WO2022152480A1 - Verfahren und vorrichtung zur geschwindigkeitserfassung - Google Patents

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WO2022152480A1
WO2022152480A1 PCT/EP2021/085349 EP2021085349W WO2022152480A1 WO 2022152480 A1 WO2022152480 A1 WO 2022152480A1 EP 2021085349 W EP2021085349 W EP 2021085349W WO 2022152480 A1 WO2022152480 A1 WO 2022152480A1
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value
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speed
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Tim Dackermann
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Robert Bosch Gmbh
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    • B60—VEHICLES IN GENERAL
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    • G01P3/50—Devices characterised by the use of electric or magnetic means for measuring linear speed

Definitions

  • Both optical and magnetic sensors are used for non-contact distance and installation position measurement of rotating parts.
  • the speed of bicycles is measured while driving using magnetic wheel speed sensors, with which the rotation of the bicycle tires is recorded.
  • the wheel speed sensors are provided as stationary magnetic sensors, for example, on the front wheel fork or rear wheel fork, which supplies a pulse every time a magnet mounted on the spoke passes through.
  • the rotational speed of the wheel can be deduced from the time interval between two pulses, and the speed of the vehicle or bicycle can be deduced using a conversion factor. Knowing the circumference of the wheel is necessary to calculate the speed.
  • a disadvantage of such a speed detection is the time required, since at least two pulses have to be registered. In the case of very slow rotary movements, the detection is therefore very sluggish.
  • Furthermore, with this form of speed detection there is very easily the possibility of manipulation. The detection of the direction of movement of the wheel cannot be derived from these signals alone, since both forward and reverse travel would deliver the same measurement signals.
  • Luggage rack, handlebars, stem or attached to a power source for the motor It is also possible for several magnets to be attached to each wheel.
  • the magnets are attached near the jacket, on the rim or in the valve.
  • Acceleration sensors and inertial sensors offer further options for speed detection, with which the speed of the underlying sensor can be inferred from the integrally detected acceleration variable.
  • the present invention is intended to claim a device and a method by means of which a speed value and a reference speed value, each representing the same movement, are derived in different ways from the transmitted signals of a transmission means. A comparison of the two speed values is then carried out and checked whether there is a sufficiently large deviation to derive an error message or a change in the control of a connected means.
  • a sensor is attached to a moving element, e.g. to a wheel of a two-wheeler.
  • This sensor detects the movement of the moving element and transmits the movement information, for example in the form of speed values, as signals using a transmission means which is attached to or connected to the sensor.
  • the device according to the invention has a receiving means which detects both the signals and the signal strength of the wirelessly transmitted signals. Based on the signal strengths recorded in this way, the intensity of which varies in the course of the movement, the method can use an evaluation means, for example, to derive a reference speed value which also represents the movement of the element. In order to derive this speed value, the change in the signal strength is analyzed, which results from the different distances between the moving transmitter and the stationary receiver.
  • a comparison of the speed value and the reference speed value can be used to identify whether the two values match or at least do not differ too much. If the difference between these two values is too large, an error message is generated. This error message can also result in activation of an electrical device, for example an electric motor of an electric bicycle, being limited or prevented. Alternatively, provision can also be made for an electrical device, for example an immobilizer or a brake, to be deliberately actuated or put into operation when a too great a difference in the values is detected.
  • the comparison checks whether the difference between the speed value and the reference speed value is greater than a definable threshold value, with the error message being generated if the threshold value is exceeded. It can be provided that low threshold values are used for large absolute values of the speed value and high threshold values for small speed values. For example, percentage values of the absolute value can be used as threshold values, e.g. 1%, 2% or 5%.
  • the claimed device or the method can be used to operate any device in which a speed is recorded, for example in vehicles and in particular in bicycles.
  • the invention can also be used to determine the speed variable required for the operation of the device on the basis of the comparison if the deviation in the redundantly recorded speed values is too large, i.e. in the event of an error. If, for example, the comparison shows that the speed value and the reference speed value differ too much, the reference speed value can be used for the further display of the speed or the control of the drive of the device or, in the case of a vehicle, the control of the motor can be used as a relevant speed variable.
  • This defined speed value can also only be used for a certain period of time in order to maintain the operation of the device or the vehicle for at least a certain time before the drive or the operation of the motor is completely stopped.
  • Such an assignment of the reference speed value as a relevant speed variable for the display or control of the device or the vehicle can also take place when the signals are transmitted but have no or only insufficiently evaluable signal values. For example, a sensor whose detection has deteriorated due to aging effects can still transmit signals, but the associated Signal values no longer have the required quality. In extreme cases it can also be provided that the sensor has failed completely and impermissible values or zero values are transmitted as the transmission value. In this case, the comparison recognizes that the difference to the reference speed value is too high and an error is recognized. In this case, the error is interpreted as a presumed failure of the sensor and can be displayed to the user so that repairs are possible.
  • the use of a Bluetooth signal of a transmission means is particularly advantageous. Since the signal strength of a Bluetooth signal is already used to enable or initiate the coupling of two Bluetooth devices, the information about the signal strength recorded in this way can also be used for the purpose of determining the speed.
  • FIG. 1 shows a bicycle with possible locations for the transmission means and detection means used for the invention.
  • the diagram in FIG. 2 shows a typical signal curve of the transmission strength during the rotation of a wheel of the two-wheeler.
  • FIGS. 3a and 3b show different configurations of the radiation of the transmission means, which lead to corresponding signal curves in FIGS. 4a and 4b.
  • a possible inventive device is described with the block diagram of FIG. FIG. 6 shows a method embodying the invention.
  • the starting point of the invention is the detection of a movement and in particular its speed by means of the signal emitted by a sensor means.
  • the first sensor information content transmitted with this signal is used, but also the signal strength as such or its progression over time during the transmission and as the second information content.
  • the speed of the rotational movement of a wheel of a two-wheeler, in particular a bicycle is determined below, whereby it should be made clear that the invention is not limited to rotational movements and not to two-wheelers. Rather, any form of movement can be detected with the present invention, such as parts of machines or gears. In this way, the invention can also be used with linear movements between two end points.
  • a detection means 40 be fixed to a two-wheeler, such as a bicycle or an electric bicycle, for example in the area of the pedal crank, on the luggage rack, on the rear wheel swing arm or on the fork.
  • a transmitter 20, 22 or 24 be attached to the rear wheel or 30, 32 or 34 to the front wheel in such a way that it rotates with the movement of the corresponding wheel.
  • the transmission means 20 or 30 can be attached close to the hub or the axle of the corresponding wheel, in particular if the detection means 40 is attached close to the hub.
  • the transmission means 22 or 32 is arranged on the spoke, in which case the detection means 40 can then be attached to the fork or the rear wheel suspension.
  • the detection means 40 would advantageously be attached to the luggage carrier, the mudguard or in the area of the pedal crank, for example on or in a central motor of an electric bicycle.
  • the attachment of the transmitter in a radially outward area of the wheel has the advantage that the change in signal strength I at the location of the detection means, with an otherwise constant transmitted signal strength of the transmitter, has a greater analyzable difference over time t due to the greater difference in spatial distance (see the diagram of figure 2). This difference between the extremes of the signal profile makes it possible to derive the rotational speed of the wheel via their time interval ⁇ t.
  • the transmission means 20 to 24 or 30 to 34 can additionally have a sensor, by means of which the (rotary) movement of the wheel is detected.
  • the transmission means 20 to 24 or 30 to 34 can also be connected to a corresponding sensor.
  • Acceleration sensors or yaw rate sensors are available as sensors or sensor elements for directly detecting the rotational movement and the wheel speed.
