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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Steuergerät für ein Zweirad, insbesondere ein Fahrrad.
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Internet of Things (loT) für Fahrräder ist bekannt. Dabei steht die Verbindung der Einzelkomponenten, des Smartphones und die Verbindung zu einer Cloud im Fokus. (s. https://www.bosch-ebike.com/de/produkte/das-smarte-system)
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Es gibt Fahrradhelme, die neben einer Beleuchtung auch Blinker enthalten, sowie Leuchten, die Symbole auf die Fahrbahn projizieren, um Fahrradfahrer für andere Verkehrsteilnehmer sichtbar zu machen, (s. https://ebike-news.de/lumos-smartefahrradhelme-fuer-mehr-sicherheit-im-strassenverkehr/190297/)
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DE 10 2015 120 590 A1 zeigt ein Sensorsystem zur Montage an einem Fahrrad, insbesondere ein Sensorsystem mit einer an das Fahrrad montierbaren Kommunikationseinheit, die am Fahrrad erfasste Informationen über ein Mobilfunknetz an einen Server überträgt.
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DE 10 2011 082 084 A1 zeigt ein Verfahren zum Einstellen der Leistung eines Hilfsmotors eines Fahrrads, wobei Ist-Werte der Pulsfrequenz und die mechanischen Leistung eines Benutzers erfasst werden.
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DE 20 2015 102 554 U1 zeigt in leistungsgesteuertes Sportgerät und ein Erweiterungskit für ein Sportgerät für das leistungsoptimierte Training im Radsport.
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WO 2018 / 029 314 A1 zeigt ein System und ein Verfahren zur Anzeige mindestens eines Leistungswertes für ein Elektrofahrrad.
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Vor diesem Hintergrund liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, Datenaustausch in einer Zweiradflotte zu ermöglichen, sowie eine computergestützte Möglichkeit zum Teilen von Ermüdungsdaten zu schaffen.
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Demgemäß ist vorgesehen:
- - ein Steuergerät für ein Zweirad, insbesondere ein Fahrrad, einer Zweiradflotte mit einer Datenschnittstelle, die mit einer Vielzahl weiterer Steuergeräte weiterer Zweiräder, um Daten mit den weiteren Steuergeräten auszutauschen, verbindbar ist, einer Datenschnittstelle zu wenigstens einem Bewegungssensor der Bewegungsparameter des Zweirads als Bewegungssensordaten erfasst, einer Datenschnittstelle zu einer Recheneinheit und/oder einer Recheneinheit, welche die Bewegungssensordaten hinsichtlich Ermüdungsanzeichen des Zweiradfahrers auswertet, einer Datenschnittstelle zu einer Reaktionseinheit und/oder einer Reaktionseinheit, um eine Reaktion auf die Auswertung der Bewegungssensordaten hinsichtlich der Ermüdungsanzeichen zu ermitteln.
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Ein Sensor, auch als Detektor, (Messgrößen- oder Mess-)Aufnehmer oder (Mess-)Fühler bezeichnet, ist ein technisches Bauteil, das bestimmte physikalische, chemische Eigenschaften oder Zustände, z. B. Temperatur, Feuchtigkeit, Druck, Geschwindigkeit, Helligkeit, Beschleunigung, pH-Wert, lonenstärke, elektrochemisches Potential und/oder die stoffliche Beschaffenheit seiner Umgebung qualitativ oder als Messgröße quantitativ erfassen kann. Diese Größen werden mittels physikalischer oder chemischer Effekte erfasst und als Sensordaten in ein weiterverarbeitbares elektrisches Signal umgeformt. Fahrzeugsensoren sind an einem Fahrzeug montierbar oder montiert.
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Optische Sensordaten sind Sensordaten von optischen Sensoren, also Kameras, TOF-Sensoren, Radar, Lidar und dergleichen.
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Ein Bewegungssensor erfasst bewegungsbezogene Daten, etwa Geschwindigkeit, Beschleunigung, Lenkwinkel und dergleichen eines Zweirads.
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Der Lenkwinkel eines Zweirads ist der Winkel zwischen dem Vorderrad und dem Hinterrad oder anderen drehfesten und drehbaren Komponenten. Drehfeste Komponenten eines Zweirads sind beispielsweise das Hinterrad, der Zweiradrahmen und sämtliche Komponenten, die hieran drehfest befestigt sind.
