-
Stand der Technik
-
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Detektieren einer Bewegung eines elektrischen Fahrrades.
-
Elektrischer Fahrräder stellen derzeit eine effiziente und komfortable Möglichkeit zur Fortbewegung dar. Oftmals sind solche elektrischen Fahrräder jedoch sehr teuer und sind damit attraktive Ziel für Diebe.
-
Um einen Diebstahl zu verhindern oder ein entwendetes Fahrrad wiederzufinden, sind Fahrräder oftmals mit Sensoren ausgestattet, die eine Bewegung und Position des Fahrrads erfassen. Durch kontinuierliches Überwachen der Position des Fahrrads kann bspw. ein Alarm ausgelöst werden, wenn das Fahrzeug bewegt wird. Dabei dient zumeist eine Bewegung des Fahrrades als Auslöser für einen Alarm. Dabei lässt sich jedoch nicht jede Bewegung des elektrischen Fahrrades sofort auf einen Diebstahl schließen. So ist es durchaus üblich, dass ein elektrisches Fahrrad, welches an einer öffentlichen Stelle abgestellt ist, bspw. durch die Benutzer anderer Fahrräder angestoßen wird, wenn diese ihr Fahrrad neben dem elektrischen Fahrrad abstellen.
-
Daher ist es wünschenswert, genau zu detektieren, welche Art von Bewegung ein elektrisches Fahrrad ausführt. Dabei stellt sich jedoch das Problem, dass eine primäre Batterie des elektrischen Fahrrades, welche auch für eine Energieversorgung des Antriebs des elektrischen Fahrrads vorgesehen ist, oftmals von dem elektrischen Fahrrad entfernt wird. So wird die primäre Batterie des elektrischen Fahrrades bspw. für ein Aufladen der Batterie von dem elektrischen Fahrrad entfernt. Soll eine weitere Überwachung des elektrischen Fahrrades stattfinden, so muss dies in besonders energiesparender Weise erfolgen, damit dies auch dann ausgeführt werden kann, wenn die primäre Batterie des Fahrrads nicht verfügbar ist. Dies ermöglicht es, dass eine kleinere sekundäre Batterie die dazu notwendige Energie bereitstellt.
-
Offenbarung der Erfindung
-
Die erfindungsgemäße Vorrichtung zum Detektieren einer Rückwärtsbewegung eines elektrischen Fahrrades, umfasst einen Magnetfeldsensor, welcher an einer Antriebseinheit des Fahrrades angeordnet ist, um ein von der Antriebseinheit des Fahrrades verursachtes Magnetfeld zu erfassen, und eine Signalverarbeitungseinheit, welche dazu eingerichtet ist, von dem Magnetfeldsensor einen zeitlichen Verlauf des erfassten Magnetfeldes zu empfangen und zu Detektieren, dass das Fahrrad rückwärts bewegt wird, wenn der zeitliche Verlauf des Magnetfelds eine vordefinierte Eigenschaft aufweist.
-
Das erfindungsgemäße Verfahren zum Detektieren einer Rückwärtsbewegung eines Fahrrades, umfasst ein Erfassen eines von einer Antriebseinheit des Fahrrades verursachtes Magnetfelds durch einen an der Antriebseinheit des Fahrrades angeordneten Magnetfeldsensor, und ein Detektieren, dass das Fahrrad rückwärts bewegt wird, wenn ein zeitlicher Verlauf des Magnetfelds eine vordefinierte Eigenschaft aufweist.
