EP3497005A1 - System und verfahren zur anzeige mindestens eines leistungskennwertes - Google Patents

System und verfahren zur anzeige mindestens eines leistungskennwertes

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Publication number
EP3497005A1
EP3497005A1 EP17751394.2A EP17751394A EP3497005A1 EP 3497005 A1 EP3497005 A1 EP 3497005A1 EP 17751394 A EP17751394 A EP 17751394A EP 3497005 A1 EP3497005 A1 EP 3497005A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
vehicle
sensor data
data
speed
module
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
EP17751394.2A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Thomas Leiber
Andreas Zeller
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
LSP Innovative Automotive Systems GmbH
Original Assignee
LSP Innovative Automotive Systems GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by LSP Innovative Automotive Systems GmbH filed Critical LSP Innovative Automotive Systems GmbH
Publication of EP3497005A1 publication Critical patent/EP3497005A1/de
Pending legal-status Critical Current

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Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B62—LAND VEHICLES FOR TRAVELLING OTHERWISE THAN ON RAILS
    • B62M—RIDER PROPULSION OF WHEELED VEHICLES OR SLEDGES; POWERED PROPULSION OF SLEDGES OR SINGLE-TRACK CYCLES; TRANSMISSIONS SPECIALLY ADAPTED FOR SUCH VEHICLES
    • B62M6/00—Rider propulsion of wheeled vehicles with additional source of power, e.g. combustion engine or electric motor
    • B62M6/40—Rider propelled cycles with auxiliary electric motor
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B62—LAND VEHICLES FOR TRAVELLING OTHERWISE THAN ON RAILS
    • B62M—RIDER PROPULSION OF WHEELED VEHICLES OR SLEDGES; POWERED PROPULSION OF SLEDGES OR SINGLE-TRACK CYCLES; TRANSMISSIONS SPECIALLY ADAPTED FOR SUCH VEHICLES
    • B62M6/00—Rider propulsion of wheeled vehicles with additional source of power, e.g. combustion engine or electric motor
    • B62M6/40—Rider propelled cycles with auxiliary electric motor
    • B62M6/45—Control or actuating devices therefor
    • B62M6/50—Control or actuating devices therefor characterised by detectors or sensors, or arrangement thereof

Definitions

  • the invention relates to a system and a method for displaying at least one power value.
  • Battery-powered vehicles especially electric bicycles (so-called e-bikes), enjoy great popularity.
  • Other electric vehicles have also gained a great importance in road traffic (eg electric vehicles)
  • Vehicle components and / or component groups Vehicle components and / or component groups.
  • a uniform solution for communication with the vehicle components is not known. This complicates the development of applications based on information provided by the vehicle components.
  • the invention provides an improved system and method for displaying at least one performance characteristic.
  • the invention provides an improved system and method for displaying at least one performance characteristic.
  • the object is achieved by a system according to claim 1 and by a method according to claim 7.
  • a vehicle in particular a bicycle, comprising:
  • vehicle components eg. B. an electric motor or a Tretwellensensor, each of which is adapted to detect sensor data and to provide these, for example via a bus;
  • a vehicle module comprising:
  • ⁇ a memory device for storing sensor data
  • an internal vehicle or module communication device configured to receive the sensor data of at least some of the plurality of
  • Vehicle components in particular via the bus or wireless, z. B. via Bluetooth, to capture and store in the memory device;
  • vehicle module is adapted to at least the
  • inner and outer are not intended to be limiting in relation to the vehicle communication devices. They merely serve to delimit the two vehicle communication devices from one another and could be replaced, for example, by the terms “first” and “second”.
  • a particular advantage of the system according to the invention is that the vehicle module of a direct communication of the mobile terminal with the components of the vehicle is interposed.
  • the vehicle module thus has several functions.
  • the vehicle module as a standardized - standardized interface between the mobile terminal and the
  • Vehicle in particular serve individual or all components of the vehicle.
  • the vehicle module makes it possible to filter existing data by filters and to correct offsets (for example, an offset error of the
  • Pedal torque sensor are detected over an angle of 360 ° and corrected by an angle-dependent compensation curve).
  • the data is stored and / or evaluated over a longer time so as to determine performance characteristics.
  • the calculated performance characteristics can refer to sensor data that has been evaluated over a longer period of time.
  • vehicle-specific parameters can be taken into account in the evaluation. Thus, much more accurate evaluations can be made than would be possible by a mobile terminal that is directly connected to the vehicle components. The performance characteristics are thus more precise and, if necessary, more meaningful.
  • a wireless communication for example via Bluetooth or Wi-Fi
  • the establishment and maintenance of a corresponding communication are relatively complex on the part of the mobile terminal.
  • the running time of the mobile terminal can therefore be severely limited by maintaining a corresponding wireless communication.
  • the vehicle module according to the invention makes it possible to buffer data, so that there is no need for continuous communication between the mobile terminal and the vehicle module.
  • a query The data may be provided by the terminal at longer intervals, such as in 20 second or 30 second intervals. At least some of the information obtained, for example an average speed or a level of a battery, can be transmitted less frequently. Furthermore, already evaluated performance characteristics can be transmitted. That is, the data to be transmitted or sensor data can be due to the
  • corresponding radio links are limited in terms of their bandwidth and interference, so that a (pre) evaluation and (pre-) suppression by the vehicle module has the further advantage that very precise performance characteristics are determined in real time and ultimately displayed on the mobile device can.
  • the system according to the invention is used to display performance characteristics relating to the sportiness or fitness level of the user of the vehicle.
  • the service provided by the user can be determined and displayed on the mobile terminal.
  • At least some of the plurality of components communicate with a controller of the vehicle via a bus.
  • This control may be an electronic control unit (ECU).
  • ECU electronice control unit
  • the inner module or vehicle communication device is connected to the bus.
  • the inner module or vehicle communication device can be an active or a passive (CAN bus) interface, which simply evaluates the available data. As such, it is not necessary to connect the vehicle module to each individual component of the plurality of vehicle components.
  • the computing unit of the vehicle module is configured to actively receive data from the controller and / or individual
  • the vehicle module can collect data as needed. In a preferred embodiment takes place however, a continuous collection of data, for example, at given time intervals and / or whenever new data is available on the bus.
  • the bus is a CAN bus.
  • the vehicle module comprises at least one
  • This storage device is used to (raw)
  • the calculated performance characteristics can be stored.
  • a plurality of sensor data and / or performance characteristics are stored over time.
  • pairs of data may be stored, each including the value and a timestamp.
  • all data of the sensors and / or the CAN bus data can be collected.
  • data of an electric motor and / or a battery can be collected.
  • an evaluation and storage of these data takes place.
  • the storage can serve to store a continuous time sequence of the data and to gain further data from this.
  • the arithmetic unit is configured to determine a communication link to the mobile terminal depending on the existence or non-existence
  • the period of time for which certain sensor data are stored may depend on whether the respective data has already been received by the mobile terminal.
  • the vehicle module may be configured to evaluate sensor data.
  • An evaluation of the data may include:
  • Sampling frequency eg, CAN data, analog signals
  • Intelligent evaluation algorithms for refinement of the signals eg
  • Storing the data may include in one embodiment:
  • Driving time (maximum one hour), preferably for less than 10 minutes;
  • the mobile terminal may be a tablet, a smartphone or a fitness watch.
  • the vehicle includes a frame with a
  • the vehicle module is at least partially disposed in the cavity.
  • the vehicle module is disposed within a watertight housing.
  • the arithmetic unit can process instructions that cause the arithmetic unit to calculate average values from the stored sensor data and store them in a memory device.
  • the sensor data is stored over a given time period in association with time information.
  • the vehicle may include sensors for detecting power consumption of the vehicle
  • the sensor data may indicate a power consumption of the electric motor, a speed, and / or a state of charge of the battery.
  • the arithmetic unit can be designed or by appropriate
  • Instructions are caused to calculate one or more performance characteristics based on some or more of these data.
  • the computing unit is configured to determine a range of the vehicle based on a calculated average speed, the state of charge of the battery, and a calculated average power consumption.
  • the claim performance characteristic value can therefore not only indicate performance data of the user, but also performance data that relate to the vehicle and / or individual vehicle components.
  • Range prediction can be made than with conventional
  • the vehicle module includes an analog-to-digital converter for determining sensor data.
  • sensor data in addition to the data that is provided on the bus, sensor data can be obtained directly.
  • the vehicle module includes a
  • Position determining device for determining a position of the vehicle.
  • a corresponding position determination device can be a GPS or GNSS module.
  • the arithmetic unit may be designed to determine a driving route based on a specific position of the vehicle and a destination position and to carry out the determination of the range of the vehicle using topographical information of the driving route.
  • the predicted range of the vehicle can be further improved by the inclusion of (accurate) information about the route.
  • a corresponding improvement of the range prediction can be made on the side of the vehicle module and / or on the side of the mobile terminal.
  • a corresponding improvement of the range prediction is also possible with a vehicle module that does not have a corresponding
  • Position determining device comprises.
  • Position determination device on the side of the mobile terminal done.
  • the positions detected by the mobile terminal and possibly obtained route information can also be transmitted from the mobile terminal to the vehicle module.
  • the door shaft sensor may include: a rotation detecting device that may be configured to detect a rotation of a trough shaft; a Tretwellen communication device that may be configured to Tretwellen temperament, in particular a rotational speed of Tretwelle, preferably wireless, z. B. by means of Bluetooth, preferably to the inner Modultial. Vehicle communication device.
  • An advantage of the disclosed door sensor is that wireless data can be sent to connected devices, such as the interior module or vehicle communication device.
  • connected devices such as the interior module or vehicle communication device.
  • the internal vehicle communication device of the described system may be designed for wireless communication, so that a communication with the Tretwellensensor z. B. via Bluetooth or via a wireless network (WLAN) is possible.
  • WLAN wireless network
  • a torque sensor may be provided that may be configured to detect a torque applied to the trough shaft and to deliver it as part of the trough pattern data to the treadmill communication device.
  • the door shaft sensor may comprise an energy store for supplying electrical power to the door shaft sensor.
  • one or more battery cells in particular a
  • the energy store can be designed to supply the rotation detection device permanently with electrical energy, and / or to supply the Tretwellen communication device with energy in dependence on a state that is indicated by an activity signal.
  • the power supply is selectively controlled based on the activity signal.
  • z. B. the Tretwellen communication device are turned off when it is not needed.
  • the rotation detection device it is possible, in particular, for the rotation detection device to collect Tretwell data and for the collected data to be sent bundled. This is much more efficient in terms of the electrical energy to be applied than to send each date individually. Thus, a significant amount of energy saved, which in mobile
  • the door shaft sensor may comprise a module, in particular a mechanical or electrical component, in particular an intertial sensor, which may be designed to move, in particular the inertial sensor, via a switch, in particular a transistor
  • the sleep state may indicate that the Tretwellen communication device and / or the torque sensor is not supplied with electrical energy
  • the active state may indicate that the torque sensor and / or the Tretwellen communication device is supplied with electrical energy /become.
  • the rotation detection means may be adapted to emit a rotation signal, wherein the rotation signal may be formed as a rectangular signal and per revolution of the Tretwelle a predetermined number, for. B. 64, 32, 16, 8, 4, 2 or 1, of rising and / or falling
  • Flanks (231, 232) may have.
  • the door shaft sensor may comprise a Tretwellen computation unit, which may be designed using the rotation signal, in particular using a measured number of rising and / or falling edges of the rotation signal and / or under
  • the rotation detection device can emit a rotational signal.
  • the speed can then be determined by simple means from the number of measured edges.
  • a time measurement can be performed, which measures the time duration, how long it takes until the
  • predetermined number of rising and / or falling edges are measured. For example, in the measurement of 128 rising edges within one second, it can be concluded that when 64 rising edges indicate one revolution of the trough shaft, the trough shaft rotates at two revolutions per second.
  • the Tretwellen computing unit may be configured to calculate the Tretwellen loftteil upon detection of a, in particular rising, edge of the rotation signal.
  • the measurement of the Tretwellenburniere can be performed at each rising edge of the rotation signal. This is always the most up-to-date values.
  • the Tretwellen computation unit may be configured to actuate the switch to set the activity signal to sleep when the rotation detection means is in a predetermined state
  • Time interval in particular less than or equal to 1 minute, less than or equal to 30 seconds, less than or equal to 20 seconds or less than or equal to 10 seconds, no rotation of the tread shaft recorded.
  • the embodiment described represents a further possibility to significantly reduce the energy consumption of a Tretwellensensors. If no rotation of the trough shaft is detected within a certain time interval, e.g. B. when a vehicle is, then the unnecessary components of the
  • Tretwellensensors switched off by setting the sleep state. As a result, a significantly longer duration of the Tretwellensensors can be achieved.
  • the switch may be configured to
  • the activity signal can be set to the active state.
  • the setting is advantageously in the
  • the active state is set only after the Tretwelle rotates for a predetermined time, for. B. a time less than or equal to 10 seconds, less than or equal to 5 seconds, less than or equal to 2 seconds equal to 1 second.
  • the Tretwellensensor is not already activated by short movements of the vehicle "full".
  • the torque sensor may be configured to detect a torque cyclically, in particular every 100 ms and / or the
  • Tretwellen communication device may be configured to the
  • Tretwellen Scheme cyclically, in particular every 100ms, preferably in time dependence on the detection of torque, z. B. with a predetermined time interval from the measurement of torque to send.
  • Tretwellensensor is claimed individually and in combination with the system for displaying at least one performance characteristic.
  • the combination with the described system for displaying at least one performance characteristic has a number of advantages, as described above.
  • Another aspect of the invention relates to a data acquisition device, in particular for a system as described above.
  • a data acquisition device may include: a data reader that may be configured to acquire vehicle data; a data communication device that may be configured
  • Vehicle data in particular a speed of Tretwelle, preferably wireless, z. B. by means of Bluetooth, preferably to an inner module communication device.
  • This vehicle data can be connected wirelessly to
  • the data reading device may be configured to generate vehicle data from a vehicle bus, in particular a CAN bus,
  • Bus systems are commonly used in vehicles to distribute readings from a variety of sensors to ECUs over a shared transport medium. For the driver of the vehicle, these data contain valuable
  • the data acquisition device comprises a
  • Energy storage especially a battery, eg. B. a button cell, for supplying the data-reading device and the data-communication device with electrical energy, wherein the energy storage can be configured to the data-reading device and / or the data-communication device in
  • a predetermined time interval in particular 100ms, 150ms, 200ms, or greater 300ms, and / or depending on a state which is indicated by an activity signal to energize.
  • the data acquisition device comprises a
  • Block in particular a mechanical or electrical component, in particular an intertial sensor, which may be designed to emit during a movement, in particular of the interference sensor, via a switch, in particular a transistor, the activity signal and between a
  • Sleep state and an active state wherein the sleep state may indicate that the data reading device and / or the data communication device is not being supplied with electrical energy, and the active state may indicate that the data reading device and / or the data Communication device is supplied with electrical energy / are.
  • Data acquisition device is claimed individually and in combination with the system for displaying at least one performance characteristic.
  • the combination with the described system for displaying at least one performance characteristic has a number of advantages, as described above.
  • the object mentioned at the outset is also achieved by a method for calculating at least one performance characteristic of a vehicle.
