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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Ermittlung der Trittfrequenz bei der Verwendung von ein- oder mehrspurigen Landfahrzeugen, die durch die Muskelkraft der auf ihnen befindlichen Personen durch das Treten von Pedalen oder Handkurbeln angetrieben wird.
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Vorliegend werden unter Ein- oder Mehrspurfahrzeugen ein- oder mehrspurige Fahrräder mit oder ohne mindestens einem elektrischen Hilfsantrieb sog. Elektrofahrräder verstanden. Die Trittfrequenz oder auch Kadenz ist vorliegend die Geschwindigkeit, in der das Pedal eine vollständige Umdrehung vollführt, gemessen in UPM (Umdrehungen pro Minute).
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Unerfahrene Fahrradfahrer tendieren dazu, zu hohe Gänge zu wählen und mit zu niedriger Trittfrequenz, sprich einer zu niedrigen Kadenz, zu fahren. Die meisten erfahrenen Fahrradfahrer pedalieren mit einer Trittfrequenz zwischen 70 und 90 UPM. Dadurch werden die Gelenke - insbesondere die Knie - entlastet. Beim Rennen werden oft höhere Trittfrequenzen gefahren, unter anderem um blitzartig zu beschleunigen.
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Elektrofahrräder unterscheiden sich von einem gewöhnlichen Fahrrad durch einen zusätzlichen Elektromotor, eine Batterie, eine Steuerelektronik für den Motor sowie einen Sensor für die Kurbelbewegungserkennung. Der Elektromotor kann als Vorderrad-, Hinterrad- oder Mittelmotor verbaut werden. Die meisten Modelle verfügen darüber hinaus über eine Batterieladeanzeige und eine Motorkrafteinstellung, entweder stufenlos oder in Unterstützungsstufen eingeteilt. Je nach Gewicht, Motorisierung und Akkuunterbringung werden auch Komponenten wie Rahmen und Bremsen angepasst, oft werden auch Standard-Fahrradteile verwendet. Wenn der Fahrer beispielsweise zu schnell mit einem Pedelec pedaliert, unterstützt der Motor den Fahrer in den allermeisten Fahrsituationen nicht mehr optimal. Im Grunde genommen überholt der Fahrer mit einer hohen Kadenz den zur Unterstützung vorgesehenen Motor.
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Bei den meisten Pedelecs oder Elektrofahrrädern und Fahrrädern ist eine Kadenz von 70 Pedalumdrehungen pro Minute ideal. Schnelle Elektrofahrräder und Pedelecs können den Fahrer bis zu einer Kadenz von 85 oder 92 Umdrehungen pro Minute unterstützen. Auf dem Fahrrad oder dem Spinning Bike ist die Trittfrequenz ein wichtiger Faktor. Die Geschwindigkeit, mit der der Fahrer bzw. Anwender, im Falle eines Spinning Bikes, das Pedal kreisen lässt, hat beispielsweise Einfluss auf den Energieverbrauch. Je höher die Trittfrequenz ist, desto günstiger ist die Fortbewegung energetisch betrachtet. Beobachtet man Freizeitradler, stellt man häufig fest, dass eher schwere (hohe) Gänge und damit niedrigere Trittfrequenzen gewählt werden. Damit trifft der Fahrradfahrer nicht immer die energetisch günstigste Entscheidung bei der Wahl der Trittfrequenz.
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Um die Trittfrequenz bzw. Kadenz beim Radfahren messen zu können sind aus dem Stand der Technik sog. Fahrradcomputer mit Trittfrequenzmesser bekannt. Dieser kann ähnlich funktionieren, wie der Radsensor zur Geschwindigkeitsmessung. Hierbei wird ein Magnet an der Kurbel befestigt und ein Sensor wird neben der Kurbel beispielsweise am Tretlagergehäuse angebracht. Sobald der Magnet an der Kurbel an dem Sensor am Tretlagergehäuse vorbeigeführt wird, wird ein elektrischer Impuls ausgelöst, gezählt und somit die Umdrehungen der Tretkurbel pro Zeiteinheit erfasst und kann sodann im Fahrradcomputer angezeigt werden.
