WO2019020336A2 - Auswerteeinheit und zweirad zur erfassung eines bewegungsverhaltens eines rades - Google Patents

Auswerteeinheit und zweirad zur erfassung eines bewegungsverhaltens eines rades Download PDF

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WO2019020336A2
WO2019020336A2 PCT/EP2018/068193 EP2018068193W WO2019020336A2 WO 2019020336 A2 WO2019020336 A2 WO 2019020336A2 EP 2018068193 W EP2018068193 W EP 2018068193W WO 2019020336 A2 WO2019020336 A2 WO 2019020336A2
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WO
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magnetic field
wheel
field sensor
evaluation unit
movement
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Juergen Stegmaier
Tim Dackermann
Rinaldo Greiner
Jan Schnee
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Robert Bosch Gmbh
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Publication date
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    • G01P—MEASURING LINEAR OR ANGULAR SPEED, ACCELERATION, DECELERATION, OR SHOCK; INDICATING PRESENCE, ABSENCE, OR DIRECTION, OF MOVEMENT
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    • G01P3/42—Devices characterised by the use of electric or magnetic means
    • G01P3/44—Devices characterised by the use of electric or magnetic means for measuring angular speed
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    • G01P13/02—Indicating direction only, e.g. by weather vane
    • G01P13/04—Indicating positive or negative direction of a linear movement or clockwise or anti-clockwise direction of a rotational movement

Definitions

  • the invention relates to an evaluation unit which detects the movement behavior of a wheel of a two-wheeled vehicle and a two-wheeled vehicle equipped with this evaluation unit.
  • both optical and magnetic sensors are used.
  • the wheel speed sensors are provided as a reed switch, for example, fixed to the front fork, which provide a pulse at each pass of a magnet to the memory. From the time interval between two pulses can be concluded so on the rotational speed of the wheel and by means of a conversion factor to the speed of the vehicle or bicycle.
  • a disadvantage of such a speed detection is the necessary period of time, since at least two pulses must be registered. For very slow rotational movements, therefore, the detection is very inaccurate. Furthermore, in this form of speed detection is very easy to manipulate. Also, the detection of the direction of movement of the wheel is alone from these
  • acceleration sensors can be used, which can also generate speed information. additionally can by such acceleration sensors and the
  • Movement directions are detected, so that a distinction between a forward drive and a reverse drive can be made.
  • the operation of such acceleration sensors is more energy consuming, so this type of detection is more likely to be used on electrified vehicles.
  • the present invention describes an evaluation unit and a system consisting of two-wheeled vehicle and evaluation unit, in which, based on the detection of sensor signals of a magnetic sensor, a motion variable is generated which represents the motion behavior of a wheel.
  • the two-wheeled vehicle on which the evaluation unit according to the invention is provided, has at least one magnetic field sensor and at least one wheel with at least one magnet attached thereto.
  • Magnetic field sensor is attached directly or indirectly to the frame of the bicycle, for example by the magnetic field sensor on or in a
  • housing an electric drive for an electric bicycle is arranged, which is mounted on the frame.
  • the magnetic field sensor in a power supply unit for the electric motor or a
  • Control unit is housed.
  • the magnetic field sensor is preferably arranged in the vicinity of the pedal crank, the rear suspension or on the front wheel suspension. It is also conceivable to attach the magnetic field sensor to the luggage rack.
  • the magnetic field sensor signals ie the magnetic field strengths, of the at least one magnet in the at least one wheel in at least two separate spatial directions are detected.
  • the movement of the monitored wheel can be detected in two spatial directions.
  • at least the magnetic field components are preferably detected either the direction of travel x of the two-wheeler or in the direction of the vertical axis y. While the magnetic field component Bx the approach or
  • the magnetic field sensor component By means of the distance between the magnet and the magnetic field sensor, the magnetic field sensor component By represents the movement of the magnet along the detection range of the magnetic field sensor. This detection range depends largely on the strength of the magnet, the sensitivity of the magnetic field sensor and the distance between the magnet and the magnet
  • the detected magnetic field sensor signals are compared separately in space directions with previously stored magnetic field sensor signals. This may be, for example, previously during one of the previous ones
  • the comparison can also be carried out with magnetic field sensor signals that have been predetermined for calibration purposes or acquired during a teaching process. In this way, a comparison of the currently detected magnetic field sensor signals with corresponding signals can be carried out, which represent a faultless movement.
