DE29507357U1 - Device for recording and displaying the pedal force curve on a bicycle - Google Patents
Device for recording and displaying the pedal force curve on a bicycleInfo
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Description
BeschreibungDescription
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Erfassung des aufgebrachten Kraftverlaufs an einer Kurbel, indem die Schubverformungen am Kurbelzapfen gemessen werden und der zugehörige Kurbelwinkel mit Hilfe einer Zeitmessung von einem Positionsgeber aus bestimmt wird und indem die digitalisierten Meßwerte zur Anzeige an einen Empfänger drahtlos gesendet werden.The invention relates to a device for detecting the force applied to a crank by measuring the shear deformations on the crank pin and determining the associated crank angle with the aid of a time measurement from a position sensor and by wirelessly sending the digitized measured values to a receiver for display.
Eine Vorrichtung zur Erfassung des aufgebrachten Kraftverlaufs an einer Kurbel wurde in G 94 15 162.8 bereits beschrieben.A device for recording the force applied to a crank has already been described in G 94 15 162.8.
Die Erfindung wurde besonders im Hinblick: einfache Montierbarkeit, bequeme und einfache Benutzung, wirtschaftliche Herstellung weiter ausgestaltet.The invention was further developed with particular regard to: easy assembly, convenient and simple use, and economical production.
Die Detailverbesserungen und Änderungen werden hier beschrieben. 15The detailed improvements and changes are described here. 15
Bei der Messung des Tretkraftverlaufs mit DMS an den Kurbelzapfen bzw. Pedalachsen in Querkraftrichtung
wird bei normaler Beanspruchung nur ein äußerst schwaches Signa! erzeugt. Zur Auswertung des Signals
ist eine hohe Verstärkung notwendig.
Störungen, aus elektromagnetischen Feldern und aus mechanischen, sowie thermischen Belastungen auf
die Verbindungsleitungen werden zum größten Teil mitverstärkt. Bereits eine Berührung der
Verbindungsleitungen bewirkt eine Signalschwankung.When measuring the pedal force curve with strain gauges on the crank pins or pedal axles in the direction of the transverse force, only an extremely weak signal is generated under normal load. A high level of amplification is required to evaluate the signal.
Interference from electromagnetic fields and from mechanical and thermal stress on the connecting cables is largely amplified. Even touching the connecting cables causes a signal fluctuation.
Die Lösung besteht erfindungsgemäß darin, diese Meßleitungen so kurz und geschützt wie möglich zu gestalten. Nach Anspruch 1 wird dies erreicht, indem der zur Verstärkung eingesetzte Halbleiterbaustein auf einer flexiblen Leiterfolie an der Achse befestigt wird. Die geringe Baugröße gestattet, daß dies vom Platzbedarf möglich ist.The solution according to the invention consists in making these measuring lines as short and protected as possible. According to claim 1, this is achieved by attaching the semiconductor component used for amplification to a flexible conductor foil on the axle. The small size allows this to be possible in terms of space requirements.
Die Leiterfoiie dient dazu die Anschlüsse zu den DMS zu bilden. Andererseits können die DMS auch so gestaltet werden, daß die Leiterbahnen und Anschlüsse bereits auf der DMS-Folie enthalten sind.The conductor foil serves to form the connections to the strain gauges. On the other hand, the strain gauges can also be designed in such a way that the conductor tracks and connections are already included on the strain gauge foil.
Bei einer größeren Stückzahl ist es kostengünstiger den Verstärkerbaustein als gehäuselosen Süiciumkristall (dice) auf die Leiterfolie oder über ein Kontaktmaterial direkt auf die Achse aufzubringen und die Anschlüsse zwischen Leiterfolie und Baustein oder direkt zwischen DMS und Baustein mit einem Bondautomaten herzustellen. Die Positionierung des Bondautomaten bezüglich Achsumfangsrichtung wird als Achsdrehung ausgeführt.For larger quantities, it is more cost-effective to apply the amplifier component as a housing-free silicon crystal (dice) to the conductor foil or directly to the axis via a contact material and to establish the connections between the conductor foil and component or directly between the strain gauge and component using a bonding machine. The positioning of the bonding machine with respect to the axis circumference direction is carried out as an axis rotation.