  • a magnetic field sensor can also be provided, for example in the form of a reed sensor, which detects the magnetic field of a magnet that is attached to the fork or the frame, for example.
  • a magnetic field sensor can also be used to record the rotational speed as a function of the earth's magnetic field.
  • the transmission power is only transmitted in a small spatial area.
  • This has the advantage that a lower transmission power is required for a desired radiated transmission power.
  • the receiver means 40 only detects a signal strength I during the time periods in which the directional transmission range is aimed at the receiver means 40 .
  • the result is a sharply increasing signal strength which falls back completely to zero when the transmission range falls outside the reception range of the receiver means 40. If only one transmitter 20 is provided on the wheel, the receiver 40 can only record a corresponding signal profile once per revolution.
  • the same or predetermined constant signal strength is emitted uniformly in all directions. This requires more power, but allows the receiver means 40 to continuously receive the signal in order to derive it Derive minima and maxima of the signal strength I (see Figure 4b and Figure 2). Furthermore, the permanent detection of the transmission of the sensor means 20 by the receiver means 40 enables a higher resolution. It is thus possible to record the speed even after half a revolution of the wheel, from a minimum to a maximum or vice versa.
  • Such transmitters that are already installed on the two-wheeler and record information for control and/or regulation in order to forward it to a control unit are suitable as transmission means.
  • This can be, for example, a tire sensor that measures the air pressure in the tire or a sensor that monitors the gear shift. Since such information is sent permanently or quasi-permanently to the control unit, the signal used for this purpose can be used as such for detecting the speed.
  • the transmitting means can also be equipped with a Bluetooth module, while the receiving means has a Bluetooth receiver.
  • the Bluetooth technology can be used to infer the rotational speed of the wheel and thus the vehicle speed from the differential consideration of two particularly defined signal values, without providing an additional sensor .
  • any other wireless transmission technology can also be used, e.g. the ANT+ system.
  • the transmission means at least partially generates its own energy by means of energy harvesting.
  • piezo elements can be used, which can be used as a current supplier in the event of bending.
  • Another way of generating energy is to use moving masses within the transmission means.
  • the receiving means 40 itself to briefly function as an energy supplier for the transmitting means 20 .
  • Energy can also be transmitted via the receiver: the receiver emits electromagnetic waves. These are received by the transmitter and used by harvesting to transmit the signal values.
  • transmission means are used have an energy store with sufficient energy for a corresponding period of time.
  • a device which is shown schematically using a block diagram in FIG.
  • a memory 110 is provided in an evaluation means 100, for example a control unit or a tachometer.
  • an evaluation means 100 for example a control unit or a tachometer.
  • the evaluation means 100 e.g. a control unit or a tachometer.
  • the signal magnitudes or their signal information and their signal strength and in particular their time profile of at least one sensor 120 or a transmission means assigned to this sensor 120 are recorded by the evaluation means 100, e.g. via a receiving means in the evaluation means 100
  • the sensor 120 is attached to an element that moves at a different distance from the evaluation means 100 .
  • the signal size transmitted in this way contains signal information, for example the wheel speed.
  • the evaluation means 100 can also determine the speed of movement of the sensor 120 or of the element to which the sensor 120 is attached , derive. If the sensor 120 is attached to a wheel of a two-wheeler, the speed of the two-wheeler can be deduced by a simple conversion. By comparing the directly recorded speed and the signal size transmitted by means of the signal information with the speed derived from the signal strength, it can be recognized whether the two speed values are identical or almost identical. In this case, one of the two speed values, an average of the speed values or the lower speed value can be assumed to be the speed of the wheel.
  • the speed value determined in this way can be displayed on a corresponding display element 160, for example on a display of a speedometer or HMI.
  • the speed can also be used to control or regulate one or more components of the two-wheeler.
  • the control of the motor 150 can be influenced such that it is limited when a speed of 25 km/h is reached in order to comply with the legal provisions.
  • the curtailment at 45 km/h.
  • the motor power can also be controlled in a targeted manner using a preset or selected level of assistance, which is also dependent on the pedaling force, the pedaling torque and/or the pedaling frequency of the two-wheeler rider.
  • a preset or selected level of assistance which is also dependent on the pedaling force, the pedaling torque and/or the pedaling frequency of the two-wheeler rider.
  • Corresponding levels of support and limit values for the limitations can be stored in memory 110 .
  • evaluation means 110 can conclude that the speed value of the sensor is defective or manipulated.
  • the speed value from the signal strength can be used to control the drive when a defective or manipulated sensor signal is detected.
  • the control can also be completely prevented.
  • a deviation of 1%, 2% or 5%, for example, can be assumed as a deviation between the speed values recorded in both ways, which can just about be tolerated in order to enable proper operation of the electric bicycle.
  • the percentage deviation can also be selected or specified as a function of the absolute value of the speed value. It is thus conceivable that at higher speed values, in particular around the range of 25 km/h, a smaller tolerated deviation is specified than at a lower speed value.
  • the speed determination has a learning process.
  • a continuous detection of sensor variables and thus transmission strengths of the sensor 120 is required.
  • the wheel position and thus the speed can be derived from a single or at least a few detected signals, assuming a constant transmission power of the transmitter.
  • an interpolation can also take place between the recorded signals in order to generate corresponding values for the comparison.
  • a further sensor 130 is provided with its own transmission means, the signal strength of which is evaluated in the same way. It is thus conceivable to attach a corresponding sensor to both the front wheel and the rear wheel of a two-wheeler and to use it to determine the speed. As a result, the speed can be determined redundantly. Furthermore, the relative movement between the two tires can be determined.
  • the speed value or the corresponding speed variable which is determined by this system 140, can be read into the evaluation means 100 if it is not determined separately there anyway, and compared with the recorded speed value depending on the signal strength of the sensor 120.
  • This procedure allows the speed of the two-wheeler to be determined in other different ways, so that a manipulation can also be detected by comparing the speed values recorded or determined in this way.
  • the detection of such a manipulation can be stored in the memory 110 for later analysis purposes or, as has already been described above, used to control or regulate the motor 150 or other components of the two-wheeler.
  • the evaluation means 100 controls the timing or the cycles for sending out the signals from the sensors.
  • the sensor 120 or 130 moves quickly, e.g. at a speed of > 10 km/h of the two-wheeler and thus a corresponding rotational speed of the wheel, more transmission cycles are to be generated per rotation of the wheel than at lower speeds, e.g. > 20 cycles.
  • the transmission cycles are reduced at a speed of ⁇ 10 km/h, for example to ⁇ 20 cycles.
  • a possible method for determining the speed value is shown with the flowchart in FIG.
  • both the signal variables that represent the sensor values and the signal strength of the respective transmission means assigned to the sensors 120 and 130 are recorded. It is important for the implementation of the method that at least two extremes in the signal strength are detected in order to be able to derive both the furthest distance and the shortest distance of the sensor 120 from the receiving means. Alternatively, it is also sufficient to only record the maximum in the signal strength in each case in order to recognize the closest approach.
  • reference speed values are derived from the course of the detected signal strengths.
  • the reference speed value is only updated every 0.3 s at an assumed speed of 25 km/h, at a speed of 15 km /h even only approx. every 0.5 s. If the turning point and an extreme value are recorded instead of extreme values of the signal strength, a quarter of a turn can be sufficient to determine the speed. This enables an even faster determination of the speed. Further intermediate points can be used for the evaluation, so that an adjustable accuracy can be achieved if the computing capacity of the evaluation means 100 in which the method runs is sufficient for this.
  • step 220 there is thus a speed value detected by at least one sensor 120 and a reference speed value derived from the signal strengths of the transmitted signals.