-
Die Antriebseinheit des Fahrrades umfasst insbesondere einen Motor, welcher für einen Vortrieb des Fahrrades vorgesehen ist. Die Antriebseinheit des Fahrrades ist typischerweise über eine Fahrradkette mit einem Hinterrad des Fahrrades verbunden. Wird das Fahrrad rückwärts geschoben, so bewegen sich die Pedale mit dem hinteren Rad des Fahrrades, da diese über die Kette angetrieben werden. Dadurch wird oftmals auch der Motor des Fahrrades bewegt oder zumindest Komponenten der Antriebseinheit, welche mit den Pedalen gekoppelt sind. Diese Komponenten bzw. der Motor des Fahrrades umfasst metallische Anteile und Magneten, welche damit ebenfalls bei der Rückwärtsbewegung des elektrischen Fahrrades bewegt werden. Dadurch wird ein Magnetfeld im Umfeld der Antriebseinheit des Fahrrades verändert. Dies wird durch den Magnetfeldsensor erfasst. Das erfasste Magnetfeld wird in Form von einzelnen Abtastwerten von dem Magnetfeldsensor an die Signalverarbeitungseinheit übertragen. Diese ist dazu eingerichtet, die von dem Magnetfeldsensor übertragenen Abtastwerte aufzuzeichnen und somit einen zeitlichen Verlauf des erfassten Magnetfeldes zu empfangen. Der zeitliche Verlauf des erfassten Magnetfeldes wird einer Signalverarbeitung unterzogen, um zu detektieren, ob dieser eine vordefinierte Eigenschaft aufweist.
-
Wird das Fahrrad vorwärts geschoben, so bewegen sich die Pedale des Fahrrades nicht und auch die zugehörigen Komponenten der Antriebseinheit, insbesondere der Motor des Fahrrades, wird nicht mitbewegt. Somit wird sich auch das Magnetfeld, welches von diesen Komponenten ausgeht, nicht in der Art verändern, wie es der Fall ist, wenn das Fahrrad rückwärts bewegt wird. Die Rückwärtsbewegung, welche mittels der erfindungsgemäßen Vorrichtung detektiert wird, ist insbesondere ein Rückwärtsschieben des Fahrrades.
-
Es wird detektiert, ob er zeitliche Verlauf des Magnetfelds die vordefinierte Eigenschaft aufweist. Im einfachsten Falle bedeutet dies, dass lediglich detektiert wird, ob das Magnetfeld sich verändert. Eine detailliertere Auswertung und die Definition komplexerer vordefinierter Eigenschaften ist jedoch vorteilhaft, um Fehldetektionen zu vermeiden.
-
Die Unteransprüche zeigen bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung.
-
Bevorzugt ist die Signalverarbeitungseinheit dazu eingerichtet, den zeitlichen Verlauf des Magnetfelds durch einen Hochpassfilter zu filtern, um ein gefiltertes Signal zu erzeugen und zu detektieren, dass der zeitliche Verlauf des Magnetfeldes die vordefinierte Eigenschaft aufweist, wenn eine Amplitude des gefilterten Signals einen vordefinierten Grenzwert überschreitet. So ist eine Veränderung des erfassten Magnetfeldes, welche durch ein Rückwärtsschieben des Fahrrades verursacht ist, in einem deutlich höheren Frequenzbereich angesiedelt als ein Rauschen oder typische störende Magnetfelder. Durch den Hochpassfilter werden somit Störsignale herausgefiltert, um das gefilterte Signal zu erzeugen. Das gefilterte Signal kann einer weiteren Signalverarbeitung unterzogen werden, um zu detektieren, ob dieses die vordefinierte Eigenschaft aufweist.
-
Weiter vorteilhaft ist es, wenn die Signalverarbeitungseinheit ferner dazu eingerichtet ist, den durch den Hochpassfilter gefilterten zeitlichen Verlauf des Magnetfeldes ferner durch einen Tiefpassfilter zu filtern, um das gefilterte Signal zu erzeugen. So werden insbesondere sehr hochfrequente Schwankungen aus dem Magnetfeld herausgefiltert und es wird bspw. ein Vergleich mit einem Schwellenwert ermöglicht, wobei die vordefinierte Eigenschaft definiert, dass der vordefinierte Schwellenwert durch das gefilterte Signal überschritten wird. Durch den Tiefpassfilter wird erreicht, dass das gefilterte Signal nicht in einem hohen Frequenzbereich den Schwellenwert über- und unterschreitet.