Eine weitere Verbesserung bei der Störsignalunterdrückung wird erreicht, wenn nach Anspruch 2 das Meßsignal vor dem aus dem Schutzbereich des Pedalkörpers Herausleiten digitalisiert wird. Dazu wird ein Analogwandler mit asynchroner serieller Datenschnittstelle ebenfalls auf der Leiterfolie plaziert. Bei Verwendung eines AD-Wandlers mit 2 Kanälen verringert sich die Zahl der nach außen zu führenden Leitungen auf 3. Es wird nur eine Masseleitung, eine Versorgungsspannungsleitung und eine Datenleitung benötigt, wenn alle übrigen Bauteile, wie z.B. Abgleichwiderstände, ebenfalls auf der Leiterfolie direkt auf der Achse plaziert werden.A further improvement in the suppression of interference signals is achieved if, according to claim 2, the measurement signal is digitized before being led out of the protective area of the pedal body. For this purpose, an analog converter with an asynchronous serial data interface is also placed on the conductor foil. When using an AD converter with 2 channels, the number of lines to be led out is reduced to 3. Only one ground line, one supply voltage line and one data line are required if all other components, such as balancing resistors, are also placed on the conductor foil directly on the axle.
Es wurden bereits eine Vielzahl von Meßanordnungen zur Tretkraftbestimmung entworfen und in Fachzeitschriften veröffentlicht. Diese wurden bisher aber immer nur unter Laborbedingungen betrieben. Eine Schwierigkeit die Meßanordnung zur Nachrüstung von beliebigen Fahrrädern für den normalen BetriebA large number of measuring systems for determining pedal force have already been designed and published in specialist journals. However, these have so far only been operated under laboratory conditions. One difficulty is the measuring system for retrofitting any bicycle for normal operation.
zu gestalten liegt in der Verbindung der sensiblen Elektronik mit den mechanischen Beanspruchungen beim Betrieb.to design lies in the connection of the sensitive electronics with the mechanical stresses during operation.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es das Meßsystem so kompakt zu gestalten, daß möglicht wenige externe Bauteile notwendig sind und diese so einfach und stabil wie mögiich.The aim of the present invention is to design the measuring system so compact that as few external components as possible are necessary and that these are as simple and stable as possible.
Nach Anspruch 3 wird daher vorgeschlagen, den Mikrokontroiler ebenfalls im Bereich der DMS und der Pedalachse anzubringen.According to claim 3, it is therefore proposed to also mount the microcontroller in the area of the strain gauge and the pedal axis.
Eine besonders günstige Ausgestaltung wird darin gesehen, eine Kombination aus Verstärkerbaustein, Mikrokontroiler und AD-Wandler (kundenspezifischer, gemischt analog-digitaler ASIC) auf einem gemeinsamen Siliciumkristal! zu verwenden. Dies ist bei einer größeren Stückzahl die kostengünstigste Lösung.A particularly advantageous design is to use a combination of amplifier module, microcontroller and AD converter (customer-specific, mixed analog-digital ASIC) on a common silicon crystal! This is the most cost-effective solution for larger quantities.
Dabei fällt die Verlegung der Verbindungen zwischen den einzelnen Bausteinen weg.This eliminates the need to lay the connections between the individual components.
Nach außen braucht nur die Versorgungsleitung für die Batterie, die Leitung für die Sendedaten und die Leitung für das Positionssignal geführt zu werden. Die gesamte sensible Elektronik befindet sich im Schutzbereich des Pedalkörpers. Darüberhinaus können auch die Abgleichwiderstände für die Brücken und eine Temperaturkompensation und eine Kompensationschaltung für Versorgungsspannungsschwankungen auf dem ASIC untergebracht werden.Only the supply line for the battery, the line for the transmission data and the line for the position signal need to be routed to the outside. All of the sensitive electronics are located in the protected area of the pedal body. In addition, the balancing resistors for the bridges and a temperature compensation and a compensation circuit for supply voltage fluctuations can be accommodated on the ASIC.
In der Erfindung nach G 94 15 162.8 wurde ein Verfahren aufgezeigt den aktuellen Kurbelwinkel über einen Postionsgeber auf dem Kurbelkreis und eine Zeitmessung durchzuführen.In the invention according to G 94 15 162.8, a method was shown to measure the current crank angle via a position sensor on the crank circle and to carry out a time measurement.