  • the method may include the following steps: Detecting sensor data by a plurality of components of the vehicle;
  • the method can be implemented by the arithmetic unit already described. There are similar advantages, as these device side have already been explained.
  • Calculate a range of the vehicle include. This range can also take place taking into account a calculated average speed, a state of charge of a battery and / or a calculated average power consumption.
  • the performance score may be determined on the side of the mobile terminal or within the vehicle module.
  • the vehicle module according to the invention calculates at least the average speed and the average
  • the method includes storing a
  • Drag coefficients to calculate the total vehicle drag.
  • the object mentioned at the outset is furthermore achieved by a computer-readable storage medium which contains instructions which cause at least one processor to adopt the method already described
  • this vehicle module is used in a vehicle, such as a vehicle, as previously described.
  • the corresponding vehicle module may include some or all of the features described with respect to the vehicle module in the system.
  • the vehicle module includes the following features:
  • a memory device for storing sensor data
  • an inner module or vehicle communication device which is designed to receive sensor data, in particular via a BUS, and to store it in the memory device;
  • a computing unit configured to calculate at least one performance characteristic of the vehicle using the stored sensor data
  • vehicle module is configured to communicate the stored sensor data and the performance score to a mobile terminal using the exterior vehicle communication device.
  • Offset detection in particular angle-dependent offset correction, and by intelligent evaluation algorithms, eg. B. by evaluating the measured road resistance equation and the performance data or the
  • the collected sensor data and / or performance characteristics obtained can be used very differently. Some examples are listed below:
  • Fig. 1 a battery-powered bicycle (e-bike) with one
  • Fig. 3 is a schematic representation of the drive of the vehicle according to
  • Fig. 4 is a schematic representation of individual components
  • Fig. 6 is an exemplary map for speed-dependent
  • FIG. Figure 7 is a schematic representation of a Tretwellensensors
  • Fig. 8 is an illustration of an activity signal
  • Fig. 9 is an illustration of a rotation signal
  • 10 is an illustration of a cyclic measurement of a torque
  • Fig. 11 is a state diagram showing the states of the system in a
  • Embodiment shows
  • Fig. 12 is a state diagram showing the states of the system in another embodiment.
  • Fig. 1 shows a bicycle 1 with an electric drive 60.
  • the bicycle 1 has wheels, in particular a rear wheel 2 and a removable attached to the bicycle 1 mobile terminal 10.
  • the mobile terminal 10 may be, for example, a smartphone.
  • the bicycle 1 is battery-powered and thus has a drive 60.
  • a vehicle module 40 picks up sensor data from a vehicle bus 61 of the drive 60.
  • the vehicle module 40 may store and / or further process this sensor data in order to obtain performance characteristics of the user and / or the bicycle 1.
  • These sensor data and / or performance characteristics can be transmitted to the mobile terminal 10 via a wireless communication link.
  • the mobile terminal 10 can make a further evaluation of the sensor data and / or the performance characteristics.
  • the mobile terminal 10 has a display 16 for displaying some or all of the performance characteristics and / or sensor data.
  • this data is transmitted to a server 100 for permanent storage and / or further evaluation.
  • the data thus obtained can be used privately or commercially.
  • the mobile terminal can use a cellular network, for example a mobile radio network.
  • the mobile terminal 10 may be configured to receive sensor data from
  • Third party devices such as a pulse sensor 20 to receive.
  • the reception of these sensor data can also be wireless, for example via Bluetooth.
  • the communication between the mobile terminal 10 and the vehicle module 40 is wirelessly via Bluetooth.
  • the vehicle module 40 As shown in Fig. 4, a Bluetooth device 41.
  • a CAN bus interface 42 For a wired communication with the drive 60, as shown in Fig. 4, a CAN bus interface 42 may be provided.
  • the bicycle 1 has a schematically illustrated Tretwelle 65 with pedals, which have a transmission with translation z. B. is connected via a gear pair, or a chain or a belt and two pinions with a gear shaft 66.
  • the pinion and belt form a first gear 67 that translates the rotational motion of the tread shaft 65 into the quick.
  • One or two Tretwellen sensors 69 (preferably in an assembly
  • Speed N T w and torque n T w are preferably determined without contact by evaluating the magnetic field of a magnetic portion of the Tretwelle 65.
  • the Tretwelle 65 may be magnetized in the field of Tretwellensensoren 69.
  • An electric motor 68 with control 62 is also connected to the transmission shaft 66 via a second transmission 67 '.
  • the transmission shaft 66 is about a third
  • Gear 67 is connected to the rear wheel 2.
  • the electric motor 68 is powered by a battery 63.
  • the controller 62 detects battery current ibat and its state of charge SOC. By means of a suitable sensor system, the controller 62 detects the engine speed n M and the phase current i P h of the electric motor 68.
  • all of this sensor data is communicated via a vehicle bus 61.
  • the vehicle module 40 is connected to this vehicle bus 61.
  • Sensor signals in particular the speed sensor
  • Pedal pedal torque, pedaling frequency should only be refined (for example, by offset correction or evaluation algorithms). This is sufficient for the fitness APP because human performance is sufficient for evaluation.
  • the complexity and cost of the vehicle module can be reduced for the specific fitness application by eliminating the need for a CAN transceiver in the vehicle module.
  • This vehicle module 40 comprises, in addition to the Bluetooth device 41 and the CAN bus interface 42, a computing unit 45 and a memory 44. Furthermore, an analog-to-digital converter 43 can be provided, which provides further sensor data. Corresponding sensor data can indicate, for example, an acceleration of the bicycle 1.
  • Performance characteristics such as a user (Plansch), the battery 32 (Prud), the drive 60 (PA drive) to calculate and transmit to the terminal 10.
  • a further evaluation takes place, for example taking into account the vehicle speed (V F ZG), SO such that further performance characteristics can be determined:
  • the server 100 may use a learning algorithm by means of which the efficiency of the vehicle in real operation is determined on the basis of the data of the vehicle module 40. On the server 100 additional data from
  • Map material eg Open Street Maps, evaluated, by means of which in particular the type of travel, but also the route height profile can be determined. These data are used to calculate the rolling resistance coefficient (f (travel type)) and the
  • Air resistance coefficient cWA to determine empirically. This determination can be made either by the server 100 or by the vehicle module 40.
  • the vehicle module 40 collects in real
  • Driving data to determine the driving resistance This data collection is preferably determined at approximately zero slope, z. B. when rolling on the plane with the engine stopped and no human intervention on the pedal pedals.
  • the vehicle module 40 preferably receives sensor data from a gradient measuring sensor which is either connected directly to the analog-to-digital converter 43 or to the vehicle bus 61 or detected by the mobile terminal and to the vehicle module 40 via the Bluetooth device 41 is transmitted.
  • the measurement can also be performed on gradients
  • mFZG + m Zuladunß is solvable.
  • Vehicle weight and payload ie driver weight
  • the actual velocity curve v is calculated with the
  • Speed course, z. B. solved numerically, in which he and cw on the basis of the least deviation of the calculated speed profile determined by the actual speed curve.
  • various tests are made in different situations by the vehicle module 40.
  • a first test may first be performed on asphalt at different launch speeds up to a final speed, preferably not zero, but ending at about 5-10 km / h.
  • the measurements on other floor coverings can be extended (eg gravel road, grass, forest road).
  • specific friction coefficients are determined for the road surface and the cwA value from the asphalt measurement is used. This is beneficial as the
  • Measurement accuracy of the cW value at higher speeds on asphalt is highest and therefore can be determined there most accurately.
  • Vehicle module 40 can with the existing sensors and by a
  • Recourse to a position determining device determine when which test should be performed.
  • the vehicle module 40 can determine the efficiency of the drive system as a function of the switching state of a shiftable transmission.
  • Driving resistance performance is as stated above preferably determined at a flat road and at a constant speed
  • the switching state for the determination of an accurate real efficiency map of great importance.
  • the switching state can be calculated from the ratio of the vehicle speed and the engine speed when driving through the
  • Electric motor and / or from the ratio of the vehicle speed and the cadence when driven by humans in operation are determined.
  • This can be dispensed with a sensor with which the gear position is determined. This is particularly useful in continuously variable transmissions, since there the
  • Translation spread can scatter due to manufacturing tolerances and a sensor is very complex. For this purpose, it must only be plausibilized whether the intervention by the human / motor is safe. This can be safely checked by a minimum torque threshold for the motor or pedal torque. This can ensure that an operating condition without
  • This efficiency map may be used for training purposes (eg, setting engine assistance at a desired speed for a desired horsepower) and accurately predicting range based on the determined average human horsepower that experience has shown to be changing in operation.
  • the data can be used for benchmarking various e-bikes and used by the manufacturer of e-bikes for optimization purposes.
  • This data has a significant value because it can be used to optimize the battery size and thus the relevant cost driver of the vehicle and the weight of the vehicle.
  • the vehicle module 40 performs a torque or power calculation of the person in which only the specification of the cadence is required during operation. This method makes it possible to increase the accuracy and simplify the pedal sensor or only use the torque measurement on a pedal side.
  • the accuracy can be increased by filtering out disturbances from the sensor signal by filtering and a mean offset of the
  • Torsional torque sensor is corrected by 360 ° or the angle-dependent offset determined and corrected by means of a compensation curve of the offset angle-dependent.
  • Measuring wave can be effectively compensated.
  • Electric motor or reverse rotation of the pedal required. This can be learned in operation, e.g. in the case of journeys without participation or participation without counter-torque of the vehicle (for example, by gently pedaling 360 ° at the
  • the compensation curve can be adjusted to the cadence.
  • the information is used to regulate or refine the engine assistance depending on the driver's input power to the pedals or to refine a control, making the pedal sensor significantly less expensive to run.
  • the human driving power Pmensch is determined from the vehicle speed V F ZG at a constant cadence, using the above-described and determined driving resistance characteristic in connection with the knowledge about the electric driving force P Mo t and the transmission efficiency c.
  • the driving power of humans results from the subtraction of the vehicle power PFZG and the motor drive power P mo t * G.
  • the drive power must then be divided by the transmission efficiency c 2 , so that the losses of the drive from pedals to the rear wheel be taken into account.
  • This method is by appropriate accurate measurement of the efficiencies of the drive, in particular the switching losses at different
  • the terminal 10 performs an adaptive fitness level calculation that is possible by means of the performance characteristics provided via the vehicle module 40.
  • the data include current operating data of the user (cadence, torque, power) and also vehicle data (battery power, engine power, etc.).
  • Pulse rate evaluated By means of the data, a calculation of the
  • the data analysis detects z. B. the time-varying fitness level, as well as data on calorie consumption, human performance, pulse rate and cadence. Here, average values as well as the temporal change (see Fitness level) can be indicated. The operator can then analyze his physical load well on different sections with different incline, route surface and speed.
  • Evaluation is very well evaluable especially for operation without electric drive and strongly characterizes the load capacity of humans.
  • This information can also be used well for the fitness level and health status.
  • the information obtained can be adaptive
  • Route prediction can be used.
  • the route prediction may be performed by the terminal 10 receiving a variety of information:
  • Vehicle data from the vehicle module 40 (human line or
  • Fig. 7 shows a schematic representation of a Tretwellensors 200, which can be used with the system described above.
  • Tretwellensensor 200 may, for. B. on the Tretwelle a bicycle, e-bikes or pedelecs be arranged.
  • the Tretwellensensor 200 includes a
  • Rotary detection device 201, z. B an intertial sensor that detects a rotation of the Tretwelle 65.
  • the rotation detection device 201 is implemented as a Hall-effect sensor which emits a square-wave signal.
  • 65 magnets are arranged with alternating polarity at the Tretwelle.
  • the Hall sensor detects the change in the polarity during a rotation and generates it
  • the Tretwellensensor 200 further includes a torque sensor 203.
  • the torque sensor 203 is adapted to detect a torque which is applied to the Tretwelle 65 by the driver.
  • the torque sensor 203 may, for. B. be implemented using strain gauges. Also, the Tretwellensensor 200 and the
  • Drehl detecting device 201 may be implemented by a single component.
  • the rotation detection device 201 and the torque sensor 203 are in communication with an integrated circuit 207.
  • the integrated circuit 207 includes a Tretwellen arithmetic unit 206 and a Tretwellen communication device 202.
  • the Tretwellen arithmetic unit 206 is configured to receive the signals of the rotation detection device 201 and the
  • the Tretwellen computation unit 206 calculates the signal from the rotation detection device 201
  • the power can be determined, which results from the product of the torque and the angular velocity.
  • the obtained data is transmitted as Tretwell data 210 to the Tretwellen communication device 202.
  • the Tretwellen communication device 202 is for a wireless
  • the Tretwellen communication device 202 is designed as a Bluetooth module and therefore sends the Tretwell flowers 210 to any Bluetooth-enabled devices.
  • Communication with the Tretwellen communication device 202 first requires authentication to prevent the transfer of the data to unauthorized devices.
  • an energy storage 204 which is designed here as a button cell battery.
  • the energy storage 204 supplies a voltage of 3V, the voltage at low battery level can drop to about 2V.
  • Components 201, 202, 203, 206 of the Tretwellensensors 200 are
  • the Tretwellensensor 200 Since the Tretwellensensor 200 is a battery-powered device, it is essential to optimize energy consumption. For this purpose, the Tretwellensensor 200 includes a switch 205.
  • the switch 205 is presently designed as a simple transistor.
  • the switch 205 controls the supply of energy from the energy store 204 to the torque sensor 203, as well as to the trough computing unit 206 and the treadmill communication unit 202.
  • the rotation detection device 201 is continuously supplied with electric power. At standstill of the vehicle 1, when the turf shaft 65 is not rotating, the torque sensor 203 as well as the treadmill computing unit 206 and the treadmill communication device 202 are not supplied with electric power.
  • the rotation detection device 201 detects a rotation of the trough shaft 65, the switch 205 is switched.
  • the rotation detection device 201 generates an activity signal 220, which is output via the switch 205 and indicates two states.
  • the sleep state Sl indicates that the connected devices 202, 203, 210 are not supplied with electrical energy.
  • the active state S2 indicates that the connected devices 202, 203, 206 are supplied with electrical energy.
  • the Tretwellen communication device 202, the Tretwellen computation unit 206 and the torque sensor 203 only consume energy when a measurement is meaningful, ie when the Tretwelle is moving. Thus, the energy consumption is optimized.
  • a timer is provided to set the activity signal 220 from the active state S2 to the sleep state Sl. After a predetermined time, z. B. 1 minute, in which no rotation of the Tretwelle 65 through the
  • Rotation detection device 201 is detected, the activity signal 220 is set by the switch 205 in the sleep state Sl, so that the Tretwellen communication device 202, the Tretwellen computing unit 206 and the torque sensor 203 are not supplied with electrical energy, whereby the energy storage 204 is spared.
  • FIG. 8 is a representation of the activity signal 220. It can be seen from FIG. 8 that the duration of the active state S2 is substantially shorter than the duration of the sleep state S1. It therefore becomes clear that only for a short time, all components have to be supplied with electrical energy.
  • Tretwellen computational unit 206 for a predetermined period of time, for. B. 10 seconds, stored cumulatively. Only after expiration of the predetermined
  • the Tretwellen communication device 202 is activated, i. supplied with electrical energy, and the collected data is transmitted together. This can further reduce energy consumption.
  • Fig. 9 shows an illustration of a rotation signal.
