therefore desirable to provide a system for detecting a cadence that can be freely attached to any position on the bicycle or components mechanically connected thereto without major restrictions.

Offenbarung der ErfindungDisclosure of Invention

Die erfindungsgemäße Vorrichtung zum Erfassen einer an einem Fahrrad vorliegenden Trittfrequenz umfasst eine Sensoreinheit, welche zumindest einen Inertialsensor umfasst, wobei die Sensoreinheit dazu eingerichtet ist, mittels des zumindest einen Inertialsensors einen zeitlichen Verlauf einer Bewegung eines Rahmens des Fahrrades zu erfassen, und eine Signalverarbeitungseinheit, welche dazu eingerichtet ist, einen Trittfrequenz aus der über den von der Sensoreinheit erfassten zeitlichen Verlauf der Bewegung zu ermitteln.The device according to the invention for detecting a cadence present on a bicycle comprises a sensor unit, which comprises at least one inertial sensor, wherein the sensor unit is set up to use the at least one inertial sensor to detect a time profile of a movement of a frame of the bicycle, and a signal processing unit, which is set up to determine a cadence from the movement over time recorded by the sensor unit.

Das erfindungsgemäße Verfahren zum Erfassen einer an einem Fahrrad vorliegenden Trittfrequenz umfasst ein Erfassen eines zeitlichen Verlaufs einer Bewegung eines Rahmens des Fahrrades über einen zeitlichen Verlauf durch zumindest einen Inertialsensor und ein Ermitteln einer Trittfrequenz aus dem erfassten zeitlichen Verlauf der Bewegung.The method according to the invention for detecting a cadence on a bicycle includes detecting a time profile of a movement of a frame of the bicycle over a time profile by at least one inertial sensor and determining a cadence from the recorded time profile of the movement.

Die Bewegung ist dabei insbesondere eine Beschleunigung oder eine Drehrate des Rahmens.The movement is in particular an acceleration or a rate of rotation of the frame.

Der zumindest eine Inertialsensor ist bevorzugt unmittelbar an dem Rahmen des Fahrzeuges angeordnet, kann jedoch auch mittelbar über weitere Elemente oder sogar über den Anwender selbst mit dem Rahmen des Fahrrades verbunden sein, um die Bewegung des Rahmens des Fahrrades zu erfassen. So kann der zumindest eine Inertialsensor beispielsweise an einer Lenkstange angeordnet sein oder als Teil einer mobilen Einheit von einem Anwender mit sich getragen werden.The at least one inertial sensor is preferably arranged directly on the frame of the vehicle, but can also be connected indirectly to the frame of the bicycle via other elements or even via the user himself in order to detect the movement of the frame of the bicycle. For example, the at least one inertial sensor can be arranged on a handlebar or carried by a user as part of a mobile unit.

Die Signalverarbeitungseinheit ist insbesondere eine digitale Recheneinheit, welche bevorzugt über eine drahtgebundene oder funkgestützte Verbindung mit der Sensoreinheit gekoppelt ist. Die Signalverarbeitungseinheit empfängt somit die Sensorsignale, welche von dem zumindest einen Inertialsensor der Sensoreinheit erfasst werden und über den zeitlichen Verlauf bereitgestellt werden. Basierend auf dem erfassten zeitlichen Verlauf der Bewegung wird durch die Signalverarbeitungseinheit die Trittfrequenz erfasst, die an einem Fahrrad vorliegt, an dem der Inertialsensor angeordnet ist. Dies erfolgt insbesondere basierend auf einer Detektion einer bestimmten dominanten Frequenz in einem vorgegebenen Frequenzspektrum.The signal processing unit is in particular a digital computing unit, which is preferably coupled to the sensor unit via a wired or radio-supported connection. The signal processing unit thus receives the sensor signals which are detected by the at least one inertial sensor of the sensor unit and are provided over time. Based on the detected temporal profile of the movement, the signal processing unit detects the cadence that is present on a bicycle on which the inertial sensor is arranged. This takes place in particular based on a detection of a specific dominant frequency in a predetermined frequency spectrum.

Die Unteransprüche zeigen bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung.The dependent claims show preferred developments of the invention.

Bevorzugt umfasst die Vorrichtung einen Filter, der dazu eingerichtet ist, solche Frequenzen aus der über den zeitlichen Verlauf erfassten Bewegung zu filtern, die nicht in einem Frequenzbereich liegen, der einen Bereich möglicher Trittfrequenzen definiert. Der Frequenzbereich ist dabei bevorzugt ein vordefinierter Frequenzbereich, insbesondere ein Frequenzbereich, der eine Trittfrequenz zwischen 0 und 110 Umdrehungen pro Minute, also eine Frequenz von 0 Hz bis 1,8 Hz definiert oder weiter bevorzugt eine Trittfrequenz zwischen 60 und 110 Umdrehungen pro Minute, also einen Frequenzbereich zwischen 1 Hz und 1,8 Hz definiert. Der Filter ist daher bevorzugt ein Bandpass- oder ein Tiefpass-Filter. Auf diese Weise können solche Frequenzen, welche durch Störereignisse verursacht werden, gefiltert werden. So sind beispielsweise hohe Frequenzen, die durch Erschütterungen verursacht werden, wenn eine unebene Oberfläche überfahren wird, als Störfrequenzen anzusehen, da diese keinen Indikator für die Trittfrequenz darstellen.The device preferably includes a filter that is set up to filter out those frequencies from the movement recorded over the course of time that are not in a frequency range that defines a range of possible cadences. The frequency range is preferably a predefined frequency range, in particular a frequency range that defines a cadence between 0 and 110 revolutions per minute, i.e. a frequency from 0 Hz to 1.8 Hz, or more preferably a cadence between 60 and 110 revolutions per minute, i.e defines a frequency range between 1 Hz and 1.8 Hz. The filter is therefore preferably a bandpass or a lowpass filter. In this way, frequencies that are caused by interference events can be filtered. For example, high frequencies caused by vibrations caused by driving over an uneven surface should be considered interference frequencies because they are not an indicator of cadence.

Weiter bevorzugt umfasst der zumindest eine Inertialsensor einen ersten Inertialsensor, wobei der erste Inertialsensor ein Drehratensensor, insbesondere ein Gyroskop, ist. Ein solcher Sensor ist insbesondere ein MEMS-Sensor. Solche Sensoren sind kostengünstig verfügbar und ermöglichen eine kompakte Bauweise bei geringem Stromverbrauch. Es wird somit insbesondere ermöglicht, dass die Vorrichtung auch als tragbare mobile Vorrichtung ausgeführt werden kann.More preferably, the at least one inertial sensor includes a first inertial sensor, wherein the first inertial sensor is a rotation rate sensor, in particular a gyroscope. Such a sensor is in particular a MEMS sensor. Such sensors are available at low cost and enable a compact design with low power consumption. It is thus made possible in particular that the device can also be designed as a portable mobile device.