  • an additional magnetic field component Bz occurs in the transverse direction z of the two-wheeler, which can be detected quickly by comparison with a corresponding threshold value SWz.
  • the evaluation unit or the system can be used to monitor both the movement behavior of the front wheel and the rear wheel. This is in both the front wheel and in the
  • Rear wheel each provided at least one magnet.
  • the magnetic field sensor signals can be the respective
  • Assign monitored wheel The characteristic differences arise for example from the different rotational speeds of the two wheels, since the front wheel usually performs a faster rotational movement by the steering movement and the rear wheel is rigidly connected to the frame and has lower relative movements. The movements of the front wheel, for example, become more pronounced when on
  • Front wheel is a shock absorber active.
  • the distinction between the wheels can also be generated by the choice of different types of magnet in the front and rear wheels, so that the detected
  • Magnetic field sensor signals differ. So it is conceivable to make the magnets in the two wheels differently strong, different
  • the invention can be used particularly advantageously when the magnetic field sensor detects the magnetic field sensor signals in all three spatial directions or the evaluation unit can separate the three spatial directions from the magnetic field sensor signals. This allows the evaluation unit to separate the three spatial directions from the magnetic field sensor signals. This allows the evaluation unit to separate the three spatial directions from the magnetic field sensor signals.
  • Movement speed of the two-wheeler in the x-direction, a rash of the wheel in the xy plane, a direction of rotation of the wheel in the xy direction, a side impact of the wheel in the z-direction, a steering angle of the front wheel in the xz-direction and / or a rotation of the Front wheel and / or the rear wheel to the frame can be detected in the xy plane.
  • the detection of a nonzero Bz component may be sufficient.
  • a value slightly different from zero may be chosen for the threshold value SWz and / or when using multiple magnets in one wheel, the different Bz measurement signals of the different magnets.
  • Two-wheel speed a motor of an electric bicycle is controlled. Furthermore, it is conceivable that, depending on the rotation of the front wheel and / or the rear wheel, e.g. in a Fully, a shock absorber is driven on one of the wheels or on the saddle to mitigate a detected shock.
  • a shock absorber is driven on one of the wheels or on the saddle to mitigate a detected shock.
  • the at least one magnet is advantageously located outside the wheel, e.g. on or in the coat. Alternatively, however, the magnet can also be attached or integrated on the rim.
  • the magnet is mounted with its north-south orientation radially outward on the wheel.
  • the strongest possible outwardly directed magnetic field is present, which can be detected very well by the magnetic field sensor.
  • the magnet can be arranged with its north-south orientation in the circumferential direction of the wheel.
  • FIG. 1 shows a bicycle to which the invention can be used.
  • FIG. 2 shows by way of example the detected magnetic field sensor signals in the three spatial directions.
  • FIG. 3 shows an evaluation unit with which the amount of movement can be determined.
  • the present invention provides a technology to determine the movement behavior of a wheel of a two-wheeler, in particular its rotational speed, direction of rotation and irregularities in the rotation.
  • the invention can also on any other two-wheeler, z. B. a motorcycle or an electric bicycle. It is even possible to apply the method to a single-axle two-wheeled vehicle, e.g. B. a Segway.
  • the use in a motor vehicle, for. As a car or truck is also possible.
  • the bicycle 100 is equipped with a frame consisting of down tube 110, seat tube 120 and top tube 130. Furthermore, it has a pedal crank unit 140, the rear wheel 150 as a drive or
  • Impeller drives The front wheel 160 serves as a steering wheel via the handlebar to specify the direction of movement of the bicycle.