  • a comparison is carried out to check whether there is a match between the speed values determined in different ways or whether the deviation is within a tolerance range. If it is detected that the two speed values deviate by at least a predetermined percentage, for example 1%, 2% or 5%, an impermissible deviation is detected which indicates a defect in the sensor or manipulation of the speed value detection.
  • a corresponding measure can be initiated in the next step 230, for example information to the driver, an entry in the error memory or a setting of the speed value to the reference speed value.
  • a separate step 240 can also be provided, in which the activation of the drive of the electric bicycle is prevented or at least regulated in order to prevent endangering the driver and/or to comply with the legal requirements for operating the electric bicycle.
  • the lower of the two speed values can be used as the speed value for the display on the operating element and/or for controlling the drive of the electric motor.
  • an average of the two speed values can also be used.
  • the corresponding tire position can also be assigned to the individual detected signal strengths.
  • the position is learned and assigned by detecting the signal strength during at least one rotation of the wheel.
  • the intermediate steps can also be assigned.
  • several wheel revolutions are used in order to obtain a clearer signal sharpness for the extremes and in particular their intermediate steps.
  • Wheel position can be detected based on the changed signal strength and used to derive the reference speed.

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Abstract

Mit der vorliegenden Erfindung soll eine Vorrichtung und ein Verfahren beansprucht werden, mittels dem aus den übertragenen Signalen eines Sendemittels auf unterschiedliche Art ein Geschwindigkeitswert sowie ein Referenz-Geschwindigkeitswert abgeleitet wird, die jeweils die gleiche Bewegung repräsentieren. Anschließend wird ein Vergleich der beiden Geschwindigkeitswerte durchgeführt und geprüft, ob eine ausreichend große Abweichung vorliegt, um eine Fehlermeldung oder eine Änderung einer Steuerung eines angeschlossenen Mittels abzuleiten. Einer der zu vergleichenden Werte kann ein als Signalwert übertragener Geschwindigkeitswert sein, der andere Geschwindigkeitswert kann aus dem zeitlichen Verlauf der vom Empfänger gemessenen Signalstärke bestimmt werden, beispielsweise durch die Bestimmung des zeitlichen Abstands zwischen den Extremen des Signalverlaufs.

Description

Verfahren und Vorrichtung zur Geschwindigkeitserfassung
Die Erfindung betrifft ein Verfahren sowie eine Vorrichtung zur Geschwindigkeitserfassung insbesondere an einem drehendem Element eines Fahrzeugs.
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, mit denen die Drehung der Fahrradreifen erfasst wird. Dabei sind die Raddrehzahlsensoren als Magnetsensoren beispielsweise ortsfest an der Vorderradgabel oder Hinterradgabel vorgesehen, die bei jedem Durchlauf eines Magneten, der an der Speiche montiert ist, einen Impuls liefert. 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. Für die Berechnung der Geschwindigkeit ist eine Kenntnis über den Umfang des Rades nötig. 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 träge. 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.
Eine weitere Möglichkeit, mittels der Erfassung von Magnetfeldsensorsignalen sowohl die Bewegungsrichtung, die Drehgeschwindigkeit als auch das Drehverhalten eines Rades eines Zweirads zu erfassen, ist in den Schriften DE 10 2017 212905 Al, DE 10 2017 212911 Al, DE 10 2017 212952 Al und DE 10 2017 212903 Al beschrieben. Die dort beschriebenen
Geschwindigkeitserfassungssysteme ermöglichen durch einen zum Beispiel in der Antriebseinheit angeordneten Magnetfeldsensor die Erfassung von Magnetfeldsensorsignalen wenigstens eines in das Hinterrad und/oder Vorderrad eingebrachten Magneten. Über die so erfassten Magnetfeldsensorsignale, die während der Drehung des entsprechenden Rades in ihrer Intensität schwanken oder sogar aufgrund des Abstands zum Magnetfeldsensor gänzlich unmessbar werden, kann neben der Geschwindigkeit des Rades bzw. des Zweirads auf den Abstand zwischen Magneten und Magnetsensor, Verdrehung des Hinterrads in Bezug auf den Rahmen in einer Ebene bestehend aus der Fortbewegungsrichtung x und der Hochachse y sowie auf einen Höhen-und/oder Seitenschlag des Hinterrads geschlossen werden. Weiterhin ist möglich, einen falschen Radeinbau des Hinterrads sowie eine Lenkbewegung des Vorderrads zu erkennen. Die entsprechende Auswertung der Magnetfeldsensorsignale kann in einem Steuergerät für den Motor oder einer anderen Steuer- und/oder Auswerteeinheit erfolgen. Alternativ zur Anordnung des ersten Magnetsensors im oder am Motor kann dieser auch direkt am Rahmen, am Sattel, am
Gepäckträger, am Lenker, am Vorbau oder an einer Energiequelle für den Motor angebracht sein. Weiterhin ist möglich, dass auch mehrere Magnete an jeweils einem Rad angebracht sind. Vorteilhafterweise sind die Magnete dabei in Mantelnähe, auf der Felge oder im Ventil angebracht.
Weitere Möglichkeiten zur Geschwindigkeitserfassung bieten Beschleunigungssensoren und Inertialsensoren, bei denen aus der integral erfassten Beschleunigungsgröße auf die Geschwindigkeit des zugrunde liegenden Sensors geschlossen werden kann.
Offenbarung der Erfindung
Mit der vorliegenden Erfindung soll eine Vorrichtung und ein Verfahren beansprucht werden, mittels dem aus den übertragenen Signalen eines Sendemittels auf unterschiedliche Art ein Geschwindigkeitswert sowie ein Referenz- Geschwindigkeitswert abgeleitet wird, die jeweils die gleiche Bewegung repräsentieren. Anschließend wird ein Vergleich der beiden Geschwindigkeitswerte durchgeführt und geprüft, ob eine ausreichend große Abweichung vorliegt, um eine Fehlermeldung oder eine Änderung einer Steuerung eines angeschlossenen Mittels abzuleiten.
Hierzu ist vorgesehen, dass ein Sensor an einem bewegten Element befestigt ist, z.B. an einem Rad eines Zweirads. Dieser Sensor erfasst die Bewegung des bewegten Elements und sendet die Bewegungsinformationen, beispielsweise in Form von Geschwindigkeitswerten, als Signale mittels eines Sendemittels aus, welches am Sensor befestigt oder mit ihm verbunden ist. Die erfindungsgemäße Vorrichtung weist dabei ein Empfangsmittel auf, welches sowohl die Signale als auch die Signalstärke der drahtlos ausgesandten Signale erfasst. Basierend auf den so erfassten, im Bewegungsablauf in ihrer Intensität variierenden Signalstärken kann das Verfahren z.B. mittels eines Auswertemittels, einen Referenz-Geschwindigkeitswert ableiten, die ebenfalls die Bewegung des Elements repräsentiert. Um diesen Geschwindigkeitswert abzuleiten, wird dabei die Veränderung der Signalstärke analysiert, die sich aus den unterschiedlichen Abständen zwischen bewegtem Sendemittel und dem ortsfesten Empfangsmittel ergibt. Mittels eines Vergleich des Geschwindigkeitswertes und des Referenz-Geschwindigkeitswertes kann erkannt werden, ob beide Werte übereinstimmen oder zumindest keine allzu große Unterscheidung aufweisen. Wird dabei ein zu großer Unterschied zwischen diesen beiden Werten erkannt, wird eine Fehlermeldung erzeugt. Diese Fehlermeldung kann dabei auch darin resultieren, dass eine Ansteuerung eines elektrischen Geräts, zum Beispiel eines Elektromotors eines Elektrofahrrads abgeregelt oder unterbunden wird. Alternativ kann auch vorgesehen sein, dass bei der Erkennung eines zu großen Unterschieds der Werte ein elektrisches Gerät bewusst angesteuert oder in Betrieb genommen wird, zum Beispiel eine Wegfahrsperre oder eine Bremse.