  • the rotation signal is a rectangular signal generated by a Hall sensor.
  • Tl, T2 the time intervals Tl, T2 are measured between two successive rising edges. The number of rising edges occurring per revolution of the Tretwelle 65 is assumed to be known by the hardware installed. The speed therefore results from:
  • Fig. 10 shows another embodiment for measuring the torque.
  • the torque is measured cyclically. The measurement of the torque therefore does not take place uninterrupted, even at an existing power supply, but only at discrete time intervals.
  • 10 shows by way of example a torque measurement and the transmission of the measured Tretwell data 220.
  • the torque currently applied to the Tretwelle 65 is measured.
  • the Tretwell data 220 are sent by the Tretwellen communication device 202.
  • the transmission is the
  • Tretwell data 220 of the torque measurement downstream can be carried out.
  • the torque sensor 203 is supplied with electric power.
  • the torque sensor 203 is no longer supplied with electrical energy. Instead, the Tretwell communication device 202 is supplied with electrical energy for sending the Tretwell data 220.
  • a small interval for the cyclic measurement of the torque is selected. For example, the measurement is performed every 100ms.
  • FIG. 11 once again illustrates the states which the described system can assume.
  • the system starts in the off-state ZI, indicating that only a rotation detection device 201, so z.
  • the transient condition Cl indicates that it changes from the off-state ZI to the sleep state Z2 when a movement of the vehicle 1 is detected by the rotation detecting device 201.
  • the sleep mode of the Tretwellen computation unit 206 is characterized in that no calculations are performed and that none
  • the transition condition C2 indicates that the sleep state Z2 is changed to the off state ZI when, for a predetermined time, e.g. B. 1 sec., No Movement of the vehicle 1 by the rotation detection device 201, or an Intertialsensor has been found.
  • From the sleep state Z2 is changed to an active state Z3 when the transition condition C3 is met.
  • the transition condition C3 is satisfied when an edge of the rotation detection device 201 is detected.
  • the Tretwellen arithmetic unit 206 is fully supplied with energy and a calculation or measurement of the current rotational speed and / or the current torque by the Tretwellen arithmetic unit 206 is carried out.
  • the transition condition C4 is satisfied when the calculation of the current rotation speed and the current torque by the treadle computing unit 206 is completed. Then it is again changed from the active state Z3 to the sleep state Z2.
  • For sending or providing the calculated Tretwell data 210 is cyclically in a predetermined time interval, for. B. every 100ms, changed from the sleep state Z2 to a ready state Z4.
  • Transition condition C5 is thus timed and met exactly when the predetermined time interval has expired.
  • the Tretwellen communication device 202 is also supplied with energy for sending the calculated torques and rotational speeds as Tretwell data 210. If the
  • Tretwell data 210 are successfully sent, the transition condition C6 is met and it is changed from the ready state Z4 to the sleep state Z2.
  • FIG. 12 shows a reduced state diagram which shows the provision of the torques or rotational speeds in a further exemplary embodiment.
  • the off-state ZI, the transition conditions Cl, C2, C5 and the sleep state Z2 correspond to the corresponding states or
  • the active state ⁇ 4 ⁇ all components of the system are fully supplied with energy.
  • the calculation of the current speed or the current one Torque is performed in the embodiment of FIG. 12 in the state ⁇ 4 ⁇ .
  • the calculated torque and / or the calculated speed can be sent as Tretwell data 210 via wireless communication or via a CAN bus.
  • the condition C6 ' is satisfied, and it is changed from the active state Z4' to the sleep state Z2.

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Abstract

Die Erfindung beschreibt System zur Anzeige mindestens eines Leistungskennwertes, welches ein Fahrzeug (1) umfasst, das eine Vielzahl von Fahrzeugkomponenten, z. B. einen Elektromotor (68) oder einen Tretwellensensor (67) aufweist, die jeweils dazu ausgebildet sind, Sensordaten zu erfassen und diese, beispielsweise über einen Bus (61), bereitzustellen sowie ein Fahrzeug- Modul (40), das eine Speichereinrichtung (44) zum Speichern von Sensordaten und eine innere Modul-Kommunikationseinrichtung (42) aufweist, die dazu ausgebildet ist, die Sensordaten zumindest einiger der Vielzahl von Fahrzeugkomponenten zu erfassen und in der Speichereinrichtung (44) zu speichern. Weiterhin ist eine Recheneinheit (45) vorgesehen, die dazu ausgebildet ist, unter Verwendung zumindest einiger der gespeicherten Sensordaten (44) mindestens einen Leistungskennwert des Fahrzeugs zu berechnen und eine äußere Fahrzeug-Kommunikationseinrichtung (41), wobei das Fahrzeug-Modul (40) dazu ausgebildet ist, zumindest den Leistungskennwert unter Verwendung der äußeren Fahrzeug-Kommunikationseinrichtung an ein mobiles Endgerät (10) zu übertragen.

Description

System und Verfahren zur Anzeige mindestens eines Leistungskennwertes
Beschreibung
Die Erfindung betrifft ein System und ein Verfahren zur Anzeige mindestens eines Leistungswertes.
Batteriegetriebene Fahrzeuge, insbesondere Elektrofahrräder (sogenannte E-Bikes), erfreuen sich großer Beliebtheit. Auch andere Elektrofahrzeuge haben einen großen Stellenwert im Straßenverkehr erlangt (z. B. elektrische
Kleinfahrzeuge oder Offroad-Fahrzeuge). Es gibt diverse Hersteller, die
entsprechende batteriegetriebene Fahrzeuge herstellen. Die verwendeten
Komponenten bzw. Fahrzeugkomponenten unterscheiden sich teilweise sehr. Einige Hersteller ermöglichen das Kommunizieren mit einzelnen
Fahrzeugkomponenten und/oder Komponentengruppen. Eine einheitliche Lösung zur Kommunikation mit den Fahrzeugkomponenten ist jedoch nicht bekannt. Dies erschwert die Entwicklung von Anwendungen, die auf Informationen aufbauen, die von den Fahrzeugkomponenten bereitgestellt werden.
Weiterhin sind diverse Fahrzeuge bekannt, bei denen einige Leistungskennwerte, z. B. Reichweite des Fahrzeugs oder Benutzer-Leistung, und andere
Informationen, z.B. aktuelle Geschwindigkeit, Durchschnittsgeschwindigkeit, gefahrene Kilometer, auf proprietären Anzeigen, die meistens ein Teil des Fahrzeugs sind, angezeigt werden. Diese Lösungen sind teuer und nicht mehr zeitgemäß, da sie meist nicht weiterentwickelt werden bzw. es keine
Softwareaktualisierung gibt. Es besteht ein Trend dahingehend, dass solche Informationen auf mobilen Endgeräten, beispielsweise Smartphones und/oder Tablets, angezeigt werden, da es in diesem Fall möglich ist, die gesammelten Daten mitzunehmen, mit Freunden zu teilen und auf anderen Geräten weiter auszuwerten. In diesem Zusammenhang ist jedoch zu beachten, dass die
Auswertung von möglicherweise gewonnenen Daten des Fahrzeugs durch die mobilen Endgeräte relativ schwierig ist, da viele Daten sehr fahrzeugspezifisch sind . Beispielsweise hängt die Reichweite eines Fahrzeugs nicht nur vom
Füllstand der Batterie, sondern auch vom Wirkungsgrad des Antriebsystems und dem Betriebsbereich und Wirkungsgrad des verwendeten Elektromotors ab. Die von einem Benutzer auf einem E-Bike erbrachte Leistung hängt nur zu einem geringen Teil von der gefahrenen Durchschnittsgeschwindigkeit oder der
Trittfrequenz ab.
Ausgehend von diesem Stand der Technik ist es Aufgabe der vorliegenden
Erfindung, ein verbessertes System und Verfahren zur Anzeige mindestens eines Leistungskennwerts bereitzustellen. Insbesondere sollen entsprechende
Leistungskennwerte relativ exakt bestimmt werden.
Die Aufgabe wird durch ein System gemäß dem Anspruch 1 sowie durch ein Verfahren gemäß dem Anspruch 7 gelöst.
Insbesondere wird die Aufgabe durch ein System gelöst, das umfasst:
- ein Fahrzeug, insbesondere Fahrrad, Folgendes aufweisend :
o eine Vielzahl von Fahrzeugkomponenten, z. B. einen Elektromotor oder einen Tretwellensensor, die jeweils dazu ausgebildet sind, Sensordaten zu erfassen und diese, beispielsweise über einen Bus, bereitzustellen;
o ein Fahrzeug-Modul, Folgendes aufweisend :
■ eine Speichereinrichtung zum Speichern von Sensordaten;
■ eine innere Fahrzeug- bzw. Modul- Kommunikationseinrichtung, die dazu ausgebildet ist, die Sensordaten zumindest einiger der Vielzahl von
Fahrzeugkomponenten, insbesondere über den Bus oder drahtlos, z. B. mittels Bluetooth, zu erfassen und in der Speichereinrichtung zu speichern;
■ eine Recheneinheit, die dazu ausgebildet ist, unter
Verwendung zumindest einiger der gespeicherten
Sensordaten mindestens einen Leistungskennwert des Fahrzeugs zu berechnen;
■ eine, insbesondere zur drahtlosen Kommunikation
ausgebildete, äußere Fahrzeug- Kommunikationseinrichtung; wobei das Fahrzeug-Modul dazu ausgebildet ist, zumindest den
Leistungskennwert unter Verwendung der äußeren Fahrzeug- Kommunikationseinrichtung an ein mobiles Endgerät zu übertragen.
Die Begriffe„innere" und„äußere" sind im Bezug auf die Fahrzeug- Kommunikationseinrichtungen nicht einschränkend zu verstehen. Sie dienen lediglich dazu, die beiden Fahrzeug-Kommunikationseinrichtungen voneinander abzugrenzen und könnten beispielsweise durch die Begriffe„erste" und„zweite" ersetzt werden.
Ein besonderer Vorteil des erfindungsgemäßen Systems besteht darin, dass das Fahrzeug-Modul einer direkten Kommunikation des mobilen Endgeräts mit den Komponenten des Fahrzeugs zwischengeschaltet ist. Das Fahrzeug-Modul hat somit mehrere Funktionen. Zum einen kann das Fahrzeug-Modul als einheitliche - standardisierte - Schnittstelle zwischen dem mobilen Endgerät und dem
Fahrzeug, insbesondere einzelnen oder allen Komponenten des Fahrzeugs dienen. Zum anderen ermöglicht es das Fahrzeug-Modul, vorhandene Daten durch Filter zu entstören sowie Offsets zu korrigieren (z. B. kann ein Offsetfehler des
Pedaldrehmomentsensors über einen Winkel von 360° erfasst werden und durch eine winkelabhängige Kompensationskurve korrigiert werden). Vorzugsweise werden die Daten über eine längere Zeit gespeichert und/oder ausgewertet, um so Leistungskennwerte zu ermitteln. Die ermittelten Leistungskennwerte können sich auf Sensordaten beziehen, die über einen längeren Zeitraum ausgewertet wurden. Weiterhin können fahrzeugspezifische Parameter bei der Auswertung berücksichtigt werden. Somit können wesentlich präzisere Auswertungen vorgenommen werden, als dies durch ein mobiles Endgerät, das direkt an die Fahrzeugkomponenten angeschlossen ist, möglich wäre. Die Leistungskennwerte sind somit präziser und ggf. aussagekräftiger.
In einer Ausführungsform erfolgt eine drahtlose Kommunikation, beispielsweise über Bluetooth oder Wi-Fi, mit dem mobilen Endgerät. Das Aufbauen und das Aufrechterhalten einer entsprechenden Kommunikation sind seitens des mobilen Endgeräts relativ aufwändig. Die Laufzeit des mobilen Endgeräts kann daher durch das Aufrechterhalten einer entsprechenden drahtlosen Kommunikation stark begrenzt sein. Durch das erfindungsgemäße Fahrzeug-Modul ist es möglich, Daten zwischenzuspeichern, so dass keine andauernde Kommunikation zwischen dem mobilen Endgerät und dem Fahrzeug-Modul vorliegen muss. Eine Abfrage der Daten kann seitens des Endgeräts in größeren Intervallen, beispielsweise im 20-Sekunden- oder im 30-Sekunden-Takt erfolgen. Zumindest einige der gewonnenen Informationen, beispielsweise eine Durchschnittsgeschwindigkeit oder ein Füllstand einer Batterie, können seltener übermittelt werden. Weiterhin können bereits ausgewertete Leistungskennwerte übermittelt werden. Das heißt, die zu übermittelnden Daten bzw. Sensordaten lassen sich aufgrund der
Auswertung durch das Fahrzeug-Modul deutlich reduzieren. Durch diese
Datenreduktion können die Batterien sowie die Speicherkapazität des mobilen Endgeräts geschont bzw. entlastet werden.
Weiterhin sind entsprechende Funkverbindungen hinsichtlich ihrer Bandbreite begrenzt und störungsbehaftet, so dass eine (Vor-) Auswertung und (Vor)- Entstörung durch das Fahrzeug-Modul den weiteren Vorteil hat, dass in Echtzeit sehr präzise Leistungskennwerte ermittelt und letztendlich auf dem mobilen Endgerät angezeigt werden können.
In einer Ausführungsform wird das erfindungsgemäße System zur Anzeige von Leistungskennwerten genutzt, die die Sportlichkeit bzw. den Fitnessgrad des Benutzers des Fahrzeugs betreffen. Beispielsweise kann die durch den Benutzer erbrachte Leistung ermittelt und auf dem mobilen Endgerät angezeigt werden.
In einer Ausführungsform kommunizieren zumindest einige der Vielzahl von Komponenten über einen/den Bus mit einer Steuerung des Fahrzeugs. Bei dieser Steuerung kann es sich um eine Motorsteuerung (ECU : Electronic Control Unit) handeln. In vielen batteriegetriebenen Fahrzeugen sind entsprechende
Steuerungen vorgesehen. Vorzugsweise ist die innere Modul- bzw. Fahrzeug- Kommunikationseinrichtung mit dem Bus verbunden. Bei der inneren Modul- bzw. Fahrzeug-Kommunikationseinrichtung kann es sich um eine aktive oder eine passive (CAN-Bus-) Schnittstelle handeln, die die vorliegenden Daten einfach auswertet. Insofern ist es nicht notwendig, das Fahrzeug-Modul an jede einzelne Komponente der Vielzahl von Fahrzeugkomponenten anzuschließen.
In einer Ausführungsform ist die Recheneinheit des Fahrzeug-Moduls dazu ausgebildet, Daten aktiv von der Steuerung und/oder einzelnen
Fahrzeugkomponenten abzufragen. Insofern kann das Fahrzeug-Modul je nach Notwendigkeit Daten sammeln. In einer bevorzugten Ausführungsform erfolgt jedoch eine andauernde Sammlung von Daten, beispielsweise in vorgegebenen Zeitintervallen und/oder wann immer neue Daten auf dem Bus verfügbar sind.
In einer Ausführungsform handelt es sich bei dem Bus um einen CAN-Bus.
Entsprechende CAN-Busse sind in diesem Bereich der Technik bekannt und besonders verlässlich.
