DE102021210141A1 - Sensorsystem eines Fahrrads - Google Patents

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Sensorsystem (1) eines Fahrrads (10), umfassend: einen Sensor (3), welcher einen Dehnungsmessstreifen und/oder ein Piezoelement aufweist, wobei der Sensor (3) eingerichtet ist, um mittels des Dehnungsmessstreifens und/oder mittels des Piezoelements mechanische Kräfte (15) an einer Speiche (12) eines Rads (11) des Fahrrads (10) zu ermitteln, und eine Erfassungsvorrichtung (4), welche eingerichtet ist, basierend auf Änderungen der ermittelten mechanischen Kräfte (15) während einer Fahrt des Fahrrads (10) eine Geschwindigkeit des Fahrrads (10) zu ermitteln.

Description

  • Stand der Technik
  • Die vorliegende Erfindung betrifft ein Sensorsystem eines Fahrrads, sowie ein Fahrrad, und ein Verfahren zur Ermittlung von Betriebsdaten eines Fahrrads.
  • Bekannt sind Sensorsysteme für Fahrräder mit Geschwindigkeitssensoren, welche in Form sogenannter Reed-Sensoren ausgebildet sind. Dabei ist üblicherweise ein Magnet an einem Rad des Fahrrads befestigt. Mittels eines an einem Rahmen des Fahrrads befestigten Magnetsensors wird pro Umdrehung des Rads ein Puls erfasst, um basierend auf einer Frequenz der Pulse und dem Radumfang die Geschwindigkeit des Fahrrads zu ermitteln. Beispielsweise durch Beeinflussung eines Magnetfelds kann es dabei zu fehlerhaften Messungen der Geschwindigkeit kommen. Weiterhin ist eine gezielte Manipulation vergleichsweise einfach möglich.
  • Offenbarung der Erfindung
  • Das erfindungsgemäße Sensorsystem mit den Merkmalen des Anspruchs 1 zeichnet sich demgegenüber durch einen einfachen und kostengünstigen Aufbau aus, welcher eine sehr zuverlässige und manipulationssichere Erfassung von Geschwindigkeiten eines Fahrrads erlaubt. Dies wird erfindungsgemäß erreicht durch ein Sensorsystem eines Fahrrads, umfassend einen Sensor, welcher einen Dehnungsmessstreifen und/oder ein Piezoelement aufweist. Der Sensor ist dabei eingerichtet, um mittels des Dehnungsmessstreifens und/oder mittels des Piezoelements mechanische Kräfte, welche an einer Speiche eines Rads des Fahrrads auftreten, zu ermitteln. Ferner umfasst das Sensorsystem eine Erfassungsvorrichtung, welche eingerichtet ist, basierend auf Änderungen der ermittelten Kräfte während einer Fahrt des Fahrrads eine Geschwindigkeit des Fahrrads zu ermitteln.
  • Vorzugsweise erfolgt die Ermittlung dabei basierend auf einem Ermitteln einer periodischen Änderung der Kräfte an der Speiche. Dadurch kann beispielsweise besonders einfach eine Rotation des Rads des Fahrrads, sowie insbesondere eine Drehzahl des Rads ermittelt werden. Bevorzugt erfolgt dabei zusätzlich basierend auf einem bekannten Radumfang des Rads die Ermittlung der Geschwindigkeit. Beispielsweise kann dabei auf eine Ermittlung der genauen Beträge der mechanischen Kräfte verzichtet werden.
  • Das Sensorsystem bietet somit eine Möglichkeit, mittels einfacher und kostengünstiger Komponenten während einer Fahrt eines Fahrrads auftretende mechanische Kräfte zu überwachen und basierend auf deren Änderungen eine Drehgeschwindigkeit des Rads und daraus eine Geschwindigkeit der Fortbewegung des Fahrrads zu ermitteln. Insbesondere kann dabei eine zuverlässige und manipulationssichere Erfassung der Geschwindigkeit ermöglicht werden, da beispielsweise die durch das Abrollen der Räder auftretenden Änderungen der mechanischen Kräfte in den Speichen eindeutig identifiziert werden können.
