TW202234066A

TW202234066A - 確定用於判定車輛速度之數據的裝置、評估裝置及為此目的之方法

Info

Publication number: TW202234066A
Application number: TW110148037A
Authority: TW
Inventors: 喬治加內恩; 克里斯坦貝克爾
Original assignee: 德商ＫＷＨ週期運動銷售股份有限公司
Priority date: 2020-12-23
Filing date: 2021-12-22
Publication date: 2022-09-01
Also published as: EP4019980C0; HUE064551T2; EP4019980A1; HRP20231607T1; PL4019980T3; US20240110937A1; WO2022135978A1; CN116829960A; CN116829960A8; CA3203094A1; EP4019980B1; JP2024503258A; ES2968929T3

Abstract

本發明關於一種確定用於判定車輛速度之數據的裝置，所述車輛具有磁體，所述磁體可附接於車輪並在所述車輪旋轉時執行圓周運動。此外，提供感測器單元用以記錄由所述磁體的所述圓周運動所造成的訊號。感測器單元具有用於測量定量磁場強度變化的至少一個感測器。在此情況下，所述感測器被配置以在至少200 Hz的採樣頻率對磁場強度變化採樣。另外，本發明關於一種確定用於判定車輛速度之數據的方法。

Description

確定用於判定車輛速度之數據的裝置、評估裝置及為此目的之方法

本發明關於一種確定用於判定車輛速度之數據的裝置，該車輛例如自行車。為此目的提供磁體，該磁體可附接於該車輛的車輪上，並在該車輪旋轉期間執行圓周運動。此外，該裝置具有感測器單元，該感測器單元用於記錄由該磁體的圓周運動所造成的訊號。此感測器單元可被固定至該車輛的組件上，當該磁體被固定在該車輪且該車輪開始旋轉時，會移動經過該組件。

此外，本發明關於一種判定車輛速度的評估裝置以及為此目的的方法。

通用裝置可特別是在上下文中用於自行車的速度感測器的裝置。為此目的，將磁體附接於自行車的車輪。這特別是藉由附接至其中一個輪幅來進行。此外，提供可固定在自行車之框架上的感測器單元。在此情況下選擇磁體在車輪轉動期間經過的一個點。傳統的感測器單元通常具有簧片觸點。在車輪轉動的期間，磁體被引導通過簧片觸點，藉此閉合簧片觸點，從而使電路短暫閉合。因而產生電脈衝。藉由測量多個脈衝之間的時距，可確定車輪每個轉動的時間

單位。若車輪的圓周

也為已知，可基於這些數據計算速度：

其中，

為經確定的速度，

為車輪的圓周，以及

為兩個脈衝之間的時距。

簧片觸點典型經由二線式線路連接至評估裝置，評估裝置執行此評估，並在例如速度計上顯示速度或經由無線電傳輸訊號。

隨著電動自行車（E-bikes）越來越受歡迎，自行車測速的操控保護也越來越重要。

根據德國道路交通法，例如，移動的馬達至多只能以25公里/小時的速度進行輔助。若使用電動自行車，可提供此輔助達至45公里/小時。

為了繞過這些法律規定，已知如何操控速度測量的各種方法。一種可能性是將假脈衝發送到簧片觸點下游的電路，從而可向控制器建議較低的速度，使兩個脈衝之間的時距增加。然後完全抑制簧片觸點的訊號。

另外，也已知將其他裝置放置在簧片觸點前方，因此在感測器單元處，該裝置介於簧片處點與磁體之間。這些裝置將磁場屏蔽或是將磁體完全移除。通過附加裝置在每隔一段時間向簧片觸點施加磁場，而使觸點閉合。這導致了在下游評估中對應的脈衝被產生及評估。然而，由於簧片處點的閉合不再與真實相關，速度也可以在此任意設定。

EP 3435094與JP 2014160009描述了使用感測器操作的通用速度計。在脈衝基礎上操作的其他速度計描述於US 9267800 B2、US 4967153 A以及EP 2073022 B1中。