Wie bereits erläutert, umfasst das Fahrzeug-Modul mindestens eine
Speichereinrichtung. Diese Speichereinrichtung dient dazu, die (Roh-)
Sensordaten zu speichern. Weiterhin können die errechneten Leistungskennwerte gespeichert werden. In einer Ausführungsform erfolgt eine Speicherung einer Vielzahl von Sensordaten und/oder Leistungskennwerten über die Zeit.
Beispielsweise können Datenpaare gespeichert werden, die jeweils den Wert und einen Zeitstempel umfassen.
Auf dem Fahrzeug-Modul können alle Daten der Sensorik und/oder der CAN-Bus- Daten (Daten eines Elektromotors und/oder einer Batterie) gesammelt werden. Vorzugsweise erfolgt eine Auswertung und Abspeicherung dieser Daten. Die Speicherung kann dazu dienen, einen kontinuierlichen zeitlichen Ablauf der Daten abzuspeichern und weitere Daten hieraus zu gewinnen. Eine (lückenlose)
Datenaufzeichnung ist besonders dann sinnvoll, wenn keine Verbindung zu dem mobilen Endgerät besteht. In einem Ausführungsbeispiel ist die Recheneinheit derart konfiguriert, dass sie in Abhängigkeit des Bestehens oder Nichtbestehens einer Kommunikationsverbindung zu dem mobilen Endgerät bestimmte
Sensordaten speichert oder nicht speichert.
In einem (weiteren) Ausführungsbeispiel kann der Zeitraum, wie lange bestimmte Sensordaten aufbewahrt werden, davon abhängen, ob die jeweiligen Daten bereits von dem mobilen Endgerät empfangen wurden.
Das Fahrzeug-Modul kann dazu ausgebildet sein, Sensordaten auszuwerten. Ein Auswerten der Daten kann umfassen :
• Umwandlung der Daten des CAN-Protokolls in eine neue Datenstruktur (z. B. für eine Datentypnormierung);
• Zeitliche Synchronisierung der Daten, die mit einer unterschiedlichen
Abtastfrequenz vorliegen (z. B. CAN-Daten, analoge Signale); • Intelligente Auswertealgorithmen zur Verfeinerung der Signale (z. B.
Pedalmessgeber mit unzureichender Datenqualität);
• Auswertealgorithmus zur Bestimmung der wichtigsten Fahrzeugparameter (Rollwiderstand, Luftwiderstandsbeiwert);
• Auswertealgorithmus zur Bestimmung der Effizienz des elektrischen
Antriebes (Batterie + Motor + Getriebe) in bestimmten Betriebszuständen als Kennfeld in Funktion der Last, Drehzahl, Übersetzung), insbesondere zur Gewinnung eines Leistungskennwerts;
Auswertealgorithmus zur Bestimmung der Effizienz der menschlichen
Antriebsleistung zur Gewinnung eines Leistungskennwerts. Das Abspeichern der Daten kann in einer Ausführungsform umfassen:
• Zeitliche Aufzeichnung aller oder einiger ausgewählter Sensordaten
(menschliche Leistung, Motorleistung, Fahrgeschwindigkeit, etc.) für einen Zeitraum der max. Fahrzeit, (maximal eine Stunde), vorzugsweise für weniger als 10 Minuten;
• Löschen der Log-Daten auf dem Speicher zu Sicherstellung nach
erfolgreicher Übertragung der Daten auf ein mobiles Endgerät über eine vorzugsweise drahtlose Kommunikation.
Das mobile Endgerät kann ein Tablet, ein Smartphone oder eine Fitnessuhr sein.
In einer Ausführungsform umfasst das Fahrzeug einen Rahmen mit einem
Hohlraum, wobei das Fahrzeug-Modul zumindest teilweise in dem Hohlraum angeordnet ist. In einem (anderen) Ausführungsbeispiel ist das Fahrzeug-Modul innerhalb eines wasserdichten Gehäuses angeordnet.
Die Recheneinheit kann Instruktionen verarbeiten, die die Recheneinheit dazu veranlassen, aus den gespeicherten Sensordaten Durchschnittswerte zu berechnen und diese in einer Speichereinrichtung zu speichern.
In einer Ausführungsform werden zumindest einige der Sensordaten über einen vorgegebenen Zeitraum in Verbindung mit Zeitangaben gespeichert. Das Fahrzeug kann Sensoren zur Erfassung einer Leistungsaufnahme des
Elektromotors und/oder einer Geschwindigkeit und/oder eines Ladezustands einer Batterie umfassen. Demgemäß können die Sensordaten eine Leistungsaufnahme des Elektromotors, eine Geschwindigkeit und/oder einen Ladezustand der Batterie angeben.
Die Recheneinheit kann dazu ausgebildet sein bzw. durch entsprechende
Instruktionen dazu veranlasst werden, basierend auf einigen oder mehreren dieser Daten einen oder mehrere Leistungskennwerte zu errechnen. In einer Ausführungsform ist die Recheneinheit dazu ausgebildet, auf der Grundlage einer errechneten Durchschnittsgeschwindigkeit, des Ladezustands der Batterie und einer errechneten durchschnittlichen Leistungsaufnahme, eine Reichweite des Fahrzeugs zu ermitteln. Der anspruchsgemäße Leistungskennwert kann also nicht nur Leistungsdaten des Benutzers, sondern auch Leistungsdaten angeben, die sich auf das Fahrzeug und/oder einzelne Fahrzeugkomponenten beziehen. Durch die beschriebene Auswertung der Durchschnittsgeschwindigkeit, des
Ladezustands und der Leistungsaufnahme kann eine wesentlich präzisere
Reichweitenvorhersage getroffen werden, als dies mit herkömmlichen
Vorrichtungen möglich war.
In einer Ausführungsform umfasst das Fahrzeug-Modul einen Analog-Digital- Wandler zur Bestimmung von Sensordaten. Insofern können neben den Daten, die auf dem Bus bereitgestellt werden, Sensordaten direkt gewonnen werden.
In einer Ausführungsform umfasst das Fahrzeug-Modul eine
Positionsbestimmungseinrichtung zur Bestimmung einer Position des Fahrzeugs. Eine entsprechende Positionsbestimmungseinrichtung kann ein GPS- oder GNSS- Modul sein. Die Recheneinheit kann dazu ausgebildet sein, auf Grundlage einer bestimmten Position des Fahrzeugs und einer Zielposition eine Fahrroute zu ermitteln und die Ermittlung der Reichweite des Fahrzeugs unter Verwendung von topographischen Informationen der Fahrroute durchzuführen.
Insofern kann die vorhergesagte Reichweite des Fahrzeugs durch das Hinzuziehen von (genauen) Informationen über die Fahrroute noch einmal verbessert werden.
Eine entsprechende Verbesserung der Reichweitenvorhersage kann auf der Seite des Fahrzeug-Moduls und/oder auf der Seite des mobilen Endgeräts erfolgen. Somit ist eine entsprechende Verbesserung der Reichweitenvorhersage auch mit einem Fahrzeug-Modul möglich, das keine entsprechende
Positionsbestimmungseinrichtung umfasst. In diesem Fall kann die
Positionsbestimmungseinrichtung auf der Seite des mobilen Endgeräts erfolgen. Alternativ können die seitens des mobilen Endgeräts erfassten Positionen und ggf. gewonnenen Routeninformationen auch von dem mobilen Endgerät an das Fahrzeug-Modul übertragen werden.
Ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft einen Tretwellensensor, der mit dem beschriebenen System verwendet werden kann. Der Tretwellensensor kann umfassen : eine Dreherfassungseinrichtung, die dazu ausgebildet sein kann, eine Drehung einer Tretwelle zu erfassen; eine Tretwellen-Kommunikationseinrichtung, die dazu ausgebildet sein kann, Tretwellendaten, insbesondere eine Drehzahl der Tretwelle, vorzugsweise drahtlos, z. B. mittels Bluetooth, abzugeben, vorzugsweise an die innere Modulbzw. Fahrzeug-Kommunikationseinrichtung.
Ein Vorteil des beschriebenen Tretwellensensors ist, dass drahtlos Daten an angeschlossenen Einrichtungen, wie die innere Modul- bzw. Fahrzeug- Kommunikationseinrichtung, gesendet werden können. Eine aufwendige
Verkabelung entfällt hierdurch.
Die innere Fahrzeugkommunikationseinrichtung des beschriebenen Systems kann zur drahtlosen Kommunikation ausgebildet sein, sodass eine Kommunikation mit dem Tretwellensensor z. B. per Bluetooth oder über ein drahtloses Netzwerk (WLAN) möglich ist.
In einer Ausführungsform kann ein Drehmomentsensor vorgesehen sein, der dazu ausgebildet sein kann, ein auf die Tretwelle aufgebrachtes Drehmoment zu erfassen und als Teil der Tretwellendaten an die Tretwellen- Kommunikationseinrichtung abzugeben.
Es können also auf einfache Art und Weise Drehmomente, die auf die Tretwelle wirken, erfasst und versendet werden. Es werden also weitere, wichtige Daten versendet, ohne dass besondere Änderungen an der Tretwellen- Kommunikationsvorrichtung notwendig werden.
In einer Ausführungsform kann der Tretwellensensor einen Energiespeicher zur Versorgung des Tretwellensensors mit elektrischer Energie umfassen.
Insbesondere kann eine bzw. mehrere Batteriezellen, insbesondere eine
Knopfzelle vorgesehen sein. Dabei kann der Energiespeicher dazu ausgebildet sein : die Dreherfassungseinrichtung dauerhaft mit elektrischer Energie zu versorgen, und/oder die Tretwellen-Kommunikationseinrichtung in Abhängigkeit von einem Zustand, der durch ein Aktivitätssignal angegeben ist, mit Energie zu versorgen.
Es ist somit möglich, dass die Energieversorgung selektiv, basierend auf dem Aktivitätssignal, gesteuert wird. Somit kann z. B. die Tretwellen- Kommunikationseinrichtung abgeschaltet werden, wenn sie nicht benötigt wird.
Mit der beschriebenen Ausführungsform ist es insbesondere möglich, dass die Dreherfassungseinrichtung Tretwellendaten sammelt und diese gesammelten Daten gebündelt versendet werden. Dies ist im Hinblick auf die aufzubringende elektrische Energie deutlich effizienter, als jedes Datum einzeln zu versenden. Somit wird eine erhebliche Menge an Energie eingespart, was bei mobilen
Lösungen einen großen Vorteil darstellt.
In einer Ausführungsform kann der Tretwellensensor einen Baustein, inbesondere einen mechanischen oder elektrischen Baustein, umfassen, insbesondere einen Intertialsensor, der dazu ausgebildet sein kann, bei Bewegung, insbesondere des Intertialsensors, über einen Schalter, insbesondere einen Transistor, das
Aktivitätssignal abzugeben und zwischen einem Schlafzustand und einem
Aktivzustand zu schalten, wobei der Schlafzustand angeben kann, dass die Tretwellen-Kommunikationseinrichtung und/oder der Drehmomentsensor nicht mit elektrischer Energie versorgt wird/werden, und der Aktivzustand angeben kann, dass der Drehmomentsensor und/oder die Tretwellen-Kommunikationseinrichtung mit elektrischer Energie versorgt wird/werden. Es wird mit der beschriebenen Ausführungsform ein einfaches Mittel zum Schalten zwischen dem Schlafzustand und dem Aktivzustand bereitgestellt. Insbesondere wenn ein Transistor verwendet wird, kann eine besonders kompakte Bauform realisiert werden. Außerdem ist die beschriebene Lösung günstig in der
Produktion.
In einer Ausführungsform kann die Dreherfassungseinrichtung dazu ausgebildet sein, ein Drehsignal abzugeben, wobei das Drehsignal als Rechtecksignal ausgebildet sein kann und pro Umdrehung der Tretwelle eine vorbestimmte Anzahl, z. B. 64, 32, 16, 8, 4, 2 oder 1, von steigenden und/oder fallenden
Flanken (231, 232) aufweisen kann.
In einer Ausführungsform kann der Tretwellensensor eine Tretwellen- Recheneinheit umfassen, die dazu ausgebildet sein kann, unter Verwendung des Drehsignals, insbesondere unter Verwendung einer gemessenen Anzahl von steigenden und/oder fallenden Flanken des Drehsignals und/oder unter
Verwendung einer gemessenen Zeitdauer zwischen den Flanken, eine
Tretwellendrehzahl zu berechnen.
Zur Messung der Drehzahl der Tretwelle kann die Dreherfassungseinrichtung ein Drehsignal abgeben. Die Drehzahl kann dann mit einfachen Mitteln aus der Anzahl der gemessenen Flanken ermittelt werden. Dazu kann eine Zeitmessung ausgeführt werden, die die Zeitdauer misst, wie lange es dauert, bis die
vorbestimmte Anzahl von steigenden und/oder fallenden Flanken gemessen sind. Beispielsweise kann bei der Messung von 128 steigenden Flanken innerhalb einer Sekunde daraus geschlossen werden, dass, wenn 64 steigende Flanken eine Umdrehung der Tretwelle angeben, die Tretwelle mit zwei Umdrehungen pro Sekunde dreht.
In einer Ausführungsform kann die Tretwellen-Recheneinheit dazu ausgebildet sein, die Tretwellendrehzahl bei Detektion einer, insbesondere steigenden, Flanke des Drehsignals zu berechnen.
Um dem Verwender des Tretwellensensors möglichst genaue und aktuelle
Messwerte zur Verfügung zu stellen, kann die Messung der Tretwellendrehzahl bei jeder steigenden Flanke des Drehsignals ausgeführt werden. So liegen immer die aktuellsten Werte vor. In einer Ausführungsform kann die Tretwellen-Recheneinheit dazu ausgebildet sein, den Schalter zu betätigen, um das Aktivitätssignal in den Schlafzustand zu setzten, wenn die Dreherfassungseinrichtung in einem vorherbestimmten
Zeitintervall, insbesondere kleiner gleich 1 Minute, kleiner gleich 30 Sekunden, kleiner gleich 20 Sekunden oder kleiner gleich 10 Sekunden, keine Drehung der Tretwelle erfasst.
Die beschriebene Ausführungsform stellt eine weitere Möglichkeit dar, den Energieverbrauch eines Tretwellensensors deutlich zu senken. Wenn in einem bestimmten Zeitintervall keine Drehung der Tretwelle festgestellt wird, z. B. wenn ein Fahrzeug steht, dann werden die nicht benötigten Komponenten des
Tretwellensensors durch Setzen des Schlafzustandes abgeschaltet. Dadurch kann eine deutlich längere Laufzeit des Tretwellensensors erreicht werden.
In einer Ausführungsform kann der Schalter dazu ausgebildet sein, das
Aktivitätssignal in den Aktivzustand zu setzten, wenn die
Dreherfassungseinrichtung eine Drehung der Tretwelle erfasst.
Um die einzelnen Komponenten zu aktivieren, kann das Aktivitätssignal in den Aktivzustand gesetzt werden. Das Setzen wird vorteilhafterweise bei der
Erfassung einer Drehung der Tretwelle ausgeführt. Somit ist sichergestellt, dass, sobald das Fahrzeug bewegt wird, alle notwendigen Messungen durchgeführt werden und der Fahrer die entsprechenden Daten erhält.