  • Die Unteransprüche haben bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung zum Inhalt.
  • Bevorzugt ist der Sensor auf der Speiche befestigt, vorzugsweise mittels einer stoffschlüssigen Verbindung, wie beispielsweise einer Klebeverbindung. Dadurch kann der Sensor besonders einfach nachträglich an der Speiche montiert werden und das Fahrrad somit einfach mit dem Sensorsystem nachträglich ausgerüstet werden. Alternativ ist der Sensor in die Speiche integriert, beispielsweise als integrales Bauteil in das Material der Speiche eingegossen, eingespannt oder dergleichen.
  • Besonders bevorzugt ist die Speiche mittels einer Schraubverbindung mit einer Felge des Rads verbunden, wobei der Sensor der Schraubverbindung zugeordnet ist, z.B. indem der Sensor in die Schraubverbindung integriert oder an ihr angebracht ist. Dadurch kann eine einfache Anbringung des Sensors ermöglicht werden, wobei die auf die Speiche wirkenden Kräfte besonders präzise und zuverlässig erfasst werden können.
  • Bevorzugt weist die Schraubverbindung eine Halterung mit einem Speichenkopf auf, welcher mittels eines Gewindes mit der Speiche verbunden ist. Insbesondere kann somit eine Länge der Speiche mittels des Gewindes eingestellt werden. Zudem weist die Schraubverbindung eine Scheibe auf, welche an der Felge befestigt ist, und durch welche der Speichenkopf vorzugsweise durchgesteckt ist, zur Verbindung von Speiche und Felge miteinander. Der Sensor ist dabei in den Speichenkopf, oder alternativ in die Scheibe integriert. Beispielsweise können der Speichenkopf und/oder die Speiche als Austauschteile vorgesehen sein, sodass durch Austausch eine besonders einfache Nachrüstung des Sensors möglich ist.
  • Vorzugsweise ist der Sensor in eine Halterung der Speiche an der Nabe integriert, wobei die Halterung die Speiche mit einer Nabe des Rads verbindet. Bevorzugt ist dabei ein Teil der Speiche durch die Nabe hindurch gesteckt, wobei der Sensor beispielsweise entweder in diesen Teil der Speiche, oder alternativ in den die Speiche umgebenden Teil der Nabe integriert sein kann. Weiter bevorzugt kann zwischen Speiche und Nabe eine Unterlegscheibe vorgesehen sein, wobei der Sensor vorzugsweise in die Unterlegscheibe integriert ist.
  • Weiterhin kann vorgesehen sein, dass an einem Ende der Speichenhalterung ein Element vorgesehen sein, welches die Kraft auf die Speiche auf einen seitlich der Halterung angeordneten Sensor weiterleitet. Dieses Element kann auch derart ausgestaltet sein, dass es die erzeugte Längskraft auf die Speiche verstärkt, um so in dem Sensor einen größeren (Strom-)Impuls zu erzeugen. Dieser Stromimpuls kann optional auch dazu verwendet werden, die notwendige Energie für ein drahtloses Aussenden der Information zu erzeugen.