-
Ferner ist es vorteilhaft, wenn der Magnetfeldsensor dazu eingerichtet ist, das Magnetfeld in mehreren Richtungskomponenten zu erfassen. Eine Richtungskomponente beschreibt dabei eine Stärke des erfassten Magnetfeldes in eine zugehörige Richtung. Insbesondere ist der Magnetfeldsensor ein dreidimensionaler Magnetfeldsensor, durch welchen drei Richtungskomponenten erfasst werden, welche zueinander orthogonalen sind. Dies ist vorteilhaft, da somit keine spezifische Ausrichtung des Magnetfeldsensors gegenüber der Antriebseinheit notwendig ist. Es ist hinreichend, wenn der Magnetfeldsensor in einem Bereich um die Antriebseinheit des Fahrrades angeordnet ist, das die Empfindlichkeit des Magnetfeldsensors hinreichend ist, um eine Bewegung der Komponenten der Antriebseinheit zu detektieren.
-
Bevorzugt ist die Detektionseinheit dazu eingerichtet, den zeitlichen Verlauf der mehreren Richtungskomponenten jeweils durch einen Hochpassfilter zu filtern, um mehrere gefilterte partielle Signale zu erzeugen, welche den mehreren Richtungskomponenten zugehörig sind, die gefilterten partiellen Signale zu einem kombinierten Signal zusammenzuführen, und zu detektieren, dass der zeitliche Verlauf des Magnetfeldes die vordefinierte Eigenschaft aufweist, wenn eine Amplitude des kombinierten Signals einen vordefinierten Grenzwert überschreitet. Auch bei einem mehrdimensionalen Magnetfeldsensor ist es vorteilhaft, wenn die einzelnen Richtungskomponenten jeweils durch einen Hochpassfilter gefiltert werden, um ein Rauschen und Störeinflüsse aus den einzelnen den Richtungskomponenten zugehörigen Signalen zu entfernen. Die so gefilterten Signale sind die gefilterten partiellen Signale. Es ist vorteilhaft, die gefilterten partiellen Signale zu einem kombinierten Signal zusammenzuführen, wodurch die Eigenschaften der einzelnen partiellen Signale in dem kombinierten Signal wiedergegeben sind. Auch dies ist daher vorteilhaft, da somit eine Ausrichtung des Magnetfeldsensors gegenüber der Antriebseinheit nicht notwendig ist, da sich eine spezifische Eigenschaft des von der Antriebseinheit bei dem Rückwärtsschieben verursachten Magnetfeldes in zumindest einem der gefilterten partiellen Signale wiederfindet und somit auch in dem kombinierten Signal wiedergegeben ist. So ist bspw. die Amplitude zumindest eines der gefilterten partiellen Signale besonders hoch, wenn das Fahrrad rückwärts geschoben wird. Durch das Kombinieren der Signale ist somit auch die Amplitude des kombinierten Signals besonders hoch, wenn eines der gefilterten partiellen Signale eine besonders hohe Amplitude aufweist. So ist es vorteilhaft, dass der zeitliche Verlauf des Magnetfelds die vordefinierte Eigenschaft dann aufweist, wenn eine Amplitude des kombinierten Signals einen vordefinierten Grenzwert überschreitet.
-
Bevorzugt werden bei dem Zusammenführen der gefilterten partiellen Signale zu dem kombinierten Signal die gefilterten partiellen Signale für einen Abtastzeitpunkt in einem Merkmalsvektor gespeichert, der für den Abtastzeitpunkt erzeugte Merkmalsvektor von einem Differenzvektor subtrahiert, der für einen vorangegangenen Abtastzeitpunkt gespeichert wurde, um einen neuen Differenzvektor zu bilden, und eine Norm des Differenzvektors gebildet, wobei durch das Bilden jeweils einer Norm für aufeinanderfolgende Differenzvektoren ein zeitlicher Verlauf der Norm generiert wird und aus dem zeitlichen Verlauf der Norm das kombinierte Signal ermittelt wird. Ein Abtastzeitpunkt ist dabei ein Zeitpunkt, zu dem jeweils für jede Richtungskomponente ein Messwert durch den Magnetfeldsensor erfasst wurde und ein Merkmalsvektor gespeichert wurde. Die gefilterten partiellen Signale bilden somit Messwerte für aufeinanderfolgende Abtastzeitpunkte. Für einen bestimmten Abtastzeitpunkt wird ein