Es ist auch möglich, dass der Aktivzustand erst gesetzt wird, nachdem die Tretwelle eine vorbestimmte Zeit dreht, z. B. eine Zeit kleiner gleich 10 Sek, kleiner gleich 5 Sek., kleiner gleich 2 Sek. oder kleiner gleich 1 Sek. Somit wird der Tretwellensensor nicht schon durch kurze Bewegungen des Fahrzeugs„voll" aktiviert.
In einer Ausführungsform kann der Drehmomentsensor dazu ausgebildet sein, ein Drehmoment zyklisch zu erfassen, insbesondere jede 100ms und/oder die
Tretwellen-Kommunikationseinrichtung kann dazu ausgebildet sein, die
Tretwellendaten zyklisch, insbesondere jede 100ms, vorzugsweise in zeitlicher Abhängigkeit von der Erfassung des Drehmoments, z. B. mit einem vorgegebenen Zeitabstand von der Messung des Drehmoments, zu senden. Durch eine zyklische Erfassung des Drehmoments bzw. durch zyklisches Senden des gemessenen Drehmoments kann weiter Energie eingespart werden. Die betroffenen Komponenten müssen nämlich nur für eine sehr kurze Zeit mit Strom versorgt werden.
An dieser Stelle sei darauf hingewiesen, dass der beschriebene Tretwellensensor einzeln und auch in Kombination mit dem System zur Anzeige mindestens eines Leistungskennwertes beansprucht wird . Gerade jedoch die Kombination mit dem beschriebenen System zur Anzeige mindestens eines Leistungskennwertes birgt eine Reihe von Vorteilen, wie sie vorstehend beschrieben sind.
Ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft eine Datenerfassungseinrichtung, insbesondere für ein System, wie es vorstehend beschrieben ist. Die
Datenerfassungseinrichtung kann das Folgende umfassen : eine Daten-Leseeinrichtung, die dazu ausgebildet sein kann, Fahrzeugdaten zu erfassen; eine Daten-Kommunikationseinrichtung, die dazu ausgebildet sein kann,
Fahrzeugdaten, insbesondere eine Drehzahl der Tretwelle, vorzugsweise drahtlos, z. B. mittels Bluetooth, abzugeben, vorzugsweise an eine innere Modul- Kommunikationseinrichtung .
Es können also ganz allgemein eine Vielzahl von unterschiedlichen Fahrzeugdaten erfasst werden. Diese Fahrzeugdaten können drahtlos an angeschlossene
Geräte/Systeme gesendet werden. Dadurch kann auf eine aufwendige
Verkabelung verzichtet werden.
In einer Ausführungsform kann die Daten-Leseeinrichtung dazu ausgebildet sein, Fahrzeugdaten aus einem Fahrzeugbus, insbesondere einem CAN-Bus,
auszulesen.
Bus-Systeme werden üblicherweise in Fahrzeugen eingesetzt, um Messwerte einer Vielzahl von Sensoren an Steuergeräte über ein geteiltes Transportmedium zu verteilen. Für den Fahrer des Fahrzeugs enthalten diese Daten wertvolle
Informationen. Es ist daher ein großer Vorteil, wenn diese Daten mittels der Datenerfassungseinrichtung drahtlos zur Verfügung gestellt werden. In einer Ausführungsform umfasst die Datenerfassungseinrichtung einen
Energiespeicher, insbesondere eine Batterie, z. B. eine Knopfzelle, zur Versorgung der Daten-Leseeinrichtung und der Daten-Kommunikationseinrichtung mit elektrischer Energie, wobei der Energiespeicher dazu ausgebildet sein kann, die Daten-Leseeinrichtung und/oder die Daten-Kommunikationseinrichtung in
Abhängigkeit eines vorbestimmen Zeitintervalls, insbesondere 100ms, 150ms, 200ms, oder größer 300ms, und/oder in Abhängigkeit von einem Zustand der durch ein Aktivitätssignal angegeben ist, mit Energie zu versorgen.
In einer Ausführungsform umfasst die Datenerfassungseinrichtung einen
Baustein, insbesondere einen mechanischen oder elektrischen Baustein, insbesondere einen Intertialsensor, der dazu ausgebildet sein kann, bei einer Bewegung, insbesondere des Interialsensors, über einen Schalter, insbesondere einen Transistor, das Aktivitätssignal abzugeben und zwischen einem
Schlafzustand und einem Aktivzustand zu schalten, wobei der Schlafzustand angeben kann, dass die Daten-Leseeinrichtung und/oder die Daten- Kommunikationseinrichtung nicht mit elektrischer Energie versorgt wird/werden, und der Aktivzustand angeben kann, dass die Daten-Leseeinrichtung und/oder die Daten-Kommunikationseinrichtung mit elektrischer Energie versorgt wird/werden.
Es ergeben sich ähnliche oder identische Vorteile, insbesondere bezogen auf den Energiebedarf, wie sie bereits im Zusammenhang mit dem Tretwellensensor beschrieben worden sind.
An dieser Stelle sei darauf hingewiesen, dass die beschriebene
Datenerfassungseinrichtung einzeln und auch in Kombination mit dem System zur Anzeige mindestens eines Leistungskennwertes beansprucht wird. Gerade jedoch die Kombination mit dem beschriebenen System zur Anzeige mindestens eines Leistungskennwertes birgt eine Reihe von Vorteilen, wie sie vorstehend beschrieben sind.
Wie bereits erläutert, wird die eingangs genannte Aufgabe auch durch ein Verfahren zur Berechnung mindestens eines Leistungskennwerts eines Fahrzeugs gelöst.
Das Verfahren kann die folgenden Schritte aufweisen : - Erfassen von Sensordaten durch eine Vielzahl von Komponenten des Fahrzeugs;
- Speichern der Sensordaten in einer Speichereinrichtung;
- Berechnen, durch ein Fahrzeug-Modul, zumindest eines
Leistungskennwertes unter Verwendung der gespeicherten
Sensordaten;
- Senden der Sensordaten durch das Fahrzeug-Modul und Empfangen des Leistungskennwertes auf einem mobilen Endgerät;
- Anzeigen des Leistungskennwertes auf dem mobilen Endgerät.
Das Verfahren kann durch die bereits beschriebene Recheneinheit implementiert werden. Es ergeben sich ähnliche Vorteile, wie diese vorrichtungsseitig bereits erläutert wurden.
Auch verfahrensseitig kann die Berechnung eines Leistungskennwerts ein
Berechnen einer Reichweite des Fahrzeugs umfassen. Auch diese Reichweite kann unter Berücksichtigung einer errechneten Durchschnittsgeschwindigkeit, eines Ladezustands einer Batterie und/oder einer errechneten durchschnittlichen Leistungsaufnahme erfolgen. Der Leistungskennwert kann auf der Seite des mobilen Endgeräts oder innerhalb des Fahrzeug-Moduls bestimmt werden. In einer Ausführungsform errechnet das erfindungsgemäße Fahrzeug-Modul zumindest die Durchschnittsgeschwindigkeit und die durchschnittliche
Leistungsaufnahme.
In einer Ausführungsform umfasst das Verfahren ein Speichern eines
Geschwindigkeitsverlaufs des Fahrzeugs, vorzugsweise über die Zeit. Die
Berechnung mindestens eines Leistungskennwerts kann umfassen :
- unter Verwendung des Geschwindigkeitsverlaufs des Fahrzeugs
o den Rollwiderstand und
o den Strömungswiderstandskoeffizient
zu berechnen und
- auf Grundlage des berechneten Rollwiderstands und des
Strömungswiderstandskoeffizienten den Gesamtfahrzeugwiderstand zu berechnen. Die eingangs genannte Aufgabe wird des Weiteren durch ein computerlesbares Speichermedium gelöst, welches Instruktionen enthält, die mindestens einen Prozessor dazu veranlassen, das bereits beschriebene Verfahren zu
implementieren, wenn die Instruktionen auf dem Prozessor ausgeführt werden.
Auch für das Verfahren ergeben sich die bereits genannten Vorteile.
Die eingangs genannte Aufgabe wird weiterhin durch ein Fahrzeug-Modul gelöst. Vorzugsweise wird dieses Fahrzeug-Modul in einem Fahrzeug, beispielsweise einem Fahrzeug, wie dies bereits beschrieben wurde, verwendet. Weiterhin kann das entsprechende Fahrzeug-Modul einige oder alle Merkmale aufweisen, die hinsichtlich des Fahrzeug-Moduls in dem System beschrieben wurden.
In einer Ausführungsform umfasst das Fahrzeug-Modul die folgenden Merkmale:
- eine Speichereinrichtung zum Speichern von Sensordaten;
- eine innere Modul- bzw. Fahrzeug-Kommunikationseinrichtung, die dazu ausgebildet ist, Sensordaten, insbesondere über einen BUS, zu empfangen und in der Speichereinrichtung zu speichern;
- eine Recheneinheit, die dazu ausgebildet ist, unter Verwendung der gespeicherten Sensordaten mindestens einen Leistungskennwert des Fahrzeugs zu berechnen;
- eine, insbesondere zur drahtlosen Kommunikation ausgebildete, äußere Fahrzeug -Kommunikationseinrichtung; wobei das Fahrzeug-Modul dazu ausgebildet ist, die gespeicherten Sensordaten und den Leistungskennwert unter Verwendung der äußeren Fahrzeug- Kommunikationseinrichtung an ein mobiles Endgerät zu kommunizieren.
Auch ergeben sich die bereits genannten Vorteile.
Einige dieser Vorteile werden nachfolgend noch einmal zusammengefasst: • Universelles standardisiertes Modul für alle Hersteller von batteriegetrieben Fahrrädern, einsetzbar für alle E-Bike-Antriebssysteme zur Auswertung der CAN-Daten und der spezifischen im E-Bike verbauten Sensoren;
• Verfeinerung der Datenqualität, insbesondere der Pedalsensorik durch
Offseterfassung, insbesondere winkelabhängige Offsetkorrektur, und durch intelligente Auswertealgorithmen, z. B. durch Auswertung der gemessenen Fahrwiderstandgleichung und der Leistungsdaten oder der
Winkelbeschleunigung und Pedaldrehzahl;
• Mehr Freiheit und bessere Portabilität bei der Entwicklung von mobilen APPs für Fahrzeuge (z. B. genauere Fitnessberechnung, Effizienz des Fahrrades bzw. E-Bikes sowie wichtigste Parameter Rollwiderstandsbeiwert und Luftwiderstandsbeiwert cwA, Reichweitenvorhersage, Routenplanung)
• Möglichkeit der statistischen Auswertung von Daten, die für Drittanbieter (Krankenversicherungen, Fitnessstudiobetreiber, Routenplaner,
Fitnesssoftware, Entwickler von mobilen APPs) zur Verfügung gestellt werden und durch die Menge der Daten und verlässlichen Statistik einen hohen Wert haben.
Die gesammelten Sensordaten und/oder gewonnenen Leistungskennwerte können sehr unterschiedlich genutzt werden. Einige Beispiele sind nachfolgend genannt:
• Vollständige Daten zur korrekten Auswertung der Fitnessergebnisse von mobilen APPs für den Fitnessbetrieb;
• Verhinderung der Verfälschung von Daten durch Nutzung von E-Bikes
durch unzureichende Datenerfassung;
• Statistische Auswertung des Nutzerverhaltens und der Gesundheitsdaten von E-Bike-Fahrern, insbesondere Erfassung der Verbesserung des
Gesundheitszustandes durch häufige Nutzung;
• Nutzung der Informationen zur genauen Vorhersage der Reichweite bzw.
Restreichweite einer Routenplanung bzw. Erarbeitung von
Routenvorschlägen mit höherer Reichweite;
• Nutzung der Daten zur Entwicklung eines nutzerspezifischen
Lernalgorithmus auf Basis des genutzten E-Bike-Typs, des Fitnesszustandes des Betreibers;
• Einbindung von Vorschlägen der Reichweitenerhöhung durch Anzeige von E-Bike-Lademöglichkeiten auf der Route, bzw. Vorschlag von Routen auf Basis der E-Bike-Lademöglichkeiten; • Auswertung der Effizienz unterschiedlicher E-Bikes im realen Fahrbetrieb (Effizienz des Antriebs bei unterschiedlichen Fahrzeuggeschwindigkeiten und Steigungen, Rollwiderstandsbeiwert, Luftwiderstandsbeiwert) und Nutzung für Produktvergleiche und Feststellung von maßgeblichen
Veränderungen, Effizienzparameter und Mitteilung an Benutzer (z. B.
erhöhter Rollwiderstand durch niedrigen Luftdruck im Rad, Ermittlung optimaler Luftdruck für optimalen niedrigen Rollwiderstand).
Nachfolgend wird die Erfindung mittels mehrerer Ausführungsbeispiele
beschrieben, die anhand von Abbildungen näher erläutert werden. Hierbei zeigen :
Fig . 1 ein batteriegetriebenes Fahrrad (E-Bike) mit einem
erfindungsgemäßen Fahrzeug-Modul;
Fig . 2 die Kommunikation zwischen dem Fahrzeug-Modul und einem
Antrieb des Fahrzeugs gemäß Fig. 1 sowie die Einbindung des Fahrzeug-Moduls in ein Datennetzwerk;
Fig . 3 eine schematische Darstellung des Antriebs des Fahrzeugs gemäß
Fig. 1 ;
Fig . 4 eine schematische Darstellung einzelner Komponenten
Fahrzeug-Moduls gemäß Fig . 2;
Fig . 5 die Nutzung der durch das Fahrzeug-Modul gewonnenen Daten
durch ein mobiles Endgerät;
Fig . 6 ein exemplarisches Kennfeld für geschwindigkeitsabhängige
Fahrwiderstandstandkennlinie bei unterschiedlichen Schaltzuständen und menschlichen Leistungseinträgen;
Fig . 7 eine schematische Darstellung eines Tretwellensensors;
Fig . 8 eine Darstellung eines Aktivitätssignals;
Fig . 9 eine Darstellung eines Drehsignals; Fig. 10 eine Darstellung einer zyklischen Messung eines Drehmoments;
Fig. 11 ein Zustandsdiagramm, welches die Zustände des Systems in einem
Ausführungsbeispiel zeigt; und
Fig. 12 ein Zustandsdiagramm, welches die Zustände des Systems in einem weiteren Ausführungsbeispiel zeigt.
In der nachfolgenden Beschreibung werden für gleiche und gleichwirkende Teile dieselben Bezugsziffern verwendet.
Fig. 1 zeigt ein Fahrrad 1 mit einem elektrischen Antrieb 60. Das Fahrrad 1 hat Räder, insbesondere ein Hinterrad 2 sowie ein abnehmbar an dem Fahrrad 1 befestigtes mobiles Endgerät 10. Bei dem mobilen Endgerät 10 kann es sich beispielsweise um ein Smartphone handeln. Das Fahrrad 1 ist batteriegetrieben und verfügt somit über einen Antrieb 60.
In einer Ausführungsform, wie in Fig. 2 gezeigt, greift ein Fahrzeug-Modul 40 Sensordaten von einem Fahrzeugbus 61 des Antriebs 60 ab. Erfindungsgemäß kann das Fahrzeug-Modul 40 diese Sensordaten speichern und/oder weiter verarbeiten, um Leistungskennwerte des Benutzers und/oder des Fahrrads 1 zu gewinnen. Diese Sensordaten und/oder Leistungskennwerte können über eine drahtlose Kommunikationsverbindung an das mobile Endgerät 10 übertragen werden. Das mobile Endgerät 10 kann eine weitere Auswertung der Sensordaten und/oder der Leistungskennwerte vornehmen. Das mobile Endgerät 10 verfügt über eine Anzeige 16 zur Anzeige einiger oder aller Leistungskennwerte und/oder Sensordaten.