Des Weiteren ist es vorteilhaft, wenn der zumindest eine Inertialsensor einen zweiten Inertialsensor umfasst, wobei der zweite Inertialsensor ein Beschleunigungssensor ist. Auch solche Sensoren sind als MEMS-Sensoren verfügbar und ermöglichen eine kompakte Bauweise bei geringem Stromverbrauch.Furthermore, it is advantageous if the at least one inertial sensor includes a second inertial sensor, the second inertial sensor being an acceleration sensor. Such sensors are also available as MEMS sensors and enable a compact design with low power consumption.

Bevorzugt umfasst die Vorrichtung sowohl den ersten als auch den zweiten Inertialsensor, wodurch es besonders vorteilhaft ermöglicht wird, Störereignisse über einen Signalverarbeitungsschritt der Sensordatenfusion zu filtern, wenn diese nur bei einem der Inertialsensoren auftreten bzw. nur durch einen der Inertialsensoren erfasst werden.The device preferably includes both the first and the second inertial sensor, which makes it particularly advantageous to filter interference events via a signal processing step of the sensor data fusion if they only occur with one of the inertial sensors or are only detected by one of the inertial sensors.

Auch ist es vorteilhaft, wenn zumindest einer der Inertialsensoren ein zweiachsiger oder ein dreiachsiger Sensor ist. Zweiachsige Sensoren ermöglichen eine kostengünstigere und kompaktere Ausführung und können zu einer vereinfachten Signalverarbeitung führen, da beispielsweise eine Achse, in der keine Lageänderung erfolgt, nicht berücksichtigt werden muss. Dreiachsige Sensoren ermöglichen ein Erfassen der für das Ermitteln der Trittfrequenz notwendigen Information unabhängig von deren Ausrichtung und erlauben somit eine höhere Flexibilität bei der Anordnung der Sensoreinheit für einen Betrieb der Vorrichtung.It is also advantageous if at least one of the inertial sensors is a two-axis or a three-axis sensor. Two-axis sensors enable a more cost-effective and more compact design and can lead to simplified signal processing, since, for example, an axis in which there is no change in position does not have to be taken into account. Three-axis sensors enable the information required for determining the cadence to be recorded independently of its orientation and thus allow greater flexibility in the arrangement of the sensor unit for operation of the device.

Auch ist es vorteilhaft, wenn die Sensoreinheit dazu eingerichtet ist, eine Bewegung des Rahmens in einer Richtung zu erfassen, die orthogonal zur Fahrrichtung des Fahrrads steht. Insbesondere ist die Sensoreinheit dabei dazu eingerichtet, ausschließlich eine Bewegung des Rahmens in einer Richtung zu erfassen, die orthogonal zur Fahrrichtung des Fahrrads steht. Eine Wankbewegung des Fahrrads, welche durch eine vorliegende Trittfrequenz verursacht wird, erfolgt typischerweise in einer Richtung, die orthogonal zur Fahrtrichtung des Fahrrades steht. Daher ist es vorteilhaft, die Bewegung und somit die Lage und/oder die Lageänderung, des Rahmens in dieser Ebene zu erfassen. Besonders bevorzugt ist dabei zumindest einer der Inertialsensoren ein zweiachsiger Sensor, der entsprechend angeordnet ist, um die Bewegung des Rahmens in einer Ebene zu erfassen, die orthogonal zur Fahrtrichtung des Fahrrads steht. Bevorzugt sind dabei beide der Inertialsensoren zweiachsige Sensoren.It is also advantageous if the sensor unit is set up to detect a movement of the frame in a direction that is orthogonal to the direction of travel of the bicycle. In particular, the sensor unit is set up to only detect a movement of the frame in a direction that is orthogonal to the direction of travel of the bicycle. A rolling movement of the bicycle, which is caused by a given cadence, typically takes place in a direction that is orthogonal to the direction of travel of the bicycle. It is therefore advantageous to detect the movement and thus the position and/or the change in position of the frame in this plane. Particularly preferably, at least one of the inertial sensors is a two-axis sensor that is arranged to detect the movement of the frame in a plane that is orthogonal to the direction of travel of the bicycle. Both of the inertial sensors are preferably two-axis sensors.

Besonders bevorzugt ist die Vorrichtung ein mobiles Endgerät, insbesondere ein Mobiltelefon oder ein Tablet, oder ein Fahrradcomputer. Auf diese Weise ist eine besonders anwenderfreundliche Nutzung möglich, da ein Anwender unabhängig davon, ob er sein eigenes oder ein fremdes Fahrrad nutzt, die Trittfrequenz durch das mobile Gerät angezeigt bekommen kann.The device is particularly preferably a mobile terminal device, in particular a cell phone or a tablet, or a bicycle computer. In this way, particularly user-friendly use is possible, since a user can have the cadence displayed by the mobile device, regardless of whether he is using his own bicycle or someone else's bicycle.

Ferner ist es vorteilhaft, wenn die Vorrichtung eine trittadaptive Unterstützung durch einen elektrischen Antrieb des Fahrrades, basierend auf der Trittfrequenz, ermöglicht. Auf diese Weise kann insbesondere ein elektrisches Fahrrad auf einen Trainingseffekt, der von einem Anwender gewünscht wird, angepasst werden, wodurch insbesondere auch eine Nutzung im Reha-Bereich ermöglicht wird. Auch kann eine adaptive Unterstützungsanpassung des Antriebs ohne merkliche Schaltstellen ermöglicht werden.Furthermore, it is advantageous if the device enables step-adaptive support by means of an electric drive of the bicycle, based on the pedaling frequency. In this way, an electric bicycle in particular can be adapted to a training effect that is desired by a user, which in particular also enables use in the field of rehabilitation. An adaptive support adjustment of the drive can also be made possible without noticeable switching points.

Ferner ist es vorteilhaft, wenn die Vorrichtung von einem Fahrradcomputer umfasst ist und der Fahrradcomputer eine adaptive Dämpfung des Fahrrades, basierend auf der Trittfrequenz, steuert. Somit kann eine situationsabhängige, z.B. von einem Wiegetritt abhängige, Anpassung der Dämpfung von Dämpferelementen erfolgen, wodurch z.B. ein erhöhter Vortrieb durch geringere Dämpfung im Wiegetritt erreicht werden kann.Furthermore, it is advantageous if the device is included in a bicycle computer and the bicycle computer controls an adaptive damping of the bicycle based on the cadence. In this way, the damping of damping elements can be adjusted depending on the situation, e.g. dependent on out-of-saddle pedaling, whereby, for example, increased propulsion can be achieved through less damping when pedaling out-of-saddle.