  • the bicycle may be equipped with damper components not shown, e.g. B. with a first damper components, the
  • Damper components associated with the front wheel 160 are secured by means of correspondingly movable elements and on the frame, that the rear wheel 150 relative to the frame by an angle ⁇ can be rotated.
  • the second damper component allows the front wheel 160 to be moved down or up relative to the handlebar. Both damper components allow just when driving off-road customization of the wheels to the ground. In addition to the better ground contact thereby increases the driver's sense of comfort on uneven roads by shocks are cushioned.
  • damper components may be provided which increase ride comfort or driving safety. It is conceivable, for example, a saddle damping in the saddle, to keep shocks from the ground away from the driver. Furthermore, it is conceivable to equip the steering tube with a damper, so that extreme steering movements are prevented.
  • the rear wheel 150 with the pedal crank unit 140 is shown by way of example in FIG. 1b to illustrate the mode of operation of the invention.
  • a motor unit 145 may be provided, which completely or partially generates the drive or propulsion of the bicycle by means of motor power.
  • motor unit 145 may also be disposed at another location of the frame or the bicycle body. Conceivable here are in particular
  • Front or rear wheel drives and accommodation in the frame.
  • On the rear wheel 150 at least one magnet 170 is arranged, which rotates with the rotational movement of the driven wheel with.
  • the magnet 170 is fastened with its north-south direction radially outward on the rear wheel 150.
  • the advantage with this arrangement is that a larger magnetic field is generated radially outward, which can be detected more clearly by the magnetic sensor 180.
  • the specific orientation of the north pole or the south pole to the outside plays no role for the inventive method.
  • the magnet 175 with its north-south direction can also be arranged in the circumferential direction.
  • the magnet 170 or 175 should be arranged in the outer region of the rear wheel 150.
  • the magnet 170 or 175 may also be attached to or in the rim.
  • the latter would have the advantage that the magnet is subject to less wear, since it is protected from the road and the Verwalkung of the shell.
  • it may be provided to accommodate a plurality of magnets 170 and 175 in or on the rear wheel. This can be faster on the
  • Movement behavior are closed because no complete circulation of the rear wheel 150 is necessary.
  • the prerequisite here is that the magnets 170 and 175 are installed in the same north-south orientation.
  • the magnetic field sensor 180 which senses the movement of the magnet 170 or 175 via the changes in its magnetic field in a forward movement 190 or a backward movement 195 can be accommodated at different locations on the bicycle 100, i. be coupled. By fixing the magnetic field sensor 180 to the frame, relative movement of the magnets to the frame can be detected. For detecting the magnetic field that is variable by the rotation, an arrangement as close as possible to the magnet of the monitored wheel is recommended. So can the
  • Magnetic field sensor 180 may be mounted or integrated in the region of the pedal crank unit 140 but also on or in the housing of the motor 145. However, there is also the possibility of having the magnetic sensor 180 on another part of the bicycle, e.g. the frame, in particular on the down tube 110, on
  • Luggage rack to attach to the accumulator or to the rear wheel spoke.
  • the movement of the magnet 170 or 175 on the rear wheel 150 can be detected in multiple directions. So first, the detection of the magnetic field of the magnet 170 in
  • the magnetic field of the magnet 170 is not detected during the entire cycle, but from a detection limit of the magnetic sensor 180 within its detection range, which is determined by its resolution, up to the maximum detectable magnetic field strength in the smallest distance d to
  • Magnetic sensor 180 Furthermore, the movement of the magnet 170 in the vertical y-direction, ie in the direction of movement of the wheel in the direction of the vertical axis of the bicycle can also be detected. These two directions can be used to track the movement of the wheel in the xy plane. Also the Movement of the magnet 180 in the z-direction, ie to the transverse direction or transversely to the direction of movement of the bicycle 100 can be detected. From these sensor signals in the z-direction, possibly in conjunction with the
  • Sensor signals in at least one other direction can be during
  • Rear wheel 150 Derive deformations of the wheel, such as a rash or side impact.