Der Vorteil dieser Lösung ergibt sich aus der zusätzlichen Nutzung eines bereits vorhanden Sendemittels, welches beispielsweise mit den Signalwerte erste Informationsinhalte übermittelt. Indem die Übertragung als solches dazu genutzt wird, die Geschwindigkeit zu berechnen, kann der Vorgang des Aussendens der ersten Informationsinhalte weitere zweite Informationsinhalte generieren. Weiterhin können sowohl bestehende Sendemittel als auch Empfangsmittel verwendet werden. Mit einer derartigen Überprüfung des Geschwindigkeitswerts oder allgemein eines Bewegungswertes mit einem Referenzwert kann erkannt werden, ob der zugrunde liegende Sensor defekt oder manipuliert ist. Hierbei kann beispielsweise erkannt werden, ob bei dem verwendeten Sensor eine Messdrift im Laufe der Lebensdauer des Sensors vorliegt. Auch kann erkannt werden, ob die Stromversorgung des Sensors gegebenenfalls ausgefallen oder reduziert ist, wenn die Erfassungsgüte nachlässt.
In einer Weiterbildung der Erfindung wird bei dem Vergleich geprüft, ob der Unterschied zwischen dem Geschwindigkeitswert und dem Referenz- Geschwindigkeitswert größer als ein vorgebbarer Schwellenwert ist, wobei die Fehlermeldung erzeugt wird, wenn der Schwellenwert überschritten wird. Dabei kann vorgesehen sein, dass bei großen Absolutwerten des Geschwindigkeitswerts niedrige Schwellenwerte und bei kleinen Geschwindigkeitswerten hohe Schwellenwerte verwendet werden. Als Schwellenwerte können beispielsweise Prozentwerte des Absolutwerts verwendet werden, z.B. 1%, 2% oder 5 %.
Erfindungsgemäß kann mit der beanspruchten Vorrichtung oder dem Verfahren jedwedes Gerät betrieben werden, bei dem eine Geschwindigkeit erfasst wird, zum Beispiel bei Fahrzeugen und insbesondere bei Fahrrädern. Vorteilhafterweise kann die Erfindung auch dazu verwendet werden, bei einer zu großen Abweichung der redundant erfassen Geschwindigkeitswerte, d.h. im Fehlerfall, die für den Betrieb des Geräts erforderliche Geschwindigkeitsgröße auf der Basis des Vergleichs festzulegen. Wird beispielweise bei dem Vergleich erkannt, dass der Geschwindigkeitswert und der Referenz-Geschwindigkeitswert eine zu große Differenz aufweisen, kann für die weitere Anzeige der Geschwindigkeit oder die Steuerung des Antriebs des Geräts oder im Falle eines Fahrzeugs, die Steuerung des Motors, der Referenz- Geschwindigkeitswert als relevante Geschwindigkeitsgröße verwendet werden. Die Verwendung dieser festgelegten Geschwindigkeitsgröße kann dabei auch nur in einem gewissen Zeitraum erfolgen, um den Betrieb des Geräts oder des Fahrzeugs zumindest noch eine gewisse Zeit aufrechtzuerhalten, bevor der Antrieb oder der Betrieb des Motors vollständig unterbunden wird.
Eine derartige Zuweisung des Referenz-Geschwindigkeitswerts als relevante Geschwindigkeitsgröße für die Anzeige oder Steuerung des Gerätes beziehungsweise des Fahrzeugs kann auch dann erfolgen, wenn die Signale zwar übertragen, jedoch keine oder nur unzureichend auswertbare Signalwerte aufweisen. So kann beispielsweise ein Sensor, dessen Erfassung aufgrund von Alterungseffekten nachgelassen hatte, zwar noch Signale übertragen, jedoch weisen die zugehörigen Signalwerte nicht mehr die erforderliche Güte auf. Im Extremfall kann auch vorgesehen sein, dass der Sensor gänzlich ausgefallen ist und als Übertragungswert unzulässige Werte oder Nullwerte übertragen werden. In diesem Fall wird im Vergleich erkannt, dass die Differenz zum Referenz-Geschwindigkeitswert zu hoch ist und ein Fehlerfall erkannt. Der Fehlerfall wird in diesem Fall als vermuteter Ausfall des Sensors interpretiert und kann dem Nutzer entsprechend angezeigt werden, so dass eine Reparatur möglich ist.
Der Referenz-Geschwindigkeitswert kann beispielsweise in Abhängigkeit von zwei Extremwerten der Signalstärken im zeitlichen Verlauf abgeleitet werden. Alternativ kann auch der zeitliche Abstand zwischen einem Extremwert und einem Wendepunkt der Signalstärke zur Ableitung verwendet werden. Optional ist auch möglich, die Signalstärken den Radpositionen zuzuordnen und somit durch die Erkennung wenigstens zweier Signalstärken auf die Bewegung des Rades zu schließen. Um diese Zuordnung zu ermöglichen, ist jedoch zuvor ein Einlernvorgang notwendig, bei dem wenigstens ein kompletter Umlauf des Rades mit der Erfassung der entsprechenden Signale und Signalstärken durchgeführt werden sollte.
Auch wenn die vorliegend beschriebene Erfindung auf jede drahtlose Kommunikation anwenden lässt, ist die Verwendung eines Bluetooth Signals eines Sendemittels besonders vorteilhaft. Da die Signalstärke eines Bluetooth Signals bereits verwendet wird, um die Kopplung zweier Bluetooth Geräte zu ermöglichen bzw. zu initiieren, kann die so erfasste Information über die Signalstärke zum Zwecke der Geschwindigkeitsermittlung zusätzlich verwendet werden.
Die vorliegenden Erfindung soll generell auf Systeme und Geräte angewandt werden können, bei denen eine Geschwindigkeit erfasst wird, wobei insbesondere derartige Systeme und Geräte mit der vorliegenden Erfindung ausgestattet sind, bei denen die Ansteuerung einer Komponente des Systems oder des Geräts von dieser erfassten Geschwindigkeit abhängt. So kann beispielsweise der Antrieb eines Fahrzeugs, zum Beispiel eines Elektrofahrrads, von der Gesamtgeschwindigkeit des Fahrzeugs abhängig gesteuert werden. Hierzu wird üblicherweise die Bewegung eines Rades erfasst, um mittels eines Umrechnungsfaktors auf die Geschwindigkeit bzw. Geschwindigkeitsgröße des Fahrzeugs zu schließen. Weiter ist es vorteilhaft, wenn das Sendemittel die Energie zum Aussenden der Signalwerte im Wesentlichen selber erzeugt. Hierzu eignen sich Sendemittel die mit einem Energy Harvesting System ausgestattet sind. Insbesondere kann die Energieübertragung über den Empfänger erfolgen: Der Empfänger sendet elektromagnetische Wellen aus. Diese werden vom Sendemittel empfangen und durch Harvesting für das Aussenden der Signalwerte genutzt. In einer speziellen Ausführung kann die Energie durch Harvesting aus dem EMV Feld des Motors erfolgen.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Die Figur 1 zeigt ein Fahrrad mit möglichen Anbringungsorten der Sendemittel und Erfassungsmittel, die für die Erfindung verwendet werden. Das Diagramm der Figur 2 stellt einen typischen Signalverlauf der Sendestärke während der Drehung eines Rades des Zweirads dar. Die Figuren 3a und 3b zeigen unterschiedliche Ausgestaltungen der Abstrahlung des Sendemittels, die zu entsprechenden Signalverläufen in den Figuren 4a und 4b führen. Mit dem Blockschaltbild der Figur 5 wird eine mögliche erfinderische Vorrichtung beschrieben. Die Figur 6 stellt ein Verfahren dar, welches die Erfindung realisiert.
