WO2023021129A1 - Auswertesystem zur ermittlung einer geschwindigkeit eines fahrrads - Google Patents

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WO2023021129A1
WO2023021129A1 PCT/EP2022/073052 EP2022073052W WO2023021129A1 WO 2023021129 A1 WO2023021129 A1 WO 2023021129A1 EP 2022073052 W EP2022073052 W EP 2022073052W WO 2023021129 A1 WO2023021129 A1 WO 2023021129A1
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sensor
magnetic field
edge
determined
electric
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PCT/EP2022/073052
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Jo Pletinckx
Julian Hau
Sven SCHICKLE
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Robert Bosch Gmbh
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    • G01P21/00—Testing or calibrating of apparatus or devices covered by the preceding groups
    • G01P21/02—Testing or calibrating of apparatus or devices covered by the preceding groups of speedometers
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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    • B62J—CYCLE SADDLES OR SEATS; AUXILIARY DEVICES OR ACCESSORIES SPECIALLY ADAPTED TO CYCLES AND NOT OTHERWISE PROVIDED FOR, e.g. ARTICLE CARRIERS OR CYCLE PROTECTORS
    • B62J45/00—Electrical equipment arrangements specially adapted for use as accessories on cycles, not otherwise provided for
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B62—LAND VEHICLES FOR TRAVELLING OTHERWISE THAN ON RAILS
    • B62M—RIDER PROPULSION OF WHEELED VEHICLES OR SLEDGES; POWERED PROPULSION OF SLEDGES OR SINGLE-TRACK CYCLES; TRANSMISSIONS SPECIALLY ADAPTED FOR SUCH VEHICLES
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    • G01P3/487—Devices characterised by the use of electric or magnetic means for measuring angular speed by measuring frequency of generated current or voltage of pulse signals delivered by rotating magnets
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R33/00—Arrangements or instruments for measuring magnetic variables
    • G01R33/02—Measuring direction or magnitude of magnetic fields or magnetic flux
    • G01R33/025—Compensating stray fields

Definitions

  • the invention relates to a system for determining a speed of a bicycle.
  • the invention further relates to a method for determining field influence data of a component for a sensor for measuring electric and/or magnetic fields.
  • the invention further relates to a bicycle, in particular with a driving assistance drive.
  • the invention further relates to a method for determining a speed of a bicycle, in particular a bicycle with a driving assistance drive.
  • Pedelecs enable driving support for a driver through a drive unit with a motor.
  • the respective drive unit not only includes the respective drive motor, but also sensors to determine the driving speed of the pedelec.
  • the magnetic field sensor is arranged in a stationary manner on the frame, in particular in the drive unit. In this way, the speed of the bicycle can be determined for each lap based on the time interval between two measured pulses of the magnetic field and the tire circumference.
  • the problem is that components of the drive unit, such as gear wheels, screws, bolts or the like can be made of soft magnetic material and can thus influence the measurement result of the magnetic field sensor.
  • the installation situation of the drive unit can be different on different bicycles. Both can affect the measurement result of the magnetic field sensor.
  • the present invention provides a system for determining a speed of a bicycle, in particular a bicycle with a driving support drive, comprising a sensor, in particular arranged in a stationary manner, for measuring an electric and/or magnetic field, a component which is active and/or passive influences an electric and/or magnetic field and is arranged in the measuring range of the sensor, a compensation device for at least partial compensation of the sensor signals in such a way that essentially sensor signals from an electric and/or magnetic field that is optimized or uninfluenced by the component are provided to an evaluation device, wherein the evaluation device is designed to carry out the following steps, determining a time profile of the electric and/or magnetic field in at least two, in particular three, sensor spatial directions of the sensor, with one of the z at least two spatial directions essentially correspond to the direction of travel of the vehicle and the second of the at least two spatial directions corresponds to the vertical axis of the vehicle,
  • the present invention provides a method for determining field influence data of a component for a sensor for measuring electric and/or magnetic fields, for use in a system according to any one of claims 1-7, comprising the steps
  • Determination of the field influence data based on a comparison of the reference field at the location of the sensor and measured values of the sensor.
  • the present invention provides a bicycle with a system according to one of Claims 1-7 and with a drive unit, in particular for driver support.
  • the present invention provides a method for determining a speed of a bicycle, in particular a bicycle with a driving support drive, comprising the steps
  • the determined edge being considered to be detected if the amplitude of the determined edge is greater than a first, lower threshold value, and/or is greater than a second, larger adaptive threshold value,
  • the bicycle speed can be reliably determined by means of the sensor even in the presence of components that influence the electric and/or magnetic field in the measuring range of the sensor.