Merkmalsvektor erzeugt. Dieser wird von einem zuvor erzeugten Differenzvektor subtrahiert, welche anfangs beispielsweise als Null-Vektor initialisiert wird. Das Ergebnis wird als neuer Differenzvektor gespeichert. Wird im Folgenden ein weiterer Merkmalsvektor für einen späteren Abtastzeitpunkt erzeugt, so wird dieser wiederum von dem neuen Differenzvektor subtrahiert, um erneut einen neuen Differenzvektor zu bilden. Der Differenzvektor wird somit kontinuierlich aktualisiert, wobei jeweils ein aktueller Merkmalsvektor von dem Differenzvektor subtrahiert wird. Durch dieses Vorgehen fließt jeweils eine Änderung des partiellen Signals in den Differenzvektor ein. Durch das Bilden der Norm des Differenzvektors wird ein eindimensionaler Wert geschaffen, welcher auch auf den Amplituden der gefilterten partiellen Signale und somit auf dem Differenzvektor basiert. Mit dem zeitlichen Verlauf der Norm des Differenzvektors wird somit ein Wert geschaffen, welcher ansteigt, wenn es zu starken Änderungen des gefilterten Signals bzw. der gefilterten partiellen Signale kommt. Das Signal steigt durch das Bilden der Norm unabhängig davon an, welcher der erfassten partiellen Signale das vorliegende Magnetfeld mit größter Amplitude abbildet. Der zeitliche Verlauf der Norm des Differenzvektors weist dabei keine starken Schwankungen auf, sondern ist ein kontinuierlich verlaufendes Signal, da dieses lediglich auf den Differenzen aufeinanderfolgender Merkmalsvektoren basiert. Es wird somit eine Kurve generiert, welche mit einem Schwellenwert verglichen werden kann und durch welche der Schwellenwert überschritten wird, wenn das Magnetfeld die vordefinierte Eigenschaft aufweist. Die vordefinierte Eigenschaft ist dabei eine Veränderlichkeit des erfassten Magnetfeldes.
-
Dabei ist es ferner vorteilhaft, wenn das kombinierte Signal aus dem zeitlichen Verlauf der Norm ermittelt wird, indem der zeitliche Verlauf der Norm durch einen exponentiellen Durchschnittswert gefiltert wird. Auf diese Weise kann sichergestellt werden, dass ein Offset des Signals konstant gehalten ist.
-
Auch ist es vorteilhaft, wenn der Magnetfeldsensor und die Signalverarbeitungseinheit bei einem Detektieren der Rückwärtsbewegung von einer Spannungsquelle versorgt werden, welche nicht die für einen Antrieb des Fahrrades vorgesehene primäre Spannungsquelle ist. Somit wird der Magnetfeldsensor und die Signalverarbeitungseinheit von einer Spannungsquelle versorgt, die bei einem Ladevorgang des Fahrrads nicht zwingend von dem Fahrrad entfernt werden muss. Somit kann das Verfahren auch dann noch durchgeführt werden, wenn das Fahrrad abgestellt ist und eine primäre Spannungsquelle, gemeinhin die Batterie des Fahrrades, entfernt ist. Somit kann das Verfahren besonders effizient für einen Diebstahlschutz eingesetzt werden.
-
Kurze Beschreibung der Zeichnung
-
Nachfolgend werden Ausführungsbeispiele der Erfindung unter Bezugnahme auf die begleitende Zeichnung im Detail beschrieben. In der Zeichnung ist:
- 1 eine schematische Darstellung eines elektrischen Fahrrads, welches eine erfindungsgemäße Vorrichtung umfasst,
- 2 eine schematische Darstellung einer Antriebseinheit des Fahrrades mit einem daran angeordneten Magnetfeldsensor und einer daran angeordneten Signalverarbeitungseinheit,
- 3 ein erstes Diagramm, welches einen zeitlichen Verlauf eines erfassten Magnetfelds bei einem Schütteln des Fahrrades darstellt,
- 4 ein zweites Diagramm, welches einen zeitlichen Verlauf eines erfassten Magnetfeldes bei einem Rückwärtsschieben des Fahrrads zeigt,
- 5 ein drittes Diagramm, welches einen zeitlichen Verlauf eines erfassten Magnetfeldes nach einem Filtern mit einem Hochpassfilter zeigt und
- 6 ein viertes Diagramm, welches einen zeitlichen Verlauf einer Norm eines Differenzvektors zeigt.