  • the steering direction can be derived via the detection of the z direction of the corresponding magnetic sensor signal.
  • the magnetic sensor 180 may be designed such that it
  • Magnetic field sensor components Bx, By and Bz can detect in all three spatial directions. Detecting, for example, alone the Bx components for the detection of the rotational speed may not be sufficient if at the same time the altitude of the monitored wheel
  • Magnetic field sensor would lead to a distortion of the (rotational) speed signal. Therefore, it is provided according to the invention that the currently detected magnetic field sensor components are stored separately in at least two spatial directions with corresponding ones
  • Magnetic field sensor signals or corresponding thresholds are compared.
  • a combined 3D magnetic field sensor is used for the invention.
  • This 3D magnetic field sensor can also be equipped with a
  • Accelerometer or a yaw rate sensor combined.
  • the individual magnetic field sensor components in the three spatial directions can be detected by respective individual magnetic sensors, which are sensitive to the magnetic field only in one direction.
  • the x-direction represents the direction in which the bicycle moves forward.
  • the y-direction represents the vertical axis of the bicycle, while the z-axis represents the transverse axis.
  • Forward movement 190 result in comparison to the backward movement 195 mirror-inverted different measured value detection. This is because the magnetic field lines are directed differently and thus produce an opposite polarity sensor value. From additional information that the vehicle is moving forwards or backwards, it is thus possible to generate an unambiguous assignment of the measured value signal to a direction of rotation and thus to a direction of movement of the bicycle.
  • the Bx component in the first diagram shows only the
  • Magnetic field sensor 180 on.
  • the detection of the Bz components in the lower diagram shows an offset between the forward movement 190 and the backward movement 195. This offset is due to the installation position of the magnetic field sensor 180 on the motor 145 and can be used as another source of information for detecting a forward or reverse travel.
  • FIG. 3 shows an evaluation unit 300, e.g. a
  • Magnetic field sensor data derives a motion magnitude.
  • the evaluation unit 300 which typically has a computing unit and a
  • Memory 360 the sensor signals of the magnetic field sensor 310 and 180 read. With the magnetic field sensor 310, all three magnetic field components Bx, By and Bz can be simultaneously detected and in the
  • Evaluation unit 300 are read. However, it is also possible that the different magnetic field components by two or three
  • a magnetic field sensor detects both the magnetic field components in the x and y directions, while a second magnetic field sensor detects only the magnetic field component in the z direction. Furthermore, the
  • Evaluation unit 300 receive information that the bike is moving or in which direction it moves. For this purpose, internal information can be used or queried externally. Thus, it is conceivable that information about the activity of a drive unit 320 (or of the motor 145 according to FIG. 1b) is detected. By detecting that the Drive unit 320 is in the regular drive mode, it can be assumed that the bicycle moves forward. Correspondingly, information about an actuation of the drive unit 320 when reversing can also be used to associate the direction of movement of the detected measurement signals. In addition, further information can be collected for further evaluation or one
  • Tilt sensor or an acceleration sensor 350 are detected.
  • Movement information can be used, the direction of rotation of the
  • This information can be used to control or optimize various components 370 of the bicycle. This control can be done directly via the evaluation unit 300 or on the passing of the
  • Damping properties of a shock absorber depending on the detected motion variable can be varied.
  • a control of a brake is possible here.
  • an output of the amount of movement via a display 380 or an acoustic warning device is possible if the movement amount indicates an abnormal behavior.
  • the display can be a display, a navigation device or a smartphone. The driver then has the opportunity to repair the wheel or to replace it due to the information about the movement behavior.
  • the learning phase is specifically initiated or initiated by the driver or a system located in the bicycle.
  • the drive unit 320 targeted to generate a forward movement 190, with which the measured variables of the magnetic field sensor then obtained can be assigned to a preferred movement pattern. Accordingly, a targeted backward movement could be started here as well.