  • flexibility is increased since greater tolerances are made possible when arranging the sensor and, for example, a magnet, which also reduces the manufacturing costs and the time required for assembly.
  • the senor is a magnetic field sensor.
  • a speed signal based on a detected magnetic field can be made possible in a simple manner.
  • the rim magnet differs from spoke magnets in particular by a large or essentially maximum distance from the wheel axle.
  • the component in particular the component being arranged between a source of the electrical and/or magnetic field and the sensor, is at least partially made of a soft magnetic material.
  • the component includes a housing for a drive unit of a bicycle.
  • the component can thus be used or arranged in a drive unit of a bicycle in a simple manner.
  • the compensation device is designed to carry out the compensation on the basis of predefined component-specific field influencing data. This enables sufficient accuracy in determining the driving speed, even with different components.
  • the compensation device is designed to compensate for the measured sensor signals using a single mathematical matrix operation. The advantage of this is a fast and efficient compensation of the sensor signals.
  • the steps are carried out multiple times with different components of the same pattern and/or with different sensors of the same pattern, and overall field influence data are determined using the respective field influence data. This increases the accuracy of the component-specific and/or sensor-specific determination of the speed of the bicycle.
  • Components of the same pattern are to be understood in particular as meaning identical components that differ in terms of manufacturing tolerances.
  • the field influencing data are transmitted to a compensation device and stored there. Independent of the specific use, this enables compensation by means of a compensation device, for example in different arrangements, bicycles or with different components.
  • the electrical and/or magnetic reference field is provided in the form of a sphere. This means that measured values from the sensor can be recorded along several spatial axes at the same time, which increases the number of measurements. Measurement inaccuracies are thus minimized.
  • the at least partially compensated signals are filtered using a bandpass filter, with a stopband and passband of the bandpass filter being adapted to a predetermined rotational frequency of a wheel of the vehicle.
  • a bandpass filter with a stopband and passband of the bandpass filter being adapted to a predetermined rotational frequency of a wheel of the vehicle.
  • the values provided in at least two sensor spatial directions are rotated into the main axis of the electric and/or magnetic field before a flank is detected. "Spatial direction” is synonymous to understand a "spatial axis”. This increases the useful amplitude for detecting flanks, which further improves overall reliability.
  • the angle of the main axis for the rotation is determined using measured values in the second spatial direction, in particular for a predeterminable number of flanks.
  • the angle of the main axis can thus be determined in a simple and at the same time reliable manner.
  • the angle of the main axis is stored and made available for further calculations.
  • the determined value can thus be used for further calculations and/or other devices, which saves resources.
  • the course over time of the vector of the electrical and/or magnetic field is also evaluated to evaluate the rising and/or falling edges, in particular to check their plausibility.
  • the advantage of this is that it improves edge detection even further.
  • a determined edge is checked using a plausibility check method, with an implausible determined edge being discarded.
  • the advantage of this is that it further improves the reliability of the speed measurement.
  • the plausibility check method calculates a possible speed based on the edge determined and checks for at least one of the following conditions
  • the edge determined is discarded, If the gradient of the detected edge is below a threshold value, the detected edge is discarded
  • the edge determined is discarded.
  • the vehicle accelerations are calculated from a currently determined edge and an earlier edge above a specifiable threshold value the edge currently determined is discarded.
  • One of the advantages achieved in this way is that a particularly high level of reliability is achieved during the plausibility check.
  • the plausibility checking method includes an edge prediction, in particular based on acceleration data of the vehicle, so that a recognized edge is rejected as implausible if no edge is predicted based on the acceleration data. The reliability of the edge detection can thus be improved.
  • At least one of the threshold values of the first and second threshold value, in particular the second threshold value for the edge detection and plausibility check, is reduced for the time of the edge prediction and a tolerance range.
  • a magnetic field is provided by means of a magnet
  • a predeterminable number of determined flanks and in particular an angular profile of the magnetic field vector are determined based on the measured magnetic field, with the polarization being determined based on a comparison of the maximum amplitude of the rising and falling amplitude is determined, whereby if the maximum falling amplitude is greater than the maximum rising amplitude, the polarization tion of the magnet is assumed to be reversed and the readings of the magnetic field are inverted.
  • the polarization is evaluated using a predefinable number of rising and/or falling edges.
  • the advantage of this is that the polarization of the magnet can be detected with sufficient accuracy.