Es wurden als Postionsgeber eine Kombination aus einem an der Kurbel befindlichen Reedschalter und einem feststehenden Magneten am Rahmen vorgeschlagen, wie diese in der Fahrradcomputertechnik üblich sind.A combination of a reed switch on the crank and a fixed magnet on the frame, as is common in bicycle computer technology, was proposed as a position sensor.
Nachteiiig an dieser Lösung ist die Erfordernis eine relativ enge Montagetoleranz einzuhalten. Der Reedschalter spricht nur bei einem Abstand von Ca 1 bis 5 mm zum Magnet an.The disadvantage of this solution is the requirement to maintain a relatively tight assembly tolerance. The reed switch only responds at a distance of approx. 1 to 5 mm from the magnet.
Für die Ausstattung eines Fahrrads mit je einer Meßeinrichtung an der rechten und linken Tretkurbel müßten folglich auch je ein Magnet an der rechten und der linken Seite als Signalgeber montiert werden. Es wäre zwar möglich die Magneten in einem gemeinsamen Gehäuse mit dem Meßwertempfänger unterzubringen und dieses im Bereich des Tretlagers anzuordnen, die unterschiedliche Ausgestaltung der Rahmen, Kurbeln und -Achsen erschwert allerdings eine einheitlich passende konstruktive Gestaltung. Bei Gangschaltungen mit 3 Kettenblättern herrschen beengte Platzverhältnisse, so daß eine Montage von Reedschalter und Magnet mit dem benötigten Abstand besonders schwierig wird.To equip a bicycle with a measuring device on the right and left cranks, a magnet would have to be mounted on the right and left side as a signal transmitter. It would be possible to house the magnets in a common housing with the measuring receiver and to arrange this in the area of the bottom bracket, but the different design of the frames, cranks and axles makes it difficult to achieve a uniformly suitable structural design. Gear shifts with 3 chainrings have limited space, making it particularly difficult to mount the reed switch and magnet with the required distance.
In der Telemetrie und drahtlosen Meßtechnik ist das Verfahren der Datenübertragung mittels IR-Strahlung gebräuchlich. Beispielsweise werden bei einer Meßeinrichtung für die Radlagerbelastung an einem Versuchsauto die Daten vom rotierenden Meßaufnehmer mit einer IR-Diode gesendet und von über den Bewegungskreis verteilten Empfangsdioden empfangen. Bei einer Übertragung dieser Methode auf das Pedalkraftmeßsystem wäre es nötig mehrere Empfangsdioden um das Tretlager herum verteilt anzuordnen.In telemetry and wireless measurement technology, the method of data transmission using IR radiation is common. For example, in a measuring device for the wheel bearing load on a test car, the data is sent from the rotating sensor with an IR diode and received by receiving diodes distributed over the movement circle. If this method were to be transferred to the pedal force measuring system, it would be necessary to arrange several receiving diodes distributed around the bottom bracket.
Die oben genannten Nachteile zu vermeiden, wird nach Anspruch 4 bewirkt, indem der Meßwertempfänger seinerseits IR-lmpulse aussendet, die beim Vorbeiführen der Kurbel durch den Strahl vom Meßsender empfangen werden. Worauf der Meßsender die Meßdaten sendet. Die Datenübertragungsrate ist dabei so gewählt, daß bei maximaler Trittfrequenz die Daten einer Tretperiode innerhalb des Empfangsbereichs des Datenempfängers übertragen werden.The above-mentioned disadvantages can be avoided in accordance with claim 4, in that the measurement receiver itself sends out IR pulses, which are received by the measuring transmitter when the crank passes through the beam. The measuring transmitter then sends the measurement data. The data transmission rate is selected so that at maximum pedaling frequency the data of a pedaling period are transmitted within the reception range of the data receiver.
Indem der Signalgeber und Meßwertempfänger räumlich eine Einheit bilden, wird es möglich, bei beliebigen Trittfrequenzen jeweils die Daten sehr exakt dann zu senden, wenn Sender und Empfänger minimalen Abstand zueinander haben.Because the signal transmitter and the measured value receiver form a spatial unit, it is possible to send the data very precisely at any cadences when the transmitter and receiver are at a minimum distance from each other.
Es ist nicht mehr nötig, daß über einen größeren Winkelbereich eine Empfangsmöglichkeit für die IR-Strah!en besteht oder daß die Daten mehrfach hintereinander gesendet werden.It is no longer necessary for the IR rays to be able to be received over a larger angular range or for the data to be sent multiple times in succession.