  • Weiter bevorzugt ist der Dehnungsmessstreifen und/oder das Piezoelement direkt eingerichtet, um durch eine Dehnung und/oder Stauchung der Speiche einen elektrischen Strom zu erzeugen, welcher vorzugsweise zur Versorgung des Sensors genutzt wird. Besonders bevorzugt weist der Sensor einen Akku und/oder einen Kondensator auf, wobei der erzeugte Strom in den Akku und/oder den Kondensator eingespeichert wird. Dadurch kann eine besonders kostengünstige und energiesparende Konstruktion des Sensors ermöglicht werden. Die so generierte Energie kann zudem dazu genutzt werden, die erzeugte Information über die Kräfte in der Speiche oder daraus abgeleitete Erkenntnisse drahtlos an einen Empfänger am Rahmen des Fahrrads auszusenden. Die so empfangenen Informationen können anschließend in einer Auswerteeinheit am Fahrrad weiterverarbeitet werden
  • Besonders bevorzugt ist zusätzlich ein Magnetsensor vorgesehen, welcher eingerichtet ist, um eine Änderung eines Magnetfelds des Dehnungsmessstreifens, des Piezoelements und/oder eines magnetisierbaren Bereichs an oder auf der Speiche zu erfassen, wobei die Änderung des Magnetfelds vorzugsweise durch die Kräfte an der Speiche erzeugt sind. Die Erfassungsvorrichtung ist dabei eingerichtet, die Geschwindigkeit des Fahrrads basierend auf der erfassten Änderung des Magnetfelds zu ermitteln. Dadurch kann eine alternative Messmethode zur Erfassung der Geschwindigkeit bereitgestellt werden. Der Magnetsensor kann dabei im Sensor an oder in der Speiche angeordnet sein. Alternativ ist jedoch auch denkbar, den Sensor am Rahmen des Fahrrads, an der Hinterradaufhängung und/oder am Gepäckträger in der Nähe der Speiche, der Nabe oder der Felge anzubringen, um eine räumliche Nähe zum Dehnungsmessstreifen, Piezoelements und/oder magnetisierbaren Bereich zu ermöglichen. Hierbei ist die Anbringung des Sensors bevorzugt an einer Stelle vorgesehen, bei der eine maximale Dehnung oder Änderung des Dehnungsmessstreifens, des Piezoelements und/oder des magnetisierbaren Bereichs im Betrieb auftritt. Weiter ist möglich, den Magnetsensor derart auszugestalten, dass er ein Magnetfeld aussendet und die Reaktion des Dehnungsmessstreifens, des Piezoelements und/oder des magnetisierbaren Bereichs erfasst, um daraus eine Änderung und somit eine auftretende Kraft abzuleiten. Durch die Verwendung eines Magnetsensors, der mehrere Raumrichtungen getrennt erfasst, kann so auch ein Seitenschlag oder ein Höhenschlag des Rades erkannt werden.
  • Bevorzugt umfasst das Sensorsystem ferner einen Aktuator, welcher eingerichtet ist, eine Zugspannung der Speiche zu verändern. Beispielsweise kann der Aktuator in die Speiche integriert sein und eine steuerbar veränderbare Länge aufweisen, um die Zugspannung der Speiche anzupassen. Die Erfassungsvorrichtung ist dabei ferner eingerichtet, basierend auf den vom Sensor ermittelten mechanischen Kräften die momentane Zugspannung der Speiche zu ermitteln. Zusätzlich ist die Erfassungsvorrichtung eingerichtet, den Aktuator derart gesteuert zu betätigen, um eine insbesondere vordefinierte Zugspannung der Speiche einzustellen. Dadurch kann eine automatisch durchführbare Optimierung der Einspeichung des Rads, beispielsweise im Stillstand oder während der Fahrt des Fahrrads durchgeführt werden.
  • Weiter bevorzugt umfasst das Sensorsystem zwei Sensoren. Die beiden Sensoren sind dabei so angeordnet und eingerichtet, um jeweilige Kräfte an zwei Speichen des Rades, insbesondere an diametral gegenüberliegenden Speichen, zu ermitteln. Das heißt, es werden die beiden Sensoren an Speichen angeordnet, welche bezüglich einer Nabe des Rads charakteristrische Informationen über die Krafteinwirkungen auf die Speichen erzeugen. So können die beiden Sensoren symmetrisch angeordnet sein, zum Beispiel in einer 180°- oder 90°-Position des Rades. Durch zwei Sensoren können beispielsweise pro Umdrehung des Rads zwei Werte erfasst werden, wodurch eine besonders gute zeitliche Auflösung und eine hohe Genauigkeit der Geschwindigkeitserfassung ermöglicht wird.