In einem Ausführungsbeispiel werden einige oder alle dieser Daten an einen Server 100 übertragen, um dort eine permanente Speicherung und/oder eine weitere Auswertung vorzunehmen. Die so gewonnenen Daten können privat oder gewerblich genutzt werden. Zur Kommunikation mit dem Server 100 kann das mobile Endgerät ein zelluläres Netzwerk, beispielsweise ein Mobilfunknetzwerk nutzen. Das mobile Endgerät 10 kann dazu ausgestaltet sein, Sensordaten von
Drittgeräten, beispielsweise einem Pulssensor 20 zu empfangen. Der Empfang dieser Sensordaten kann ebenfalls drahtlos beispielsweise über Bluetooth erfolgen. In einer bevorzugten Ausführungsform erfolgt die Kommunikation zwischen dem mobilen Endgerät 10 und dem Fahrzeug-Modul 40 drahtlos per Bluetooth.
Hierfür umfasst das Fahrzeug-Modul 40, wie in Fig. 4 gezeigt, eine Bluetooth- Einrichtung 41. Für eine kabelgebundene Kommunikation mit dem Antrieb 60 kann, wie ebenfalls in Fig. 4 gezeigt, eine CAN-Bus-Schnittstelle 42 vorgesehen sein.
Fig. 3 zeigt schematisch einige wesentliche Komponenten des Antriebs 60 sowie der gewonnenen Sensordaten. Das Fahrrad 1 hat eine schematisch dargestellte Tretwelle 65 mit Pedalen, die über ein Getriebe mit Übersetzung z. B. über ein Zahnradpaar, bzw. eine Kette oder einen Riemen und zwei Ritzel mit einer Getriebewelle 66 verbunden ist. Das Ritzel und der Riemen bilden ein erstes Getriebe 67, das die Drehbewegung der Tretwelle 65 ins Schnelle übersetzt. Ein oder zwei Tretwellen-Sensoren 69 (vorzugsweise in einer Baugruppe
zusammengefasst) erfassen Drehzahlen NTw und Drehmoment nTw. Drehzahl NTw und Drehmoment nTw werden vorzugsweise berührungslos durch Auswertung des Magnetfelds eines magnetischen Abschnitts der Tretwelle 65 bestimmt. Die Tretwelle 65 kann im Bereich der Tretwellensensoren 69 magnetisiert sein. Ein Elektromotor 68 mit Steuerung 62 ist über ein zweites Getriebe 67' ebenfalls mit der Getriebewelle 66 verbunden. Die Getriebewelle 66 ist über ein drittes
Getriebe 67" mit dem Hinterrad 2 verbunden. Die Drehzahl des Rads nRad wird über einen Rad-Drehzahlsensor bestimmt, der in kommunikativer Verbindung mit einer Steuerung 62 (=ECU) steht.
Der Elektromotor 68 wird von einer Batterie 63 gespeist. Die Steuerung 62 erfasst Batteriestrom ibat sowie deren Ladezustand SOC. Über eine geeignete Sensorik wird von der Steuerung 62 die Motordrehzahl nM sowie der Phasenstrom iPh des Elektromotors 68 erfasst.
In einer Ausführungsform werden all diese Sensordaten über einen Fahrzeugbus 61 kommuniziert. An diesen Fahrzeugbus 61 ist, wie bereits dargestellt, das Fahrzeug-Modul 40 angeschlossen. Nicht dargestellt ist die Möglichkeit, Sensorsignale (insbesondere den Drehzahlsensor) direkt an das Fahrzeug-Modul analog anzuschliessen. In diesem Fall erfolgt im Fahrzeug-Modul eine
Umwandlung analoger Signale in digital. Auch kann auf den Anschluss eines Bus- Signals verzichtet werden. Dies wird insbesondere dafür genutzt, dass ein
Tretpedalsensorsignal (Pedaldrehmoment, Trittfrequenz) nur verfeinert werden soll (z.B. durch Offsetkorrektur oder Auswertealgorithmen). Dies ist für die Fitness-APP ausreichend, da die menschliche Leistung für eine Auswertung ausreicht. Die Komplexität und die Kosten des Fahrzeug-Moduls können für die spezifische Fitnessanwendung dadurch reduziert werden, da kein CAN-Transceiver im Fahrzeug-Modul erforderlich ist.
Dieses Fahrzeug-Modul 40 umfasst neben der Bluetooth-Einrichtung 41 und der CAN-Bus-Schnittstelle 42 eine Recheneinheit 45 sowie einen Speicher 44. Des Weiteren kann ein Analog-Digital-Wandler 43 vorgesehen sein, der weitere Sensordaten bereitstellt. Entsprechende Sensordaten können beispielsweise eine Beschleunigung des Fahrrads 1 angeben.
In einem Ausführungsbeispiel wird das Fahrzeug-Modul 40 genutzt, um
Leistungskennwerte, beispielsweise eines Benutzers (Plansch), der Batterie 32 (Pßat), des Antriebs 60 (PAntrieb), zu berechnen und an das Endgerät 10 zu übermitteln. In einem Ausführungsbeispiel findet eine weitere Auswertung, beispielsweise unter Berücksichtigung der Fahrzeuggeschwindigkeit (VFZG), SO dass weitere Leistungskennwerte ermittelt werden können:
- Fahrzeugleistung (PFZG) bei unterschiedlichen Fahrzeuggeschwindigkeiten (VFZG),
- Effizienz des Antriebes bei unterschiedlichen Fahrzeuggeschwindigkeiten (VFZG) und Steigungen,
- Rollwiderstandsbeiwert (f(Fahrwegtyp)),
- Luftwiderstandsbeiwert cWA.
Der Server 100 kann einen Lernalgorithmus nutzen, mittels dessen die Effizienz des Fahrzeuges im realen Betrieb auf Basis der Daten des Fahrzeug-Moduls 40 ermittelt werden. Auf dem Server 100 werden zusätzlich Daten von
Kartenmaterial, z.B. Open Street Maps, ausgewertet, mittels derer insbesondere der Fahrwegtyp, aber auch das Streckenhöhenprofil bestimmbar sind . Diese Daten dienen dazu, den Rollwiderstandsbeiwert (f(Fahrwegtyp)) und den
Luftwiderstandsbeiwert cWA empirisch zu bestimmen. Diese Bestimmung kann entweder durch den Server 100 oder durch das Fahrzeug-Modul 40 erfolgen.
In einem Ausführungsbeispiel sammelt das Fahrzeug-Modul 40 im realen
Fahrbetrieb Daten, um den Fahrwiderstand zu bestimmen. Diese Datensammlung wird bevorzugt bei Steigung näherungsweise Null ermittelt, z. B. beim Ausrollen auf der Ebene mit stillstehendem Motor und keinen Eingriff des Menschen auf die Trittpedale. Vorzugsweise erhält das Fahrzeug-Modul 40 hierfür Sensordaten von einem Steigungsmesssensor, der entweder direkt an den Analog-Digital-Wandler 43 oder an den Fahrzeugbus 61 angeschlossen ist bzw. vom mobilen Endgerät erfasst wird und an das Fahrzeug-Modul 40 über die Bluetooth-Einrichtung 41 übertragen wird.
Die Messung kann in einem Ausführungsbeispiel auch bei Steigungen
durchgeführt werden, wenn ein Steigungssensor vorhanden ist. Bei der
Auswertung wird eine Fahrwiderstandsgleichung verwendet, die besonders einfach zu lösen ist bei ebener Fahrbahn (d. h. Steigung = 0) und keiner
Beschleunigung durch Mensch oder Elektromotor. Besonders bevorzugt wird die Auswertung in einem Zeitraum durchgeführt, bei dem keine Beschleunigung des Fahrrads 1 erfolgt. Hier findet die Fahrwiderstandsgleichung
Σί" = FROÜ + t-'i.uft = (mFZG + mZul)■ g■ fRoll ■ cos( ) + ■ cw ■ A■ v el
Anwendung, die mit den bekannten Geleichungen
ΣΡ
v = £
mFZG + mZuladunß lösbar ist. Fahrzeuggewicht und Zuladung (d .h. Fahrergewicht) müssen vorgegeben oder ebenfalls empirisch bestimmt werden. Zur Lösung der Gleichung wird der Ist-Geschwindigkeitsverlauf v mit dem berechneten
Geschwindigkeitsverlauf, z. B. numerisch gelöst, in dem er und cw auf Basis der geringsten Abweichung des berechneten Geschwindigkeitsverlaufes vom Ist- Geschwindigkeitsverlauf ermittelt werden. Vorzugsweise werden verschiedene Tests in unterschiedlichen Situationen durch das Fahrzeug-Modul 40 vorgenommen. Ein erster Test kann zuerst auf Asphalt bei unterschiedlichen Startgeschwindigkeiten bis zu einer Endgeschwindigkeit, die vorzugsweise nicht Null ist, sondern bei ca. 5-10 km/h endet, durchgeführt werden. Nach dem Asphalttest kann die Messung auf anderen Bodenbelägen erweitert (z.B. Schotterweg, Gras, Waldweg) durchgeführt werden. In diesem Test werden für den Fahrbahnboden spezifischen Reibwerte er ermittelt und der cwA-Wert aus der Asphalt-Messung eingesetzt. Dies ist vorteilhaft, da die
Messgenauigkeit des cW-Werts bei höheren Geschwindigkeiten auf Asphalt am höchsten ist und daher dort am genauesten ermittelt werden kann.
Fahrzeug-Modul 40 kann mit den vorhandenen Sensoren und durch einen
Rückgriff auf eine Positionsermittlungseinrichtung feststellen, wann welcher Test durchgeführt werden soll.
Aufbauend auf den gewonnenen Erkenntnissen, kann das Fahrzeug-Modul 40 die Effizienz des Antriebssystems in Abhängigkeit des Schaltzustandes eines schaltbaren Getriebes bestimmen.
Bei der Auswertung der Effizienz werden die Ergebnisse der ermittelten
Fahrwiderstandsleistung des Fahrzeuges PFZG = f(vFzc) genutzt. Die
Fahrwiderstandsleistung wird wie vorab ausgeführt vorzugsweise bei ebener Fahrbahn und bei konstanter Geschwindigkeit ermittelt, wobei der
Eingabeparameter der Masse (Fahrzeug und Fahrer) zugrunde gelegt wird. Zur Effizienzermittlung wird die Leistungsentnahme der Batterie Pbat=ibat*Ubat zugrunde gelegt. Die Gesamteffizienz ist somit der Quotient zwischen
Antriebsleistung des Fahrzeuges PFZG und der Batterieleistung Pbat. Dieser
Quotient ist abhängig vom Schaltzustand des Getriebes SHi oder SH2. In die Auswertung fließt die menschliche Antriebsleistung Pirsch ein, damit eine
Korrektur der elektrischen Antriebsleistung vorgenommen werden kann
(vgl. Fig. 6).
Zudem ist es sinnvoll, unterschiedliche Schaltzustände zu erfassen, damit der Wirkungsgrad bei unterschiedlichen Übersetzungen erfasst wird. Da der
Wirkungsgrad insbesondere bei stufenlosen Getrieben stark abhängig vom
Schaltzustand ist und ebenso der Elektromotor unterschiedlich effizient bei unterschiedlichen Drehzahlen, Drehmomenten ist, ist die Einbindung des
Schaltzustandes für die Ermittlung eines genauen realen Wirkungsgradkennfeldes von großer Bedeutung. Der Schaltzustand kann rechnerisch aus dem Verhältnis der Fahrzeuggeschwindigkeit und der Motordrehzahl bei Antrieb durch den
Elektromotor und/oder aus dem Verhältnis der Fahrzeuggeschwindigkeit und der Trittfrequenz bei Antrieb durch den Menschen im Betrieb ermittelt werden. Dazu kann auf eine Sensorik verzichtet werden, mit der die Gangstellung ermittelt wird. Dies ist insbesondere bei stufenlosen Getrieben sinnvoll, da dort die
Übersetzungsspreizung aufgrund von Fertigungstoleranzen stark streuen kann und eine Sensorik sehr aufwändig ist. Hierzu muss nur plausibil isiert werden, ob der Eingriff durch den Menschen/Motor sicher vorliegt. Dies kann durch einen Mindestdrehmomentschwellenwert beim Motor bzw. Tretmoment sicher abgeprüft werden. Damit kann sichergestellt werden, dass ein Betriebszustand ohne
Widerstandskraft des Fahrzeuges nicht zu einer falschen Aussage führt.
Dieses Wirkungsgradkennfeld kann für Trainingszwecke (z. B. Einstellung einer Motorunterstützung bei einer Wunschgeschwindigkeit für eine Sollleistung des Menschen) verwendet werden und zu einer genauen Vorhersage der Reichweite in Abhängigkeit von der ermittelten durchschnittlichen menschlichen Leistung des Fahrers, die sich erfahrungsgemäß im Betrieb verändert.
Zudem können die Daten für Benchmarking verschiedener E-Bikes verwendet werden und beim Hersteller von E-Bikes für Optimierungszwecke verwendet werden. Diese Daten haben einen erheblichen Wert, da damit die Batteriegröße und somit der maßgebliche Kostentreiber des Fahrzeuges sowie Gewicht des Fahrzeuges optimiert werden kann.
In einer Ausführungsform führt das erfindungsgemäße Fahrzeug-Modul 40 eine Drehmoment- bzw. Leistungsberechnung des Menschen durch, bei der im laufenden Betrieb nur die Vorgabe der Trittfrequenz erforderlich ist. Dieses Verfahren ermöglicht eine Erhöhung der Genauigkeit sowie Vereinfachung des Pedalsensors bzw. nur Nutzung der Drehmomentmessung auf einer Pedalseite.
Die Genauigkeit kann dadurch erhöht werden, dass durch Filterung Störungen aus dem Sensorsignal herausgefiltert werden und ein mittlerer Offset des
Trittmomentsensors über 360° korrigiert wird bzw. der winkelabhängige Offset ermittelt und mittels einer Kompensationskurve der Offset winkelabhängig korrigiert wird. Mit diesem Verfahren kann ein sehr genauer Drehmomentsensor aus einem ungenauen Messprinzip wie z.B. Einsatz einer magnetisierten
Messwelle effektiv kompensiert werden.
Sofern keine Winkelposition des Trittpedals erfasst wird, ist ein Lernalgorithmus erforderlich, damit der Winkeloffset der richtigen Position zugeordnet ist. Dafür ist ein Tritt ins Leere ohne Gegenmoment (z.B. Antrieb nur durch den
Elektromotor) bzw. Rückwärtsdrehen des Trittpedals erforderlich. Dies kann im Betrieb gelernt werden, z.B. bei Fahrten ohne Mittreten bzw. Mittreten ohne Gegenmoment des Fahrzeuges (z.B. durch leichtes Treten um 360° beim
Ausrollen des Fahrzeuges). Die Kompensationskurve kann an die Trittfrequenz angepasst werden.