  • the evaluation unit 300 is set up from the detected
  • Magnetic field sensor signals directly the rotational speed of the monitored wheel and possibly with the knowledge of the wheel circumference derived from the speed of the two-wheeler, for example one
  • Magnetic field sensor signals generated by the at least one magnet 170 and 175 in the monitored wheel in the magnetic field sensor element 180 is used. If several magnets are arranged in the wheel, only a partial revolution of the wheel is necessary to derive the rotational speed.
  • the magnets are evenly distributed according to the Radvonsthesis.
  • Such a distribution also has the advantage that changes in the rotational speed can be detected more quickly at any time since no complete revolution of the wheel is required. For the correct evaluation of the time intervals between the
  • Magnetic field sensor signals require that the evaluation unit, e.g. the device 300 has access to the number, the location of the wheel and the circumference of the wheel.
  • Such data may be stored in the memory 360 and may also be designed to be input by the driver.
  • the evaluation unit 300 When detecting magnetic field sensor signals of both a magnet on the front wheel 120 and on the rear wheel 130, it is necessary for the evaluation unit 300 that the detected measured values can be unambiguously assigned to the corresponding magnet installed on the wheels. This can be achieved by designing the magnets in the front and rear wheels differently, so that the measured values of the magnetic field strength separate from each other. It is thus conceivable to provide different minimum distances between the magnets and the magnetic field sensor. Another way to generate different sensor signals is to design the magnets differently or to vary the geometries. Thus, longer or wider magnets would generate correspondingly wider measured value waveforms with respect to the wheel circumference. The different polarization of the magnets in the front and rear wheel would produce a clear assignment in the measured value waveform.
  • the detected magnetic field sensor signals can also be used in terms of their temporal behavior to derive the rotational speed of the wheel and from it the speed of the two-wheeler.
  • Signal width of the magnetic field sensor signals are derived a measure of the rotational speed.
  • a threshold value to be provided which, when exceeded, indicates the presence of a
  • Magnetic field sensor signal in response to the passage of the magnet in detection range indicates. Accordingly, the same threshold can be used to prevent the eventual fallback
  • the threshold values for determination of reaching and leaving the detection range are configured differently. For example, it can be clearly seen from the magnetic field signals By in FIG. 2 that different threshold values must be selected on or in the wheel, depending on the orientation of the magnet. By contrast, when using the Bx or Bz components of the magnetic field sensor signal, in each case a uniform threshold value for determining the time duration in the detection range can be sufficient.
  • the thresholds may be fixed or depending on the
  • Magnetic field sensor the maximum value of the detected magnetic field strength and / or the distance between the magnet or rear wheel and magnetic field sensor can be adjusted.
  • Evaluation unit instead of the signal width of the magnetic field sensor signals the typical pulse shape of the measured values in a passage of the magnet through the detection range of the magnetic field sensor to derive the (rotational) speed.

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Abstract

Mit der vorliegenden Erfindung wird eine Auswerteeinheit sowie ein System bestehend aus Zweirad und Auswerteinheit beschrieben, bei dem basierend auf der Erfassung von Sensorsignalen eines Magnetsensors eine Bewegungsgröße erzeugt wird, die das Bewegungsverhalten eines Rades repräsentiert. Hierzu ist vorgesehen, dass das Zweirad, an dem die erfindungsgemäße Auswerteeinheit vorgesehen ist, wenigstens einen Magnetfeldsensor und wenigstens ein Rad mit wenigstens einem daran befestigten Magneten aufweist. Der Magnetfeldsensor ist dabei direkt oder indirekt mit dem Rahmen des Zweirads befestigt, beispielsweise indem der Magnetfeldsensor am oder in einem Gehäuse eines Elektroantriebs für ein Elektrofahrrad angeordnet ist, welcher am Rahmen montiert ist. Denkbar ist jedoch auch, dass der Magnetfeldsensor in einer Energieversorgungseinheit für den Elektromotor oder einer Steuereinheit untergebracht ist. Um die Entfernung zum Magneten im Vorder- und/oder Hinterrad so gering wie möglich zu halten, ist der Magnetfeldsensor bevorzugt in der Nähe der Tretkurbel, der Hinterradaufhängung oder an der Vorderradaufhängung angeordnet.