Ferner ist ein Computerprogrammprodukt vorteilhaft welches Befehle umfasst, die bei der Ausführung des Programms durch einen Computer diesen veranlassen, Sensordaten zu erfassen, welche durch zumindest einen Inertialsensor bereitgestellt werden und einen zeitlichen Verlaufs einer Bewegung eines Rahmens eines Fahrrades über einen Zeitverlauf durch zumindest einen Inertialsensor, und aus dem erfassten zeitlichen Verlauf der Bewegung eine Trittfrequenz zu ermitteln, wobei bei dem Ermitteln der Trittfrequenz insbesondere ein Frequenz-Tracking-Algorithmus ausgeführt wird.Furthermore, a computer program product is advantageous which comprises instructions which, when the program is executed by a computer, cause the latter to acquire sensor data which are provided by at least one inertial sensor and a time profile of a movement of a frame of a bicycle over a time profile by at least one inertial sensor, and to determine a cadence from the detected time profile of the movement, with a frequency tracking algorithm in particular being executed when the cadence is determined.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung ist dazu eingerichtet, das erfindungsgemäße Verfahren auszuführen. Das erfindungsgemäße Computerprogrammprodukt ist dazu geeignet, das erfindungsgemäße Verfahren zu steuern.The device according to the invention is set up to carry out the method according to the invention. The computer program product according to the invention is suitable for controlling the method according to the invention.

Figurenlistecharacter list

Nachfolgend werden Ausführungsbeispiele der Erfindung unter Bezugnahme auf die begleitende Zeichnung im Detail beschrieben. In der Zeichnung ist:

1 eine schematische Darstellung eines Fahrrades, an dem eine erfindungsgemäße Vorrichtung zum Erfassen einer an dem Fahrrad vorliegenden Trittfrequenz gemäß einer beispielhaften Ausführungsform angeordnet ist,
2 eine schematische Darstellung eines Aufbaues einer Vorrichtung zum Erfassen einer an dem Fahrrad vorliegenden Trittfrequenz gemäß einer beispielhaften Ausführungsform,
3 eine schematische Darstellung eines beispielhaften Signalflusses in einer Vorrichtung zum Erfassen einer an dem Fahrrad vorliegenden Trittfrequenz,
4 eine schematische Darstellung einer Kraftverteilung bei einem Tretvorgang an einem Fahrrad, und
5 eine schematische Darstellung einer Wiegebewegung eines Fahrrades, welche durch eine vorliegende Trittfrequenz verursacht wird.

Exemplary embodiments of the invention are described in detail below with reference to the accompanying drawings. In the drawing is:

1 a schematic representation of a bicycle on which a device according to the invention for detecting a on the bicycle present cadence is arranged according to an exemplary embodiment,
2 a schematic representation of a structure of a device for detecting a cadence present on the bicycle according to an exemplary embodiment,
3 a schematic representation of an exemplary signal flow in a device for detecting a cadence present on the bicycle,
4 a schematic representation of a force distribution during a pedaling process on a bicycle, and
5 a schematic representation of a rocking movement of a bicycle, which is caused by a given cadence.

Ausführungsformen der ErfindungEmbodiments of the invention

1 zeigt ein Fahrrad 1, an dem eine Vorrichtung 10 zum Erfassen einer an dem Fahrrad 1 vorliegenden Trittfrequenz angeordnet ist. 1 shows a bicycle 1 on which a device 10 for detecting a cadence present on the bicycle 1 is arranged.

Das Fahrrad 1 ist in dieser Ausführungsform beispielhaft als ein Elektrofahrrad ausgeführt. Dabei ist das Fahrrad ein Fahrrad mit Elektroantrieb, beispielsweise ein Pedelec, bei dem der Elektroantrieb zugeschaltet wird, wenn ein Fahrer in die Pedale tritt. Wie aus 1 ersichtlich ist, ist dazu ein elektrischer Antrieb 2 im Bereich eines Tretlagers des Fahrrads 1 angeordnet. Ferner umfasst das Fahrrad 1 einen elektrischen Energiespeicher 3, welcher in ein Rahmenrohr des Fahrrades 1 integriert ist.In this embodiment, the bicycle 1 is embodied as an electric bicycle by way of example. The bicycle is a bicycle with an electric drive, for example a pedelec, in which the electric drive is switched on when a rider pedals. How out 1 As can be seen, an electric drive 2 is arranged in the area of a bottom bracket of the bicycle 1 for this purpose. The bicycle 1 also includes an electrical energy store 3 which is integrated into a frame tube of the bicycle 1 .

An dem Fahrrad 1 ist ferner ein Fahrradcomputer angeordnet, welcher die Vorrichtung 10 zum Erfassen der an dem Fahrrad vorliegenden Trittfrequenz umfasst. Der Fahrradcomputer ist optional ferner dazu eingerichtet, den elektrischen Antrieb 2 des Fahrrades 1 oder eine Dämpfung 5 des Fahrrades 1 zu steuern. Die Vorrichtung 10 ist in dieser beispielhaften Ausführungsform an einem Lenker des Fahrrades 1 angeordnet. Die Dämpfung 5 umfasst bevorzugt einen Dämpfer an einem Vorderrad und/oder einen Dämpfer an einem Hinterrad des Fahrrades 1.Furthermore, a bicycle computer is arranged on the bicycle 1, which comprises the device 10 for detecting the cadence present on the bicycle. The cycle computer is also optionally set up to control the electric drive 2 of the cycle 1 or a damping system 5 of the cycle 1 . In this exemplary embodiment, the device 10 is arranged on a handlebar of the bicycle 1 . The damping 5 preferably comprises a damper on a front wheel and/or a damper on a rear wheel of the bicycle 1.

Eine schematische Darstellung der Vorrichtung 10 ist in 2 dargestellt. Die Vorrichtung 10 umfasst eine Sensoreinheit 11, welche zumindest einen Inertialsensor 13, 14 umfasst. Die Sensoreinheit 11 ist dazu eingerichtet, mittels des zumindest einen Inertialsensors 13, 14 einen zeitlichen Verlauf einer Bewegung des Rahmens 4 des Fahrrades 1 zu erfassen.A schematic representation of the device 10 is shown in FIG 2 shown. The device 10 includes a sensor unit 11 which includes at least one inertial sensor 13, 14. The sensor unit 11 is set up to use the at least one inertial sensor 13, 14 to detect a movement of the frame 4 of the bicycle 1 over time.