Zur Vereinfachung des Pedalsensors wird in einem ersten Verfahren die
Pedalkraft aus der Trägheitsmasse des Fahrzeuges Θ, der Winkelbeschleunigung a" und dem Quadrat der Übersetzung i2 zwischen Pedal und Antriebsrad berechnet. Dazu wird sinnvollerweise ein Beobachter eingesetzt (Kaiman-Filter), um die Messgenauigkeit zu verbessern. Diese Information kann im Wesentlichen dafür genützt werden, die Regelung bei einem Pedalsensor mit einseitiger oder keiner Drehmomentmessung zu vereinfachen. Die Information wird genutzt, um die Motorunterstützung in Abhängigkeit der Eingangskraft des Fahrers auf die Pedale zu regeln bzw. eine Regelung zu verfeinern. Damit kann der Pedalsensor deutlich kostengünstiger ausgeführt werden.
In einem zweiten Verfahren wird bei konstanter Trittfrequenz die menschliche Antriebsleistung Pmensch aus der Fahrzeuggeschwindigkeit VFZG ermittelt, wobei die oben beschriebe und ermittelte Fahrwiderstandskennlinie in Verbindung mit der Kenntnis über die elektrische Antriebskraft PMot und den Getriebewirkungsgrad c verwendet wird. Die Antriebsleistung des Menschen (ohne Berücksichtigung des Wirkungsgrades) ergibt sich aus der Subtraktion der Fahrzeugleistung PFZG und der motorischen Antriebsleistung Pmot* G. Die Antriebsleistung muss dann noch durch den Getriebewirkungsgrad c2 geteilt werden, damit die Verluste des Antriebes von Pedalen zum Hinterrad berücksichtigt werden. Dieses Verfahren ist durch entsprechende genaue Vermessung der Wirkungsgrade des Antriebes, insbesondere der Schaltverluste bei unterschiedlichen
Übersetzungen und eines genauen Verfahrens zur Berechnung der
elektromotorischen Antriebsleistung aus den Sensordaten des Elektromotors (Phasenstrom, Motordrehzahl) möglich. Da das Motordrehmoment Mmot genau aus dem Phasenstrom iPhase und der Drehmomentkonstante kt ermittelt werden kann (M , ϊ st eine genaue Vermessung der Drehmomentkonstante kt dienlich, da Fertigungstoleranzen zu einer Ungenauigkeit bis zu 10% führen. Dies kann bei der Fertigung der Elektromotoren in einem typischen End-of-Line-Test bzw. einer Auswertung der Leerlaufdrehzahl über Back EM F-Auswertung vermessen werden.
In einer erfindungsgemäßen Ausführungsform führt das Endgerät 10 eine adaptive Fitness-Level-Berechnung durch, die mittels der über das Fahrzeug- Modul 40 zur Verfügung gestellten Leistungskenndaten möglich ist. Die Daten umfassen aktuelle Betriebsdaten des Benutzers (Trittfrequenz, Drehmoment, Leistung) und auch Fahrzeugdaten (Batterieleistung, Motorleistung, etc.).
Zusätzlich werden bereits erfasste Gesundheitsdaten (Alter, Gewicht, Größe, bereits erfasste Fitness-Daten auf mobilen Endgeräten) sowie die aktuelle
Pulsfrequenz ausgewertet. Mittels der Daten kann eine Berechnung des
Fitnesslevels durchgeführt und auf dem mobilen Endgerät 10 (vgl. Fig . 5) mittels einer Anzeige 16 visualisiert werden. Auf dem Server 100 können die Daten gespeichert und ggf. auch ausgewertet werden.
Die Datenauswertung erfasst z. B. den zeitlich veränderlichen Fitnesslevel, sowie Daten zum Kalorienverbrauch, zur menschliche Leistung, Pulsfrequenz und Trittfrequenz. Hier können Durchschnittswerte sowie die zeitliche Veränderung (vgl . Fitnesslevel) angeben werden. Der Betreiber kann dann seine körperliche Belastung auf unterschiedlichen Streckenabschnitten mit unterschiedlicher Steigung, Routenoberfläche und Geschwindigkeit gut analysieren. Diese
Auswertung ist insbesondere für den Betrieb ohne elektrischen Antrieb sehr gut auswertbar und charakterisiert stark die Belastbarkeit des Menschen. Auch diese Information kann gut für den Fitness-Level und Gesundheitszustand genutzt werden. Weiterhin können die gewonnenen Informationen zur adaptiven
Routenvorhersage genutzt werden. Die Routenvorhersage kann von dem Endgerät 10 durchgeführt werden, das eine Vielzahl von Informationen erhält:
- eine GPS-Position des Fahrzeugs,
- Fahrzeugdaten vom Fahrzeug-Modul 40 (menschliche Leitung bzw.
Antriebsleistung PMensch und Batterieleistung PBat = iBat*UBat und Ladezustand SOC, Fahrzeuggeschwindigkeit VFZG) ,
- wesentliche Fahrzeugdaten (Fahrradtyp, Radprofil, aerodynamischer
Widerstand)
- Oberflächenbeschaffenheit und das Streckenprofil (Höhenunterschiede) des benutzten Weges.
Mit diesen Daten im Endgerät 10 kann eine sehr präzise Reichweitenvorhersage auf der mobilen APP berechnet werden.
Neben der genauen Reichweitenberechnung kann durch das Endgerät 10 ein Routenvorschlag gemacht werden, der die Restreichweite und ggf. vorhandene Ladestationen auf der Wegstrecke berücksichtigt. Insbesondere bei längeren Touren in den Bergen ist eine genaue Reichweitenvorhersage von großer
Bedeutung, da ein E-Bike im Betrieb insbesondere bei großen Steigungen deutlich schwergängiger zu betreiben ist als ein normales Fahrrad und daher eine genaue Prognose der Reichweite eine hohe Bedeutung hat.
Fig. 7 zeigt eine schematische Darstellung eines Tretwellensensors 200, der mit dem vorstehend beschriebenen System eingesetzt werden kann. Der
Tretwellensensor 200 kann z. B. an der Tretwelle eines Fahrrads, e-bikes oder Pedelecs angeordnet sein. Der Tretwellensensor 200 umfasst eine
Dreherfassungseinrichtung 201, z. B. einen Intertialsensor, die eine Drehung der Tretwelle 65 erfasst. Vorliegend ist die Dreherfassungseinrichtung 201 als ein Hall-Effekt-Sensor umgesetzt, der ein Rechtecksignal abgibt. Dabei sind an der Tretwelle 65 Magnete mit wechselnder Polung angeordnet. Der Hall-Sensor erfasst den Wechsel der Polung bei einer Drehung und erzeugt dabei ein
Rechtecksignal. Aus der Anzahl der steigenden und fallenden Flanken kann dann die Dauer einer einzelnen Umdrehung der Tretwelle 65 bestimmt werden, aus der sich wiederum die Drehzahl berechnen lässt.
Der Tretwellensensor 200 umfasst ferner einen Drehmomentsensor 203. Der Drehmomentsensor 203 ist dazu ausgebildet, ein Drehmoment, welches auf die Tretwelle 65 durch den Fahrer aufgebracht wird, zu erfassen.
Der Drehmomentsensor 203 kann z. B. unter Verwendung von Dehnmessstreifen umgesetzt werden. Auch können der Tretwellensensor 200 und die
Dreherfassungseinrichtung 201 durch ein einziges Bauelement umgesetzt sein.
Die Dreherfassungseinrichtung 201 und der Drehmomentsensor 203 sind in kommunikativer Verbindung mit einer integrierten Schaltung 207. Die integrierte Schaltung 207 umfasst eine Tretwellen-Recheneinheit 206 und eine Tretwellen- Kommunikationseinrichtung 202. Die Tretwellen-Recheneinheit 206 ist dazu ausgebildet, die Signale der Dreherfassungseinrichtung 201 und des
Drehmomentsensors 203 zu verarbeiten. Z. B. berechnet die Tretwellen- Recheneinheit 206 aus dem Signal der Dreherfassungseinrichtung 201 die
Drehzahl der Tretwelle 65. Ferner kann aus dem Signal des Drehmomentsensors 203 und der Dreherfassungseinrichtung 203 die Leistung bestimmt werden, die sich aus dem Produkt des Drehmoments und der Winkelgeschwindigkeit ergibt. Die gewonnenen Daten werden als Tretwellendaten 210 an die Tretwellen- Kommunikationseinrichtung 202 übermittelt.
Die Tretwellen-Kommunikationseinrichtung 202 ist für eine drahtlose
Kommunikation mit dem inneren Modul bzw. Fahrzeug- Kommunikationseinrichtung 42 ausgebildet. Vorliegend ist die Tretwellen- Kommunikationseinrichtung 202 als Bluetooth-Modul ausgebildet und sendet daher die Tretwellendaten 210 an beliebige Bluetooth-fähige Geräte. Zur
Kommunikation mit der Tretwellen-Kommunikationseinrichtung 202 ist zunächst eine Authentifizierung notwendig, um das Übertragen der Daten an nichtberechtigte Geräte zu verhindern.
Zur Versorgung des Tretwellensensors 200 mit Energie umfasst dieser einen Energiespeicher 204, der vorliegend als eine Knopfzellenbatterie ausgebildet ist. Der Energiespeicher 204 liefert eine Spannung von 3V, wobei die Spannung bei geringem Ladestand der Batterie auf ca. 2V absinken kann. Sämtliche
Komponenten 201, 202, 203, 206 des Tretwellensensors 200 sind
dementsprechend dazu ausgelegt, mit Spannungen zwischen 2V und 3V zu funktionieren.
Da es sich bei dem Tretwellensensor 200 um eine batteriebetriebenes Vorrichtung handelt, ist es Wesentlich, den Energieverbrauch zu optimieren. Hierzu umfasst der Tretwellensensor 200 einen Schalter 205. Der Schalter 205 ist vorliegend als ein einfacher Transistor ausgebildet.
Der Schalter 205 steuert die Energiezufuhr von dem Energiespeicher 204 zu dem Drehmomentsensor 203 sowie zu der Tretwellen-Recheneinheit 206 und der Tretwellen-Kommunikationseinheit 202.
Die Dreherfassungseinrichtung 201 wird ununterbrochen mit elektrischer Energie versorgt. Im Stillstand des Fahrzeugs 1, wenn sich die Tretwelle 65 nicht dreht, werden der Drehmomentsensor 203 sowie die Tretwellen-Recheneinheit 206 und die Tretwellen-Kommunikationseinrichtung 202 nicht mit elektrischer Energie versorgt.
Sobald die Dreherfassungseinrichtung 201 eine Drehung der Tretwelle 65 detektiert, wird der Schalter 205 geschaltet. Die Dreherfassungseinrichtung 201 erzeugt ein Aktivitätssignal 220, welches über den Schalter 205 abgegeben wird und zwei Zustände angibt. Einen Schlafzustand Sl und einen Aktivzustand S2. Der Schlafzustand Sl gibt an, dass die angeschlossenen Vorrichtungen 202, 203, 210 nicht mit elektrischer Energie versorgt werden. Der Aktivzustand S2 gibt an, dass die angeschlossenen Vorrichtungen 202, 203, 206 mit elektrischer Energie versorgt werden. Wenn die Dreherfassungseinrichtung 201 eine Drehung der Tretwelle 65 detektiert, dann wird von dem Schlafzustand Sl in den Aktivzustand S2 geschaltet.
Durch die beschriebene Steuerung verbrauchen die Tretwellen- Kommunikationseinrichtung 202, die Tretwellen-Recheneinheit 206 und der Drehmomentsensor 203 nur dann Energie, wenn eine Messung sinnvoll ist, d.h. wenn sich die Tretwelle bewegt. Somit wird der Energieverbrauch optimiert. Zum Setzen des Aktivitätssignals 220 vom Aktivzustand S2 in den Schlafzustand Sl, ist ein Zeitgeber vorgesehen. Nach Ablauf einer vorherbestimmten Zeit, z. B. 1 Minute, in der keine Drehung der Tretwelle 65 durch die
Dreherfassungseinrichtung 201 festgestellt wird, wird das Aktivitätssignal 220 durch den Schalter 205 in den Schlafzustand Sl gesetzt, sodass die Tretwellen- Kommunikationseinrichtung 202, die Tretwellen-Recheneinheit 206 und der Drehmomentsensor 203 nicht mit elektrischer Energie versorgt werden, wodurch der Energiespeicher 204 geschont wird.
Fig. 8 ist eine Darstellung des Aktivitätssignals 220. Aus der Figur 8 ergibt sich, dass die Dauer des Aktivzustands S2 wesentlich kürzer ist, als die Dauer des Schlafzustands Sl. Es wird also deutlich, dass nur während einer kurzen Dauer, alle Komponenten mit elektrischer Energie versorgt werden müssen.
In einem weiteren Ausführungsbeispiel werden die Daten des
Drehmomentsensors 203 und der Dreherfassungseinrichtung 201 von der
Tretwellen-Recheneinheit 206 für eine vorherbestimmte Zeitdauer, z. B. 10 Sekunden, kumulativ gespeichert. Erst nach Ablauf der vorherbestimmten
Zeitdauer wird die Tretwellen-Kommunikationseinrichtung 202 aktiviert, d.h. mit elektrischer Energie versorgt, und die gesammelten Daten werden zusammen übertragen. Dadurch kann der Energieverbrauch weiter gesenkt werden.
Fig. 9 zeigt eine Darstellung eines Drehsignals. Wie aus Fig. 9 hervorgeht, ist das Drehsignal ein Rechtecksignal, welches durch einen Hall-Sensor erzeugt wurde. Zur Bestimmung der Drehzahl des Tretwelle 65 werden die Zeitabstände Tl, T2 zwischen zwei aufeinanderfolgenden steigenden Flanken gemessen. Die Anzahl der pro Umdrehung der Tretwelle 65 auftretenden steigenden Flanken wird durch die verbaute Hardware als bekannt vorausgesetzt. Die Drehzahl ergibt sich daher aus:
60
Drehzahl
irn i gemessene Zeit [sec] * Anzahl Flanken pro Umdrehung
Fig. 10 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel zur Messung des Drehmoments. In dem Ausführungsbeispiel der Fig. 10 wird das Drehmoment zyklisch gemessen. Die Messung des Drehmoments erfolgt daher auch bei bestehender Energieversorgung nicht ununterbrochen, sondern nur in diskreten Zeitabständen. Fig. 10 zeigt exemplarisch eine Drehmomentmessung und das Versenden der gemessenen Tretwellendaten 220. Während der Zeitdauer T3 wird das aktuell auf die Tretwelle 65 aufgebrachte Drehmoment gemessen. Während der Zeitdauer T4 werden die Tretwellendaten 220 von der Tretwellen-Kommunikationseinrichtung 202 versendet. Wie aus der Fig. 10 hervorgehet, ist das Senden der
Tretwellendaten 220 der Drehmomentmessung zeitlich nachgelagert. Somit kann eine weitere Optimierung des Energieverbrauchs durchgeführt werden.
Während der Zeitdauer T3 wird nur der Drehmomentsensor 203 mit elektrischer Energie versorgt. Während der Zeitdauer T4 wird der Drehmomentsensor 203 nicht weiter mit elektrischer Energie versorgt. Stattdessen wird die Tretwellen- Kommunikationseinrichtung 202 zur Versenden der Tretwellendaten 220 mit elektrischer Energie versorgt.