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Drehbare Komponenten sind beispielsweise das Vorderrad, der Lenker und die Radhalterung des Vorderrades, sowie alle weiteren Komponenten die samt dem Lenker drehbar gegenüber dem Hinterrad sind. Die Stellung zwischen dem Vorderrad und dem Hinterrad lässt sich mittels eines Lenkers einstellen.
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Zweiräder sind Fahrzeuge mit zwei Rädern, z.B. Fahrräder, elektrische Fahrräder, Pedelecs, Motorräder, Motorroller und dergleichen. Einrichtungen zum Ermitteln und/oder Ausführen von Reaktionen sind Reaktionseinheiten.
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Die Herzfrequenz (kurz: HF) ist die Anzahl der Herzschläge pro Zeitspanne. Die übliche Einheit ist min-1 oder gleichbedeutend bpm. Die Herzfrequenz ist sowohl der Quotient aus Herzzeitvolumen und Schlagvolumen als auch der Quotient aus mittlerer Herzleistung und mittlerer Arbeit eines Herzschlags. Der Kehrwert der Herzfrequenz ist die mittlere Dauer eines vollständigen Herzzyklus.
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Als Herzfrequenzvariabilität (englisch heart rate variability, HRV) wird die natürliche Variation der Zeit zwischen zwei aufeinanderfolgenden Herzschlägen bezeichnet. Die Herzfrequenzvariabilität ist ein Indikator für die Fähigkeit eines Organismus, die Herzfrequenz den körperlichen und mentalen Anforderungen anzupassen. Maße für die Herzfrequenzvariabilität lassen sich statistisch im Zeitbereich als Streumaße (Mittelwert, Standardabweichung, Varianz) oder spektral im Frequenzbereich (low frequency, high frequency) ableiten; eine dritte Möglichkeit bieten nicht-lineare Methoden (z. B. Poincare-Abbildung, Fluktuationsanalyse).
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Über autonome physiologische Regulationswege passt ein gesunder Organismus die Herzschlagrate beständig momentanen Erfordernissen an. Körperliche Beanspruchung oder psychische Belastung hat deswegen in der Regel eine Erhöhung der Herzfrequenz zur Folge, die bei Entlastung und Entspannung wieder zurückgeht. Dabei zeigt sich eine höhere Anpassungsfähigkeit an Belastungen in einer größeren Variabilität der Herzfrequenz. Unter chronischer Belastung ist beides dagegen wegen der beständig hohen Anspannung eingeschränkt und infolgedessen reduziert.
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Die Atemfrequenz bezeichnet die Atemzüge pro Zeiteinheit, meist pro Minute (AZ/min). Die Atemfrequenz ist einer von mehreren Vitalparametern.
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Ermüdung ist eine zumeist vorübergehende (reversible) Minderung der physischen und/oder psychischen Leistungsfähigkeit. Man unterscheidet zwischen der psychischen Ermüdung des Zentralnervensystems (ZNS) und der peripheren, physischen Ermüdung der Muskulatur.
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Die periphere oder physische (körperliche) Ermüdung ist die verminderte Kraft eines oder mehrerer Muskeln im Vergleich zu der sonst in Abhängigkeit von der individuellen körperlichen Leistungsfähigkeit zu erwartenden Kraft. Die verminderte Leistungsfähigkeit ist umkehrbar und kann teilweise durch einen vermehrten Einsatz kompensiert werden. Ermüdung kann lokal oder darüber hinaus allgemein auftreten.
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Die zentrale (ZNS) oder psychische (mentale) Ermüdung kann unabhängig von der muskulären Ermüdung auftreten und zeigt sich zumeist durch subjektive Empfindungen und eine sichtbare bzw. messbare Verschlechterung der Bewegungskoordination. Sie tritt vor allem bei komplizierten und komplexen Belastungen auf. Zentrale Ermüdung wirkt sich in einer Beeinträchtigung der Informationsaufnahme (Sinneswahrnehmung) und einer langsameren Informationsweiterleitung und Informationsverarbeitung aus. Bei der Tolerierung von Belastungen handelt es sich aus psychologischer Sicht um einen Bewältigungsprozess.
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Aus sportmedizinischer Sicht lassen sich bei der Ermüdung subjektive und objektive Symptome feststellen, die für eine Einschätzung beziehungsweise Beurteilung des Ermüdungsgrades herangezogen werden.