Die Anordnung und Gestaltung der Meßsender- und des Empfängergehäuses verhindert, daß während der Datenübertragung Sonnenlicht direkt auf die Empfangsdioden fallen kann und die Übertragung stört.The arrangement and design of the measuring transmitter and receiver housings prevents sunlight from falling directly onto the receiving diodes during data transmission and disrupting the transmission.
Die IR-Strahlung zur Positionsmarkierung wird gepulst, um den Stromverbrauch zu minimieren und um aufThe IR radiation for position marking is pulsed to minimize power consumption and to
Empfängerseite das Signal eindeutig zu erkennen.
10The signal can be clearly recognized on the receiver side.
10
Die Einheit von Positionssignalgeber und Datenempfäger verringert nebenbei die Anzahl zu montierender Teile.The unity of position signal transmitter and data receiver also reduces the number of parts to be assembled.
Im Vergleich zu Reedschalter und Magnet wird durch die Verwendung der IR-Strahlung als Positionsgeber
die Montagetoleranz wesentlich vergrößert.
Rechte und linke Kurbelseite können trotz Gangschaltung identisch aufgebaut werden.Compared to reed switches and magnets, the use of IR radiation as a position sensor significantly increases the mounting tolerance.
The right and left crank sides can be constructed identically despite the gear shift.
Indem nach Anspruch 4 IR-Strahlung als Positionsmarkierung verwendet wird, ist es möglich von der Anzeigeeinheit am Lenker aus das Winkelsignal ein- und auszuschalten ( beim Winkelgeber aus Reedschalter und Magnet ist es nicht möglich die Wirkung des Magneten ein- und auszuschalten). Dadurch ergibt sich folgende weitere sehr günstige Eigenschaft aus der Erfindung:By using IR radiation as a position marker according to claim 4, it is possible to switch the angle signal on and off from the display unit on the handlebar (with the angle sensor consisting of a reed switch and magnet, it is not possible to switch the effect of the magnet on and off). This results in the following further very advantageous property of the invention:
Die Meßwerterfassungseinheiten an den Kurbeln verfügen über eine Standby-Schaltung mit sehr geringem
Stromverbrauch, die das IR-Signal des Positionsgebers detektieren kann. Bei Empfang des IR-Signa!s wird
die Meßwerterfassung in Betrieb gesetzt.
So lassen sich durch das Einschalten des IR-Positionsgebersignals die Meßsender an den Kurbeln
einschalten. Wird hingegen das IR-Signal ausgeschaltet, so ermöglicht eine Zeitschaltung in den
Meßsendern, daß diese sich nach einer gewissen Zeit ebenso abschalten und in den Standby Modus
übergehen.The measurement data acquisition units on the cranks have a standby circuit with very low power consumption that can detect the IR signal from the position sensor. When the IR signal is received, the measurement data acquisition is put into operation.
The measuring transmitters on the cranks can be switched on by switching on the IR position sensor signal. If, however, the IR signal is switched off, a timer in the measuring transmitters allows them to switch off after a certain time and go into standby mode.
Die Meßsender können während der Fahrt in Betrieb gesetzt und wieder abgeschaltet werden. 30The measuring transmitters can be switched on and off again while driving. 30
Nach Anspruch 5 wird eine vorteilhafte Ausgestaltung angegeben, die insbesondere die Montage an unterschiedliche Bauformen von Fahrradrahmen zusätzlich erleichtert.According to claim 5, an advantageous embodiment is specified which in particular further facilitates the assembly on different types of bicycle frames.
Die gemessenen Kraftwerte werden dem Benutzer grafisch angezeigt. Dabei werden die Kraftmeßwerte den Kurbelwinkeln zugeordnet. Die Kurbelwinkel werden in Bezug auf den Postionsgeber ermittelt. Daher ist die Lage des Positionsgebers am Kurbelkreis unveränderbar vorgegeben Der Nullpunkt der Anzeige stimmt nur für die genau vorgegebene Positon des Gebers überein.The measured force values are displayed graphically to the user. The force measurement values are assigned to the crank angles. The crank angles are determined in relation to the position sensor. Therefore, the position of the position sensor on the crank circle is fixed and cannot be changed. The zero point of the display only matches the precisely specified position of the sensor.
Wird die Lage des Gebers veränert, verschiebt sich auch der Nullpunkt der Anzeige.If the position of the sensor is changed, the zero point of the display also shifts.