-
Ausführungsform der Erfindung
-
1 zeigt eine schematische Darstellung eines Fahrrades 10, an welchem eine Vorrichtung 1 zum Detektieren einer Rückwärtsbewegung des elektrischen Fahrrades 10 angeordnet ist. Die Vorrichtung 1 umfasst einen Magnetfeldsensor 2 und eine Signalverarbeitungseinheit 5. Das Fahrrad 10 weist ferner eine Antriebseinheit 6 auf, welche dazu eingerichtet ist, einen Fahrer des Fahrrades 10 bei einem Tretvorgang zu unterstützen. Die Antriebseinheit 6 ist über eine Fahrradkette mit einem hinteren Rad 4 des Fahrrades 10 verbunden.
-
Die Antriebseinheit 6 ist beispielhaft in 2 dargestellt. Die Antriebseinheit 6 weist einen Motor 7 und eine Steuerelektronik 3 auf, welche bei der in 2 gezeigten Darstellung in einem Gehäuse angeordnet ist. Die Steuerelektronik 3 umfasst den Magnetfeldsensor 2 und die Signalverarbeitungseinheit 5. Der Magnetfeldsensor 2 ist ein dreidimensionaler Magnetfeldsensor. Das bedeutet, dass dieser ein Magnetfeld in mehreren Richtungskomponenten erfasst. So werden von dem Magnetfeldsensor 2 bspw. drei Ausgangssignale ausgegeben, wobei jedes der Ausgangssignale jeweils einer Richtung des Magnetfeldes zugeordnet ist und eine Stärke des Magnetfeldes in diese Richtung beschreibt. Die Richtungen des Magnetfeldes, welche durch den Magnetfeldsensor 2 erfasst werden, stehen dabei orthogonal zueinander.
-
Der Magnetfeldsensor 2 ist an der Antriebseinheit 6 angeordnet und somit in einem direkten Umfeld des Motors 7 des elektrischen Fahrrades 10. Ferner ist der Magnetfeldsensor 2 damit auch im Umfeld der Pedale und einer Mechanik der Antriebseinheit 6 angeordnet. Somit ergibt sich, dass der Magnetfeldsensor 2 durch seine physikalische Anordnung ein von der Antriebseinheit 6 des Fahrrades 10 verursachtes Magnetfeld erfasst. Wird das Fahrrad 10 nicht bewegt, so wird auch keine wesentliche Veränderung dieses Magnetfeldes auftreten.
-
Wird das Fahrrad 10 vorwärts geschoben, so kann dies, bspw. durch Vibrationen und Erschütterungen, zu einer Veränderung des Magnetfeldes führen. Diese wird jedoch anders aussehen, insbesondere in ihrem zeitlichen Verlauf, als eine Veränderung des Magnetfeldes, welche bei einem Rückwärtsschieben und somit bei einer Rückwärtsbewegung des Fahrrades 10 auftritt. Wird das Fahrrad 10 rückwärts geschoben, so wird die Mechanik der Antriebseinheit 6 und der Motor 7 über die Fahrradkette des Fahrrades 10 angetrieben und somit bewegt. Da der Motor 7 auch magnetische Komponenten umfasst, wird dies zu einer vergleichsweise starken Veränderung des von dem Magnetfeldsensor 2 erfassten Magnetfeldes führen. Die Veränderung des von dem Magnetfeldsensor 2 erfassten Magnetfeldes wird sich insbesondere auch in ihrer Stärke, von einer Veränderung des Magnetfeldes unterscheiden, welche auftritt, wenn das Fahrrad 10 vorwärts geschoben wird. Dieser Unterschied wird durch die Signalverarbeitungseinheit 5 erkannt.