In dieser beispielhaften Ausführungsform umfasst die Sensoreinheit 11 einen ersten Inertialsensor 13 und einen zweiten Inertialsensor 14. Ferner umfasst die Vorrichtung 10 eine Signalverarbeitungseinheit 12. Die Signalverarbeitungseinheit 12 ist dazu eingerichtet, eine Trittfrequenz aus der über den von der Sensoreinheit 11 erfassten zeitlichen Verlauf der Bewegung zu ermitteln. Die Sensoreinheit 11 ist somit zusammen mit der Signalverarbeitungseinheit 12 in dem Fahrradcomputer angeordnet. Der zeitliche Verlauf der Bewegung wird dabei von der Sensoreinheit 11 in einem Ausgangssignal bereitgestellt, welches diesen Verlauf als Bewegungsinformation umfasst.In this exemplary embodiment, the sensor unit 11 includes a first inertial sensor 13 and a second inertial sensor 14. The device 10 also includes a signal processing unit 12. The signal processing unit 12 is set up to calculate a cadence from the time profile of the movement detected by the sensor unit 11 determine. The sensor unit 11 is thus arranged together with the signal processing unit 12 in the bicycle computer. The time course of the movement is provided by the sensor unit 11 in an output signal which includes this course as movement information.

Der erste Inertialsensor 13 ist ein Drehratensensor, welcher eine Rotationsbewegung des ersten Inertialsensors 13 in Bezug zu den Sensorachsen des ersten Inertialsensors 13 erfasst. So ist der erste Inertialsensor 13 beispielsweise ein gyroskopischer Sensor (Gyroskop), durch welchen eine Drehrate des Fahrrades 1, welche senkrecht zu der Fahrtrichtung des Fahrrades 1 gerichtet ist, erfasst wird.The first inertial sensor 13 is a yaw rate sensor, which detects a rotational movement of the first inertial sensor 13 in relation to the sensor axes of the first inertial sensor 13 . For example, the first inertial sensor 13 is a gyroscopic sensor (gyroscope) by which a rotation rate of the bicycle 1, which is directed perpendicularly to the direction of travel of the bicycle 1, is detected.

Der zweite Inertialsensor 14 ist in dieser Ausführungsform ein Beschleunigungssensor. Der Beschleunigungssensor ist dazu eingerichtet zu detektieren, wann und in welchem Ausmaß der Sensor in eine Richtung beschleunigt wird, die senkrecht zu der Fahrtrichtung des Fahrrades 1 gerichtet ist.In this embodiment, the second inertial sensor 14 is an acceleration sensor. The acceleration sensor is set up to detect when and to what extent the sensor is accelerated in a direction that is perpendicular to the direction of travel of the bicycle 1 .

Eine Bewegung des Rahmens 4 des Fahrrades 1 kann somit als ein Eingangswert für den ersten und/oder den zweiten Inertialsensor 13, 14 angesehen werden. Dies ergibt sich daraus, dass der Rahmen 4 des Fahrrades 1 mit dem Lenker des Fahrrades 1 verbunden ist und sich die Vorrichtung 10 zusammen mit der Sensoreinheit 11 mit dem Rahmen 4 bewegt. Die von dem ersten Inertialsensor 13 und dem zweiten Inertialsensor 14 erfassten Messwerte und somit die Bewegungsinformation werden an die Signalverarbeitungseinheit 12 übertragen. Sowohl durch den ersten Inertialsensor 13 als auch durch den zweiten Inertialsensor 14 werden kontinuierlich Messwerte erfasst, wodurch ein zeitlicher Verlauf der Bewegung des Rahmens des Fahrrads 1 erfasst wird und über die Messsignale der Signalverarbeitungseinheit 12 bereitgestellt wird.A movement of the frame 4 of the bicycle 1 can thus be regarded as an input value for the first and/or the second inertial sensor 13, 14. This results from the fact that the frame 4 of the bicycle 1 is connected to the handlebars of the bicycle 1 and the device 10 moves with the frame 4 together with the sensor unit 11 . The measured values recorded by the first inertial sensor 13 and the second inertial sensor 14 and thus the movement information are transmitted to the signal processing unit 12 . Measured values are continuously recorded both by the first inertial sensor 13 and by the second inertial sensor 14 , as a result of which a time profile of the movement of the frame of the bicycle 1 is recorded and made available to the signal processing unit 12 via the measurement signals.

Die Signalverarbeitungseinheit 12 führt eine Signalverarbeitung aus, um aus den Messsignalen, welche von der Sensoreinheit 11 bereitgestellt werden, die Trittfrequenz zu ermitteln, die an dem Fahrrad 1 vorliegt. Die Signalverarbeitungseinheit 12 stellt die ermittelte Trittfrequenz über eine Schnittstelle 15 bereit.The signal processing unit 12 carries out signal processing in order to determine the cadence present on the bicycle 1 from the measurement signals which are provided by the sensor unit 11 . The signal processing unit 12 provides the determined cadence via an interface 15 .

Das Ermitteln der Trittfrequenz ist daher möglich, da eine Bewegung des Rahmens 4 des Fahrrades 1 abhängig von einer tatsächlich anliegenden Trittfrequenz ist, die von einem Fahrer des Fahrrades 1 bei dem Treten der Pedale des Fahrrades 1 ausgeübt wird. Eine solche Trittfrequenz liegt typischerweise zwischen 60 und 110 Umdrehungen pro Minute. Das bedeutet, dass die Trittfrequenz typischerweise in einem Frequenzbereich von 1 Hz bis 1,8 Hz liegt.It is therefore possible to determine the cadence since a movement of the frame 4 of the bicycle 1 is dependent on an actual cadence which is exerted by a rider of the bicycle 1 when pedaling the bicycle 1 . Such a cadence is typically between 60 and 110 revolutions per minute. This means that the cadence is typically in a frequency range of 1 Hz to 1.8 Hz.

Der Zusammenhang zwischen einer Bewegung des Rahmens 4, und somit eines zeitlichen Verlaufs einer Lage und/oder einer Lageänderung des Rahmens 4, wird mit Verweis auf die 4 und 5 beschrieben. So ist in 4 eine Krafteinwirkung auf ein Pedal 6 des Fahrrades 1 bei einer Trittbewegung durch einen Anwender dargestellt. In 5 ist eine daraus resultierende Wankbewegung 7 dargestellt.The connection between a movement of the frame 4, and thus a time course of a position and / or a change in position of the frame 4, with reference to 4 and 5 described. So is in 4 a force applied to a pedal 6 of the bicycle 1 during a pedaling movement by a user. In 5 a resulting rolling movement 7 is shown.

