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Die Erfindung betrifft eine Auswerteeinheit, welche das Bewegungsverhalten eines Rads eines Zweirads erfasst sowie ein mit dieser Auswerteeinheit ausgestattetes Zweirad.
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Stand der Technik
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Zur berührungslosen Abstands- und Einbaulagenmessung von rotierenden Teilen werden sowohl optische als auch magnetische Sensoren verwendet. So erfolgt beispielsweise die Geschwindigkeitsmessung bei Fahrrädern während der Fahrt mittels magnetischer Raddrehzahlsensoren, bei dem die Drehung der Fahrradreifen erfasst wird. Dabei sind die Raddrehzahlsensoren als Reed-Schalter beispielsweise ortsfest an der Vorderradgabel vorgesehen, die bei jedem Durchlauf eines Magneten an der Speicher einen Impuls liefern. Aus dem zeitlichen Abstand zweier Impulse kann so auf die Drehgeschwindigkeit des Rads und mittels eines Umrechnungsfaktors auf die Geschwindigkeit des Fahrzeugs bzw. Fahrrads geschlossen werden. Nachteilig bei einer derartigen Geschwindigkeitserfassung ist die notwendige Zeitdauer, da zumindest zwei Impulse registriert werden müssen. Bei sehr langsamen Drehbewegungen ist daher die Erfassung sehr ungenau. Weiterhin besteht bei dieser Form der Geschwindigkeitserfassung sehr leicht die Möglichkeit einer Manipulation. Auch die Erfassung der Bewegungsrichtung des Rades ist alleine aus diesen Signalen nicht ableitbar, da sowohl eine Vorwärts- als auch eine Rückwärtsfahrt die gleichen Messsignale liefern würde.
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Als Alternative können Beschleunigungssensoren verwendet werden, die ebenfalls eine Geschwindigkeitsinformation erzeugen können. Zusätzlich können durch derartige Beschleunigungssensoren auch die Bewegungsrichtungen erfasst werden, so dass eine Unterscheidung zwischen einer Vorwärtsfahrt und einer Rückwärtsfahrt erfolgen kann. Der Betrieb derartiger Beschleunigungssensoren ist jedoch energieaufwändiger, so dass diese Art der Erfassung eher bei elektrifizierten Fahrzeugen zum Einsatz kommt.
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Mit der vorliegenden Erfindung soll ein System beschrieben werden, welches in einfacher Weise über die Erfassung von Magnetfeldsensorsignalen eine genauere Erfassung des Bewegungsverhaltens eines Rades eines Zweirads ermöglicht.
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Offenbarung der Erfindung
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Mit der vorliegenden Erfindung wird eine Auswerteeinheit sowie ein System bestehend aus Zweirad und Auswerteinheit beschrieben, bei dem basierend auf der Erfassung von Sensorsignalen eines Magnetsensors eine Bewegungsgröße erzeugt wird, die das Bewegungsverhalten eines Rades repräsentiert. Hierzu ist vorgesehen, dass das Zweirad, an dem die erfindungsgemäße Auswerteeinheit vorgesehen ist, wenigstens einen Magnetfeldsensor und wenigstens ein Rad mit wenigstens einem daran befestigten Magneten aufweist. Der Magnetfeldsensor ist dabei direkt oder indirekt mit dem Rahmen des Zweirads befestigt, beispielsweise indem der Magnetfeldsensor am oder in einem Gehäuse eines Elektroantriebs für ein Elektrofahrrad angeordnet ist, welcher am Rahmen montiert ist. Denkbar ist jedoch auch, dass der Magnetfeldsensor in einer Energieversorgungseinheit für den Elektromotor oder einer Steuereinheit untergebracht ist. Um die Entfernung zum Magneten im Vorder- und/oder Hinterrad so gering wie möglich zu halten, ist der Magnetfeldsensor bevorzugt in der Nähe der Tretkurbel, der Hinterradaufhängung oder an der Vorderradaufhängung angeordnet. Es ist auch denkbar, den Magnetfeldsensor am Gepäckträger zu befestigen.