  • Bevorzugt umfasst das Sensorsystem zwei Sensorelemente mit jeweils wenigstens einem Dehnungsmessstreifen, einem Piezoelement und/oder einen magnetisierbaren Bereich, wobei die beiden Sensorelemente so angeordnet und eingerichtet sind, um jeweilige Kräfte an zwei diametral versetzt liegenden Speichen des Rades zu ermitteln. Das heißt, die beiden Sensorelemente sind nicht exakt bezüglich der Nabe gegenüberliegend, sondern in Umfangsrichtung von dieser Anordnung versetzt angeordnet. Beispielsweise beträgt ein minimaler Winkel zwischen den beiden jeweiligen Speichen weniger als 180°, insbesondere weniger als 170°, vorzugsweise mehr als 150°. Dadurch kann zusätzlich eine Drehrichtung des Rads ermittelt werden, wodurch beispielsweise ein Rückwärts-Rollen des Fahrrads erkannt werden kann.
  • Weiterhin führt die Erfindung zu einem Fahrrad, vorzugsweise einem Elektrofahrrad, welches das beschriebene Sensorsystem umfasst. Insbesondere bei einem Elektrofahrrad kann durch das beschriebene Sensorsystem beispielsweise eine Antriebsleistung eines elektrischen Antriebs besonders zuverlässig basierend auf der tatsächlichen Geschwindigkeit des Fahrrads geregelt werden.
  • Ferner betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Ermittlung von Betriebsdaten eines Fahrrads, insbesondere mittels eines oben beschriebenen Sensorsystems. Das Verfahren umfasst die Schritte:
    • - Ermitteln von mechanischen Kräften an einer Speiche eines Rads des Fahrrads mittels eines Dehnungsmessstreifens und/oder mittels eines Piezoelements eines Sensors, und
    • - Ermitteln einer Geschwindigkeit des Fahrrads basierend auf Änderungen der ermittelten mechanischen Kräfte während einer Fahrt des Fahrrads.
    Dabei ergeben sich im Wesentlichen die gleichen zu dem Sensorsystem beschrieben Vorteile, weshalb zur Vermeidung von Wiederholungen auf eine erneute Beschreibung verzichtet wird.
  • Vorzugsweise wird basierend auf den vom Sensor ermittelten Kräften an der Speiche ein Höhenschlag und/oder ein Seitenschlag und/oder ein Reifendruckverlust des Rads ermittelt. Beispielsweise kann dies durch Vergleich der momentanen erfassten Kräfte mit gespeicherten Kalibrierungsdaten vorgenommen werden. Dadurch kann auf besonders einfache Weise eine für den Fahrer des Fahrrads komfortable Zusatzfunktion bereitgestellt werden.
  • Vorzugsweise wird ferner mittels einer Reed-Sensorik, welche Teil des Fahrrads und/oder des Sensorsystems sein kann, während einer Fahrt des Fahrrads eine Drehzahl des Rads erfasst, vorzugsweise mittels eines magnetischen Impulsgebers. Dabei wird basierend auf der erfassten Drehzahl des Rads eine weitere Geschwindigkeit des Fahrrads ermittelt. Zudem wird basierend auf einem Vergleich der mittels des Sensors erfassten ersten Geschwindigkeit mit der mittels der Reed-Sensorik ermittelten zweiten Geschwindigkeit eine Manipulation und/oder einen Defekt des Sensorsystems, insbesondere des Sensors oder der Reed-Sensorik, erkannt. Mit anderen Worten erfolgt eine redundante Geschwindigkeitsmessung, wodurch besonders einfach und zuverlässig erkannt werden kann, ob ein Defekt und/oder eine Manipulation im Sensorsystem vorliegt.
  • Figurenliste
  • Im Folgenden wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen in Verbindung mit den Figuren beschrieben. In den Figuren sind funktional gleiche Bauteile jeweils mit gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet. Dabei zeigt:
    • 1 eine vereinfachte schematische Ansicht eines Fahrrads mit einem Sensorsystem gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung,
    • 2 eine Detailansicht des Fahrrads der 1,
    • 3 eine Detailansicht eines Sensorsystems gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung, und
    • 4 eine Detail-Schnittansicht der 3.
  • Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung
  • 1 zeigt eine vereinfachte schematische Ansicht eines Fahrrads 10 mit einem Sensorsystem 1 gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung. Bei dem Fahrrad 10 handelt es sich um ein Elektrofahrrad, welches im Bereich eines Tretlagers 50 eine Antriebseinheit 51 aufweist, mittels welcher eine manuell erzeugte Tretkraft eines Fahrers des Fahrrads 10 motorisch unterstützt werden kann. Die Antriebseinheit 51 wird dabei von einem elektrischen Energiespeicher 52 mit elektrischer Energie versorgt.
  • Das Sensorsystem 1 umfasst eine Erfassungsvorrichtung 4, welche in dem gezeigten Ausführungsbeispiel an einem Lenker 55 des Fahrrads 10 angeordnet ist. Die Erfassungsvorrichtung 4 kann dabei eine Geschwindigkeit des Fahrrads 10 ermitteln und anzeigen. Zusätzlich kann die Erfassungsvorrichtung 4 bevorzugt weitere Funktionen eines Bordcomputers aufweisen. Alternativ zu der gezeigten Ausführungsform kann die Erfassungsvorrichtung 4 und/oder das gesamte Sensorsystem 1 auch als separates Bauteil zum Fahrrad 10 ausgebildet sein, welches beispielsweise als Nachrüstbauteil in vorhandenes (Sensor-)System des Fahrrads 10 eingebunden werden kann.
  • Die Geschwindigkeit wird dabei ermittelt, indem die Erfassungsvorrichtung 4 Sensordaten von einem Sensor 3 oder einem Sensorelement des Sensorsystems 1 erfasst. Der Sensor 3 oder Sensorelement weist dabei einen Dehnungsmessstreifen auf, welcher an einer Speiche 12 eines Rades 11 des Fahrrads 10 befestigt ist. Alternativ oder zusätzlich zu einem Dehnungsmessstreifen kann auch ein Piezoelement vorgesehen sein.
  • In 1 sind dabei beispielhaft nur zwei Speichen 12 dargestellt. Das Rad 11 ist im Detail in der 2 dargestellt. Im gezeigten Ausführungsbeispiel befindet sich der Sensor 3 am Vorderrad des Elektrofahrrads 10.
  • Der Sensor 3 oder das Sensorelement ist dabei eingerichtet, um mittels des Dehnungsmessstreifens mechanische Kräfte 15, welche während der Fahrt auf die Speiche 12, an welcher der Sensor 3 befestigt ist, wirken.
  • Als mechanische Kräfte 15 können dabei, da die Speichen 12 im Wesentlichen als dünne Stäbe ausgebildet sind, Kräfte in radialer Richtung des Rades 11 entlang der jeweiligen Speiche 12 ermittelt werden. Darüber hinaus können jedoch auch Kräfte in anderen Richtungen erfasst werden, um zusätzliche Informationen über den Radzustand oder die Fahrtrichtung des Fahrrads zu erfassen.
  • Derartige mechanische Kräfte 15 ändern sich während der Fahrt mit dem Fahrrad, insbesondere bei einer gleichmäßigen Rotation, beispielsweise entlang der mittels des Pfeils A in der 2 angedeuteten Richtung, periodisch. Darüber hinaus können jedoch auch nichtperiodische oder einmalige Kräfte auftreten, zum Beispiel bei einem Seitenschlag oder einem Höhenschlag. Dementsprechend ändert sich ein entsprechend von dem Sensor 3 erzeugtes Sensorsignal. Die Erfassungsvorrichtung 4 kann dabei basierend auf dieser Änderung des Sensorsignals während der Fahrt des Fahrrads 10 die Geschwindigkeit ermitteln. Insbesondere erfolgt dies dadurch, dass in Abhängigkeit der Sensorgrößen beziehungsweise der erfassten insbesondere periodischen Kräfte eine Drehzahl des Rades 11 ermittelt wird und basierend auf dieser und zusätzlich basierend auf einem Umfang des Rades 11 die Geschwindigkeit, mit welcher sich das Fahrrad 10 in Fahrtrichtung fortbewegt, ermittelt wird.