因此，本發明基於指定一種確定用於判定車輛速度之數據的裝置與方法之目的，該裝置與方法更安全地免受操控。

根據本發明，此目的藉由根據具有如請求項1之特徵的裝置與具有如請求項9之特徵的方法達成。

此外，進一步有利的實施例在附屬項、說明書以及圖式及其說明中詳細說明。

根據請求項1，提供的是感測器單元具有用於測量定量磁場強度變化的至少一個感測器，且該感測器被配置以在至少200 Hz的採樣頻率對磁場強度變化採樣。

本發明是基於提供不同於簧片感測器之感測器的基本概念，該簧片感測器僅指示磁場的存在或不存在。根據本發明，提供至少一個感測器，該感測器能確定並傳遞磁場的定量變化或磁場強度。連同至少200 Hz的採樣頻率，由此可記錄磁體在隨著車輪轉動之一次通過期間的多個採樣值。

此提供了優於傳統系統的優勢，即磁場變化的輪廓或軌跡也被採樣並由此被記錄。若評估此輪廓，大量的前述操控可由此被檢測並因此被抑制。

據此，提供至少兩個感測器用以測量定量磁場強度變化。當感測器被附接至車輪時，這些感測器被排列在磁體的圓周運動的方向上。換句話說，這種感測器以所述方式的排列使磁體先被導引經過一個感測器，隨後經過另一個感測器。當然，這也可以使用多個感測器來進行。

理想地，感測器彼此鄰近地排列配置，以使磁體的磁場可由多個感測器同時測量。然後感測器不能彼此獨立地受影響，並由此受到操控。

由於用於定量記錄磁場強度變化的感測器數量增加，可供應以評估之與磁體運動相關的可用訊息增加。另一方面，來自不同感測器的記錄數據可相互比較，此反過來有助於操控的識別。若感測器的測量區域重疊，附加的操控單元將不僅對一個感測器發出訊號，也將對其他感測器發出訊號，使得來自多個感測器的訊號組合彼此不匹配。

原則上各種感測器可被用於測量定量磁場強度變化。在此目的中較佳為使用霍爾感測器。霍爾感測器可基於半導體及/或積體電路建構，使得他們非常緊密且佔用空間小。此提供了優點，即例如兩個或四個霍爾感測器可被容納於感測器殼體中，該感測器殼體的尺寸僅有幾毫米或幾厘米。然而，原則上，其他能夠以所需的採樣頻率對磁場變化進行相應的定量評估之感測器也可用於此目的。於此目的重要的是，在磁體經過的期間可記錄多個採樣值，這些採樣值具有足夠精確的分辨率來確定磁場變化。為此目的，建立磁場是否存在是不足的，而是要建立相對磁場的增加或減少。

根據本發明的裝置可用在用於判定車輛速度的評估裝置中，該車輛特別是自行車。為此目的，該評估裝置額外地具有用於判定車輛速度的評估單元。

評估單元被提供以分析數據，該數據藉助於根據根據本發明的裝置在定量磁場強度變化上相應地被確定，從而指出車輛的行程速度。

為此目的，評估單元可評估(例如)磁場強度變化的持續時間來判定速度。為此目的較佳的是，存在高於閾值的持續時間被用於判定速度。換句話說，確定磁體經過感測器的所需時間。經過被理解為，磁體藉由車輪的旋轉引導經過感測器。磁體的旋轉速度可經由持續時間被判定。該速度可與已知車輪的圓周結合，從而確定速度。

若磁體沿著感測器的磁體路徑的行程

在一段時間

(基於測量值的判定)內產生高於閾值的測量值，從而可將速度

計算如下：

其中，

為磁體路徑的圓周，以及

為車輪的圓周。這些變量作為參數指定給系統。

也有可能的是，評估單元被設計以評估磁場強度變化的時序重複率來確定車輛速度。由於在此確定了旋轉速度，這種評估實質上等同於已知用於簧片觸點的評估。在此情況下也有可能基於這些數據與車輪的圓周結合來確定車輛的行程速度。