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Wie beim Radsensor zur Geschwindigkeitsmessung gibt es für die Signalübertragung der Trittfrequenz zum Fahrradcomputer zwei Möglichkeiten, per Kabel oder per Funk. Am Fahrradcomputer selbst kann dann die Trittfrequenz in Umdrehungen/Minute angezeigt werden. Oft zeigen Fahrradcomputer auch zusätzliche Werte wie die durchschnittliche und maximale Trittfrequenz an.
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Ein Nachteil der bekannten Vorrichtungen besteht darin, dass diese entweder als integraler Bestandteil an oder in einem Fahrzeuge zugeordnet sind oder als Teillösung in einem Fahrradcomputer integrierbar sind. Diese Lösungen sind oft teuer in der Anschaffung und ein Anwender würde wieder ein weiteres Gerät am Fahrzeug installiert müssen, um die gewünschten Informationen zu erhalten.
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Im Folgenden wird als Ausführungsform auf die unteren Extremitäten (Beine) eines Anwenders eingegangen. Dies umfasst aber auch ausdrücklich die oberen Extremitäten (Arme) für mittels Handkurbeln oder ähnlich angetriebenen Ein- oder Mehrspurfahrzeugen. Wenn hier die Rede von einer Beinbewegung ist, so ist hiervon auch eine äquivalente Armbewegung umfasst.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Vorrichtung zu schaffen, die einfach und kostengünstig an ein bereits bestehendes Fahrzeug, insbesondere einem Fahrrad installierbar ist. Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, ohne aufwendige Um- oder Anbaumaßnahmen die ermittelten Informationen einem Anwender zur Verfügung zu stellen.
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Diese Aufgabe wird durch die im Anspruch 1 angegebenen Merkmale gelöst, insbesondere dadurch, dass mindestens ein Sensor die Bewegung mindestens eines Beines oder Armes, der Person die das Landfahrzeug durch Muskelkraft antreibt, erfasst und diese Bewegung in ein auswertbares Signal umwandelbar ist, sodass eine unmittelbare und aktuelle Trittfrequenz ermittelbar ist. Das auswertbare Signal tritt nur bei einer aktiven Bewegung der Arme oder Beine auf. Weitere vorteilhafte Maßnahmen sind in den Unteransprüchen beschrieben.
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Wenn der Fahrer (Anwender) das Fahrzeug bewegt, bewegen sich seine Beine oder Arme in einer periodischen, zyklischen, rhythmischen Bewegung. Diese periodische, zyklische, rhythmische Bewegung überträgt sich auf den Sensor und kann von einer Elektronik (elektronische Datenauswerteeinheit) gesammelt und ausgewertet werden. Das auswertbare Signal hat ein proportionales Verhältnis zu der Bewegung der Arme und Beine.
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In einer besonders bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung, kann der Sensor an einem Fahrradrahmen oder einem Fahrradlenker angeordnet werden. Es ist vorgesehen, dass der Sensor die Bewegung der Beine oder Arme detektiert. Durch die Bewegung der Beine oder Arme des Fahrradfahrers entstehen auswertbare Signale, die die Trittfrequenz des Fahrradfahrers abbilden können.
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Gemäß einer weiteren besonders bevorzugten Ausführungsform kann in Abhängigkeit von der Entfernung, bei der das Bein (Arm) an dem Sensor vorbeiführbar ist, mindestens zwei Laufzeitunterschiede von, von dem vom Sensor emittierten Signalen, erfasst und berechnet werden.