  • Zusätzlich umfasst das Sensorsystem 1 eine Reed-Sensorik 30 (vgl. 1) welche einen an einer Gabel 31 des Fahrrads 10 angeordneten magnetischen Sensor und einen an einer Speiche befestigten Magneten umfasst. Beim Vorbeibewegen des Magneten an dem Sensor an der Gabel 31 wird dabei ein Puls ermittelt, wobei basierend auf der Frequenz der Pulse die Drehzahl des Rades 11 und damit zusätzlich basierend auf dem Umfang ebenfalls die Geschwindigkeit ermittelt werden kann.
  • Die Erfassungsvorrichtung 4 vergleicht dabei die mittels des Sensors 3 und mittels der Reed-Sensorik 30 ermittelten Geschwindigkeiten und kann basierend auf diesem Vergleich Defekte und/oder Manipulationen des Sensorsystems 1 erkennen.
  • Somit kann mittels des Sensorsystems 1 bei einfacher und kostengünstiger Konstruktion eine besonders zuverlässige Geschwindigkeitsermittlung an dem Fahrrad 10 erfolgen.
  • In der 2 sind zusätzlich weitere bevorzugte Ausführungen des Sensorsystems 1 dargestellt, welche beispielsweise Ergänzungen des Sensorsystems 1 bilden.
  • Im Detail kann das Sensorsystem 1 einen zweiten Sensor 3a umfassen, welcher an einer weiteren Speiche 12 angeordnet ist. Der zweite Sensor 3a ist dabei genau diametral gegenüber dem ersten Sensor 3 angeordnet. Dadurch können bei genau einer Umdrehung des Rades 11 zwei Signale erfasst werden, wodurch eine besonders gute zeitliche Auflösung der Geschwindigkeitsermittlung möglich ist. Es ist jedoch auch denkbar, die beiden Sensoren 3a und 3b, beziehungsweise die Sensorelemente versetzt zueinander anzuordnen, ohne dass zwingend eine diametrale Anordnung vorliegt
  • Alternativ zu der genau diametral angeordneten Anordnung der beiden Sensoren 3, 3a, kann der zweite Sensor 3b auch versetzt zum ersten Sensor 3 angeordnet sein, wie durch den gestrichelt eingezeichneten Sensor 3b dargestellt. Die jeweiligen Speichen 12 der beiden Sensoren 3, 3b sind in diesem Fall so angeordnet, dass zwischen diesen Speiche 12 ein minimaler Winkel von weniger als 180°, vorzugsweise von etwa 160°, vorliegt. Dadurch kann durch unterschiedliche zeitliche Abstände der beiden Signale pro Umdrehung des Rades 11 zusätzlich eine Drehrichtung des Rades 11 ermittelt werden.
  • Eine weitere zusätzliche Ausgestaltung, welche in der 2 dargestellt ist, ist ein zusätzlicher Magnetsensor 7, welcher in einer Felge 14 des Rades 11 angeordnet ist. Der Magnetsensor 3 befindet sich dabei radial außerhalb des Sensors 3.
  • Besonders vorteilhaft ist es, wenn alternativ zu der in 2 dargestellten Anbringung des Magnetsensors 7 an der Felge 14, der Magnetsensor 7 am Rahmen des Fahrrads 10 angebracht ist.
  • Mittels des Magnetsensors 7 kann eine Änderung eines Magnetfelds des Dehnungsmessstreifens und/oder des Piezoelements und/oder eines magnetisierbaren Bereichs erfasst werden. Basierend auf dieser ermittelten Änderung des Magnetfelds kann ebenfalls auf einfache Weise die Geschwindigkeit des Fahrrads 10 ermittelt werden.
  • Wie in den 3 und 4 sind Detailansichten eines Sensorsystems 1 gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt. 4 zeigt dabei das mittels des Kreises B in der 3 gekennzeichnete Detail der 3 in einer Schnittansicht. Das zweite Ausführungsbeispiel entspricht im Wesentlichen dem ersten Ausführungsbeispiel der 1 und 2, mit dem Unterschied einer alternativen Anordnung des Sensors 3. Zudem umfasst das Sensorsystem 1 des zweiten Ausführungsbeispiels einen Aktuator 25, welcher eingerichtet ist, eine Zugspannung der Speiche 12 zu verändern.