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Der Kern der Erfindung besteht dabei darin, dass mittels des Magnetfeldsensors die Magnetfeldsensorsignale, d.h. die Magnetfeldstärken, des wenigstens einen Magneten in dem wenigstens einen Rad in wenigstens zwei voneinander getrennten Raumrichtungen erfasst werden. Somit kann die Bewegung des überwachten Rades in zwei Raumrichtungen erkannt werden. Bevorzugt wird hierbei wenigstens die Magnetfeldkomponenten entweder die Fortbewegungsrichtung x des Zweirads oder in Richtung der Hochachse y erfasst. Während die Magnetfeldkomponente Bx die Annäherung bzw. Entfernung des Magneten an den Magnetfeldsensor repräsentiert, stellt die Magnetfeldsensorkomponente By die Bewegung des Magneten entlang des Erfassungsbereichs des Magnetfeldsensors dar. Dieser Erfassungsbereich hängt dabei maßgeblich von der Stärke des Magneten, der Empfindlichkeit des Magnetfeldsensors sowie der Entfernung zwischen Magnet und Magnetfeldsensor ab.
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Durch die Erfassung entweder aufeinander folgender Magnetfeldsensorsignale kann dann auf die Drehgeschwindigkeit des überwachten Rades und somit die Fortbewegungsgeschwindigkeit des Zweirads geschlossen werden. Bei der Verwendung eines einzelnen Magneten ist im Wesentlichen eine ganze Umdrehung des Rades notwendig, um einen Vergleichswert, z.B. dem Einsatz der Messsignalerfassung oder deren Maximalwert zu erhalten. Werden dagegen mehrere Magnete im überwachten Rad verwendet, beispielsweise in äquidistanten Abständen in Umfangsrichtung, kann auch bei Vorliegen einer Teilumdrehung auf die Geschwindigkeit geschlossen werden.
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In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass die erfassten Magnetfeldsensorsignale nach Raumrichtungen getrennt mit zuvor abgespeicherten Magnetfeldsensorsignalen verglichen werden. Hierbei kann es sich beispielsweise um zuvor während einer der vorherigen Erfassungszeiträumen erfassten Magnetfeldsensorsignalen handeln. Alternativ oder zusätzlich kann der Vergleich auch mit Magnetfeldsensorsignalen durchgeführt werden, die zu Kalibrierungszwecken vorgegeben oder während eines Einlernvorgangs erfasst worden sind. Hierdurch kann ein Vergleich der aktuell erfassten Magnetfeldsensorsignale mit entsprechenden Signalen durchgeführt werden, die einen fehlerfreien Bewegungsablauf darstellen. So ist beispielsweise denkbar, dass nach einem Seitenschlag des Hinterrads eine zusätzliche Magnetfeldkomponente Bz in Querrichtung z des Zweirads auftritt, der durch einen Vergleich mit einem entsprechenden Schwellenwert SWz schnell erkannt werden kann.
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Besonders vorteilhaft lässt sich die Auswerteeinheit bzw. das System dazu einsetzen, sowohl das Bewegungsverhalten des Vorderrads als auch des Hinterrads zu überwachen. Hierzu ist sowohl im Vorderrad als auch im Hinterrad jeweils wenigstens ein Magnet vorgesehen. Durch die charakteristischen Unterschiede bei der Bewegung des Vorderrads und des Hinterrads lassen sich die Magnetfeldsensorsignale dem jeweiligen überwachten Rad zuordnen. Die charakteristischen Unterschiede ergeben sich beispielsweise aus den unterschiedlichen Drehgeschwindigkeiten der beiden Räder, da durch die Lenkbewegung das Vorderrads üblicherweise eine schnellere Drehbewegung ausführt bzw. das Hinterrad starrer an den Rahmen angebunden ist und geringere relative Bewegungen aufweist. Die Bewegungen des Vorderrads werden beispielsweise noch ausgeprägter, wenn am Vorderrads ein Stoßdämpfer aktiv ist. Die Unterscheidung zwischen den Rädern kann jedoch auch durch die Wahl verschiedener Magnettypen im Vorderrad und Hinterrad erzeugt werden, so dass die erfassten Magnetfeldsensorsignale sich unterscheiden. So ist denkbar, die Magnete in den beiden Rädern unterschiedlich stark zu gestalten, unterschiedliche Polarisationen in ihrer radialen oder Umfangsrichtung zu wählen und/oder ihre Umfangsbreite zu variieren. Durch eine derartige Unterscheidung lassen sich die Magnetfeldsensorsignale und somit deren Auswertung trotz gemeinsamer Erfassung durch ein Magnetfeldsensorelement zu Drehgeschwindigkeiten der einzelnen Räder zuordnen, gegebenenfalls jedoch erst nach einigen Radumläufen.