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Eine direkte Datenverbindung zwischen Komponenten existiert, wenn die Komponenten Daten austauschen. Eine indirekte Datenverbindung zwischen Komponenten existiert, wenn die Komponenten Daten an eine weitere Einheit, z.B. eine Cloud, übermitteln und die Daten von der weiteren Einheit an andere Komponenten weiterverteilt werden.
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Ein zentraler Datenspeicher bzw. eine zentrale Recheneinheit ist beispielsweise eine Cloud, das heißt ein Speicherplatz bzw. ein Prozessor, der als Dienstleistung über das Internet oder eine andere Datenverbindung bereitgestellt wird.
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Die grundlegende Idee der Erfindung ist es, die Fahrdynamik bzw. Bewegungsparameter eines Zweirads hinsichtlich Ermüdungsanzeichen seines Fahrers zu überwachen und eine Auswertung bezüglich der Ermüdungsanzeichen mit weiteren Flottenteilnehmern zu teilen.
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Somit lassen sich Unfälle oder Zwischenfälle aufgrund von Ermüdung eines Zweiradfahrers vorbeugen, da es möglich ist, sämtliche Flottenteilnehmer rechtzeitig vor Ermüdungsanzeichen zu warnen vor Ermüdungsanzeichen anderer Flottenteilnehmer zu warnen und hierauf angemessen zu reagieren.
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Ermüdung kann sich unterschiedlich auf die Fahrdynamik eines Zweirads auswirken, beispielsweise ist es denkbar, dass der Zweiradfahrer Hindernisse oder entgegenkommende Objekte aufgrund von mangelnder Konzentration zu spät erfasst und folglich mit einer starken Bremsung reagiert. Ferner können Unsicherheiten in der Lenkerbewegung auftreten, da der Muskeltonus des Zweiradfahrers nachlassen kann und der Lenker des Zweirads folglich mit geringerem Kraft-, und Koordinationsaufwand geführt wird.
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Ferner können sich Ermüdungsanzeichen auch an der von dem Zweiradfahrer übertragenen Kraft auf Pedale widerspiegeln. Dies kann beispielsweise, sofern das Zweirad Pedale aufweist, an einer verringerten Maximalkraft oder an häufigeren oder längeren Entlastungsphasen erkennbar sein.
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Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen ergeben sich aus den weiteren Unteransprüchen sowie aus der Beschreibung unter Bezugnahme auf die Figuren der Zeichnung.
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Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung ist der Bewegungssensor als Lenksensor ausgebildet. Somit lässt sich beispielsweise ein sogenanntes Schlingern des Lenkers erfassen und hinsichtlich Ermüdungsanzeichen auswerten.
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Dabei ist es weiter zweckmäßig, wenn die Lenksensordaten in Verbindung mit einem Kraftaufwand, mit dem der Zweiradfahrer den Lenker führt, ausgewertet werden. Beispielsweise ist es denkbar, dass es zu unkoordinierten Lenkbewegungen kommt, wenn Seitenwind auftritt, ein Zweirad über ein Schlagloch oder über eine Wurzel gesteuert wird. In diesem Fall kann die Kraft, mit welcher der Lenker gehalten wird, weiteren Aufschluss über Ermüdungsanzeichen des Zweiradfahrers geben, um zu ermitteln, ob noch ausreichend Kraftreserven vorhanden sind, um die Lenkbewegung auch bei ungünstigen äußeren Einflüssen zu koordinieren.
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Alternativ oder zusätzlich ist es denkbar, möglicherweise unkoordinierte Lenkerbewegungen mit optischen und/oder akustischen Sensordaten bezüglich Hindernissen oder bezüglich des Zweiradfahrers in Verbindung zu bringen und diesbezüglich auszuwerten. Als akustische Sensordaten bzgl. des Zweiradfahrers kommen Atemgeräusche in Betracht. Als optische Sensordaten bzgl. des Zweiradfahrers kommen Aufnahmen bzgl. der Haltung oder Mimik in Betracht.
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Somit lassen sich auch Rückschlüsse auf eine Reaktionszeit auf ein Ereignis ziehen, wenn optische und/oder akustische Sensoren das Ereignis detektieren. Dabei kann vorgesehen sein, dass Ermüdungsanzeichen festgestellt werden, wenn festgestellt wird, dass die Reaktionszeit nicht angemessen ist.