若轉動的持續時間以

判定，速度

計算如下：

在另一實施例中，評估單元可被設計以確定相鄰的感測器之訊號的時距

，以測量定量磁場量度來判定車輛速度。也適於此目的的是，確定此距離以用於設置磁場強度的閾值。基於兩個感測器彼此之間空間距離

的知識，從而可確定車輪的行程速度。此處也可結合已知的車輪的圓周

與磁體路徑的圓周

來計算速度。

其中，

為磁體路徑的圓周，以及

為車輪的圓周。這些變量作為參數指定給系統。須注意的是，也檢測車輪在相反方向上的旋轉，並以

標示。

原則上，也可以在評估單元中提供所述方法的組合，以進一步使操控更加困難。

進一步用於識別操控的可能性為，若評估單元被設計以藉助於預定目標輪廓比較磁場強度變化的輪廓。在第一近似值中，目標輪廓對應於函數：

此函數如圖4所示，其中磁場強度為a=1與v=1。

在此情況下，

表示振幅，且

表示磁體速度。隨後參數

與

被判定，使得測量值

與

之間的均方距離

最小化。由此可在基於均方距離

的維度上建立，例如，不存在磁體，而是存在藉助於電磁體來主動產生磁訊號的操控單元。隨後可藉由對磁場強度變化的輪廓的分析來識別，磁場強度變化的輪廓不是由被引導通過的磁體產生，而是以另一種方式產生的磁場。

為了進一步增加安全性以免受操控，在用於確定數據的裝置與評估裝置之間的數據傳輸被設計為安全的，特別是加密的。附加地或可選地，評估裝置可被配置以安全，特別是加密的方式執行數據傳輸至下游處理單元。這種實施例確保了在訊號或數據傳輸期間，無法隨後進行操控。簡易數位加密等將呈現為用於此目的的加密中。

此外，本發明關於用於判定車輛速度以確定數據的方法，車輛特別是自行車，其中，磁體附接於車輛的車輪上，已在車輪旋轉期間執行圓周運動。此外，用於記錄由磁體的圓周運動所造成之訊號的感測器單元固定在磁體移動時所經過之車輛的組件中或組件上。此導致了當車輪旋轉時，磁體被引導通過感測器單元，並由此產生訊號。感測器單元在此被以這種方式設計，以執行磁場強度變化的定量測量，其中該測量是以至少200 Hz的採樣頻率進行。

於此目的重要的是，與僅能執行磁場離散測量的已知霍爾感測器不同，並使用執行磁場強度變化之定量測量的感測器單元。

在本發明的範疇中，這特別被理解為具體地確定磁場的強度，其中對於本發明來說，若確定該強度的變化就足夠了。於此目的而言，僅有存在/不存在是不足夠的。必須要有此強度或變化的定量規範。

為了判定車輛速度，磁場強度變化的持續時間，特別是存在高於閾值的持續時間可以被評估。換句話說，分析磁場強度變化之振幅的寬度。可經由磁體的轉動速度與磁體路徑之圓周的知識，確定車輪的旋轉速度。基於這些資訊，由此可結合已知的車輪圓周計算速度。

可選地或附加地，若感測器單元在至少兩個相鄰的位置處進行磁場強度變化的定量測量，該至少兩個相鄰的位置在磁體的圓周運動的方向上排列，這些定量測量的時距可被用於評估。在此情況下也可以確定的車輪的圓周速度，並基於該圓周計算速度。

另一種可能性是評估磁場強度變化的時間重複率以確定速度。這種計算與在速度測量期間藉助簧片感測器進行的已知計算相似。

為了識別操控，可進一步分析磁場強度變化的輪廓。為此目的可進行分析，例如，與目標輪廓進行比較。也可分析磁場強度變化的斜率、其最大值，或磁場的最大值及其整個輪廓形狀。例如，若存在銳緣，由此可假設訊號不是源自於旋轉磁體。

根據本發明之裝置的基本功能原理在下文中藉助於圖1說明。

顯示了車輪20，其中磁體26固定於其上。此車輪20是車輛的部分，該車輛在方向22上移動。

在方向22上的移動導致磁體26圍繞車輪20的中心點執行圓周運動27。根據本發明，例如，三個感測器12、13、14被排列在此圓周運動27的路徑上。此排列使得磁體26在圓周運動27的期間依序移動通過感測器12、13、14。在磁體26運動經過的期間，磁體26的磁場可被多個感測器同時測量。例如，感測器12、13、14可為霍爾感測器，霍爾感測器可建立磁場強度或磁場變化。