Ausführungsformen der Erfindung
Ausgangspunkt der Erfindung ist die Erfassung einer Bewegung und insbesondere deren Geschwindigkeit mittels des durch ein Sensormittel ausgesandten Signals. Hierbei wird jedoch nicht nur der mit diesem Signal übertragene erste Sensorinformationsgehalt genutzt sondern ebenfalls die Signalstärke als solches beziehungsweise deren zeitlichen Verlaufs während der Übertragung und als zweiten Informationsgehalt. Als mögliches Beispiel für die Anwendung der Erfindung wird im Folgenden die Geschwindigkeit der Drehbewegung eines Rades eines Zweirads, insbesondere eines Fahrrads ermittelt, wobei klargestellt sein soll, dass die Erfindung nicht auf Drehbewegungen und nicht auf Zweiräder beschränkt ist. Vielmehr kann jede Form von Bewegung mit der vorliegenden Erfindung ermittelt werden, wie beispielsweise bei Teilen von Maschinen oder Zahnräder. So kann die Erfindung gerade auch bei linearen Bewegungen zwischen zwei Endpunkten eingesetzt werden. Für die Realisierung der Erfindung ist vorgesehen, an einem Zweirad, wie beispielsweise einem Fahrrad oder einem Elektrofahrrad, ein Erfassungsmittel 40 ortsfest anzubringen, zum Beispiel im Bereich der Tretkurbel, am Gepäckträger, an der Hinterradschwinge oder der Gabel. Als Gegenstück ist vorgesehen, ein Sendemittel 20, 22 oder 24 am Hinterrad beziehungsweise 30, 32 oder 34 am Vorderrad derart anzubringen, so dass es sich mit der Bewegung des entsprechenden Rades mit dreht. Dabei kann das Sendemittel 20 oder 30 nahe der Nabe beziehungsweise der Achse des entsprechenden Rades angebracht sein, insbesondere sofern das Erfassungsmittel 40 ortsnah zur Nabe angebracht ist. Alternativ kann jedoch auch vorgesehen sein, dass das Sendemittel 22 oder 32 an der Speiche angeordnet ist, wobei das Erfassungsmittel 40 dann an der Gabel oder der Hinterradaufhängung angebracht werden kann. Eine weitere Möglichkeit besteht darin, das Sendemittel 24 oder 34 an der Felge des Rades anzubringen oder es in die Felge zu integrieren, beispielsweise in Form eines Luftventils. In diesem Fall wäre das Erfassungsmittel 40 vorteilhafterweise am Gepäckträger, am Schutzblech oder im Bereich der Tretkurbel, zum Beispiel an oder in einem Mittelmotor eines Elektrofahrrads angebracht. Die Anbringung des Sendemittels in einem radial außenstehenden Bereich des Rades hat den Vorteil, dass die Änderung der Signalstärke I am Ort des Erfassungsmittels bei ansonsten gleichbleibender ausgesandter Signalstärke des Sendemittels aufgrund des größeren Unterschieds im räumlichen Abstand einen höheren auswertbaren Unterschied im Zeitverlauf t aufweist (siehe hierzu das Diagramm der Figur 2). Dieser Unterschied zwischen den Extremen des Signalverlaufs ermöglicht über deren zeitlichen Abstand At die Ableitung der Drehgeschwindigkeit des Rades.
Das Erfassungsmittel 42, 44 oder 46 kann alternativ oder zusätzlich am Rahmen (z.B. Ober-, Unter- oder Sattelrohr aber auch an der Radaufhängung), an einer Bedieneinheit (z.B. einem Tacho oder einer Mensch-Maschine-Einheit - engl. Human- Machine-Interface HMI) oder am Vorbau angeordnet sein. Für eine permanente Erfassung des Signals sollte das Erfassungs mittel 40 bis 46 optional derart angebracht werden, dass es dazu geeignet ist, das von dem Sendemittel 20 bis 24 beziehungsweise 30 bis 34 ausgesandten Signal über dessen komplette Drehbewegung zu erfassen, so dass Minima und Maxima der Signalstärke erkannt werden können (siehe Figur 2). Als Sendemittel 20 bis 24 oder 30 bis 34 können sowohl gerichtete Sender, wie sie in der Figur 3a dargestellt sind, als auch ungerichtete Sender, wie sie in der Figur 3b abgebildet sind eingesetzt werden. In den Diagrammen der Figuren 4a und 4b zeigen sich die Unterschiede im Zeitverlauf der beiden Senderarten. Während ein gerichtetes Signal abgegrenzte Peaks beim Empfänger erzeugt, erlaubt ein ungerichtetes Signal die Erfassung des Signals während der kompletten Radumdrehung. Da das gerichtete Signal nur dann empfangen wird, wenn der Sendekegel auf den Empfänger ausgerichtet ist, kann das Signal nur während eines kleinen Teils der Umdrehung erfasst werden, wodurch sich eine geringere Auflösung des Sensorsignals beziehungsweise der damit verbundenen Information ergibt.
Das Sendemittel 20 bis 24 oder 30 bis 34 kann zusätzlich einen Sensor aufweisen, mittels dem die (Dreh-) Bewegung des Rades erfasst wird. Alternativ kann das Sendemittel 20 bis 24 oder 30 bis 34 auch mit einem entsprechenden Sensor verbunden sein. Als Sensor oder Sensorelement zur direkten Erfassung der Drehbewegung sowie der Radgeschwindigkeit bieten sich Beschleunigungssensoren oder Drehratensensoren an. Alternativ kann auch ein Magnetfeldsensor zum Beispiel in Form eines Reed-Sensors vorgesehen sein, der das Magnetfeld eines Magneten erfasst, der beispielsweise an der Gabel oder am Rahmen befestigt ist. Mittels eines Magnetfeldsensors kann je nach Empfindlichkeit auch die Erfassung der Drehgeschwindigkeit in Abhängigkeit des Erdmagnetfelds erfolgen.
Bei einem gerichteten Sendemittel 20 wird die Sendeleistung nur in einem kleinen Raumbereich ausgesendet. Dies hat den Vorteil, dass eine geringere Sendeleistung für eine gewünschte abgestrahlte Sendeleistung erforderlich ist. Das Empfängermittel 40 erfasst in diesem Fall nur zu den Zeiträumen eine Signalstärke I, in der sich der gerichtete Sendebereich auf das Empfängermittel 40 richtet. Wie in dem Diagramm der Figur 4a ist das Resultat eine stark ansteigende Signalstärke, die vollständig auf Null zurückfällt, wenn der Sendebereich aus dem Empfangsbereich des Empfängermittels 40 herausfällt. Wird nur ein Sendemittel 20 am Rad vorgesehen, besteht für das Empfängermittel 40 nur einmal pro Umlauf die Möglichkeit einen entsprechenden Signalverlauf zu erfassen.