  • FIG. 1 in schematic form a magnetic field influenced by a component in comparison to a reference field
  • Figure 2 shows a device according to an embodiment of the present invention
  • FIG. 3 steps of a method according to an embodiment of the present invention
  • FIG. 4 steps of a method for determining a speed of a single-track vehicle according to an embodiment of the present invention
  • FIG. 5 steps of a method for determining a speed of a single-track vehicle according to an embodiment of the present invention
  • FIG. 6 shows a diagram of a time course of a measured magnetic field according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 7 shows a representation of different installation angles for a sensor according to an embodiment of the present invention.
  • a magnetic field 11 influenced by a component 3 is shown in schematic form in FIG. 1 in comparison to a reference field 10 .
  • a magnetic field sensor 2 is arranged in the component, here in a drive unit 3, which has components made of soft magnetic material. If a magnetic field 10 is now measured by the sensor 2 as a reference magnetic field, it measures a magnetic field 11 that deviates from the reference field 10 and is caused by the soft-magnetic components of the drive unit 3 . If a variable, for example the speed of a bicycle, is now determined on the basis of the sensor measurement values, this is falsified by the deviating magnetic field 11 . In other words, the magnetic field 11 measured by the sensor 2 does not correspond to the external, undistorted magnetic field 10.
  • FIG. 2 shows a device according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 shows a system 1 for determining a speed of a bicycle, in particular a bicycle with a driving assistance drive, in a schematic form.
  • the system 1 comprises a sensor 2 arranged in a stationary manner for measuring electric and/or magnetic fields, a component 3 which actively and/or passively influences an electric and/or magnetic field and is arranged in the measuring range of the sensor, a compensation device 5 for at least partial compensation of the sensor signals in such a way that essentially sensor signals from an electrical and/or magnetic field that is optimized or unaffected by the component 3 are provided to an evaluation device 4, with the evaluation device 4 being designed to carry out the following steps, determining a time profile electrical and/or magnetic field in at least two, in particular three sensor spatial directions of the sensor, one of the at least two spatial directions essentially corresponding to the direction of travel of the vehicle and the second of the at least two spatial directions to the vertical axis of the vehicle corresponds to
  • the evaluation device 4 can have a plausibility checking device 46 which is designed to carry out a plausibility check of the detected edges.
  • the compensation device 5 thus enables compensation for the component-related distortion in the fields 11 measured by the sensor 2, for example the magnetic field data. As a result, precise information about the electric and/or magnetic field 10 actually present outside of the drive unit 3 is obtained.
  • the compensated magnetic field data are used to measure the speed, for example using a rim magnet. This is explained below.
  • the structure of the drive unit 3 is known with regard to the materials, arrangement of the components and the magnetic field sensor 2 and does not change over the product life cycle. Thus, the distortion of the magnetic field by the drive unit 3 does not change over the life cycle.
  • the magnetic field S measured by sensor 2, designed here as a magnetic field sensor, consists of the external magnetic field E and a distortion that can be described with the matrix V:
  • the distortion matrix V or V" 1 for each product i.e. for each combination of magnetic field sensor 2 and drive unit 3, is determined with a test bench that can generate magnetic fields in defined directions.
  • the drive unit 3 is placed in a defined orientation in the test stand, which generates a reference magnetic field 10 .
  • At least three measurements can be carried out, in which the reference magnetic field 10 in each one of the three spatial axes is generated. It is also possible to generate a spherical reference magnetic field 10 in which several axes are activated at the same time. This increases the number of measurements and minimizes measurement inaccuracies.
  • the internal magnetic field sensor 2 is read out and the data is stored.
  • the distortion matrix V or V ⁇ 1 is determined using the measured data from the internal magnetic field sensor 2 and the data from the reference field 10 . Since the drive units 3 of a product line have an identical structure, the distortion V is also identical. A certain number of samples is measured for each product line and the results are averaged to compensate for small scatters.
  • the matrix V" 1 is stored in the drive unit 3 of the respective product line.
  • the external magnetic field E is calculated using the magnetic field S measured by sensor 2 and the following formula:
  • the calculated, compensated magnetic field is then used by the evaluation device to determine the speed of the bicycle.
  • FIG. 3 shows steps of a method according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 3 shows steps of a method for determining field influence data of a component for a sensor for measuring electric and/or magnetic fields, for use in a system according to one of Claims 1-7.
  • the procedure includes the following steps
  • Arranging TI of sensor and component in a defined orientation and at a defined distance from each other, so that the component is arranged in the measuring range of the sensor.
  • FIG. 4 shows, in schematic form, steps of a method for determining a speed of a single-track vehicle according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 4 shows steps for a speed measurement using a rim magnet 51 (see FIG. 4) of a bicycle 300 (see FIG. 4).