經由感測器12、13、14確定關於磁場的數據在圖2中藉由例示性簡化的形式示出，其在磁體26被引導經過感測器12、13、14時被確定。

通過感測器12、13、14確定的關於磁場的數據在圖2中通過示例以簡化形式示出，當磁體26被引導經過感測器12、13、14時確定這些數據。

在此情況下，各別的磁場強度被繪製在縱坐標上，而橫坐標代表時間曲線。

三個曲線k ₁、k ₂、k ₃的輪廓示於圖2中，其分別源自感測器12、13、14。正好可以看出，由於根據本發明的高採樣頻率，每條曲線k ₁、k ₂、k ₃都顯示了磁場強度的精確分佈及其變化。

根據本發明，這些數據可被不同地評估以計算旋轉速度，並由此經由已知的車輪20的圓周，也計算出車輛速度。

一種可能性是使用曲線k ₁超過某些閾值h _s之時序延伸Δ4來確定磁體的旋轉速度或圓周速度。此時序延伸Δ4隨著磁體被導引經過相對應之感測器12的速度變化。換句話說，可確定磁體26本身的速度。若此不僅執行於曲線k ₁，而也執行於曲線k ₂及k ₃，由於更多數據可被用於相同的評估，可使操控最小化。也可使用各種閾值的數據。

另一種可能性是評估曲線k ₁、k ₂、k ₃在某些點的時距Δ1、Δ2。也可經由此計算車輪20上之磁體26的速度。

在另一實施例中，可在相同曲線k ₁的兩個最大值之間確定時距Δ3。由此，可判定使得磁體26在被引導一次再經過相同感測器12所需的時間。通過此時間，亦可能與已知車輪20圓周結合來確定速度。

當然，也可進行本文所描述之評估的組合。此較佳於提升操控保護。

建立操控的另一可能性為，例如，也評估曲線輪廓本身。曲線輪廓的連續性、各別的斜率、各種曲線k ₁、k ₂、k ₃的斜率彼此比較，或是與理想的目標曲線值的比較。

於此方式，可識別出許多(例如)使用電磁鐵取代磁體26或使用其他人工磁場的操控。

根據本發明之感測器單元非常簡化的表示將在下文中參照圖3說明。

顯示於此的感測器單元10具有兩個感測器12及13，具有兩個A/D轉換器41及42的微處理器40排列在感測器單元10的中央。這些轉換器41及42被用來使來自兩個感測器12、13的訊號數位化，兩個感測器12、13被設計為霍爾感測器。此外，微處理器40具有耦合到相對應之介面51的輸入與輸出46。介面51被連接到二線式線路54，二線式線路54一方面用於供電，另一方面也用於感測器單元10的訊號傳輸。

另一方面，上述用於速度的評估也可使用微處理器40進行。然而，另一方面，也可能僅將數據數位化，以某些方式處理經數位化的數據，並將經數位化的數據經由輸入與輸出46、介面51及二線式線路54傳輸至下游評估單元。

為進一步保護此數據傳輸，經由二線式線路54所進行的傳輸可提供為例如，以加密的方式傳輸或以另一種方式編碼，使得訊號不能在線路本身上交換。

因此可使用根據本發明的確定用於判定車輛速度的裝置及方法來確定這些數據，使得可基本上排除操控。

10:感測器單元 12、13、14:感測器 20:車輪 22:方向 26:磁體 27:圓周運動 40:微處理器 41、42:轉換器 46:輸入與輸出 51:介面 54:二線式線路

在下文中將基於例示性實施例和示意圖更詳細地解釋本發明。在這些圖式中：圖1顯示出基本功能原理的示意圖；圖2顯示出磁場變化的例示性訊號輪廓；圖3顯示出根據本發明之裝置的感測器單元的簡化結構，以及圖4顯示出磁場強度的預期曲線形狀。