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Besonders vorteilhaft kann die Erfindung angewandt werden, wenn der Magnetfeldsensor die Magnetfeldsensorsignale in allen drei Raumrichtungen erfasst bzw. die Auswerteeinheit aus den Magnetfeldsensorsignalen die drei Raumrichtungen separieren kann. Hierdurch kann die Fortbewegungsgeschwindigkeit des Zweirads in x-Richtung, ein Höhenschlag des Rades in der xy-Ebene, eine Drehrichtung des Rades in xy-Richtung, ein Seitenschlag des Rads in z-Querrichtung, ein Lenkwinkel des Vorderrads in xz-Richtung und/oder eine Verdrehung des Vorderrads und/oder des Hinterrads zum Rahmen in der xy-Ebene erkannt werden. Um die einzelnen vorstehenden Bewegungsgrößen zu erkennen, ist teilweise notwendig, die Magnetfeldsensorkomponenten in wenigstens zwei Raumrichtungen mit abgespeicherten Magnetfeldsensorsignalen oder entsprechenden Schwellenwerten zu vergleichen. Im Falle eines Seitenschlags kann dabei beispielsweise schon die Erkennung einer von Null verschiedenen Bz-Komponenten ausreichen. Um den Seitenschlag noch näher zu spezifizieren, kann ein leicht von Null abweichender Wert für den Schwellenwert SWz gewählt werden und/oder bei der Verwendung mehrere Magnete in einem Rad die unterschiedlichen Bz-Messignale der verschiedenen Magnete.
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Basierend auf der erfassten Bewegungsgröße kann die Auswerteeinheit oder ein mit der Bewegungsgröße versorgtes Steuergerät am Zweirad, eine Antriebseinheit des Zweirads und/oder eine Dämpferkomponente am Zweirad ansteuern. So ist denkbar, dass in Abhängigkeit von der erfasste Zweiradgeschwindigkeit ein Motor eines Elektrofahrrads angesteuert wird. Weiterhin ist denkbar, dass in Abhängigkeit von der Verdrehung des Vorderrads und/oder des Hinterrads, z.B. bei einem Fully, ein Stoßdämpfer an einem der Räder oder am Sattel angesteuert wird, um einen erkannten Stoß abzumildern. Hierbei kann beispielsweise direkt die Dämpfungseigenschaften des Stoßdämpfers angepasst werden.
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Der wenigstens eine Magnet ist vorteilhafterweise im Außenbereich des Rades untergebracht, z.B. am oder im Mantel. Alternativ kann der Magnet aber auch an der Felge angebracht oder integriert sein.
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Besonders Vorteilhaft ist der Magnet mit seiner Nord-Süd-Ausrichtung radial nach außen am Rad angebracht. Hierdurch liegt ein möglichst starkes nach außen gerichtetes Magnetfeld vor, welches vom Magnetfeldsensor besonders gut erfasst werden kann. Alternativ kann der Magnet mit seiner Nord-Süd-Ausrichtung auch in Umfangsrichtung des Rades angeordnet sein.
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Weitere Vorteile ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen bzw. aus den abhängigen Patentansprüchen.
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Figurenliste
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- Figur la zeigt ein Zweirad, an dem die Erfindung eingesetzt werden kann. Mit der 1b wird eine Detailansicht des Zweirads dargestellt. Die Diagramme der 2 zeigen beispielhaft die erfassten Magnetfeldsensorsignale in den drei Raumrichtungen. In der 3 ist eine Auswerteeinheit abgebildet, mit der die Bewegungsgröße ermittelt werden kann.
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Ausführungsformen der Erfindung
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Die vorliegende Erfindung stellt eine Technologie zur Verfügung, um das Bewegungsverhalten eines Rades eines Zweirads, insbesondere dessen Drehgeschwindigkeit, Drehrichtung und Unregelmäßigkeiten im Drehverlauf festzustellen bzw. zu bestimmen.
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In der Figur la ist beispielhaft ein Fahrrads 100 als Zweirad dargestellt, an dem die Erfindung gezeigt werden soll. Darüber hinaus kann die Erfindung auch an jedem anderen Zweirad, z.B. einem Motorrad oder einem Elektrofahrrad angewandt werden. Es ist sogar möglich, das Verfahren an einem einachsigen zweirädrigen Fahrzeug anzuwenden, z.B. einem Segway. Der Einsatz bei einem Kraftfahrzeug, z.B. einem Pkw oder Lkw ist ebenfalls möglich.