  • a magnetic field sensor 2 which is arranged in a drive unit 52 (see FIG. 7) of the bicycle 300, measures the magnetic field in the three spatial directions x, y and z in a step S1. Since the magnetic fields detected by the internal magnetic field sensor 2 can be distorted by surrounding steel parts, these are corrected in a second step S2. As a result, the magnetic field can be calculated outside of the drive unit 52, ie without distortion.
  • the rotating rim magnet 2 generates a magnetic field in the direction of travel axis 70 and the vertical axis 71 (provision of the components of the magnetic field according to steps S31, S33 after the correction, which is why this data is provided to a rim magnet detection method in a step S3 and evaluated in a step S4
  • a magnetic field component provided according to step S32 outside the plane of the vehicle is not further evaluated.
  • a time stamp is generated or provided in a step S5.
  • the speed is then calculated according to step S7 and output according to step S8 using the time difference between two pulses and the wheel circumference provided according to step S6.
  • a counter or the like can also be used to calculate the time difference between the individual pulses. For this purpose, the counter is set to 0 after each pulse and then increased in defined magazines. With the next pulse, the time difference between the last pulse is directly available and there is no need to calculate the difference between the time stamps.
  • FIG. 5 shows steps of a method for determining a speed of a single-track vehicle according to an embodiment of the present invention
  • FIG. 6 shows a diagram of a time profile of a measured magnetic field according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 5 now shows in detail step S4—rim magnet detection method—according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 6 shows a diagram 100 of a time profile of a measured magnetic field according to an embodiment of the present invention with a time axis 101 as the x-axis and a strength of the magnetic field 102 as the y-axis.
  • the magnetic field in the direction of travel and the vertical axis 70, 71 is first fed to a signal processing unit 41 S31, S33.
  • the magnetic field data in the direction of travel and vertical axis 70, 71 are filtered with a bandpass filter in the signal processing unit 41.
  • the filter adapts its passband and stopband in particular depending on the instantaneous rear wheel frequency of a rear wheel of bicycle 300. Known EMC interference frequencies are also damped.
  • the filtered magnetic field data is rotated with the angle ⁇ p of the main axis, so that the largest signal deviation is in one axis. These two signals are then fed to an edge detection 42 according to S41-1, S41-2. The determination of the angle ⁇ of the major axis will be described later.
  • High points 112 and low points 111 are detected in the magnetic field signal that has been filtered and rotated into the main axis 70 and is provided according to S41-1. If a low point 111 is followed by a high point 112, this is recognized as a rising edge 140. Conversely, a falling edge 140 is detected. To detect an edge 140, its amplitude 130 must be greater than a first low threshold 120.
  • a time stamp is determined according to S42-4 for the speed calculation according to step S7, since this point in time is more defined than the point in time of the high point 112. Since the speed is calculated using the time difference between two pulses, the time stamps (provided according to S42-4) is always generated at the same time of an edge 140.
  • the flank 140 is nevertheless transmitted to the plausibility check 46. In the case of a pulse prediction 47, this edge 140 can nevertheless be evaluated as plausible with the data provided according to S47-2.
  • Edge detection 42 can also detect falling edges 140 . These are not used here for the speed calculation according to S7, but are necessary for a polarization detection using a polarization detection device 45 of the magnet.
  • the angle of the magnetic field vector is calculated. As the bicycle 300 moves forward and the rim magnet 51 rotates past the drive unit 52, the angle increases continuously. In addition, the angle of the vector at the beginning of the edge 140, here at the low point 111, when the second threshold value 121 is exceeded and at the end of an edge 140, here at the high point 112, is determined. The angle signal provided according to S42-3 is assessed as plausible if it depicts the rotation of the magnetic field vector during the detection of an edge 140. Since the distance between the rim magnet 51 and the sensor can vary greatly depending on the bicycle 300, for example depending on the frame geometry, tire, rim of the bicycle 300, the amplitude 130 of the useful signal also varies depending on the bicycle 300. The amplitude 130 of the useful signal is learned individually according to step S43 and later used for plausibility checking.
  • the amplitudes 130 of the first complete rising and falling edges 140, at which the angle signal is plausible are stored according to step S43-1. After a certain number of detected edges, the maximum is calculated from the stored amplitudes 130. If this is greater than the currently stored amplitude 130, this is used for further calculations.
  • the amplitude 130 is continuously learned using each complete, plausible rising edge 140 with a plausible angle signal.
  • the learned amplitude 130 is written here to a non-volatile memory in the drive unit 52 .
  • the last taught-in amplitude 130 is loaded from this memory and the correct taught-in amplitude 130 is made available to the system at the beginning after it is switched on again.
  • the rim magnet 51 can be installed rotated by 180°. This inverts the waveform. This is detected by the polarization detection device 45 and the signal is again inverted using a method, in particular a software program, so that the method can continue to detect the rising edges 140 .