12、13、14:感測器

20:車輪

22:方向

26:磁體

27:圓周運動

Claims

一種確定用於判定車輛速度之數據的裝置，所述車輛特別是自行車，所述裝置具有：磁體（26），其可附接於車輪（20），並在所述車輪（20）旋轉時進行圓周運動；以及感測器單元（10），其用於記錄由所述磁體（26）的所述圓周運動所造成的訊號，其中，所述感測器單元（10）可固定在所述車輛的組件上，所述磁體（26）在固定在所述車輪（20）的狀態下移動經過所述組件，其中，所述感測器單元（10）具有用於測量定量磁場強度變化的至少一個感測器（12、13、14），其中，所述感測器（12、13、14）被配置以在至少200 Hz的採樣頻率對磁場強度變化採樣，其中，至少兩個所述感測器（12、13、14）被提供用以測量定量磁場強度變化，且其中，當所述磁體（26）附接於所述車輪（20）時，用於測量定量磁場強度變化的至少兩個所述感測器（12、13、14）被排列在所述磁體（26）的所述圓周運動的方向（22）上。
如請求項1所述之裝置，其中，用於測量定量磁場強度變化的所述感測器（12、13、14）為霍爾感測器。
一種用於判定車輛速度的評估裝置，所述車輛特別是自行車，所述評估裝置藉助於如請求項1或2所述之裝置，並具有用以基於定量磁場強度變化的曲線（k ₁、k ₂、k ₃）確定所述車輛速度的評估單元。
如請求項3所述之評估裝置，其中，所述評估單元被設計以分析磁場強度變化的持續時間Δ4，特別是存在高於閾值（h _s）的持續時間，以確定所述車輛速度。
如請求項3或4所述之評估裝置，其中，所述評估單元被設計以分析兩個相鄰的所述感測器之數據的時距Δ1、Δ2來測量定量磁場強度變化，以確定所述車輛速度。
如請求項3至5中任一項所述之評估裝置，其中，所述評估單元被設計以計算磁場強度變化的時序重複率，以確定所述車輛速度。
如請求項3至6中任一項所述之評估裝置，其中，所述評估單元被設計以藉助於預定目標輪廓比較磁場強度變化的所述曲線（k ₁、k ₂、k ₃）。
如請求項3至7中任一項所述之評估裝置，其中，在用於確定所述數據的所述裝置與所述評估裝置之間的數據傳輸被設計為安全的，特別是加密的，且其中，所述評估裝置被配置以安全，特別是加密的方式執行數據傳輸至下游處理單元。
一種確定用於判定車輛速度之數據的方法，所述車輛特別是自行車，所述方法是將磁體（26）附接於車輪（20），以在所述車輪（20）旋轉期間執行圓周運動（27），其中，用於記錄由所述磁體（26）的所述圓周運動（27）所造成的訊號的感測器單元（10）被固定在所述車輛的組件上，所述磁體（26）移動時經過所述組件，其中，磁場強度變化的定量測量係藉助於所述感測器單元（10）來進行，其中，所述定量測量係在至少200 Hz的採樣頻率下進行，其中選擇包括用於測量定量磁場強度變化的至少兩個感測器（12、13、14）的感測器單元來作為所述感測器單元（10），且其中，當所述磁體（26）附接於所述車輪（20）時，用於測量定量磁場強度變化的至少兩個所述感測器（12、13、14）被排列在所述磁體（26）的所述圓周運動的方向（22）上。
如請求項9所述之方法，其中，評估磁場強度變化的持續期間，特別是存在高於閾值（h _s）的持續時間，以確定所述車輛速度。
如請求項9或10所述之方法，其中，所述感測器單元（10）在相鄰的位置進行磁場強度變化的至少兩次定量測量，所述相鄰的位置排列在所述磁體（26）的所述圓周運動的所述方向（22）上，且其中，評估所述至少兩次定量測量的時距Δ1、Δ2，以確定所述車輛速度。
如請求項9至11中任一項所述之方法，其中，評估所述磁場強度變化的時序重複率，以確定所述車輛速度。
如請求項9至12中任一項所述之方法，其中，分析所述磁場強度變化的輪廓以識別操控。