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Das Fahrrad 100 gemäß der Figur la ist mit einem Rahmen, bestehend aus Unterrohr 110, Sattelrohr 120 und Oberrohr 130 ausgestattet. Weiterhin weist es eine Tretkurbeleinheit 140 auf, die ein Hinterrad 150 als Antriebs- oder auch Laufrad antreibt. Das Vorderrad 160 dient über den Lenker als Steuerrad, um die Richtung der Bewegung des Fahrrads vorzugeben.
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Zusätzlich kann das Fahrrad mit nicht gezeigten Dämpferkomponenten ausgestattet sein, z.B. mit einer ersten Dämpferkomponenten, die der Aufhängung des Hinterrads 150 zugeordnet ist und einer zweiten Dämpferkomponenten, die dem Vorderrad 160 zugeordnet ist. Die erste Dämpferkomponente ist dabei mittels entsprechend beweglicher Elemente und derart am Rahmen befestigt, dass das Hinterrad 150 gegenüber dem Rahmen um einen Winkel α gedreht werden kann. Die zweite Dämpferkomponente ermöglicht hingegen, dass das Vorderrad 160 relativ zum Lenker nach unten oder nach oben bewegt werden kann. Beide Dämpferkomponenten erlauben dabei gerade bei der Fahrt im Gelände eine individuelle Anpassung der Räder an den Untergrund. Neben dem besseren Bodenkontakt erhöht sich dadurch auch das Komfortempfinden des Fahrers auf unebenen Wegen, indem Stöße abgefedert werden.
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Optional können weitere Dämpferkomponenten vorgesehen sein, die den Fahrkomfort oder die Fahrsicherheit erhöhen. Denkbar sind hier beispielsweise eine Satteldämpfung im Bereich des Sattels, um Stöße vom Untergrund vom Fahrer fern zu halten. Weiterhin ist denkbar, das Lenkrohr mit einem Dämpfer auszustatten, so dass extreme Lenkbewegungen verhindert werden.
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In der 1b ist beispielhaft das Hinterrad 150 mit der Tretkurbeleinheit 140 dargestellt, um die Funktionsweise der Erfindung deutlich zu machen. Statt einer einfachen Tretkurbeleinheit 140, bei der lediglich der Radfahrer den Antrieb des Fahrrads mittels der Betätigung der Tretkurbeln aufbringt, kann auch eine Motoreinheit 145 vorgesehen sein, die ganz oder teilweise den Antrieb bzw. Vortrieb des Fahrrads mittels Motorkraft erzeugt. Diese Motoreinheit 145 kann jedoch auch an einer anderen Stelle des Rahmens oder des Fahrradaufbaus angeordnet sein. Denkbar sind hier insbesondere Vorderrad- oder Hinterradantriebe sowie eine Unterbringung im Rahmen. Am Hinterrad 150 ist wenigstens ein Magnet 170 angeordnet, der sich bei der drehenden Bewegung des angetriebenen Rades mit dreht. In einer ersten Varianten ist der Magnet 170 mit seiner Nord-Süd-Richtung radial nach außen am Hinterrad 150 befestigt. Der Vorteil bei dieser Anordnung besteht darin, dass ein größeres Magnetfeld radial nach Außen erzeugt wird, welches vom Magnetsensor 180 deutlicher erfasst werden kann. Die konkrete Ausrichtung des Nordpols oder des Südpols nach außen spielt für das erfindungsgemäße Verfahren jedoch keine Rolle. In einer zweiten, alternativen Varianten kann der Magnet 175 mit seiner Nord-Süd-Richtung auch in Umfangsrichtung angeordnet werden. Generell sollte der Magnet 170 bzw. 175 im äußeren Bereich des Hinterrads 150 angeordnet sein. Dies kann dadurch realisiert werden, dass der Magnet 170 bzw. 175 am oder im Mantel untergebracht ist. Alternativ kann der Magnet 170 bzw. 175 jedoch auch an oder in der Felge angebracht sein.