Innerhalb eines Trittzyklus schwankt das auf die Kurbel des Pedals 6 übertragene Drehmoment bedingt durch ein veränderliches Verhältnis zwischen einer Tangentialkraft F_T und einer Kraft auf das Lager F_R. Diese Kräfte sind durch die in 4 dargestellten Vektoren dargestellt. Es ist ersichtlich, dass die Tangentialkraft F_T und die Kraft auf das Lager F_R abhängig von einer Position des Pedals 6 in dem Trittzyklus sind. Entsprechend variiert auch eine aus der Tangentialkraft F_T und der Kraft auf das Lager F_R resultierende Kraft Fp. Diese resultierende Kraft F_P wirkt bei der in 4 beispielhaft dargestellten Pedalposition nach unten. Auf der gegenüberliegenden Seite des Rahmens 4 wirkt diese Kraft jedoch zum gleichen Zeitpunkt in die entgegengesetzte Richtung.Within a pedaling cycle, the torque transmitted to the crank of the pedal 6 varies due to a changing relationship between a tangential force F _T and a force on the bearing F _R . These forces are due to the in 4 shown vectors. It can be seen that the tangential force F _T and the force on the bearing F _R are dependent on a position of the pedal 6 in the pedaling cycle. A force Fp resulting from the tangential force F _T and the force on the bearing F _R also varies accordingly. This resulting force F _P acts at in 4 pedal position shown as an example down. On the opposite side of the frame 4, however, this force acts in the opposite direction at the same time.

Aufgrund der Trittkraft und somit aufgrund der resultierende Kraft F_P entsteht typischerweise eine Wankbewegung des Rahmens 4, die orthogonal zur Fahrtrichtung des Fahrrades 1 ist und zugleich entsteht eine über die Trittzyklen periodisch variierende Beschleunigung des Rahmens 4. Eine Erfassung und Auswertung dieser beiden Parameter erfolgt durch die Vorrichtung 10 und lässt Rückschlüsse auf die Trittfrequenz zu. Im Gegensatz zur aktuellen Lösung, die auf einen Sensor im Pedal setzen, können die Inertialsensoren flexibler am Fahrrad 1 oder mechanisch damit verbundener Komponenten platziert werden.Due to the pedaling force and thus due to the resulting force F _P , there is typically a rolling movement of the frame 4, which is orthogonal to the direction of travel of the bicycle 1, and at the same time there is an acceleration of the frame 4 that varies periodically over the pedaling cycles. These two parameters are recorded and evaluated by the device 10 and allows conclusions to be drawn about the cadence. In contrast to the current solution, which relies on a sensor in the pedal, the inertial sensors can be placed more flexibly on the bicycle 1 or components mechanically connected to it.

Die resultierende Wankbewegung 7 ist in 5 dargestellt. Ist die resultierende Kraft F_P beispielsweise auf der in 5 links gelegenen Seite nach unten gerichtet und zugleich auf der in 5 rechts gelegenen Seite nach oben gerichtet, so wird das Fahrrad 1 zusammen mit dem Rahmen 4 nach links wanken. Das bedeutet, das Fahrrad 1 wird entlang der Fahrrichtung, welche in 5 aus der Zeichenebene heraus gerichtet ist, nach links gekippt werden. Einen halben Trittzyklus später wirken die resultierenden Kräfte F_P auf den beiden Seiten des Fahrrades 1 in die jeweils entgegengesetzte Richtung, wodurch das Fahrrad 1 in die umgekehrte Richtung gekippt wird. Diese Bewegung des Fahrrads 1 entgegen einer Trittbewegung eines Fahrers wird auch als Wank- oder Wiegebewegung des Fahrrades 1 bezeichnet. Diese Bewegung des Rahmens 4 wird durch die Inertialsensoren 13, 14 der Sensoreinheit 11 erfasst und der Signalverarbeitungseinheit 12 bereitgestellt. Da die Wankbewegung 7 sich auf nahezu alle Komponenten des Fahrrades 1 und auch auf den Fahrer des Fahrrades auswirkt, können die Inertialsensoren 13, 14 nahezu beliebig angeordnet werden und dennoch kann durch die Inertialsensoren 13, 14 die notwendige Information erfasst werden, um Rückschlüsse auf die Trittfrequenz zu ziehen und diese durch die Signalverarbeitungseinheit 12 zu ermitteln.The resulting rolling motion 7 is in 5 shown. For example, if the resultant force F _P is on the in 5 left side directed downwards and at the same time on the in 5 right side facing up, the bicycle 1 will sway together with the frame 4 to the left. This means that the bicycle 1 is driven along the direction of travel, which is in 5 directed out of the plane of the drawing can be tilted to the left. Half a pedaling cycle later, the resulting forces F _P act on the two sides of the bicycle 1 in opposite directions, causing the bicycle 1 to tip in the opposite direction. This movement of the bicycle 1 counter to a pedaling movement of a rider is also referred to as a rolling or rocking movement of the bicycle 1 . This movement of the frame 4 is detected by the inertial sensors 13, 14 of the sensor unit 11 and made available to the signal processing unit 12. Since the rolling movement 7 affects almost all components of the bicycle 1 and also the rider of the bicycle, the inertial sensors 13, 14 can be arranged in almost any way and the necessary information can still be recorded by the inertial sensors 13, 14 in order to draw conclusions about the To draw cadence and to determine this by the signal processing unit 12.

Eine beispielhafte Signalverarbeitung, welche durch die Signalverarbeitungseinheit 12 ausgeführt wird, ist in 3 dargestellt. So umfasst die Signalverarbeitungseinheit 12 bevorzugt geeignete Filter 20 bis 23, durch welche die Messsignale der Sensoreinheit 11 gefiltert werden.An exemplary signal processing performed by the signal processing unit 12 is shown in FIG 3 shown. Thus, the signal processing unit 12 preferably includes suitable filters 20 to 23, through which the measurement signals of the sensor unit 11 are filtered.

Die Messsignale werden an einem Eingang 27 der Signalverarbeitungseinheit 12 bereitgestellt. Die Trittfrequenz wird als ein Ausgangssignal an einem Ausgang 28 von der Signalverarbeitungseinheit 12 bereitgestellt.The measurement signals are provided at an input 27 of the signal processing unit 12 . The cadence is provided as an output signal at an output 28 from the signal processing unit 12 .

Insbesondere umfasst die Signalverarbeitungseinheit 12 einen Bandpass 20, durch den solche Frequenzen aus dem zeitlichen Verlauf der erfassten Bewegung gefiltert werden, die nicht in einem Frequenzbereich liegen, der einen Bereich möglicher Trittfrequenzen definiert. Der Bereich möglicher Trittfrequenzen ist dabei ein vordefinierter Bereich, der optional abhängig von einer vorliegenden Geschwindigkeit des Fahrrades 1 ist. So ist der Bandpass 20 beispielsweise ein Bandpass, der lediglich Signale in einem Frequenzbereich zwischen 1 Hz und 1,8 Hz durchlässt, was einer typischen Trittfrequenz zwischen 60 und 110 Umdrehungen pro Minute entspricht. Bei höheren Frequenz ist es wahrscheinlich, dass die erfasste Frequenz durch ein Störsignal versursacht wird, welches nicht der Trittfrequenz entspricht. Bei einer Frequenz unterhalb 1 Hz ist es wahrscheinlich, dass diese nicht durch einen aktiven Trittvorgang verursacht werden.In particular, the signal processing unit 12 includes a bandpass filter 20, through which such frequencies are filtered from the time profile of the detected movement that are not in a frequency range that defines a range of possible cadences. The range of possible cadences is a predefined range that is optionally dependent on the current speed of the bicycle 1 . For example, the bandpass filter 20 is a bandpass filter that only lets through signals in a frequency range between 1 Hz and 1.8 Hz, which corresponds to a typical cadence of between 60 and 110 revolutions per minute. At higher frequencies, it is likely that the detected frequency is caused by an interference signal that does not correspond to the cadence. At a frequency below 1 Hz, it is likely that these are not caused by an active pedaling process.