  • Wie in der 3 und 4 zu erkennen, ist die Speiche 12 mittels einer Schraubverbindung 17 mit der Felge 14 des Rades 11 verbunden. Die Schraubverbindung 17 weist dabei (vgl. 4) einen auf die Speiche 12 aufgeschraubten Speichenkopf 18 auf, welcher von einer Scheibe 19 gehalten befestigt ist. Die Scheibe 19 ist dabei in einer Felgenwand 14a der Felge 14 befestigt.
  • Der Sensor 3 ist dabei in die Scheibe 19 integriert oder ihr zugeordnet. Mittels des Dehnungsmessstreifens und/oder des Piezoelements kann dabei beispielsweise eine Biegespannung in der Scheibe 19 ermittelt werden, wobei basierend auf dieser Biegespannung auf die Kräfte 15, welche an der Speiche wirken, geschlossen werden kann. Somit kann ebenfalls bei einer einfachen und kostengünstigen Ausgestaltung, welche beispielsweise auswechselbar und/oder nachträglich nachrüstbar ist, eine zuverlässige Geschwindigkeitserfassung vorgenommen werden.
  • Entsprechend kann auch bei der Halterung der Speiche in der Nabe ein Sensorelement vorgesehen sein, welches die Längskraft auf die Speiche erfasst.
  • Der Aktuator 25 im zweiten Ausführungsbeispiel (vgl. 4) ist in die Scheibe 19 integriert. Der Aktuator 25 kann dabei den Speichenkopf 18 relativ zur Scheibe 19 und auch relativ zur Speiche 12 rotieren, sodass über ein Gewinde 17a zwischen Speiche 12 und Speichenkopf 18 eine Längenverstellung der Speiche 12 erfolgt. Dadurch kann die Zugspannung in der Speiche 12 aktiv geändert werden.
  • Zusätzlich kann durch die Betätigung des Aktuators 25 ein Höhenschlag und/oder ein Seitenschlag des Rades 11 ausgeglichen oder reduziert werden. Ein derartiger Höhenschlag und/oder Seitenschlag kann ebenfalls mittels des Sensorsystems 1 basierend auf den erfassten Kräften 15 ermittelt werden. Beispielsweise kann hierfür ein Vergleich mit gespeicherten Kalibrierungsdaten des Rades 11 in idealem Zustand erfolgen.

Claims (14)

  1. Sensorsystem eines Fahrrads (10), umfassend: - einen Sensor (3), welcher einen Dehnungsmessstreifen und/oder ein Piezoelement aufweist, - wobei der Sensor (3) eingerichtet ist, um mittels des Dehnungsmessstreifens und/oder mittels des Piezoelements mechanische Kräfte (15) an einer Speiche (12) eines Rads (11) des Fahrrads (10) zu ermitteln, und - eine Erfassungsvorrichtung (4), welche eingerichtet ist, basierend auf Änderungen der ermittelten mechanischen Kräfte (15) während einer Fahrt des Fahrrads (10) eine Geschwindigkeit des Fahrrads (10) zu ermitteln.
  2. Sensorsystem nach Anspruch 1, wobei der Sensor (3) auf der Speiche (12) befestigt ist, oder wobei der Sensor (3) in die Speiche (12) integriert ist.
  3. Sensorsystem nach Anspruch 1, wobei der Sensor (3) in eine Schraubverbindung (17), mittels welcher die Speiche (12) mit einer Felge (14) des Rads (11) verbunden ist, integriert ist.
  4. Sensorsystem nach 3, - wobei die Schraubverbindung (17) einen Speichenkopf (18), welcher mittels eines Gewindes (17a) mit der Speiche (12) verbunden ist, und eine Scheibe (19), welche an der Felge (14) befestigt ist, aufweist, - wobei der Speichenkopf (18) mit der Scheibe (19) verbunden ist, und - wobei der Sensor (3) in den Speichenkopf (18) oder in die Scheibe (19) integriert ist.