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Letzteres hätte den Vorteil, dass der Magnet einem geringeren Verschleiß unterliegt, da er gegenüber der Fahrbahn und der Verwalkung des Mantels geschützt ist. Optional kann vorgesehen sein, mehrere Magnete 170 bzw. 175 im oder am Hinterrad unterzubringen. Hierdurch kann schneller auf das Bewegungsverhalten geschlossen werden, da kein vollständiger Umlauf des Hinterrads 150 notwendig ist. Voraussetzung ist hierbei jedoch, dass die Magnete 170 bzw. 175 in gleicher Nord-Süd-Ausrichtung eingebaut werden.
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Der Magnetfeldsensor 180, mit dem die Bewegung des Magnets 170 bzw. 175 über die Änderungen dessen Magnetfelds bei einer Vorwärtsbewegung 190 oder einer Rückwärtsbewegung 195 erfasst wird, kann an unterschiedlichen Stellen am Zweirad bzw. Fahrrad 100 untergebracht, d.h. gekoppelt sein. Durch die Fixierung des Magnetfeldsensors 180 an den Rahmen kann eine relative Bewegung der Magnete zum Rahmen erfasst werden. Zur Erfassung des durch die Drehung veränderlichen Magnetfelds ist eine Anordnung möglichst nahe am Magneten des überwachten Rades zu empfehlen. So kann der Magnetfeldsensor 180 im Bereich der Tretkurbeleinheit 140 aber auch am oder im Gehäuse des Motors 145 angebracht oder integriert sein. Daneben besteht jedoch auch die Möglichkeit, den Magnetsensor 180 an einem anderen Teil des Fahrrads, z.B. dem Rahmen, insbesondere am Unterrohr 110, am Gepäckträger, am Akkumulator oder an der Hinterradspeiche zu befestigen. Mit einem geeigneten Magnetsensor 180 kann die Bewegung des Magneten 170 bzw. 175 am Hinterrad 150 in mehreren Richtungen erfasst werden. So ist zunächst die Erfassung des Magnetfelds des Magneten 170 in Bewegungsrichtung des Fahrrads 100, d.h. in x-Richtung gewünscht, um die Annährung bzw. Entfernung des Magneten 170 bei einem Umlauf des Hinterrads 150 bzw. des Laufrads zu erfassen. Typischerweise wird dabei das Magnetfeld des Magneten 170 nicht während des gesamtem Umlaufs erfasst, sondern ab einer Detektionsgrenze des Magnetsensors 180 innerhalb seines Erfassungsbereichs, der durch sein Auflösungsvermögen bestimmt wird, bis zur maximal erfassbaren Magnetfeldstärke im geringsten Abstand d zum Magnetsensor 180. Weiterhin kann auch die Bewegung des Magneten 170 in senkrechter y-Richtung, d.h. in Bewegungsrichtung des Rades in Richtung der Hochachse des Fahrrads erfasst werden. Mit diesen beiden Richtungen kann die Bewegung des Rades in der xy-Ebene nachverfolgt werden. Auch die Bewegung des Magneten 180 in z-Richtung, d.h. zur Querrichtung bzw. quer zur Bewegungsrichtung des Fahrrads 100 kann erfasst werden. Aus diesen Sensorsignalen in z-Richtung, gegebenenfalls in Verbindung mit den Sensorsignalen in zumindest einer anderen Richtung, lassen sich beim Hinterrad 150 Verformungen des Rades ableiten, wie beispielsweise einen Höhenschlag oder einen Seitenschlag. Beim Vorderrad 160 lässt sich über die Erfassung der z-Richtung des entsprechenden Magnetsensorsignals darüber hinaus die Lenkrichtung ableiten.
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Der Magnetsensor 180 kann dabei derart gestaltet sein, dass er die Magnetfeldsensorkomponenten Bx, By und Bz in allen drei Raumrichtungen erfassen kann. Eine Erfassung beispielsweise alleine der Bx-Komponenten für die Erfassung der Drehgeschwindigkeit kann unter Umständen nicht ausreichen, wenn gleichzeitig beim überwachten Rad ein Höhen- oder Seitenschlag festgestellt wird. Durch derartige Beschädigungen des Rades kann es zu einem Versatz des Magneten in x- bzw. z-Richtung kommen, die zusammen mit dem berücksichtigen Abstand zwischen Magneten und Magnetfeldsensor zu einer Verfälschung des (Dreh-)Geschwindigkeitssignal führen würde. Daher ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass die aktuell erfassten Magnetfeldsensorkomponenten in wenigstens zwei Raumrichtungen voneinander getrennt mit entsprechenden abgespeicherten Magnetfeldsensorsignale oder entsprechenden Schwellenwerten verglichen werden. Bevorzugt wird für die Erfindung ein kombinierter 3D Magnetfeldsensor eingesetzt. Dieser 3D Magnetfeldsensor kann darüber hinaus mit einem Beschleunigungssensor oder einem Gierratensensor kombiniert sein. Es ist jedoch auch möglich, dass die einzelnen Magnetfeldsensorkomponenten in den drei Raumrichtungen durch jeweils einzelne Magnetsensoren erfasst werden, die jeweils nur in einer Richtung sensitiv für das Magnetfeld sind.