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Die Bewegung wird eine Art eines auswertebaren Signals erzeugen. Wenn das Bein dicht am Sensor ist, ist die Laufzeit des reflektierten Signals kürzer und wenn das Bein weiter vom Sensor entfernt ist, ist die Laufzeit des reflektierten Signals länger. Der Sensor kann in der Form eines aktiven oder passiven Infrarot-, Radar- oder Ultraschallsensor ausgeprägt sein. Dabei wird entweder ein variabler Lichtstrom oder eine Laufzeitmessung durchgeführt.
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In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung, kann in Abhängigkeit von der Entfernung, bei dem das Bein oder der Arm am Sensor vorbeigeführt wird, ein variabler Lichtstrom vom Sensor erfasst werden.
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Die Bewegung der Beine oder der Arme können ein auswertbares Signal erzeugen. Wenn das Bein dicht am Sensor ist, ist beispielsweise die Laufzeit des reflektierten Signals kürzer und wenn das Bein weiter vom Sensor entfernt ist, ist die Laufzeit entsprechend länger. Der Sensor kann in der Form eines Infrarot-, Radar- oder Ultraschallsensor ausgeprägt sein. Dabei wird entweder ein variabler Lichtstrom oder eine Laufzeitmessung durchgeführt.
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Die vom Sensor ermittelten variablen Lichtströme und/oder Laufzeitmessungen können in Form von Signalen in einem mit dem Sensor verbindbaren Speichermedium gesammelt und gespeichert werden. Auch ist es vorgesehen, dass die vom Sensor erfassten Signale kabellos oder kabelgebunden an das Speichermedium übertragen werden können. Das Speichermedium kann in einer besonders bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung ein mobiles Endgerät, insbesondere ein Smartphone oder ein Fahrradcomputer sein.
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Besonders vorteilhaft ist es, wenn die vom Sensor an das mobile Endgerät übertragenen Signale von einer, auf dem mobilen Endgerät aufgespielten Anwendersoftware; einer sogenannten App, ausgewertet werden und im Anschluss auf den mobilen Endgerät quasi online graphisch dargestellt wird. Hinzu kommen noch Statistikfunktionen mit der dem Anwender, beispielsweise die Kadenzinformationen über einen langen Zeitraum zur Verfügung gestellt werden können.
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Denkbar ist auch dass die App bestimmte Fahrprofile für den Fahrer bzw. Anwender vorschlägt, die dann von dem Sensor überwacht werden können und bei Abweichungen mit einem Ist-Wert von einem bestimmten Soll-Wert entsprechende Korrekturen dem Anwender vorgeschlagen werden. Auch kann der Sensor über das mobile Endgerät durch die Anwendersoftware angesteuert und beispielsweise an- und/oder ausschaltet werden.
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Der Sensor kann, gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform, über eine dem Fahrrad zugeordneten Dynamoeinheit mit einer Betriebsspannung versorgt werden. Das Sensorsystem kann also am Rahmen oder Lenker des Fahrrades angebaut werden.
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Die Position für den Ein- bzw. Anbau am Fahrrad sollte so gewählt sein, dass die Sensoren die Bewegung der Beine oder Arme detektieren können. Es ist auch vorstellbar, das Sensorsystem in ein bereits vorhandenes System zu integrieren, das an den meisten Fahrrädern bereits vorhanden ist; beispielsweise in oder an einem Frontscheinwerfer am Lenker.
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In einer ganz besonders bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist es vorgesehen, dass der Sensor in einer Akku-Fahrradlampe angeordnet ist, der in Einbaulage in Richtung der Beine oder Arme zeigt. Eine datenverarbeitende Elektronik (elektronische Datenauswerteeinheit) übernimmt die Auswertung des vom Sensor erfassten Signals und die Kommunikation zu dem mobilen Endgerät beispielsweise einem Smartphone, über eine Funkschnittstelle; beispielsweise eine Bluetooth®-Schnittstelle. Hierdurch kann das Smartphone angesprochen und die Signale (Daten) können graphisch in einer App dargestellt werden.