Description

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

Claims

Ansprüche
Auswerteeinheit (300) zur Erfassung des Bewegungsverhaltens eines Rades (150) eines Zweirads (100), insbesondere eines Fahrrads, wobei das Zweirad (100) einen mit dem Rahmen (110, 120,130, 140) gekoppelten Magnetfeldsensor (180, 310) und wenigstens ein Rad (150) mit wenigstens einem Magneten (160, 170) aufweist, wobei die Auswerteeinheit (300)
• mittels des Magnetfeldsensors (200) in Abhängigkeit der
Drehbewegung des wenigstens einen Rades (120, 130)
Magnetfeldsensorsignale des wenigstens einen Magneten (210) in wenigstens zwei Raumrichtungen erfasst, welche die Drehbewegung des Rades (150) repräsentieren, und
• in Abhängigkeit der Magnetfeldsensorsignale wenigstens in einer
Raumrichtung eine Bewegungsgröße erzeugt, die das
Bewegungsverhalten des Rades repräsentiert.
Auswerteeinheit (300) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Auswerteeinheit (300)
• einen Vergleich der Magnetfeldsensorsignale mit abgespeicherten Magnetfeldsensorsignalen nach Raumrichtungen getrennt voneinander durchführt, und
• die Bewegungsgröße in Abhängigkeit des Vergleichs erzeugt, falls die Abweichung in wenigstens einer Raumrichtung einen vorgegebenen Schwellenwert übersteigt.
Auswerteinheit nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, dass die Auswerteeinheit die Magnetfeldkomponente (Bx, By, Bz) des bewegten Magneten (210, 220, 230, 240, 250) in Richtung der Bewegungsrichtung (x), der Hochachse (y) und/oder der Querrichtung (z) des Zweirads (100) erfasst.
4. Auswerteeinheit nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, dass das Zweirad (100) sowohl an dem Vorderrad (120) als auch an dem Hinterrad (130) jeweils wenigstens einen Magneten (210) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass die Auswerteeinheit eine
Zuordnungsinformation erzeugt, die die erzeugte Bewegungsgröße in Abhängigkeit von wenigstens der ersten Magnetfeldsensorsignale dem Vorderrad (120) oder dem Hinterrad (130) zuordnet, insbesondere in Abhängigkeit der Stärke, der Polarisation und/oder der Breite der einzelnen zeitaufgelösten Magnetfeldsensorsignale.
Auswerteeinheit nach Anspruch 1 und 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Auswerteeinheit
• mittels des Magnetfeldsensors (200) die Magnetfeldsensorsignale des wenigstens einen Magneten (160, 170) in den drei unterschiedlichen Raumrichtungskomponenten erfasst, und
• der Vergleich der Magnetfeldsensorsignale mit abgespeicherten
Magnetfeldsensorsignalen wenigstens in zwei Raumrichtungen getrennt voneinander durchführt, und
• die Zuordnung der erzeugten Bewegungsgröße zu dem Vorderrad (120) oder dem Hinterrad (130) in Abhängigkeit vom Vergleichsergebnis in wenigstens zwei unterschiedlichen Raumrichtungskomponenten der Magnetfeldsensorsignale erfolgt.
Auswerteeinheit (300) nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei das Zweirad wenigstens eine, einem Rad zugeordnete Dämpferkomponente aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass die Auswerteeinheit in
Abhängigkeit der wenigstens einen Bewegungsgröße die
Dämpfungseigenschaft der Dämpferkomponente (140, 150) steuert.
Auswerteeinheit (300) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Auswerteeinheit als Bewegungsgröße wenigstens eine Größe erzeugt, die
• die Drehgeschwindigkeit des Rades,
• die Fortbewegungsgeschwindigkeit des Zweirads,
• die Drehrichtung des Rades,
• die Verdrehung des Hinterrads gegenüber dem Rahmen,
• einen Seitenschlag des Rades, • einen Höhenschlag des Rades, und/oder
• einen Lenkwinkel des Vorderrads
repräsentiert.