Die Signalverarbeitungseinheit 12 umfasst optional weitere Filter, beispielsweise einen Hochpass 21, einen Tiefpass 22 und/oder einen adaptiven Filter 23. Weiter bevorzugt können durch eine spektrale Analyse mittels einer Spektralanalyseeinheit 24 bestimmte Eigenschaften aus dem Messsignal extrahiert werden und es wird insbesondere eine adaptive Filterung mittels des adaptiven Filters 23 basierend auf einer Aktivitätserkennung 25 ausgeführt. So wird insbesondere eine Filtercharakteristik des adaptiven Filters 23 basierend darauf gewählt, ob eine bestimmte Aktivität erkannt wurde.The signal processing unit 12 optionally includes further filters, for example a high-pass filter 21, a low-pass filter 22 and/or an adaptive filter 23. More preferably, certain properties can be extracted from the measurement signal by means of a spectral analysis using a spectral analysis unit 24 and, in particular, adaptive filtering using of the adaptive filter 23 based on an activity detection 25 performed. In particular, a filter characteristic of the adaptive filter 23 is selected based on whether a specific activity has been detected.

Die mittels der Filter 20 bis 23 und der Spektralanalyseeinheit 24 bereitgestellten Informationen werden einer Auswertungseinheit 26 bereitgestellt, durch welche ein sog. Tracking-Algorithmus ausgeführt wird. Der Tracking-Algorithmus ist durch eine Software realisiert, durch welche eine dominante Frequenz in den Messsignalen der Inertialsensoren 13, 14 detektiert wird. Als Ergebnis wird diese dominante Frequenz als Trittfrequenz ausgegeben.The information provided by means of the filters 20 to 23 and the spectral analysis unit 24 is provided to an evaluation unit 26, which executes a so-called tracking algorithm. The tracking algorithm is implemented using software that detects a dominant frequency in the measurement signals from the inertial sensors 13, 14. As a result, this dominant frequency is output as a cadence.

Es erfolgt somit ein Erfassen der durch die Trittbewegung verursachten Schwingungen, Lageveränderungen und Beschleunigungen durch die periodische Kraftübertragung auf die Kurbel des Fahrrads 1 und mechanisch damit verbundene Fahrradkomponenten, um dadurch indirekt auf die aktuelle Trittfrequenz schließen zu können. Die Inertialsensoren 13, 14 müssen dabei so an dem Fahrrad 1 angeordnet sein, dass eine Übertragung der Trittfrequenz über die mechanischen Komponenten, beispielsweise Kurbel, Rahmen und Lenker, bei einer geringen Dämpfung im Bereich der Trittfrequenz erfolgt. Zur Identifikation des Trittfrequenzsignals erfolgt eine Signalverarbeitung, z.B. unter Nutzung eines Tracking-Algorithmus.The vibrations, position changes and accelerations caused by the pedaling movement are thus detected by the periodic power transmission to the crank of the bicycle 1 and bicycle components mechanically connected thereto, in order to be able to indirectly infer the current pedaling frequency. The inertial sensors 13, 14 must be arranged on the bicycle 1 in such a way that the cadence is transmitted via the mechanical components, for example crank, frame and handlebars, with little damping in the range of the cadence. Signal processing is carried out to identify the cadence signal, e.g. using a tracking algorithm.

Dadurch, dass die Vorrichtung 10 in dieser beispielhaften Vorrichtung von einem Fahrradcomputer umfasst wird, durch den der elektrische Antrieb 2 des Fahrrades 1 gesteuert wird, wird die ermittelte Trittfrequenz vorteilhaft dazu genutzt, um eine trittadaptive Unterstützung durch den elektrischen Antrieb 2 des Fahrrades basierend auf der Trittfrequenz zu steuern.Due to the fact that the device 10 in this exemplary device is comprised of a bicycle computer, by which the electric drive 2 of the bicycle 1 is controlled, the determined cadence is advantageously used to provide step-adaptive support by the electric drive 2 of the bicycle based on the control cadence.

Da der Fahrradcomputer ferner mit einer Dämpfung des Fahrrades 1 gekoppelt ist, wird die ermittelte Trittfrequenz ferner bevorzugt dazu verwendet, um eine adaptive Dämpfung des Fahrrads 1 basierend auf der Trittfrequenz zu steuern.Since the bicycle computer is also linked to a damping of the bicycle 1, the determined cadence is also preferably used to control an adaptive damping of the bicycle 1 based on the cadence.

Der erste und/oder der zweite der Inertialsensoren 13, 14 ist optional als ein zweiachsiger Sensor ausgeführt. Dabei ist der als zweiachsiger Sensor ausgeführte Inertialsensor so an dem Rahmen 4 des Fahrrades angeordnet, dass dieser die Bewegung des Rahmens 4 in einer Richtung erfasst, die orthogonal zur Fahrtrichtung des Fahrrades steht. So ist der entsprechende Sensor beispielsweise nicht dazu geeignet, eine Rotationsbewegung des Rahmens 4 um eine Querachse des Fahrrades 1 zu erfassen. Lediglich die durch einen Tretvorgang verursachte Wankbewegung 7 kann erfasst werden. Dies weist den Vorteil auf, dass günstige Inertialsensoren zur Realisierung des ersten Inertialsensors 13 und des zweiten Inertialsensors 14 genutzt werden können. Jedoch ist es notwendig, dass die zweiachsigen Inertialsensoren in einer korrekten Ausrichtung gegenüber dem Rahmen 4 an dem Fahrrad 1 angeordnet sind. In alternativen Ausführungsformen sind der erste und/oder der zweite Inertialsensor 13, 14 als dreiachsige Sensoren ausgeführt, wodurch eine beliebige Anordnung der Sensoreinheit 11 gegenüber dem Rahmen 4 ermöglicht wird.The first and/or the second of the inertial sensors 13, 14 is optionally designed as a two-axis sensor. The inertial sensor designed as a two-axis sensor is arranged on the frame 4 of the bicycle in such a way that it detects the movement of the frame 4 in a direction that is orthogonal to the direction of travel of the bicycle. For example, the corresponding sensor is not suitable for detecting a rotational movement of the frame 4 about a transverse axis of the bicycle 1 . Only the rolling movement 7 caused by pedaling can be detected. This has the advantage that inexpensive inertial sensors can be used to implement the first inertial sensor 13 and the second inertial sensor 14 . However, it is necessary that the two-axis inertial sensors are arranged in a correct orientation with respect to the frame 4 on the bicycle 1 . In alternative embodiments, the first and/or the second inertial sensor 13, 14 are designed as three-axis sensors, which allows any arrangement of the sensor unit 11 relative to the frame 4.