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Weiterhin ist es denkbar, dass das Sensorsystem in einer Halterung für ein mobiles Endgerät (Handyhalterung) integriert wird. Der Sensor kann dabei integraler Bestandteil sein oder als sog. Ad-On mit der Halterung an einem hierfür vorgesehenen Platz angeordnet werden. Das hat den Vorteil, dass das mobile Endgerät über die Handyhalterung mit dem Sensor verbunden werden kann. Die Betriebsspannung des Sensors kann über eine Akku- und/oder Dynamoeinheit des Fahrrades, die mit der Handyhalterung verbunden ist, erfolgen.
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Die Erfindung wird in den beiliegenden Zeichnungen dargestellt und nachfolgend näher beschrieben; es zeigen:
- 1 die schematische Seitenansicht im Betriebszustand des Sensors in Einbausituation an/in einem Fahrrad, bei der der Sensor am Lenkrad angeordnet ist und die Bewegung, bzw. die wechselnde Entfernung des Beines des Fahrradfahrers detektiert wird, wobei das Bein nah am Sensor vorbeigeführt wird;
- 2 die Seitenansicht nach 1, wobei das Bein weiter entfernt vom Bein des Fahrradfahrers vorbeigeführt wird.
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Eine besonders bevorzugte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung 10 ist in den 1 und 2 schematisch dargestellt. Hierbei wird von einem Fahrrad 11 ausgegangen, dem an seinem Lenker 12 eine Akku-Fahrradlampe 13 (schematisch dargestellt mit in Fahrrichtung abgegebenen Lichtstrahlen) zugeordnet ist. Die Akku-Fahrradlampe 13 umfasst mindestens einen Sensor 14 der so in der Akku-Fahrradlampe angeordnet ist, dass er in Einbaulage auf mindestens ein Bein 15 gerichtet ist.
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In dieser Ausführungsform ist der Sensor 14 als ein aktiver Sensor ausgebildet. Das heißt, dass der Sensor 14 ein Signal 16 beispielsweise ein Infrarotsignal abstrahlt und auch das vom Bein 15 reflektierte Signal 17 empfangen kann. Das heißt, dass der Sensor 14 so ausgelegt ist, dass er Signale emittieren und empfangen kann. In Abhängigkeit von der Entfernung bei dem das Bein 15 an dem Sensor 14 vorbeigeführt wird, kann der Sensor 14 mindestens zwei Laufzeitunterschiede der reflektierten Signale 17 erfassen und berechnen. Aus diesen Laufzeitunterschieden wird sodann die aktuelle Trittfrequenz der Person 18 ermittelt, die das Fahrrad 11 über eine Tretkurbel antreibt.
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Eine datenverarbeitende Elektronik (elektronische Datenauswerteeinheit) übernimmt die Auswertung des vom Sensor 14 erfassten und vom Bein 15 reflektierten Signals 17. Die elektronische Datenauswerteeinheit (nicht dargestellt) kann der Akku-Fahrradlampe 13 oder einem externen Gerät beispielsweise einem mobilen Endgerät (nicht dargestellt) zugeordnet sein. Die Kommunikation mit dem mobilen Endgerät, beispielsweise einem Smartphone, soll hierbei über eine Funkschnittstelle beispielsweise einer Bluetooth® Schnittstelle erfolgen. Hierdurch kann das Smartphone direkt angesprochen und die Signale (Daten) können übertragen und in einer App graphisch dargestellt werden.
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Bezugszeichenliste
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- 10
- Vorrichtung
- 11
- Fahrrad
- 12
- Lenker
- 13
- Fahrradlampe (Akku-Fahrradlampe)
- 14
- Sensor
- 15
- Bein
- 16
- Signal vom Sensor (vom Sensor emittiertes Signal)
- 17
- vom Bein reflektiertes Signal (vom Sensor zu empfangenes reflektiertes Signal)
- 18
- Person (Fahrradfahrer/Anwender)