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Es kann vorgesehen sein, die eines Zweiradfahrers zu tracken, also weiterzuverfolgen, als auch mit anderen Flottenteilnehmern zu vergleichen, um abnorme Reaktionszeiten festzustellen.
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Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung ist der Bewegungssensor als Beschleunigungssensor und/oder als Geschwindigkeitssensor ausgebildet. So ist es möglich, Auffälligkeiten bezüglich der Längsbewegung eines Zweirads hinsichtlich von Ermüdungsanzeichen des Zweiradfahrers zu detektieren. Wenn es sich bei dem Zweirad um ein elektrisches Fahrrad handelt, ist es auch denkbar, Beschleunigung und/oder Geschwindigkeitsdaten mit einem Energieverbrauch des Fahrrads abzugleichen, um zu erkennen, ob das Verhältnis zwischen der Antriebsleistung des Zweiradfahrers und der Antriebsleistung des Elektromotors auf eine Ermüdung des Zweiradfahrers hindeutet.
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Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung ist der Bewegungssensor eingerichtet, ein Rutschen, Schlupf und dergleichen zu erkennen.
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Somit ist es einerseits möglich, andere Fahrer der Zweiradflotte vor einem Gefahrenpotenzial zu warnen sowie auszuwerten, ob ein Zweiradfahrer angemessen auf Rutschen, Schlupf und dergleichen reagiert. Sollte festgestellt werden, dass ein Zweiradfahrer hierauf nicht angemessen reagiert, kann dies beispielsweise ein Anzeichen für Ermüdung sein oder dafür sein, dass streckenspezifische Anforderungen an den Zweiradfahrer die Fähigkeiten des Zweiradfahrers übersteigen.
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Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung weist das Steuergerät eine weitere Datenschnittstelle zu einem Sensor, der physiologische Parameter des Zweiradfahrers, insbesondere eine Herzfrequenz, eine Herzfrequenzvariabilität (HRV), eine Atemfrequenz und/oder hieraus abgeleitete physiologische Parameter erfasst, auf, wobei die physiologischen Parameter bei der Auswertung hinsichtlich der Ermüdungsanzeichen berücksichtigt werden.
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Der Sensor kann beispielsweise Bestandteil des Zweirads sein, indem der Sensor in Komponenten integriert ist, die von dem Zweiradfahrer berührt werden, beispielsweise der Lenker. Alternativ ist es denkbar, dass es sich bei dem Sensor um ein externes Gerät, insbesondere einen Fitnesstracker, handelt, der eine direkte oder indirekte Datenverbindung zu dem Steuergerät, aufweist.
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Somit ist es möglich, die physiologischen Parameter des (externen) Sensors hinsichtlich Ermüdungsanzeichen auszuwerten, auch dann, wenn dies von dem (externen) Sensor nicht vorgesehen ist.
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Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung ist die Reaktionseinheit eingerichtet, als Reaktion einen Steuerbefehl an die weiteren Steuergeräte, der auf die Drosselung einer Motorleistung gerichtet ist, zu übermitteln. Somit lässt sich einem Auseinanderfallen einer Zweiradflotte entgegenwirken, indem vorausfahrende Zweiräder in ihrer Geschwindigkeit oder Unterstützungsleistung durch einen Motor gedrosselt werden. Es versteht sich, dass diese Ausführungsform auch für rein motorische Zweiräder denkbar ist.
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Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung ist die Reaktionseinheit eingerichtet, als Reaktion eine Warnung an Fahrer der weiteren Zweiräder bezüglich der Auswertung der Ermüdungsanzeichen des Zweiradfahrers zu übermitteln. Beispielsweise ist es denkbar, dass eine Warnung an einen Anführer der Flotte oder an alle weiteren Flottenräder übermittelt wird. Somit ist es möglich, andere Flottenteilnehmer rechtzeitig auf die Ermüdungsanzeichen eines Zweiradfahrers aufmerksam zu machen, wodurch diese die Möglichkeit haben, das Unfallpotenzial jenes Zweiradfahrers zu senken.
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Es versteht sich, dass ein Steuergerät das System für eine Zweiradflotte mit einer Vielzahl an Steuergeräten wie sie vorstehend beschrieben wurden, vorteilhaft ist. Dementsprechend ist es zweckmäßig, wenn jedes Zweirad einer Zweiradflotte mit einem Steuergerät wie es vorstehend beschrieben wurde, verbunden ist, um einen entsprechenden Datenaustausch unter den Flottenrädern zu ermöglichen.