Bei einem ungerichteten Sendemittel 20, wie es in der Figur 3b gezeigt wird, wird einheitlich nach allen Seiten die gleiche beziehungsweise vorgegeben konstante Signalstärke abgegeben. Dies erfordert einen höheren Energieaufwand, ermöglicht dem Empfängermittel 40 jedoch, das Signal kontinuierlich zu empfangen, um daraus Minima und Maxima der Signalstärke I abzuleiten (siehe Figur 4b beziehungsweise Figur 2). Weiterhin ermöglicht die permanente Erfassung der Aussendung des Sensormittels 20 durch das Empfängermittel 40 eine höhere Auflösung. So ist eine Erfassung der Geschwindigkeit schon bei einer halben Umdrehung des Rades, von einem Minima zu einem Maxima beziehungsweise umgekehrt möglich.
Als Sendemittel eignen sich derartige Sender, die bereits am Zweirad verbaut sind und Informationen zur Steuerung und/oder Regelung erfassen, um sie an eine Steuereinheit weiterzuleiten. Hierbei kann es sich beispielsweise um einen Reifensensor, der den Luftdruck des Reifens oder einen Sensor handeln, der die Gangschaltung überwacht. Da derartige Informationen permanent oder quasi permanent an die Steuereinheit gesendet werden, kann das hierzu verwendete Signal als solches für die Erfassung der Geschwindigkeit verwendet werden.
Das Sendemittel kann auch mit einem Bluetooth-Modul ausgestattet sein, während das Empfängermittel einen Bluetooth- Empfänger aufweist. Die Bluetooth-Technologie kann zusätzlich zu den mittels dieser Technologie übertragenen Informationen über deren veränderlichen Signalstärke während der Drehbewegung dazu verwendet werden, aus der differentielle Betrachtung zweier insbesondere definierter Signalwerte auf die Drehgeschwindigkeit des Rades und somit auf die Fahrzeuggeschwindigkeit zu schließen, ohne einen zusätzlichen Sensor vorzusehen. Alternativ zu einem Bluetooth- Modul kann auch jede andere drahtlose Übertragungstechnologie verwendet werden, z.B. das ANT+-System.
Um die Energie für das Aussenden der Signale durch das Sendemittel bereitzustellen, kann auch vorgesehen sein, dass das Sendemittel mittels Energy Harvesting zumindest teilweise seine eigene Energie erzeugt. Hierzu können Piezoelemente eingesetzt werden, die bei einer Verbiegung als Stromlieferant verwendet werden können. Eine weitere Möglichkeit zur Energieerzeugung besteht in der Verwendung von beweglichen Massen innerhalb des Sendemittels. Es ist auch möglich, dass das Empfängermittel 40 selber kurzzeitig als Energielieferant für das Sendemittel 20 fungiert. Eine Energieübertragung kann auch über den Empfänger erfolgen: Der Empfänger sendet elektromagnetische Wellen aus. Diese werden vom Sendemittel empfangen und durch Harvesting für das Aussenden der Signalwerte genutzt.
Alternativ kann jedoch auch vorgesehen sein, dass Sendemittel verwendet werden, die einen Energiespeicher mit ausreichender Energie für einen entsprechenden Zeitraum aufweisen.
Zur Durchführung der Erfindung kann eine Vorrichtung vorgesehen sein, die schematisch anhand eines Blockschaltbilds in der Figur 5 dargestellt ist. In einem Auswertemittel 100, zum Beispiel einem Steuergerät oder einem Tachometer, ist ein Speicher 110 vorgesehen. Zur Ermittlung der Geschwindigkeit werden sowohl die Signalgrößen beziehungsweise deren Signalinformationen sowie deren Signalstärke und insbesondere deren zeitlichen Verlauf wenigstens eines Sensors 120 beziehungsweise einem diesem Sensor 120 zugeordneten Sendemittels durch das Auswertemittel 100 erfasst, z.B. über ein Empfangsmittel im Auswertemittel 100. Zur Anwendung der erfindungsgemäßen Vorrichtung beziehungsweise des erfindungsgemäßen Verfahrens ist dabei vorgesehen, dass der Sensor 120 an einem sich gegenüber dem Auswertemittel 100 mit unterschiedlichem Abstand bewegenden Element angebracht ist. Die so übertragene Signalgröße beinhalten eine Signalinformation, zum Beispiel die Radgeschwindigkeit. Aus der Analyse des zeitlichen Verlaufs der unterschiedlichen Signalstärken dieses Sensors 120, die sich aus der Bewegung des Sensors 120 gegenüber dem Empfangsmittel ergibt, kann das Auswertemittel 100 zusätzlich ebenfalls die Geschwindigkeit der Bewegung des Sensors 120 beziehungsweise des Elements, an dem der Sensor 120 angebracht ist, ableiten. Ist der Sensor 120 an einem Rad eines Zweirads befestigt, kann durch eine einfache Umrechnung auf die Geschwindigkeit des Zweirads geschlossen werden. Durch einen Vergleich der direkt erfassten Geschwindigkeit und mittels der Signalinformation übertragenen Signalgröße mit der aus der Signalstärke abgeleiteten Geschwindigkeit kann erkannt werden, ob beide Geschwindigkeitswerte identisch oder nahezu identisch sind. In diesem Fall kann einer der beiden Geschwindigkeitswerte, ein Mittelwert der Geschwindigkeitswerte oder der niedrigere Geschwindigkeitswert als Geschwindigkeit des Rades angenommen werden. Der so bestimmte Geschwindigkeitswert kann auf einem entsprechenden Anzeigeelement 160, z.B. auf einem Display eines Tachos oder HMIs angezeigt werden. Darüber hinaus kann die Geschwindigkeit auch dazu verwendet werden, eine oder mehrere Komponenten des Zweirads zu steuern oder zu regeln. Hierbei kann beispielsweise bei einem Elektrofahrrad die Regelung des Motors 150 dahingehend beeinflusst werden, dass er bei einer erreichten Geschwindigkeit von 25 km/h abgeregelt wird, um die gesetzlichen Bestimmungen einzuhalten. Entsprechend kann bei einem S-Pedelec die Abregelung bei 45 km/h erfolgen. Statt einer kompletten Abregelung der Motorleistung kann jedoch auch eine gezielte Steuerung der Motorleistung anhand eines voreingestellten oder gewählten Unterstützungsgrades zusätzlich Abhängig von der Trittkraft, dem Tretmoment und/oder der Trittfrequenz des Zweiradfahrers erfolgen. Entsprechende Unterstützungsgrade sowie Grenzwerte für die Abregelungen können in dem Speicher 110 hinterlegt sein.
Wird jedoch erkannt, dass die beiden auf unterschiedliche Art erfassten beziehungsweise abgeleiteten Geschwindigkeitswerte voneinander abweichen, kann das Auswertemittel 110 darauf schließen, dass das Geschwindigkeitswert des Sensors defekt oder manipuliert ist. Um beispielsweise bei einem Elektrofahrrad gefährliche Situationen zu vermeiden oder auch die gesetzlichen Vorgaben umzusetzen, kann bei der Erkennung eines defekten oder manipulierten Sensorsignals der Geschwindigkeitswert aus der Signalstärke für die Steuerung des Antriebs verwendet werden. Alternativ kann auch die Ansteuerung gänzlich unterbunden werden. Als Abweichung zwischen den auf beide Arten erfassten Geschwindigkeitswerten, die gerade noch toleriert werden kann, um einen ordnungsgemäßen Betrieb des Elektrofahrrads zu ermöglichen, kann beispielsweise eine Abweichung von 1 %, 2 % oder 5 % angenommen werden. Dabei kann die prozentuale Abweichung auch abhängig von dem absoluten Wert des Geschwindigkeitswerts gewählt oder vorgegeben werden. So ist denkbar, dass bei höheren Geschwindigkeitswerten, insbesondere um den Bereich von 25 km/h eine geringere tolerierte Abweichung vorgegeben wird als bei einem niedrigeren Geschwindigkeitswert.