-
Die Signalverarbeitungseinheit 5 ist mit dem Magnetfeldsensor 2 gekoppelt und empfängt in einer systemspezifischen Abtastfrequenz die Ausgangssignale des Magnetfeldsensors 2, welche die einzelnen Richtungskomponenten des Magnetfeldes beschreiben. Es werden kontinuierlich neue Messwerte von dem Magnetfeldsensor 2 an die Signalverarbeitungseinheit 5 übertragen. Somit wird von der Signalverarbeitungseinheit 5 ein zeitlicher Verlauf des erfassten Magnetfeldes von dem Magnetfeldsensor 2 empfangen. Die Signalverarbeitungseinheit 5 ist dazu eingerichtet, zu detektieren, ob das Fahrrad 10 rückwärts bewegt wird. Dazu wird der zeitliche Verlauf des erfassten Magnetfeldes hinsichtlich einer vordefinierten Eigenschaft untersucht und die Rückwärtsbewegung des Fahrrades 10 wird in Reaktion darauf erkannt, dass eine bestimmte vordefinierte Eigenschaft in dem zeitlichen Verlauf des Magnetfeldes vorliegt.
-
Die 3 und 4 zeigen beispielhaft zeitliche Verläufe des erfassten Magnetfeldes in unterschiedlichen Szenarien. So ist in 3 der zeitliche Verlauf des erfassten Magnetfeldes in einem ersten Diagramm 20 gezeigt, wobei der zeitliche Verlauf des erfassten Magnetfeldes dadurch verursacht wurde, dass das Fahrrad 10 geschüttelt wurde. 4 zeigt ein zweites Diagramm 30, bei dem der gezeigte zeitliche Verlauf des erfassten Magnetfeldes durch ein Rückwärtsschieben des Fahrrades 10 verursacht wurde. In beiden Diagrammen ist über eine X-Achse die Zeit in Sekunden dargestellt und über die Y-Achse eine Magnetfeldstärke in Mikrotesla gezeigt.
-
In beiden Diagrammen ist ferner ein erster Signalverlauf 21, 31 gezeigt, welcher den zeitlichen Verlauf des Magnetfelds für eine in Z-Richtung gerichtete Richtungskomponente darstellt. Ferner ist in einem zweiten Signalverlauf 22, 32 ein zeitlicher Verlauf des Magnetfeldes für eine in Y-Richtung gerichtete Richtungskomponente dargestellt. Zudem ist in einem dritten Signalverlauf 23, 33 ein zeitlicher Verlauf des Magnetfeldes für eine in X-Richtung gerichtete Richtungskomponente dargestellt.
-
Es ist aus 3 ersichtlich, dass für die Y- und die Z-Komponente ein vergleichsweise starkes Magnetfeld gegenüber dem Magnetfeld für die X-Komponente vorliegt. Dies erstreckt sich über die gesamte dargestellte Zeitdauer hinweg. In 4 ist hingegen ersichtlich, dass es zu vergleichsweise starken Änderungen in dem detektierten Magnetfeld kommt, wobei die Änderungen jedoch für die unterschiedlichen Richtungskomponenten unterschiedlich ausfallen. Allgemein gilt, dass die Signalverarbeitungseinheit 5 dazu eingerichtet ist, das in 3 gezeigte Muster von dem in 4 gezeigten Muster zu unterscheiden. Wird das in 4 dargestellte Muster oder eine für das Muster charakteristische Eigenschaft in dieser oder ähnlicher Form erkannt, so wird detektiert, dass das Fahrrad 10 rückwärts bewegt wird.
-
Um die in 3 und 4 gezeigten Szenarien zu unterscheiden, ist es vorteilhaft, wenn die Signalverarbeitungseinheit dazu eingerichtet ist, den zeitlichen Verlauf des Magnetfeldes durch einen Hochpassfilter zu filtern, um ein gefiltertes Signal zu erzeugen. So sind in 5 die aus 3 und 4 bekannten Signale nach einer Filterung durch einen Hochpassfilter dargestellt. Das bedeutet umgekehrt, dass sehr niedrige Frequenzanteile entfernt wurden und lediglich die vergleichsweise hochfrequenten Signalanteile das gefilterte Signal bilden. So ist in 5 ein drittes Diagramm 30 dargestellt, welches, wie auch die in 3 und 4 dargestellten Diagramme 20, 30 eine Stärke eines Magnetfelds über einen zeitlichen Verlauf darstellen. Dabei ist in 5 ein erster Signalverlauf 41 dargestellt, welcher aus einer Hochpassfilterung eines der in 4 gezeigten Signalverläufe 31 bis 33 resultiert Ferner ist in 5 ein zweiter Signalverlauf 42 dargestellt, welcher aus einer Hochpassfilterung der in 3 gezeigten Signalverläufe 21 bis 23 resultiert. Es ist dabei zu erkennen, dass das Rückwärtsbewegen des Fahrrades 10 zu einer deutlich höheren Amplitude in dem gefilterten Signal führt.