Um beliebige Montageanordnungen des Positonsgebers (IR-Signalgeber, Readschalter, etc.) bei unterschiedlichen Fahrradrahmen und unterschiedlichen Lagen bzgl des Tretkreises möglich zu machen, wird nach Anspruch 5 vorgeschlagen,In order to make any mounting arrangement of the position sensor (IR signal sensor, read switch, etc.) possible for different bicycle frames and different positions with respect to the pedal circle, according to claim 5 it is proposed that
den Winkel der Kurbel unter dem der Positionsgeber anspricht an der Anzeigeeinheit einzugeben. Die
Anzeige des Kraftverlaufs erfolgt unter Umrechnung der Winkelwerte um diesen Winkel, so daß die Anzeige
mit der zugehörigen Pedalstellung übereinstimmt.
Dies ist für linkes und rechtes Pedal getrennt möglich.Enter the angle of the crank at which the position sensor responds on the display unit. The force curve is displayed by converting the angle values by this angle so that the display matches the corresponding pedal position.
This is possible separately for the left and right pedals.
Die Darstellung des Kraftverlaufs soll für den Benutzer möglichst eindeutig sein.The representation of the force curve should be as clear as possible for the user.
In wissenschaftlichen Veröffentlichungen wird der Kraftverlauf über den Tretkreisumfang in einem rechtwinkligen Koordinatensystem dargestellt. Der Umfangswinkel wird auf einer horizontalen Achse angetragen und der Betrag der Kraft auf einer vertikalen.In scientific publications, the force curve is shown over the pedal circumference in a rectangular coordinate system. The circumferential angle is plotted on a horizontal axis and the magnitude of the force on a vertical one.
Dies erfordert aber, daß die Vorstellung des Zusammenhangs zwischen Kurbelwinkel und Position auf der horizontalen Achse im Kopf des Betrachters vor sich geht.However, this requires that the viewer has an idea of the relationship between crank angle and position on the horizontal axis.
Nach Anspruch 6 wird vorgeschlagen, die Anzeige der Kräfte bezüglich des Kurbelwinkels radial an einem Kreis vorzunehmen, wobei der Winkel am Anzeigekreis, unter dem die Kraft dargestellt wird, mit dem Winkel der Kurbel zum zugehörigen Meßzeitpunkt übereinstimmt.According to claim 6, it is proposed to display the forces with respect to the crank angle radially on a circle, whereby the angle on the display circle under which the force is displayed corresponds to the angle of the crank at the corresponding measuring time.
Die ehemals horizontal angetragenen Kraftwerte werden dann radial angetragen; positive Werte nach außen, negative Werte nach innen.The force values previously plotted horizontally are then plotted radially; positive values outwards, negative values inwards.
Der Umlaufsinn, d.h. die Seite von der aus der Tretkreis betrachtet wird, ist einstellbar, da dies von der
Vorstellung des Benutzers abhängt.
Als Kraftwerte können wahlweise die Gesamt-Kraft, die Tangential-Kraft oder die Normalkraft angezeigt
werden.The direction of rotation, i.e. the side from which the pedal circle is viewed, is adjustable, as this depends on the user's imagination.
The force values displayed can be either the total force, the tangential force or the normal force.
Die Erfindung wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher erläutert; in dieser zeigt:The invention is explained in more detail below with reference to the drawings, in which:
Fig. 1 die Positionsgeber- und Meßdatenempfangseinheit (9), den Meßsender (13), die linke Tretkurbel (10) und die Achse (11) des Pedals. Der Winkel der Kurbel bezüglich dem Ansprechen des Positionsgebers.Fig. 1 the position sensor and measurement data receiving unit (9), the measuring transmitter (13), the left crank (10) and the axis (11) of the pedal. The angle of the crank in relation to the response of the position sensor.
Fig. 2 zeigt eine Leiterfolie (12) mit integrierten DMS Halbbrücken (1,2,3,4) zur Schubspannungsmessung, einem analog-digitalem ASIC (5) mit den Anschlüssen für die DMS, Masse, Versorgungsspannung, sowie Positionsgebersignal-Eingang und Datensignal-Ausgang. Die Breite der Folie entspricht dem Achsumfang (D*pi). Die Abstände der DMS untereinander betragen jeweils einviertel des Achsumfangs, so daß die DMS nach Aufbringen der Folie rotationssymetrisch zum Achsenmittelpunkt liegen.Fig. 2 shows a conductor foil (12) with integrated strain gauge half-bridges (1,2,3,4) for shear stress measurement, an analog-digital ASIC (5) with the connections for the strain gauge, ground, supply voltage, as well as position sensor signal input and data signal output. The width of the foil corresponds to the axis circumference (D*pi). The distances between the strain gauges are one quarter of the axis circumference, so that the strain gauges are rotationally symmetrical to the axis center after the foil has been applied.