  5. Sensorsystem nach Anspruch 1, wobei der Sensor (3) in eine Nabenverbindung (18), mittels welcher die Speiche (12) mit einer Nabe (13) des Rads (11) verbunden ist, integriert ist.
  6. Sensorsystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Dehnungsmessstreifen und/oder das Piezoelement eingerichtet ist, um durch eine Dehnung und/oder Stauchung der Speiche (12) einen elektrischen Strom zur Energieversorgung des Sensors (3) zu erzeugen, insbesondere wobei der Sensor (3) einen Akku und/oder einen Kondensator aufweist, in welchen der elektrische Strom speicherbar ist.
  7. Sensorsystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, - wobei der Sensor (3) zusätzlich einen Magnetsensor (7) aufweist, welcher eingerichtet ist, um eine Änderung eines Magnetfelds des Dehnungsmessstreifens, des Piezoelements und/oder eines magnetisierbaren Bereichs an oder auf der Speiche (12) zu erfassen, und - wobei die Erfassungsvorrichtung (4) eingerichtet ist, die Geschwindigkeit des Fahrrads (10) basierend auf der Änderung des Magnetfelds zu ermitteln.
  8. Sensorsystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, ferner umfassend einen Aktuator, welcher eingerichtet ist, eine Zugspannung der Speiche (12) zu verändern, - wobei die Erfassungsvorrichtung (4) ferner eingerichtet ist, basierend auf den vom Sensor (3) ermittelten mechanischen Kräften (15) die Zugspannung der Speiche (12) zu ermitteln, und den Aktuator (25) derart zu betätigen, um eine vordefinierte Zugspannung der Speiche (12) einzustellen.
  9. Sensorsystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, umfassend zwei Sensoren (3, 3a, 3b), wobei die beiden Sensoren (3, 3a, 3b) eingerichtet sind, um jeweilige mechanische Kräfte (15) an zwei insbesondere diametral gegenüberliegenden Speichen (12) des Rads (11) zu ermitteln.
  10. Sensorsystem nach einem der Ansprüche 1 bis 8, umfassend zwei Sensoren (3, 3a, 3b) wobei die beiden Sensoren (3, 3a, 3b) eingerichtet sind, um jeweilige Kräfte an zwei insbesondere diametral versetzt liegenden Speichen (12) des Rads (11) zu ermitteln.
  11. Fahrrad, insbesondere Elektrofahrrad, umfassend ein Sensorsystem (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche.
  12. Verfahren zur Ermittlung von Betriebsdaten eines Fahrrads (10), insbesondere mittels eines Sensorsystems (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, umfassend die Schritte: - Ermitteln von mechanischen Kräften (15) an einer Speiche (12) eines Rads (11) des Fahrrads (10) mittels eines Dehnungsmessstreifens und/oder mittels eines Piezoelements eines Sensors (3), und - Ermitteln einer Geschwindigkeit des Fahrrads (10) basierend auf Änderungen der ermittelten mechanischen Kräfte (15) während einer Fahrt des Fahrrads (10).
  13. Verfahren nach Anspruch 12, wobei basierend auf den vom Sensor (3) ermittelten mechanischen Kräften (15) zusätzlich ein Höhenschlag und/oder ein Seitenschlag und/oder ein Reifendruckverlust des Rads (11) ermittelt wird.
  14. Verfahren nach Anspruch 12 oder 13, wobei ferner mittels einer Reed-Sensorik (30) während einer Fahrt des Fahrrads (10) eine Drehzahl des Rads (11) erfasst wird, und wobei basierend auf der erfassten Drehzahl des Rads (11) eine weitere Geschwindigkeit des Fahrrads (10) ermittelt wird, und wobei basierend auf einem Vergleich der mittels des Sensors (3) und der Reed-Sensorik (30) ermittelten Geschwindigkeiten eine Manipulation und/oder einen Defekt des Sensorsystems (1) erkannt wird.
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