8. Auswerteeinheit (300) nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Auswerteeinheit die Drehgeschwindigkeit des Rades oder die
Fortbewegungsgeschwindigkeit des Zweirads in Abhängigkeit von der Erfassung der Zeitdauer erzeugt, die der Magnet während der
Drehbewegung im Erfassungsbereich des Magnetfeldsensors ist, wobei insbesondere vorgesehen ist, dass die Zeitdauer in Abhängigkeit eines Vergleichs der erfassten Magnetfeldstärke mit wenigstens einem
Schwellenwert erfasst wird.
9. Zweirad (100), insbesondere ein Fahrrad, mit einer Auswerteeinheit (300) nach einem der Ansprüche 1 bis 8 wobei das Zweirad (100) einen mit dem Rahmen (110, 120,130, 140) gekoppelten Magnetfeldsensor (180, 310) und wenigstens ein Rad (150) mit wenigstens einem Magneten (160, 170) aufweist, wobei die Auswerteeinheit
• mittels des Magnetfeldsensors (200) in Abhängigkeit der
Drehbewegung des wenigstens einen Rades (120, 130)
Magnetfeldsensorsignale des wenigstens einen Magneten (210) in wenigstens zwei Raumrichtungen erfasst, welche die Drehbewegung des Rades (150) repräsentieren, und
• in Abhängigkeit der ersten Magnetfeldsensorsignale wenigstens in einer Raumrichtung eine Bewegungsgröße erzeugt, die das
Bewegungsverhalten des Rades repräsentiert.
10. Zweirad (100) nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Zweirad (100) einen am oder im Rahmen (110, 120,130, 140) angeordneten Motor (145, 320) zur Erzeugung eines Vortriebs des Zweirads (100) aufweist, wobei der Motor in Abhängigkeit der erzeugten Bewegungsgröße zur Erzeugung eines Vortriebs ansteuert wird.
11. Zweirad (100) nach einem der Ansprüche 9 oder 10, dadurch
gekennzeichnet, dass der Magnetfeldsensor (180, 310) im oder am Motor (145, 320) angeordnet ist.
12. Zweirad (100) nach einem der Ansprüche 9 bis 11 dadurch gekennzeichnet, dass der Magnetfeldsensor (200) die Erfassung der
Magnetfeldkomponenten in wenigstens zwei Raumrichtungen ermöglicht.
13. Zweirad (100) nach einem der Ansprüche 9 bis 12, dadurch
gekennzeichnet, dass der wenigstens eine Magnet (160, 170) im
Außenbereich des Rades (150) untergebracht ist, insbesondere in oder an der Felge.
14. Zweirad (100) nach einem der Ansprüche 9 bis 13, dadurch
gekennzeichnet, dass die Ausrichtung des Magneten (160, 170) radial erfolgt.
15. Zweirad (100) nach einem der Ansprüche 9 bis 14, dadurch
gekennzeichnet, dass in dem wenigstens einen Rad (120, 130) wenigstens zwei Magnete (210) angeordnet sind, wobei insbesondere vorgesehen ist, dass die Magnete (210) gleichmäßig auf dem Umfang des Rades (120, 130) verteilt sind.
16. Zweirad (100) nach einem der Ansprüche 9 bis 15, dadurch
gekennzeichnet, dass sowohl im Vorderrad (120) als auch im Hinterrad (130) des Zweirads (100) wenigstens jeweils ein Magnet (210) angeordnet ist, wobei vorgesehen ist, dass sich die Magnete im Vorderrad und im Hinterrad hinsichtlich ihrer Umfangsbreite, magnetischen Stärke und/oder magnetischer Polarisation unterscheiden.
PCT/EP2018/068193 2017-07-27 2018-07-05 Auswerteeinheit und zweirad zur erfassung eines bewegungsverhaltens eines rades WO2019020336A2 (de)

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