Die Folie ist die gleiche wie für die DMS verwendete. Die Verbindungs-Leiterbahnen zwischen den DMS und dem ASIC-Baustein sind lediglich wesendlich breiter, als die der DMS und somit weniger dehnungsempfindlich.The foil is the same as that used for the strain gauges. The connecting conductors between the strain gauges and the ASIC component are just significantly wider than those of the strain gauges and are therefore less sensitive to stretching.
Fig. 3 zeigt die mit der Leiterfolie (12) beklebte Pedalachse (11) mit den nach außen geführten Anschlüssen. Die Achse ist in die Kurbel (10) eingeschraubt. Die DMS und die Elektronik wird von einer wasserdichten Schutzschicht (22) abgedeckt. Der Pedalkörper (21) überlagert ebenfalls die Meßsteile mit der Elekronik und schützt sie vor mechanischer Einwirkung.Fig. 3 shows the pedal axle (11) covered with the conductor foil (12) with the connections leading outwards. The axle is screwed into the crank (10). The strain gauge and the electronics are covered by a waterproof protective layer (22). The pedal body (21) also covers the measuring parts with the electronics and protects them from mechanical influences.
Der ASlC1 bzw der Microcontroller mit AD-Wandler und Verstärker werden als gehäuseloser Siliciumkristail über ein geeignetes Trägermaterial, daß die Krümmung der Achse ausgleicht, auf die Achse aufgebracht. Ein typischer gehäuseloser Microcontroller einschließlich A/D Wandler hat die Maße 6 * 6 * 0.5 [mm] und läßt sich problemlos auf der Pedalachse innerhalb des Pedalkörpers unterbringen.The ASlC 1 or the microcontroller with AD converter and amplifier are mounted on the axle as a caseless silicon crystal using a suitable carrier material that compensates for the curvature of the axle. A typical caseless microcontroller including A/D converter has the dimensions 6 * 6 * 0.5 [mm] and can be easily accommodated on the pedal axle inside the pedal body.
Fig. 4 zeigt beispielhaft ein Flußdiagramm der gesamten Meßanordnung. Linke und rechte Seite sind identisch aufgebaut, so daß nur die eine, linke Seite beschrieben wird.Fig. 4 shows an example of a flow chart of the entire measuring arrangement. The left and right sides are identically constructed, so that only the left side is described.
Auf der Pedalachse (11) befinden sich die DMS-Brücken und die Signalverstärkung. Der Meßsender (13) mit Microcontroller, AD-Wandler, IR-Datensende-Diode (17), Positions-Empfangsdiode (16) und Standby-Verstärkerschaltung (20) befindet sich an der Kurbel (10).The strain gauge bridges and the signal amplification are located on the pedal axle (11). The measuring transmitter (13) with microcontroller, AD converter, IR data transmission diode (17), position reception diode (16) and standby amplifier circuit (20) is located on the crank (10).
Die Positionsgeber und Datenempfangseinheit (9) mit der IR-Daten-Empfangsdiode (14) und der Positionsgeber-Sendediode (15) befinden sich feststehend am Rahmen.The position sensor and data receiving unit (9) with the IR data receiving diode (14) and the position sensor transmitting diode (15) are fixed to the frame.
Positionsgeber-Empfangseinheit für rechte und linke Seite kann erfindungsgemäß in einem Gehäuse untergebracht sein. Darin befindet sich ebenfalls ein Datenempfangssignal-Verstärker. Die Anzeigeeinheit mit Microcontroller und Display befindet sich im Blickfeld des Fahrers.According to the invention, the position sensor receiver unit for the right and left side can be housed in a housing. This also contains a data reception signal amplifier. The display unit with microcontroller and display is in the driver's field of vision.