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In den Diagrammen der 2 sind typische Messsignalverläufe der Magnetfeldsensorsignale der drei Raumrichtungen x, y und z dargestellt. Die x-Richtung stellt dabei die Richtung dar, in der sich das Fahrrad vorwärts bewegt. Wie bereits erwähnt, repräsentiert die y-Richtung die Hochachse des Fahrrads, während die z-Achse die Querachse abbildet. Zur Ableitung der Drehrichtung des überwachten Rades kann die By-Komponente ausgewertet werden, bei der sich im mittleren Diagramm der 2 im Zeitverlauf bei einer Vorwärtsbewegung 190 eine gegenüber der Rückwärtsbewegung 195 spiegelbildlich unterschiedliche Messwerterfassung ergeben. Dies liegt darin, dass die Magnetfeldlinien unterschiedlich gerichtet sind und somit einen gegenpoligen Sensorwert erzeugen. Aus einer zusätzlichen Information, dass sich das Fahrzeug nach vorne oder nach hinten bewegt, lässt sich somit eine eindeutige Zuordnung des Messwertsignals zu einer Drehrichtung und damit einer Bewegungsrichtung des Fahrrads erzeugen. Die Bx-Komponente im ersten Diagramm zeigt gegenüber der By-Komponente lediglich die Annäherung bzw. die Entfernung des Magneten 160 bzw. 170 vom Magnetfeldsensor 180 an. Die Erfassung der Bz-Komponenten zeigt im unteren Diagramm einen Versatz zwischen der Vorwärtsbewegung 190 und der Rückwärtsbewegung 195. Dieser Versatz ist auf die Einbauposition des Magnetfeldsensors 180 am Motor 145 zurückzuführen und kann als weitere Informationsquelle zur Erfassung eines Vorwärts- oder Rückwärtsfahrt herangezogen werden.
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Mit der 3 wird eine Auswerteeinheit 300 gezeigt, z.B. eine Verarbeitungseinheit oder eine Steuereinheit, die aus den erfassten Magnetfeldsensordaten eine Bewegungsgröße ableitet. Hierzu werden in der Auswerteeinheit 300, die typischerweise eine Recheneinheit und einen Speicher 360 aufweist, die Sensorsignale des Magnetfeldsensors 310 bzw. 180 eingelesen. Mit dem Magnetfeldsensor 310 können gleichzeitig alle drei Magnetfeldkomponenten Bx, By und Bz gleichzeitig erfasst und in die Auswerteinheit 300 eingelesen werden. Es ist jedoch auch möglich, dass die unterschiedlichen Magnetfeldkomponenten durch zwei oder drei unterschiedliche Magnetfeldsensoren erfasst werden. Denkbar ist beispielsweise, dass ein Magnetfeldsensor sowohl die Magnetfeldkomponenten in x- als auch in y-Richtung erfasst, während ein zweiter Magnetfeldsensor nur die Magnetfeldkomponente in z-Richtung erfasst. Weiterhin kann die Auswerteeinheit 300 eine Information darüber erhalten, dass sich das Fahrrad bewegt bzw. in welcher Richtung es sich bewegt. Hierzu können interne Informationen herangezogen oder extern abgefragt werden. So ist denkbar, dass eine Information über die Tätigkeit einer Antriebseinheit 320 (bzw. des Motors 145 gemäß der 1b) erfasst wird. Indem erfasst wird, dass sich die Antriebseinheit 320 im regulären Antriebsmodus befindet, kann davon ausgegangen werden, dass sich das Fahrrad vorwärts bewegt. Entsprechend kann auch eine Information über eine Betätigung der Antriebseinheit 320 bei einem Rückwärtsfahren dazu genutzt werden, die Bewegungsrichtung der erfassten Messsignale zuzuordnen. Darüber hinaus können noch weitere Informationen erfasst werden, die für die weitere Auswertung oder eine Steuerung/Regelung in Abhängigkeit der erfassten Drehrichtungsinformation hilfreich sind. So kann die manuelle oder elektrische Betätigung eines Start- bzw. Initiierungsbutton 330 erfasst werden. Optional können ebenfalls zusätzliche Sensorsignale von einem Lenkwinkelsensor 340, einem Neigungssensor oder einem Beschleunigungssensor 350 erfasst werden.