In einer Ausführungsform der Erfindung kann auch vorgesehen sein, dass die Geschwindigkeitsermittlung einen Einlernvorgang aufweist. Hierzu ist eine kontinuierliche Erfassung von Sensorgrößen und somit von Sendestärken des Sensors 120 erforderlich. Durch eine Analyse der kontinuierlichen erfassten Sensorstärken kann sowohl erkannt werden, zu welchem Zeitpunkt sich der Sensor 120 an seinem weitesten entfernten Punkt als auch an seinem nähestem Punkt zum Erfassungsmittel befindet. Durch die Abspeicherung aller Zwischenwerte der Signalstärken der übertragenen Signale kann bei einer angenommenen konstanten Sendeleistung des Senders schon aus einem einzelnen oder zumindest aus wenigen erfassten Signalen die Radposition und somit die Geschwindigkeit abgeleitet werden. Bei der Erfassung von digitalen Signalen kann darüber hinaus zwischen den erfassten Signalen eine Interpolation erfolgen, um entsprechende Werte für den Vergleich zu generieren.
Optional kann auch vorgesehen sein, dass zusätzlich zum Sensor 120 ein weiterer Sensor 130 mit einem eigenen Sendemittel vorgesehen ist, dessen Signalstärken auf die gleiche Weise ausgewertet wird. So ist denkbar, bei einem Zweirad sowohl an dem Vorderrad als auch an dem Hinterrad einen entsprechenden Sensor anzubringen und für die Geschwindigkeitsermittlung zu verwenden. Hierdurch kann die Geschwindigkeitsermittlung redundant erfolgen. Weiterhin kann die Relativbewegung zwischen den beiden Reifen bestimmt werden.
Weiterhin ist denkbar, dass am Zweirad ein weiteres System 140 zur Geschwindigkeitsermittlung vorliegt. In diesem Fall kann der Geschwindigkeitswert beziehungsweise die entsprechende Geschwindigkeitsgröße, die durch dieses System 140 bestimmt wird, in das Auswertemittel 100 eingelesen werden, wenn es nicht ohnehin dort separat bestimmt wird, und mit dem erfassten Geschwindigkeitswert in Abhängigkeit der Signalstärken des Sensors 120 verglichen werden. Durch dieses Vorgehen kann die Geschwindigkeit des Zweirads auf weitere unterschiedliche Arten bestimmt werden, so dass gegebenenfalls auch über einen Vergleich der so erfassten oder ermittelten Geschwindigkeitswerte eine Manipulation erkannt wird. Die Erkennung einer derartigen Manipulation kann im Speicher 110 für späteren Analysezwecke hinterlegt werden oder wie bereits vorstehend beschrieben worden ist dazu verwendet werden, den Motor 150 oder andere Komponenten des Zweirads zu steuern bzw. abzuregeln.
Um den Energieverbrauch des Sensors 120 beziehungsweise 130 zu optimieren, kann vorgesehen sein, dass das Auswertemittel 100 die Taktung bzw. die Zyklen zur Aussendung der Signale der Sensoren steuert. So ist bei einer schnellen Bewegung des Sensors 120 bzw. 130, z.B. bei einer Geschwindigkeit von > 10 km/h des Zweirads und somit einer entsprechenden Drehgeschwindigkeit des Rades vorgesehen, mehr Sendezyklen pro Umlauf des Rades zu erzeugen als bei niedrigeren Geschwindigkeit, z.B. > 20 Zyklen. Alternativ oder zusätzlich kann vorgesehen sein, die Sendezyklen bei einer Geschwindigkeit von < 10 km/h zu reduzieren, z.B. auf < 20 Zyklen. Mit dem Flussdiagramm der Figur 6 wird ein mögliches Verfahren zur Geschwindigkeitswertermittlung dargestellt. Nach dem Start des Verfahrens werden in einem ersten Schritt 200 sowohl die Signalgrößen, die die Sensorwerte repräsentieren als auch die Signalstärke der den Sensoren 120 bzw. 130 zugeordneten jeweiligen Sendemitteln erfasst. Hierbei ist für die Durchführung des Verfahrens wichtig, dass wenigstens zwei Extrema in der Signalstärke erfasst werden, um sowohl den weitesten Abstand als auch den geringsten Abstand des Sensors 120 zum Empfangsmittel ableiten zu können. Alternativ reicht auch aus, nur jeweils das Maximum in der Signalstärke zu erfassen, um die näheste Annäherung zu erkennen. Im nächsten Schritt 210 wird zusätzlich zu den aus den Signalgrößen bereits durch die Sensoren erfassten Geschwindigkeitswerten Referenz-Geschwindigkeitswerte aus dem Verlauf der erfassten Signalstärken abgeleitet.
Hierzu werden zwei aufeinander folgende Extrema bestimmt und die Zeitdifferenz At zwischen den Extrema ermittelt (siehe Figur 2). Die Geschwindigkeit vzweirad des Zweirad ergibt sich dann mit Hilfe der Kenntnis des Radius des Rades bzw. des Reifens entsprechend einer halben Radumdrehung aus der Formel
Vzweirad — 2 TT rReifen / At/ 2
Optional kann auch vorgesehen sein, dass nur die Maxima der Signalstärken für die Ableitung des Referenz-Geschwindigkeitswertes verwendet wird. Hierbei ist jedoch zu beachten, dass für diese Ableitung ein kompletter Umlauf des Rades erforderlich ist, so dass der Referenz-Geschwindigkeitswert bei einer angenommenen Geschwindigkeit von 25 km/h nur ca. alle 0,3 s aktualisiert wird, bei einer Geschwindigkeit von 15 km/h sogar nur ca. alle 0,5 s. Wird statt denn Extremwerten der Signalstärke der Wendepunkt und ein Extrema erfasst, kann auch schon eine Viertelumdrehung ausreichen, um die Geschwindigkeit zu ermittelt. Dies ermöglicht eine noch schnellere Bestimmung der Geschwindigkeit. Weitere Zwischenpunkte können für die Auswertung herangezogen werden, so dass sich eine einstellbare Genauigkeit, sofern die Rechenkapazität des Auswertemittels 100 hierfür ausreicht in welchem das Verfahren abläuft. Nach dem Schritt 220 liegt somit ein von wenigstens einem Sensor 120 erfasster Geschwindigkeitswert sowie ein aus den Signalstärken der übermittelten Signale abgeleiteter Referenz-Geschwindigkeitswert vor. Im nachfolgenden Schritt 220 wird ein Vergleich durchgeführt, um zu prüfen, ob eine Übereinstimmung der so auf unterschiedliche Arten ermittelten Geschwindigkeitswerten vorliegt beziehungsweise ob die Abweichung innerhalb eines Toleranzbereichs liegt. Wird dabei erkannt, dass die beiden Geschwindigkeitswerte um wenigstens einen vorgegebenen Prozentsatz abweichen, zum Beispiel 1%, 2 % oder 5 %, wird eine unzulässige Abweichung erkannt, die auf einen Defekt des Sensors oder eine Manipulation der Geschwindigkeitswerterfassung hindeutet. In diesem Fall kann im nächsten Schritt 230 eine entsprechende Maßnahme eingeleitet werden, zum Beispiel eine Information an den Fahrer, einen Eintrag in den Fehlerspeicher oder eine Festlegung des Geschwindigkeitswerts auf den Referenz-Geschwindigkeitswert. Alternativ oder optional kann auch gesonderter Schritt 240 vorgesehen sein, bei dem die Ansteuerung des Antriebs des Elektrofahrrads unterbunden oder zumindest abgeregelt wird, um die Gefährdung des Fahrers zu verhindern und/oder die gesetzlichen Vorgaben zum Betrieb des Elektrofahrrads einzuhalten.