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Dabei ist es insbesondere auch zweckmäßig, wenn das Steuergerät-System eine Schnittstelle zu einem zentralen Datenspeicher und insbesondere einer zentralen Recheneinheit aufweist. Dementsprechend kann vorgesehen sein, Daten von dem Steuergerät an eine zentrale Recheneinheit oder einen zentralen Datenspeicher, im Fachjargon auch als Cloud bezeichnet, zu übermitteln und dort auszuwerten. Es versteht sich, dass es auch denkbar ist, Teile der Daten auf dem Steuergerät und andere Teile der Daten auf der zentralen Recheneinheit auszuwerten.
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Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung werden die Bewegungssensordaten hinsichtlich Ermüdungsanzeichen im Lichte einer Position des Zweiradfahrers bezüglich der Zweiradflotte ausgewertet. Beispielsweise ist davon auszugehen, dass ein Zweiradfahrer, der am Kopf einer Flotte vorausfährt und möglicherweise ohnehin auf andere Flottenmitglieder warten muss, kraftsparend fährt und/oder seine Aufmerksamkeit vorwiegend auf die anderen Flottenteilnehmer richtet, anstatt auf die Kontrolle des eigenen Zweirads.
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Dementsprechend kann vorgesehen sein, Bewegungssensordaten hinsichtlich Ermüdungsanzeichen eines Zweiradfahrers, der am Kopf einer Zweiradflotte fährt, eine andere Bedeutung beizumessen wie Bewegungssensordaten hinsichtlich Ermüdungsanzeichen eines Zweiradfahrers, der in der Mitte oder am Schluss einer Zweiradflotte fährt.
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Die vorliegende Erfindung wird nachfolgend anhand der in den schematischen Figuren der Zeichnungen angegebenen Ausführungsbeispiele näher erläutert. Es zeigen dabei:
- 1 eine schematische Prinzipskizze gemäß eines Steuergeräts gemäß einer Ausführungsform der Erfindung;
- 2 eine schematische Prinzipskizze eines Steuergerät-Systems gemäß einer Ausführungsform der Erfindung.
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Die beiliegenden Zeichnungen sollen ein weiteres Verständnis der Ausführungsformen der Erfindung vermitteln. Sie veranschaulichen Ausführungsformen und dienen im Zusammenhang mit der Beschreibung der Erklärung von Prinzipien und Konzepten der Erfindung. Andere Ausführungsformen und viele der genannten Vorteile ergeben sich im Hinblick auf die Zeichnungen. Die Elemente der Zeichnungen sind nicht notwendigerweise maßstabsgetreu zueinander gezeigt.
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In den Figuren der Zeichnungen sind gleiche, funktionsgleiche und gleichwirkende Elemente, Merkmale und Komponenten - sofern nicht anders ausgeführt ist - jeweils mit denselben Bezugszeichen versehen.
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1 zeigt ein Zweirad 1, welches als Fahrrad ausgebildet ist, mit einem Steuergerät 2, welches eingerichtet ist, Daten drahtlos an eine Cloud und an weitere Flottenräder zu übermitteln.
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Dementsprechend umfasst das Steuergerät 2 eine Datenschnittstelle zu einer Vielzahl weiterer Steuergeräte für weitere Zweiräder, um Daten mit den weiteren Steuergeräten auszutauschen. Das Steuergerät 2 umfasst ferner eine Datenschnittstelle zu wenigstens einem Bewegungssensor, der Bewegungsparameter des Zweirads als Bewegungssensordaten erfasst sowie eine Schnittstelle zu einer Recheneinheit, welche die Bewegungssensordaten hinsichtlich Ermüdungsanzeichen des Zweiradfahrers auswertet, sowie eine Schnittstelle zu einer Reaktionseinheit, um eine Reaktion auf die Auswertung der Bewegungssensordaten hinsichtlich der Ermüdungsanzeichen zu ermitteln.
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2 zeigt ein Steuergerät-System einer Zweiradflotte aus vier Zweirädern 1, die jeweils ein Steuergerät 2 gemäß 1 aufweisen.
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Die Steuergeräte 2 sind drahtlos miteinander verbunden, um Sensordaten, Auswertungsergebnisse sowie individuelle Nachrichten zwischen den Zweiradfahrern auszutauschen.
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Bezugszeichen
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- 1
- Zweirad
- 2
- Steuergerät