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Nach der Erfassung der Bewegungsrichtung und der Auswertung der Magnetfeldsensorsignale in einer definierten Einlernphase, kann diese Zuordnung für spätere Auswertungen und Vergleiche in dem Speicher 360 abgelegt werden. So können anschließend die erneut erfassten Magnetfeldsensorsignale des Magnetfeldsensors 310 ohne zusätzliche Bewegungsinformationen dazu genutzt werden, die Drehrichtung des Hinterrads 150 sowie die Bewegungsrichtung des Fahrrads zu erkennen. Diese Information kann dazu genutzt werden, verschiedene Komponenten 370 des Fahrrads anzusteuern oder zu optimieren. Diese Ansteuerung kann dabei direkt über die Auswerteeinheit 300 erfolgen oder über die Weitergabe der Bewegungsgröße an ein entsprechendes Steuergerät. So können die Dämpfungseigenschaften eines Stoßdämpfers in Abhängigkeit der erkannten Bewegungsgröße variiert werden. Auch eine Ansteuerung einer Bremse ist hier möglich. Weiterhin ist eine Ausgabe der Bewegungsgröße über eine Anzeige 380 oder eine akustische Warnvorrichtung möglich, falls die Bewegungsgröße ein abnormales Verhalten anzeigt. Die Anzeige kann dabei ein Display, ein Navigationsgerät oder ein Smartphone sein. Der Fahrer hat anschließend aufgrund der Information über das Bewegungsverhalten die Möglichkeit, das Rad zu reparieren oder es auszutauschen.
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In einer Ausführungsform der Erfindung kann vorgesehen sein, dass die Einlernphase gezielt vom Fahrer oder einem im Fahrrad befindlichen System gestartet bzw. iniitiert wird. Hierzu kann die Antriebseinheit 320 gezielt angesteuert werden, um eine Vorwärtsbewegung 190 zu erzeugen, mit der die dann erhaltenen Messgrößen des Magnetfeldsensors einem bevorzugten Bewegungsmuster zugeordnet werden können. Entsprechend könnte hier auch eine gezielte Rückwärtsbewegung gestartet werden.
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In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist keine separate Einlernphase notwendig, wenn die Polarisation des Magneten, d.h. die Ausrichtung der Polarisation beim Einbau bekannt und in der Vorrichtung 300 bzw. dem Speicher 360 gespeichert ist.
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Die Auswerteeinheit 300 ist dazu eingerichtet, aus den erfassten Magnetfeldsensorsignalen direkt die Drehgeschwindigkeit des überwachten Rades und gegebenenfalls mit der Kenntnis über den Radumfang daraus abgeleitet die Geschwindigkeit des Zweirads, zum Beispiel eines Elektrofahrrads ermittelt. Hierzu werden aufeinander folgende Magnetfeldsensorsignale verwendet, die durch den wenigstens einen Magneten 170 bzw. 175 im überwachten Rad im Magnetfeldsensorelement 180 erzeugt werden. Sind mehrere Magnete im Rad angeordnet, ist nur eine Teilumdrehung des Rades notwendig, um die Drehgeschwindigkeit abzuleiten. Vorteilhafterweise werden die Magnete dabei gleichmäßig entsprechend der Radumfangsfläche verteilt. Eine derartige Verteilung hat auch den Vorteil, dass Änderungen in der Drehgeschwindigkeit zu jedem Zeitpunkt schneller erkannt werden können, da kein vollständiger Umlauf des Rades erforderlich ist. Zur korrekten Auswertung der Zeitabstände zwischen den Magnetfeldsensorsignalen ist jedoch erforderlich, dass die Auswerteeinheit, z.B. die Vorrichtung 300, Zugriff auf die Anzahl, den Anbringungsort am Rad sowie den Umfang des Rades hat. Derartige Daten können im Speicher 360 abgelegt sein und gegebenenfalls auch durch den Fahrer eingebbar gestaltet sein.