Wird im Schritt 220 erkannt, dass die Abweichung unterhalb der vorgegebenen Toleranzschwelle liegt, kann als Geschwindigkeitswert für die Anzeige am Bedienelement und/oder zur Steuerung des Antriebs des Elektromotors der niedrigere Wert der beiden Geschwindigkeitswerte verwendet werden. Alternativ kann auch ein Mittelwert aus beiden Geschwindigkeitswerten verwendet werden.
Optional kann im Schritt 220 die Toleranzschwelle, aber der ein Defekt oder eine Manipulation erkannt wird, in Abhängigkeit vom absoluten Wert des Geschwindigkeitswerts zum Beispiel des Sensors vorgegeben werden. So ist denkbar, dass bei höheren Geschwindigkeiten eine kleinere Schwelle angesetzt wird als bei niedrigeren Geschwindigkeiten. Dies lässt sich u.a. damit begründen, dass bei hohen Geschwindigkeiten um die 25 km/h eine schärfere Abschaltschwelle vorliegen muss.
Alternativ kann den einzelnen erfassten Signalstärken auch die entsprechende Reifenposition zugeordnet werden. Zu diesem Zweck wird die Position durch Erfassung der Signalstärke während wenigstens eines Drehumlaufs des Rades eingelernt und zugeordnet. Hierbei können anhand der Erkennung der Amplituden der Signalstärke ausgehend von den Maxima und Minima auch die Zwischenschritte zugeordnet werden. Vorteilhafterweise werden dabei mehrere Radumdrehungen verwendet, um eine deutlichere Signalschärfe für die Extrema und insbesondere deren Zwischenschritte zu erhalten. Zur Auswertung und Ableitung des Referenz- Geschwindigkeitswerts, zum Beispiel im Schritt 230 eines mit dem vorherigen
Verfahren vergleichbaren Verfahrens, wird anhand der erkannten Radpositionen zweier Signale der Referenz-Geschwindigkeitswert abgeleitet. Zur konkreten Ableitung wird sowohl die Zeitdifferenz zwischen den beiden Signalen als auch die durch die erkannten Radpositionen bekannte Kreisbewegung des Rades verwendet. Durch die hohe Sendefrequenz des Sendemittels können so schon kleine Veränderungen der
Radposition anhand der veränderten Signalstärke erkannt und für die Ableitung der Referenz-Geschwindigkeit genutzt werden.

Claims

Ansprüche
1. Vorrichtung zur Geschwindigkeitsermittlung, mit
• einem Erfassungsmittel (40, 42, 44, 46) zur Erfassung von Signalen und Signalstärken der Signale eines Sendemittels (20, 22, 24, 30, 32, 34), welches an einem sich bewegenden Element angeordnet ist und drahtlos Signale aussendet, wobei die Signale Signalwerte aufweisen, die jeweils einen Geschwindigkeitswert des bewegenden Elements repräsentieren, und
• einem Auswertemittel (100) zur Auswertung der Signale und Signalstärke, wobei das Auswertemittel (100)
• einen Referenz-Geschwindigkeitswert in Abhängigkeit von einer Veränderung der erfassten Signalstärke der Signale ableitet, und
• in Abhängigkeit eines Vergleich des Geschwindigkeitswertes mit dem Referenz-Geschwindigkeitswertes eine Fehlermeldung erzeugt.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Auswertemittel (100) die Fehlermeldung erzeugt, wenn der Unterschied zwischen dem Geschwindigkeitswert und dem Referenz-Geschwindigkeitswert größer als ein vorgegebener Schwellenwert ist, wobei insbesondere vorgesehen ist, dass der Schwellenwert von der Absolutgröße des Geschwindigkeitswerts oder des Referenz-Geschwindigkeitswertes abhängig vorgegeben wird.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Auswertemittel (100) den Referenz-Geschwindigkeitswert in Abhängigkeit zweier Extremwerte im zeitlichen Verlauf der Signalstärke des Sendemittels (20, 22, 24, 30, 32, 34) ableitet.
4. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Sendemittel (20, 22, 24, 30, 32, 34) an einem sich drehenden Element befestigt ist, insbesondere an einem Rad eines Fahrzeugs.
5. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Auswertemittel in Abhängigkeit des Vergleichs einen Motor, insbesondere einen Elektromotor eines Elektrofahrrads, abregelt oder deren Ansteuerung unterbricht.
6. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Sendemittel (20, 22, 24, 30, 32, 34) die Signalwerte mittels Bluetooth aussendet.
7. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Sendemittel (20, 22, 24, 30, 32, 34) die Energie zum Aussenden der Signalwerte im Wesentlichen selber erzeugt.
8. Verfahren zur Geschwindigkeitsermittlung, insbesondere mit einer Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei das Verfahren
• Signalwerte und Signalstärken von Signalen erfasst, und
• einen Geschwindigkeitswert in Abhängigkeit der Signalwerte ermittelt und
• einen Referenz-Geschwindigkeitswert in Abhängigkeit der Signalstärke der Signale ableitet, und
• einen Referenz-Geschwindigkeitswert in Abhängigkeit von einer Veränderung der erfassten Signalstärke der Signale ableitet, und
• in Abhängigkeit eines Vergleich des Geschwindigkeitswertes mit dem Referenz-Geschwindigkeitswertes eine Fehlermeldung erzeugt.
9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren die Fehlermeldung erzeugt, wenn der Unterschied zwischen dem Geschwindigkeitswert und dem Referenz-Geschwindigkeitswert größer als ein vorgegebener Schwellenwert ist, wobei insbesondere vorgesehen ist, dass der Schwellenwert von der Absolutgröße des Geschwindigkeitswerts oder des Referenz-Geschwindigkeitswertes abhängig vorgegeben wird.
10. Verfahren nach einem der Ansprüche 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren in Abhängigkeit des Vergleichs einen Motor, insbesondere einen Elektromotor eines Elektrofahrrads, abregelt oder deren Ansteuerung unterbricht. - 18 -
11. Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren in Abhängigkeit eines Vergleich des Geschwindigkeitswertes mit dem Referenz-Geschwindigkeitswertes für Anzeigen und Steuerungen zumindest zeitweise eine Geschwindigkeitsgröße verwendet die dem Referenz- Geschwindigkeitswert entspricht.
12. Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren den Referenz-Geschwindigkeitswert in Abhängigkeit zweier Extremwerte im zeitlichen Verlauf der Signalstärke der Signale ableitet.
13. Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass der Referenz-Geschwindigkeitswert in Abhängigkeit eines Extremwerts und eines Wendepunkts im zeitlichen Verlauf der Signalstärke der Signale abgeleitet wird, insbesondere in deren zeitlichem Abstand.
14. Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren den Geschwindigkeitswert in Abhängigkeit des Vergleichs des zeitlichen Verlaufs der Signalstärke der Signale mit wenigstens einem abgespeicherten Signalstärkeverlauf ableitet.
15. Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren
• die Radpositionen mittels eines Einlernvorgangs den erfassten Signalstärken zuordnet, und
• den Referenz-Geschwindigkeitswert in Abhängigkeit von den Radpositionen ableitet.
16. Fahrzeug, insbesondere ein Zweirad, mit einer Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7 und/oder einer Auswerteeinheit, die ein Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 15 ausführt, wobei insbesondere vorgesehen ist, dass die aus dem Vergleich des Geschwindigkeitswertes und des Referenz- Geschwindigkeitswertes abgeleitete Geschwindigkeitsgröße des Fahrzeugs für die Steuerung des Vortriebs des Fahrzeugs verwendet wird.
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