-
Das in 5 gezeigte Diagramm ist als beispielhaft anzusehen und kann dabei entweder das gefilterte Signal darstellen, welches genau einer Richtungskomponente zugehörig ist oder kann ein gefiltertes Signal darstellen, welches aus einem zusammenführend mehrerer Richtungskomponenten resultiert. Das gefilterte Signal wird bspw. mit einem Schwellenwert verglichen, wobei detektiert wird, dass das Fahrrad rückwärts bewegt wird, wenn der Schwellenwert überschritten wird. Dazu ist es vorteilhaft, wenn das gefilterte Signal nochmals mittels eines Hochpassfilters gefiltert wird, um eine kontinuierliche Kurve zu schaffen, die nicht sprungweise über und unter einen Schwellenwert abfällt. Durch die Anwendung eines Tiefpassfilters wird somit eine Hüllkurve der aus 5 bekannten Signalverläufen geschaffen. Dies ist in 6 beispielhaft dargestellt.
-
Es ist vorteilhaft, jeden zeitlichen Verlauf einer Richtungskomponente zunächst durch einen Hochpassfilter zu filtern. So ist es vorteilhaft, jeden der in den 3 und 4 gezeigten Signalverläufe zunächst durch einen Hochpassfilter zu filtern, um mehrere gefilterte partielle Signale zu erzeugen, welche den Richtungskomponenten zugehörig sind. Im Folgenden ist es vorteilhaft, diese gefilterten partiellen Signale zu einem kombinierten Signal zusammenzuführen. Dazu wird bevorzugt für einen aktuellen Abtastzeitpunkt jeweils ein aktueller Wert der gefilterten partiellen Signale in einem Merkmalsvektor gespeichert. Der Merkmalsvektor beschreibt somit einen Vektor, der die Ausrichtung und Stärke des Magnetfeldes für den aktuellen Abtastzeitpunkt beschreibt. Dieser für den Abtastzeitpunkt erzeugte Merkmalsvektor wird von einem Differenzvektor subtrahiert, welcher anfänglich auf Null gesetzt ist. Damit wird ein neuer Differenzvektor gebildet. Dieses Verfahren wird iterativ ausgeführt. So wird für jeden neuen Abtastzeitpunkt jeweils ein aktueller Merkmalsvektor generiert und von dem zuvor erzeugten Differenzvektor subtrahiert, um wiederum einen neuen Differenzvektor zu bilden.
-
Es werden somit in einer kontinuierlichen Reihe neue Differenzvektoren gebildet. Wurde ein neuer Differenzvektor gebildet, so wird daraus eine Norm des Differenzvektors errechnet, welche insbesondere einen Betrag und somit eine Länge des Differenzvektors und eine Stärke des Magnetfeldes bzw. eine Stärke einer Änderung des Magnetfeldes beschreibt. Durch das Bilden jeweils einer Norm für aufeinanderfolgende Differenzvektoren wird ein zeitlicher Verlauf der Norm generiert, welcher entweder als kombiniertes Signal verwendet wird oder als Basis für das kombinierte Signal genutzt wird. So entspricht der zeitliche Verlauf der Norm ebenfalls der in 6 gezeigten Hüllkurve, also den Signalverläufen des ersten Signalverlaufs 51 und des zweiten Signalverlaufs 52. Dabei ist es vorteilhaft, wenn ein zeitlicher Verlauf der Norm durch einen exponentiellen Durchschnittswertfilter gefiltert wird.