Um dem Benutzer des Tretwellensensors 200 immer aktuelle Tretwellendaten 220 bereitstellen zu können wird ein kleines Intervall zur zyklischen Messung des Drehmoments gewählt. Z. B. wird die Messung alle 100ms ausgeführt.
Die Fig. 11 verdeutlicht noch einmal die Zustände, die das beschriebene System einnehmen kann. In einem Ausführungsbeispiel beginnt das System im Aus- Zustand ZI, der angibt, dass lediglich eine Dreherfassungseinrichtung 201, also z. B. ein Intertialsensor, mit Energie versorgt wird. Die Übergangsbedingung Cl gibt an, dass von dem Aus-Zustand ZI in den Schlaf-Zustand Z2 gewechselt wird, wenn eine Bewegung des Fahrzeugs 1 durch die Dreherfassungseinrichtung 201 erfasst wird.
Im Schlaf-Zustand Z2 wir die Tretwellen-Recheneinheit 206 in einem Schlafmodus mit Energie versorgt. Der Schlafmodus der Tretwellen-Recheneinheit 206 zeichnet sich dadurch aus, dass keine Berechnungen durchgeführt und dass keine
Kommunikation mit anderen Geräten stattfindet.
Die Übergangsbedingung C2 gibt an, dass von dem Schlaf-Zustand Z2 in den Aus- Zustand ZI gewechselt wird, wenn für eine vorbestimmte Zeit, z. B. 1 Sek., keine Bewegung des Fahrzeugs 1 durch die Dreherfassungseinrichtung 201, bzw. einen Intertialsensor, festgestellt worden ist.
Von dem Schlaf-Zustand Z2 wird in einen Aktiv-Zustand Z3 gewechselt, wenn die Übergangsbedingung C3 erfüllt ist. Die Übergangsbedingung C3 ist dann erfüllt, wenn eine Flanke der Dreherfassungseinrichtung 201 festgestellt wird. Im Aktiv- Zustand Z3 wird die Tretwellen-Recheneinheit 206 voll mit Energie versorgt und es wird eine Berechnung bzw. Messung der aktuellen Drehzahl und/oder des aktuellen Drehmoments durch die Tretwellen-Recheneinheit 206 ausgeführt. Die Übergangsbedingung C4 ist erfüllt, wenn die Berechnung der aktuellen Drehzahl bzw. des aktuellen Drehmoments durch die Tretwellen-Recheneinheit 206 abgeschlossen ist. Dann wird wieder von dem Aktiv-Zustand Z3 in den Schlaf- Zustand Z2 gewechselt.
Zum Versende bzw. Bereitstellen der berechneten Tretwellendaten 210 wird zyklisch in einem vorbestimmen Zeitintervall, z. B. alle 100ms, von dem Schlaf- Zustand Z2 in einen Bereitstellen-Zustand Z4 gewechselt. Die
Übergangsbedingung C5 ist also zeitgesteuert und genau dann erfüllt, wenn das vorbestimmte Zeitintervall abgelaufen ist.
Im Bereitstellen-Zustand Z4 sind sämtliche Komponenten des Systems mit Energie versorgt. Es wird also insbesondere auch die Tretwellen- Kommunikationseinrichtung 202 zum Versenden der berechneten Drehmomente und Drehzahlen als Tretwellendaten 210 mit Energie versorgt. Wenn die
Tretwellendaten 210 erfolgreich versendet sind, ist die Übergangsbedingung C6 erfüllt und es wird von dem Bereitstellen-Zustand Z4 in den Schlaf-Zustand Z2 gewechselt.
Die Fig. 12 zeigt ein reduziertes Zustandsdiagramm, welches die Bereitstellung der Drehmomente bzw. Drehzahlen in einem weiteren Ausführungsbeispiel zeigt. Der Aus-Zustand ZI, die Übergangsbedingungen Cl, C2, C5 und der Schlaf- Zustand Z2 entsprechen den korrespondierenden Zuständen bzw.
Übergangsbedingungen der Fig. 11.
Im Aktiv-Zustand Ζ4λ werden sämtliche Komponenten des Systems voll mit Energie versorgt. Die Berechnung der aktuellen Drehzahl bzw. des aktuellen Drehmoments wird in dem Ausführungsbeispiel der Fig. 12 im Zustand Ζ4λ ausgeführt. Das berechnete Drehmoment und/oder die berechnete Drehzahl kann bzw. können als Tretwellendaten 210 per drahtloser Kommunikation oder über einen CAN-Bus versendet werden. Wenn die Tretwellendaten 210 berechnet und versendet sind, ist die Bedingung C6' erfüllt und es wird von dem Aktiv-Zustand Z4' in den Schlaf-Zustand Z2 gewechselt.
Bezugszeichenliste:
1 Fahrrad
2 Hinterrad
10 Endgerät
14 Anwendung (App)
16 Anzeige
20 Pulssensor
40 Fahrzeug-Modul
41 Bluetooth-Einrichtung
42 CAN-Bus-Schnittstelle
43 Analog-Digital-Wandler
44 Speicher
45 Recheneinheit
60 Antrieb
61 Fahrzeugbus
62 Steuerung (ECU)
63 Batterie
64 Schaltgetriebe
65 Tretwelle (TW)
66 Getriebewelle
67,67', 67" Getriebe
68 Elektromotor
69 Tretwellensensor
100 Server
200 Tretwellensensor
201 Dreherfassungseinrichtung
202 Tretwellen-Kommunikationseinrichtung
203 Drehmomentsensor
204, 303 Energiespeicher 205 Schalter/Transistor
206 Tretwellen-Recheneinheit
207 Integrierte Schaltung
210 Tretwellendaten
220 Aktivitätssignal
230 Drehsignal
231 steigende Flanke
232 fallende Flanke
Sl Schlafzustand
S2 Aktivzustand
Tl, T2, T3, T4 Zeitdauer
Z1-Z4, Ζ4λ Zustand
C1-C6,C Übergangsbedingung

Claims

Ansprüche
System zur Anzeige mindestens eines Leistungskennwertes, umfassend :
- ein Fahrzeug (1), insbesondere Fahrrad, Folgendes aufweisend :
o eine Vielzahl von Fahrzeugkomponenten, z. B. einen Elektromotor (68) oder einen Tretwellensensor (67), die jeweils dazu ausgebildet sind, Sensordaten zu erfassen und diese, beispielsweise über einen Bus (61), bereitzustellen;
o ein Fahrzeug-Modul (40), Folgendes aufweisend :
■ eine Speichereinrichtung (44) zum Speichern von
Sensordaten;
■ eine innere Modul-Kommunikationseinrichtung (42), die dazu ausgebildet ist, die Sensordaten zumindest einiger der Vielzahl von Fahrzeugkomponenten, insbesondere über den Bus zu erfassen und in der Speichereinrichtung (44) zu speichern;
■ eine Recheneinheit (45), die dazu ausgebildet ist, unter Verwendung zumindest einiger der gespeicherten
Sensordaten (44) mindestens einen Leistungskennwert des Fahrzeugs zu berechnen;
■ eine, insbesondere zur drahtlosen Kommunikation
ausgebildete, äußere Fahrzeug- Kommunikationseinrichtung (41);
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, d a s s
- das Fahrzeug-Modul (40) dazu ausgebildet ist, zumindest den
Leistungskennwert unter Verwendung der äußeren Fahrzeug- Kommunikationseinrichtung an ein mobiles Endgerät (10) zu
übertragen.
System nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, dass
zumindest einige der Vielzahl von Komponenten über einen/den Bus (61), insbesondere einen CAN-BUS, mit einer Steuerung (62) kommunizieren, wobei die innere Kommunikationseinrichtung (42) kommunikativ mit dem Bus (61) verbunden ist.
System nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass das Fahrzeug (1) einen Rahmen mit einem Hohlraum umfasst und das Fahrzeug-Modul (40) zumindest teilweise in dem Hohlraum angeordnet ist; und/oder
das Fahrzeug-Modul (40) in einem wasserdichten Gehäuse angeordnet ist.
4. System nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Recheneinheit (45) dazu ausgebildet ist,
a) aus den gespeicherten Sensordaten Durchschnittswerte zu berechnen und diese in der Speichereinrichtung (44) zu speichern und/oder b) zu mindestens einige der Sensordaten über einen vorgegebenen
Zeitraum in Verbindung mit Zeitangaben zu speichern.
5. System nach einem der vorhergehenden Ansprüche, insbesondere nach Anspruch 4,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Sensordaten
- eine (momentane) über Pedale erbrachte Antriebsleistung PMensch,
- eine (momentane) Geschwindigkeit VFZG und/oder
- einen (momentanen) Batterieleistung Pbat oder Ladezustand der Batterie (63), insbesondere von Batteriezellen,
umfassen, und
wobei die Recheneinheit (45) dazu ausgebildet ist, auf Grundlage einer errechneten Durchschnittsgeschwindigkeit, der Batterieleistung, des Ladezustands der Batterie (63) und/oder einer errechneten
durchschnittlichen über Pedale erbrachte Antriebsleistung PMensch eine Reichweite des Fahrzeugs (1) zu ermitteln.
6. System nach einem der vorhergehenden Ansprüche, insbesondere nach Anspruch 5
dadurch gekennzeichnet, dass
die Sensordaten umfassen :
- eine Motordrehzahl und/oder
- ein Trittfrequenz, mit der die Pedal betätigt werden, und/oder
- eine Fahrzeuggeschwindigkeit,
wobei die Recheneinheit (45) dazu ausgebildet ist, auf Grundlage a) der Fahrzeuggeschwindigkeit und der Motordrehzahl, insbesondere eines Verhältnisses der Fahrzeuggeschwindigkeit zur Motordrehzahl, und/oder
b) der Fahrzeuggeschwindigkeit und der Trittfrequenz, insbesondere eines Verhältnisses der Fahrzeuggeschwindigkeit zur Trittfrequenz,
einen Schaltzustand eines Getriebes zu berechnen.
7. System nach einem der vorhergehenden Ansprüche, insbesondere nach Anspruch 4,
gekennzeichnet durch :
- einen Trittfrequenz-Sensor zur Erfassung einer Trittfrequenz bzw. einer Trittdrehzahl, mit Pedale betätigt werden,
- einen Trittdrehmoment-Sensor zur Erfassung eines Trittdrehmoments, mit dem Pedale betätigt werden,
wobei die Recheneinheit (45) dazu ausgebildet ist, auf Grundlage des Trittdrehmoments und des Trittdrehmoments einen Leistungskennwert, nämlich eine menschliche Leistung zu berechnen, wobei vorzugsweise durch eine Signalfilterung und eine Offset-Fehlerkorrektur, insbesondere winkelabhängige Offset-Korrektur, ein Drehmomentverlauf berechnet wird.
8. System nach einem der vorhergehenden Ansprüche, insbesondere nach Anspruch 5 oder 6,
dadurch gekennzeichnet, dass
das Fahrzeug-Modul (40) eine Positionsbestimmungseinrichtung zur Bestimmung einer Position des Fahrzeugs (1) aufweist, wobei die
Fahrzeug-Recheneinheit (45) dazu ausgebildet ist,
- auf Grundlage einer bestimmten Position des Fahrzeugs und einer
Zielposition eine Fahrroute zu ermitteln; und
- die Ermittlung der Reichweite des Fahrzeugs (1) unter Verwendung von topografischen Informationen der Fahrroute durchzuführen.
9. Verfahren zur Berechnung mindestens eines Leistungskennwertes eines Fahrzeugs, folgende Schritte aufweisend :
- Erfassen von Sensordaten durch eine Vielzahl von Komponenten des Fahrzeugs (1);
- Speichern der Sensordaten in einer Speichereinrichtung (44); - Berechnen, durch ein Fahrzeug-Modul (40), zumindest eines
Leistungskennwertes unter Verwendung der gespeicherten
Sensordaten;
- Senden der Sensordaten durch das Fahrzeug-Modul (40) und
Empfangen der des Leistungskennwertes auf einem mobilen Endgerät (10);
- Anzeigen des Leistungskennwertes auf dem mobilen Endgerät (10).
10. Verfahren nach Anspruch 9,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Sensordaten
- eine über Pedale erbrachte Antriebsleistunq r Mensch,
- eine Geschwindigkeit VFZG des Fahrzeugs (1) und/oder
eine Batterieleistung Pbat oder einen Ladezustand der Batterie
(63)umfassen, und wobei das Berechnen mindestens eines
Leistungskennwertes das Berechnen einer Reichweite des Fahrzeugs (1) auf Grundlage einer errechneten Durchschnittsgeschwindigkeit, der Batterieleistung Pbat und/oder dem Ladezustand der Batterie (63) und einer errechneten durchschnittlichen erbrachte Antriebsleistung umfasst.
11. Verfahren nach einem der Ansprüche 9 oder 10,
dadurch gekennzeichnet, dass
das Verfahren ein Speichern eines Geschwindigkeitsverlaufs des Fahrzeugs umfasst, und die Berechnung des Leistungskennwerts umfasst:
- unter Verwendung des Geschwindigkeitsverlaufs des Fahrzeugs
o der Rollwiderstand und
o der Strömungswiderstandskoeffizient
zu berechnen und
- auf Grundlage des berechneten Rollwiderstands und des
Strömungswiderstandskoeffizienten den Gesamtfahrzeugwiderstand zu berechnen.
12. Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 11, insbesondere nach
Anspruch 11,
dadurch gekennzeichnet, dass
zur Effizienzberechnung des Fahrzeuges die Sensordaten im realen Betrieb gespeichert werden, insbesondere die Batterieleistung Pbat, die Fahrzeuggeschwindigkeit vFZG, Gesamtfahrzeugwiderstand und/oder ein berechneter Schaltzustand, wobei vorzugsweise zusätzlich Daten gespeicherte werden die eine Beschaffenheit einer befahrenen Oberfläche und/oder eine Steigung angeben.
13. Computer-lesbares Speichermedium, welches Instruktionen enthält, die mindestens einen Prozessor dazu veranlassen ein Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 12 zu implementieren, wenn die Instruktionen durch den Prozessor ausgeführt werden.
14. Fahrzeug-Modul zur Verwendung in einem Fahrzeug (1), insbesondere in einem System nach einem der Ansprüche 1 bis 8, Folgendes aufweisend :
- eine Speichereinrichtung (44) zum Speichern von Sensordaten;
- eine innere-Fahrzeug-Kommunikationseinrichtung (42), die dazu
ausgebildet ist, Sensordaten, insbesondere über einen BUS, zu empfangen und in der Speichereinrichtung (44) zu speichern;
- eine Recheneinheit (45), die dazu ausgebildet ist, unter Verwendung der gespeicherten Sensordaten mindestens einen Leistungskennwert des Fahrzeugs (1) zu berechnen;
- eine, insbesondere zur drahtlosen Kommunikation ausgebildete, äußere Fahrzeug -Kommunikationseinrichtung (41);
dadurch gekennzeichnet, dass
das Fahrzeug-Modul (40) dazu ausgebildet ist, die gespeicherten
Sensordaten und den Leistungskennwert unter Verwendung der äußeren- Fahrzeug-Kommunikationseinrichtung (41) an ein mobiles Endgerät (10) zu kommunizieren.
15. Fahrzeug-Modul nach Anspruch 14,
dadurch gekennzeichnet, dass
das Fahrzeug Modul (40) einen Analog-Digital-Wandler zur Bestimmung von Sensordaten umfasst.
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