In alternativen Ausführungsformen ist die Vorrichtung 10 in ein mobiles Endgerät integriert, beispielsweise in ein Mobiltelefon oder ein Tablet. Dies ist insbesondere Vorteilhaft, da die benötigten Inertialsensoren in den meisten aktuellen mobilen Endgeräten bereits vorhanden sind. Das Erfassen bzw. das Ermitteln der Trittfrequenz wird dabei immer dann ermöglicht, wenn das mobile Endgerät von einem Anwender bei sich getragen wird, auch dann, wenn dieses mobile Endgerät nicht direkt mit dem Rahmen 4 des Fahrrads 1 gekoppelt ist, sondern lediglich mittelbar mit dem Rahmen 4 des Fahrrads 1 in Verbindung steht, insbesondere über den Körper des Fahrers des Fahrrades 1 selbst. So ist es hinreichend, wenn das mobile Endgerät in einer Tasche getragen wird, da auch der Körper des Fahrers des Fahrrades 1 mit der Wankbewegung bewegt wird oder sich zumindest in einer entsprechenden Bewegung entgegen der Wankbewegung des Fahrrades 1 bewegt wird. Dies ist beispielsweise dann der Fall, wenn der Fahrer in stehender Position in die Pedale 6 des Fahrrades 1 tritt. Bei einer Positionierung am Fahrradfahrer selbst ist jedoch auch eine Minimierung von Störbewegungen zu achten, was beispielsweise durch eine entsprechende Anpassung der Filter 20 bis 23 der Signalverarbeitungseinheit 12 ermöglicht wird.In alternative embodiments, the device 10 is integrated into a mobile terminal device, for example a mobile phone or a tablet. This is particularly advantageous since the required inertial sensors are already present in most current mobile terminals. The detection or determination of the cadence is always made possible when the mobile device is carried by a user, even if this mobile device is not directly coupled to the frame 4 of the bicycle 1, but only indirectly to the Frame 4 of the bicycle 1 is connected, in particular via the body of the rider of the bicycle 1 itself. So it is sufficient if the mobile device is carried in a pocket, since the body of the rider of the bicycle 1 is also moved with the rolling movement or is moved at least in a corresponding movement counter to the rolling movement of the bicycle 1. This is the case, for example, when the rider steps on the pedals 6 of the bicycle 1 in a standing position. When positioned on the cyclist himself, however, attention must also be paid to minimizing spurious movements, which is made possible, for example, by appropriately adapting the filters 20 to 23 of the signal processing unit 12 .

Bevorzugt wird die ermittelte Trittfrequenz über ein Display einem Anwender zur Verfügung gestellt.The determined cadence is preferably made available to a user via a display.

Optional ist die Sensoreinheit 11 als eine separate Einheit ausgeführt, die insbesondere über eine Funkverbindung mit der Signalverarbeitungseinheit 12 gekoppelt ist. So ist beispielsweise eine Sensoreinheit 11 an dem Rahmen des Fahrrades 1 angeordnet und über eine Funkverbindung, beispielsweise eine Bluetooth-Verbindung, mit einem mobilen Endgerät gekoppelt, welches die Signalverarbeitungseinheit 12 umfasst. Die Sensoreinheit 11 und die Signalverarbeitungseinheit 12 ist somit entweder in einer baulichen Einheit kombiniert oder aber durch zwei separate Einheiten ausgeführt.Optionally, the sensor unit 11 is designed as a separate unit, which is coupled to the signal processing unit 12 in particular via a radio link. For example, a sensor unit 11 is arranged on the frame of the bicycle 1 and is coupled to a mobile terminal device, which includes the signal processing unit 12 , via a radio connection, for example a Bluetooth connection. The sensor unit 11 and the signal processing unit 12 are thus either combined in one structural unit or are implemented as two separate units.

In allen Ausführungsformen wird bevorzugt durch eine spektrale Analyse der Bewegungen des Rahmens 4 an mit dem Rahmen 4 verbundenen Bauteilen und/oder Geräten die Trittfrequenz gemessen. Hierzu können Inertialsensoren, wie z.B. Drehraten- oder Beschleunigungssensoren, eingesetzt werden. Aufgrund eines zu erwartenden schlechten SNR sollte eine Nachbearbeitung über einen (Tracking-) Algorithmus erfolgen.In all of the embodiments, the cadence is preferably measured by spectral analysis of the movements of the frame 4 on components and/or devices connected to the frame 4 . For this purpose, inertial sensors such as yaw rate or acceleration sensors can be used. Due to the poor SNR to be expected, post-processing should be carried out using a (tracking) algorithm.

Komponenten zur Erfassung der Trittfrequenz umfassen bevorzugt, wie in 2 dargestellt, Inertialsensoren 13, 14 und eine Signalverarbeitungseinheit 12. Als Inertialsensoren können beispielsweise IMUs (triaxiale Beschleunigungs- und Drehratensensoren) oder mindestens zweiachsige Beschleunigungssensoren oder ein Drehratensensor mit mindestens einer Achse zur Erfassung der in 5 dargestellten Wankbewegung genutzt werden. Mittels Filter und/oder Tracking Algorithmen kann aus den Rohsignalen die Trittfrequenz als dominante Frequenz im relevanten Frequenzbereich geschätzt und extrahiert werden.Components for detecting the cadence preferably include, as in 2 shown, inertial sensors 13, 14 and a signal processing unit 12. Inertial sensors can be, for example, IMUs (triaxial acceleration and yaw rate sensors) or at least two-axis acceleration sensors or a yaw rate sensor with at least one axis for detecting the in 5 shown rolling movement are used. Using filters and/or tracking algorithms, the cadence can be estimated and extracted from the raw signals as the dominant frequency in the relevant frequency range.