Fig. 5 zeigt die Positionsgeber-Empfangseinheit (9) mit jeweils 2 Empfangsdioden für jede Seite, den Meßsender (13) an der linken Kurbel (10) und den Meßsender (19) an der rechten Kurbel (18), sowie den Blick auf eine mögliche Anordnung des Meßsenders bei Einsatz einer Gangschaltung mit kleinem (Mountain-Bike-)Kettenblatt.Fig. 5 shows the position sensor receiver unit (9) with 2 receiver diodes for each side, the measuring transmitter (13) on the left crank (10) and the measuring transmitter (19) on the right crank (18), as well as a view of a possible arrangement of the measuring transmitter when using a gear shift with a small (mountain bike) chainring.
Fig. 6 zeigt im Detail die Anordung der IR-Dioden.Fig. 6 shows the arrangement of the IR diodes in detail.
Abstrahl und Empfangscharakteristik der Positionsgeber-Sendediode (15) und der Positions-Empfangsdiode (16) werden durch spaltförmige Blenden auf einen in Bewegungsrichtung engen Winkelbereich eingeschränkt. Die Gehäuseabmessungen im Bezug auf die Blendenanordnung sind so abgestimmt, daß während der Datenübertragung keine direkte Störstrahlung einfallen kann, z.B. bei tiefstehender Sonne,The emission and reception characteristics of the position sensor transmitting diode (15) and the position receiving diode (16) are limited to a narrow angular range in the direction of movement by slit-shaped apertures. The housing dimensions in relation to the aperture arrangement are coordinated so that no direct interference radiation can occur during data transmission, e.g. when the sun is low in the sky.
Das Gehäuse im Bereich der Senderdiode und der Empfängerdiode ist spaltförmig gestaltet, so daß die IR-Strahlung innerhalb eines Kurbelwinkels von Ca 3° empfangen werden kann. Die Fokussierung in radialer Richtung, d.h. quer zur Drehrichtung der Kurbel, ist hingegen geringer (Ca 30°), um genügend Spielraum für die Montage an unterschiedlichen Geometrien zu erlangen.The housing in the area of the transmitter diode and the receiver diode is designed in a slit shape so that the IR radiation can be received within a crank angle of approx. 3°. The focusing in the radial direction, i.e. perpendicular to the direction of rotation of the crank, is smaller (approx. 30°) in order to achieve sufficient scope for mounting on different geometries.
Es ist zu erkennen, daß zu dem Zeitpunkt, wenn der Positions-Empfänger anspricht, Daten-Sende- und -Empfangs-Diode so zueinander stehen, daß die Daten über einen möglichst großen Kurbekwinkelbereich empfangen werden können.It can be seen that at the time when the position receiver responds, the data transmitting and receiving diodes are positioned in such a way that the data can be received over the largest possible crank angle range.
Fig 7 zeigt einen typischen Tretkraftverlauf angetragen an einem Bezugskreis (Nuil-Kraftkreis). Der Winkel unter dem die Kraftwerte angetragen sind, stimmt mit dem Kurbelwinkei zum Meßzeitpunkt überein. Die positiven Meßwerte werden unter dem jeweiligen Winkel radial nach außen angetragen, die negativen nach innen. Die Skalierung der Werte erfolgt so, daß der Radius 0 nicht unterschritten wird.Fig. 7 shows a typical pedal force curve plotted on a reference circle (zero force circle). The angle at which the force values are plotted corresponds to the crank angle at the time of measurement. The positive measured values are plotted radially outwards at the respective angle, the negative ones inwards. The values are scaled so that the radius does not fall below 0.
Um das Ablesen zu erleichtern, werden jeweils die Kraftverläufe mehrerer Perioden gemittelt, so daß die Anzeige nicht zu stark schwankt.To make reading easier, the force curves of several periods are averaged so that the display does not fluctuate too much.
Es lassen sich auf diese Weise die Gesamt-, Tangential, und Normalkraftwerte anzeigen. Für die Darstellung von rechtem und linkem Tretkraftverlauf können zwei Grafiken nebeneinander angezeigt werden.In this way, the total, tangential and normal force values can be displayed. Two graphics can be displayed next to each other to show the right and left pedal force curves.
Die vorliegende Erfindung ist in keiner Weise auf die Anwendung gemäß den Ausführungsbeispielen beschränkt, sondern läßt sich bei jeder Art von Kurbelantrieb anwenden. 45The present invention is in no way limited to the application according to the embodiments, but can be used with any type of crank drive. 45
Claims (6)
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