-
Der in 6 gezeigte erste Signalverlauf 51 und der in 6 dargestellte zweite Signalverlauf 52 sind dabei Signalverläufe über die Zeit, wobei über die Y-Achse ein Merkmalswert angezeigt ist und nicht weiter die Stärke des magnetischen Felds angegeben ist. Dies resultiert aus den zuvor beschriebenen Berechnungen, welche Basis für diese neuen Signalverläufe sind, welche im Wesentlichen den zeitlichen Verlauf der Norm darstellen. Durch ein entsprechendes Setzen eines Schwellenwertes kann erkannt werden, ob das Fahrrad rückwärts bewegt wird. Es zeigt der erste Signalverlauf 51 aus 6 den zeitlichen Verlauf der Norm für ein Rückwärtsschieben des Fahrrades 10. Der zweite Signalverlauf 52 in 6 zeigt den zeitlichen Verlauf der Norm bei einem Schütteln des Fahrrades 10. Wird der Schwellenwert bspw. auf einen Merkmalswert von 50 gesetzt, so wird zuverlässig erkannt, dass das Fahrrad 10 bei der mit dem ersten Signalverlauf 51 gegebenen Situation auf ein Rückwärtsbewegen des Fahrrades hindeutet.
-
Das Detektieren der Rückwärtsbewegung des Fahrrades 10 wird insbesondere für eine Erkennung eines Diebstahls des Fahrrades 10 genutzt. Dazu ist es notwendig, dass das Verfahren auch dann ausgeführt werden kann, wenn das Fahrrad 10 abgestellt ist. Dazu ist es notwendig, dass der Magnetfeldsensor 2 und die Signalverarbeitungseinheit 5 mit einer Versorgungsspannung versorgt werden. Da die für das elektrische Fahrrad 10 vorgesehene Batterie jedoch oftmals von einem Anwender entfernt werden kann, bspw. um diese aufzuladen, ist es vorteilhaft, wenn der Magnetfeldsensor 2 und die Signalverarbeitungseinheit 5 von einer Spannungsquelle versorgt werden, welche nicht für den Antrieb des Fahrrades 10 vorgesehen ist, also nicht die primäre Spannungsquelle für den Antrieb des Fahrrades ist. So ist in der Antriebseinheit 6 bspw. eine weitere Batterie oder eine entsprechende Kapazität verbaut, welche insbesondere mittels der primären Spannungsquelle des Antriebes geladen werden kann. Somit kann das Verfahren auch dann ausgeführt werden, wenn die primäre Spannungsquelle von dem Fahrrad 10 abgetrennt wird. Wird eine Rückwärtsbewegung des Fahrrades erkannt, insbesondere über einen vordefinierten Zeitraum hinweg, so wird ein Anwender hinsichtlich des Diebstahls des Fahrrades 10 oder zumindest hinsichtlich der Rückwärtsbewegung des Fahrrades informiert.
-
Die Norm des Differenzvektors ist ein Wert, der mit einem vorliegenden Merkmal, welches hier durch die vordefinierte Eigenschaft gegeben ist, ansteigt. Dieser Wert wird kontinuierlich neu berechnet. Dazu wird jeweils ein aktueller Satz von Messwerten des Magnetfeldsensors von dem Differenzvektor subtrahiert. Der somit ermittelte neue Differenzvektor wird genutzt, um dessen Norm zu bilden und einem optionalen weiteren Filtervorgang unterzogen, um ein Hüllflächensignal zu schaffen, welches durch den zeitlichen Verlauf des Magnetfeldes, insbesondere in seiner gefilterten Form, gegeben ist.
-
Es wird darauf hingewiesen, dass es grundsätzlich auch möglich ist, ein Rollen des Fahrrades 10 basierend auf den an einer Felge angeordneten Magneten auszuführen, welcher typischerweise für eine Geschwindigkeitsmessung des Fahrrades verwendet wird. Dies führt jedoch zu aufwendigen Implementierungen, da eine solche Anwendung ebenfalls mit einer Betriebsspannung versorgt werden muss und der Magnetfeldsensor bzw. der Tachometer auch dann mit einer Spannung versorgt werden muss, wenn die primäre Batterie von dem Fahrrad entfernt wird.
-
Nebst obenstehender Offenbarung wird explizit auf die Offenbarung der 1 bis 6 verwiesen.