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Bei der Erfassung von Magnetfeldsensorsignalen sowohl eines Magneten am Vorderrad 120 als auch am Hinterrad 130 ist es für die Auswerteeinheit 300 erforderlich, dass die erfassten Messwerte eindeutig den entsprechenden an den Rädern verbauten Magneten zugeordnet werden können. Dies kann dadurch erreicht werden, dass die Magnete im Vorderrad und Hinterrad unterschiedlich gestaltet sind, so dass sich die Messwerte der Magnetfeldstärke voneinander separieren lassen. So ist denkbar, jeweils unterschiedliche minimale Abstände zwischen den Magneten und dem Magnetfeldsensor vorzusehen. Eine weitere Möglichkeit, unterschiedliche Sensorsignale zu erzeugen besteht darin, die Magnete unterschiedlich stark auszulegen oder die Geometrien zu variieren. So würden längere oder breitere Magnete in Bezug auf den Radumfang entsprechend breitere Messwertsignalverläufe erzeugen. Auch die unterschiedliche Polarisation der Magnete im Vorder- und Hinterrad würde eine eindeutige Zuordnung im Messwertsignalverlauf erzeugen.
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Entsprechend könnte man auch bei der Verwendung von mehreren Magneten in den Rädern vorgehen, um die zeitliche Auflösung bzw. schnellere Ableitung von Veränderungen zu erkennen. Hier ist beispielsweise auch denkbar, jeweils einen der mehreren Magneten in einem Rad bewusst anders zu gestalten, um einen vollständigen Umlauf und ggf. eine Normierung erzeugen zu können, gerade bei der Verwendung einer unbekannten Anzahl von Magneten. Ansonsten kann selbstverständlich auch über die Kenntnis der Anzahl der Magnete auf einen vollständigen Umlauf geschlossen werden.
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Die erfassten Magnetfeldsensorsignale können auch hinsichtlich ihres zeitlichen Verhaltens dazu verwendet werden, die Drehgeschwindigkeit des Rades und daraus die Geschwindigkeit des Zweirads zu abzuleiten. So kann bei der Kenntnis der Umfangsbreite des wenigstens einen Magneten aus der Signalbreite der Magnetfeldsensorsignale ein Maß für die Drehgeschwindigkeit abgeleitet werden. Hierbei kann vorgesehen sein, dass ein Schwellenwert vorgesehen ist, der bei Überschreiten das Vorliegen eines Magnetfeldsensorsignals in Abhängigkeit des Durchgangs des Magneten in Erfassungsreichweite anzeigt. Entsprechend kann der gleiche Schwellenwert verwendet werden, um bei einem nachfolgenden Unterschreiten das Heraustreten des Magneten aus dem Erfassungsbereich anzeigt. Aus der zeitlichen Differenz beider Schwellwertvergleiche kann so in Abhängigkeit von der Umfangslänge des Magneten auf die Drehgeschwindigkeit geschlossen werden. Hierzu können zusätzlich noch der geringste Abstand zwischen Magnet und Magnetfeldsensor als auch der Reifenumfang herangezogen werden.
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Optional kann auch vorgesehen sein, dass die Schwellenwerte zur Feststellung des Erreichens und des Verlassen der Erfassungsreichweite unterschiedlich ausgestaltet sind. So ist beispielsweise anhand der Magnetfeldsignale By in 2 deutlich erkennbar, dass je nach Ausrichtung des Magneten am oder im Rad unterschiedliche Schwellenwerte gewählt werden müssen. Bei der Verwendung der Bx- oder Bz-Komponenten des Magnetfeldsensorsignals kann dagegen jeweils ein einheitlicher Schwellenwert Festlegung der Zeitdauer im Erfassungsbereich ausreichen.
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Die Schwellenwerte können fest gewählt oder in Abhängigkeit von den Eigenschaften des verwendeten Magneten, den Eigenschaften des Magnetfeldsensor, dem maximalen Wert der erfassten Magnetfeldstärke und/oder dem Abstand zwischen Magnet bzw. Hinterrad und Magnetfeldsensor eingestellt werden.
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In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung verwendet die Auswerteeinheit statt der Signalbreite der Magnetfeldsensorsignale die typische Pulsform der Messwerte bei einem Durchgang des Magneten durch den Erfassungsbereich des Magnetfeldsensors, um die (Dreh-)geschwindigkeit abzuleiten.