Als Sensoren der Sensoreinheit 11 können hier insbesondere IMUs, Beschleunigungs- oder Drehratensensoren eingesetzt werden. Diese sollten möglichst starr, an mechanisch mit der Kurbel verbundene Fahrradkomponenten, montiert werden, beispielsweise in einem Fahrradcomputer, am Lenker oder in der Nähe der Kurbel. Insbesondere können Inertialsensoren in einen Fahrradcomputer oder eine E-Bike-Bedieneinheit integriert werden. Insbesondere umfassen die Sensoren der Sensoreinheit 11 einen Drehratensensor mit mindestens einer passend ausgerichteten Achse und einen Beschleunigungssensor mit mindestens einer Achse und passender Ausrichtung.In particular, IMUs, acceleration or yaw rate sensors can be used here as sensors of the sensor unit 11 . These should be mounted as rigidly as possible on bicycle components that are mechanically connected to the crank, for example in a bicycle computer, on the handlebars or near the crank. In particular, inertial sensors can be integrated into a bicycle computer or an e-bike control unit. In particular, the sensors of sensor unit 11 include a yaw rate sensor with at least one appropriately aligned axis and an acceleration sensor with at least one axis and appropriately aligned.

Bei der Signalverarbeitung durch die Signalverarbeitungseinheit 12 ist zu erwarten, dass in den bereitgestellten Messsignalen der Sensoreinheit 11 Störsignale verursacht durch Fahrbelagseigenschaften, Lenkbewegungen und eine ungleichmäßige Trittkraft vorliegen, welche ein geringes Signal-zu-RauschVerhältnis erwarten lassen. Im Zuge der Signalverarbeitung ist somit eine robuste Detektion des Trittfrequenzsignals insbesondere mittels der in 3 dargestellten Signalverarbeitungsschritte, bzw. -pfade genutzt vorteilhaft.During the signal processing by the signal processing unit 12, it is to be expected that the measurement signals provided by the sensor unit 11 contain interference signals caused by road surface properties, steering movements and uneven pedaling force, which means that a low signal-to-noise ratio can be expected. In the course of the signal processing, a robust detection of the cadence signal, in particular by means of the in 3 illustrated signal processing steps or paths used advantageously.

Die Position des Sensors sollte eine Erfassung der Fahrradbewegung in Abhängigkeit der Trittfrequenz ermöglichen. Prinzipiell sind verschiedene Positionen am Fahrrad (Rahmen oder weitere Bauteile) oder auch am Fahrradfahrer selbst denkbar, insbesondere am Lenker, Rahmen, Tretlager oder der Motoreinheit (bei E-Bikes) des Fahrrades 1. Ebenso ist eine Positionierung am Radfahrer möglich, beispielsweise an dessen Smartphone (Tasche oder Rucksack) oder Smartwatch. Bei einer Positionierung am Fahrradfahrer ist auf eine Minimierung von Störbewegungen, die dann Störsignale erzeugen, zu achten (z.B. pendelnde Tasche oder wehende Jacke).The position of the sensor should enable the bicycle movement to be recorded as a function of the cadence. In principle, different positions on the bicycle (frame or other components) or on the cyclist themselves are conceivable, in particular on the handlebars, frame, bottom bracket or the motor unit (in the case of e-bikes) of the bicycle 1. Positioning on the cyclist is also possible, for example on his Smartphone (bag or backpack) or smartwatch. When positioned near the cyclist, attention must be paid to minimizing disruptive movements that then generate disruptive signals (e.g. swinging bags or flapping jackets).

Anwendung der geschätzten Trittfrequenz neben der Anzeige kann die Nutzung dieses Parameters als Eingangsgröße in die adaptive Regelung der Unterstützungskraft über den Motor sein. Hierdurch kann die Unterstützungskraft, bzw. die Beschleunigung an die Fahrsituation angepasst werden. Beispielsweise kann so eine zu starke Beschleunigung beim Anfahren aus dem Stand verhindert werden.Application of the estimated cadence next to the display can be the use of this parameter as an input variable in the adaptive control of the support power via the motor. This allows the support force or the acceleration to be adapted to the driving situation. For example, excessive acceleration when starting from a standstill can be prevented in this way.

Anwendungen darüber hinaus oder alternativ sind beispielsweise eine automatisierte Gangwahl / Schaltungsunterstützung oder eine adaptive Dämpfung (Versteifung während des Wiegetritts um schnellen Vortrieb zu ermöglichen).Additional or alternative applications are, for example, automated gear selection/shift support or adaptive damping (stiffening during out-of-saddle pedaling to enable rapid propulsion).

Nebst obenstehender Offenbarung wird explizit auf die Offenbarung der 1 bis 5 verwiesen.In addition to the above disclosure, reference is made explicitly to the disclosure of 1 until 5 referred.

Claims

Device (10) for detecting a cadence present on a bicycle (1), comprising: - a sensor unit (11) which comprises at least one inertial sensor (13, 14), the sensor unit (11) being set up to use the at least one inertial sensor (13, 14) to record a movement over time of a frame (4) of the bicycle (1) to capture, and - A signal processing unit (12) which is set up to determine a cadence from the movement over time recorded by the sensor unit (11).

Device (10) according to claim 1 , wherein the device (10) comprises a filter (20) which is set up to filter those frequencies from the movement detected over the course of time which are not in a frequency range which defines a range of possible cadences.

Device (10) according to one of the preceding claims, wherein the at least one inertial sensor (13, 14) comprises a first inertial sensor (13), wherein the first inertial sensor (13) is a rotation rate sensor, in particular a gyroscopic sensor.

Device (10) according to one of the preceding claims, wherein the at least one inertial sensor (13, 14) comprises a second inertial sensor (14), wherein the second inertial sensor (14) is an acceleration sensor.

Device (10) according to one of the preceding claims, wherein at least one of the inertial sensors (13, 14) is a two-axis or a three-axis sensor.

Device (10) according to any one of the preceding claims, wherein the sensor unit (11) is adapted to a movement of the frame (4) to detect in a direction orthogonal to the direction of travel of the bicycle (1).

Device (10) according to one of the preceding claims, characterized in that the device (10) is a mobile terminal device, in particular a mobile phone or a tablet, or a bicycle computer.

Device (10) according to one of the preceding claims, characterized in that step-adaptive support is made possible by an electric drive (2) of the bicycle (1) based on the stepping frequency.

Device (10) according to one of the preceding claims, characterized in that the device (10) enables an adaptive damping of the bicycle (1) based on the cadence.

Method for detecting a cadence present on a bicycle (1), comprising: - detecting a time profile of a movement of a frame (21) of the bicycle over a time profile by at least one inertial sensor (13, 14), - Determination of a cadence from the recorded time course of the movement.

A computer program product comprising instructions which, when the program is executed by a computer, cause the computer to: - Detection of sensor data, which are provided by at least one inertial sensor (13, 14) and a time profile of a movement of a frame (21) of a bicycle over time by at least one inertial sensor (13, 14), - Determination of a cadence from the detected time profile of the movement, wherein in particular a frequency tracking algorithm is executed when determining the cadence.