  • the amplitudes 130 of the first rising and falling edges 140 are stored according to S43-1, for which the angle signal of the magnetic field vector is also plausible and is provided according to S42-3. If a certain number of edges 140 has been recognized, the maximum of the stored rising amplitudes 130 and the maximum of the stored falling amplitudes 130 are calculated. Is the maximum falling amplitude greater than the maximum rising Amplitude 130, the currently used polarization is wrong and the signal curve is output inverted by the signal processing 41 with the corresponding information of the polarization detection device 45 according to S45-1.
  • the polarization that has been learned is written to the non-volatile memory of the drive unit 52 .
  • the last programmed polarization is loaded from memory and the correct polarization is provided.
  • FIG. 7 shows representations of different installation angles for a sensor according to an embodiment of the present invention.
  • the drive unit 52 and thus the respective sensor can be installed in a vehicle, for example a pedelec 300, in various angular positions.
  • the sensor measures a magnetic field along the sensor space axes 60, 61.
  • the main axis 70 in which the largest signal swing is located, does not change when viewed from the outside.
  • an installation angle of 0° is assumed.
  • the method according to an embodiment of the present invention functions even if the drive unit 52 and thus the sensor is severely twisted.
  • the useful amplitude is lower and less robust in the event of an external magnetic field disturbance.
  • the rotation A ⁇ p to the main axis 70 is calculated according to S42-5, the magnetic field data is rotated accordingly according to S44 and the data is made available to the signal processing 41 according to S44-1.
  • the magnetic field in the second axis, provided according to step S41-1, is additionally evaluated during edge detection 42.
  • the main axis 70 is obtained after a few revolutions of the wheel and a useful signal with a large amplitude is achieved even in the case of strong rotations.
  • the angle of the taught-in main axis 70 is written to the non-volatile memory of the drive unit 52.
  • the angle last taught in is loaded from the memory and, after switching on again, the correct angle of the main axis 70 is provided right at the beginning.
  • edge detection 42 The edges detected by edge detection 42 are checked for plausibility by plausibility check 46 in several steps.
  • edge detection 42 provides or transmits amplitude 130 of edge 140 according to S42-1, edge gradient, provided according to S42-2, and plausible magnetic field vector according to S42-3 of plausibility check 46. If a detected edge is determined to be implausible, edge 140 and the associated time stamp signal provided according to S42-4 are not used by edge detection 42 for speed calculation. With each detected edge 140, it is calculated in particular what speed would be measured if this edge 140 were plausible. This is referred to as "possible speed" in the following.
  • flanks 140 are checked for plausibility based on the following conditions or queries:
  • edge 140 is not plausible. This means that the flanks 140 follow one another implausibly quickly.
  • the gradient of the rising edge 140 is also greater at high speeds and the time difference between the low point 111 and the second threshold value 121 is smaller. Therefore, the gradient of edge 140 must be above a speed dependent threshold. In addition, in particular the time difference between the low point 111 and the second threshold value 121 can be smaller than a second speed-dependent threshold value 121. If the two conditions are not met, the flank 140 is evaluated as implausible. 3. With each detected edge 140, the acceleration between the last plausible edge and the currently detected edge 140 is calculated. If this acceleration is above a threshold value, edge 140 is implausible. This plausibility check is only used for a short time, since otherwise it may lead to a permanently incorrect speed measurement.
  • the pulse prediction 47 predicts the point in time when the next plausible edge 140 should be present.
  • a window is set around this point in time, in which the method is more sensitive. If the amplitude 130 of an edge 140 is reduced, for example by an external magnetic field disturbance, so that it does not exceed the second threshold value 121 during the edge detection 42, this edge 140 can still be plausible if it is detected in this time window. The same applies if the speed-dependent threshold values for the gradient and the time difference are not reached.
  • At least one of the embodiments has at least one of the following features and/or enables at least one of the following advantages:

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Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein System zur Ermittlung einer Geschwindigkeit eines Fahrrads, insbesondere eines Fahrrads mit einem Fahrunterstützungsantrieb, bereit, umfassend einen insbesondere stationär angeordneten Sensor zur Messung von elektrischen und/oder magnetischen Feldern, ein Bauelement, welches aktiv und/oder passiv ein elektrisches und/oder magnetisches Feld beeinflusst und im Messbereich des Sensors angeordnet ist, eine Kompensationseinrichtung zur zumindest teilweisen Kompensation der Sensorsignale derart, dass im Wesentlichen Sensorsignale von einem von dem Bauelement optimierten oder unbeeinflussten elektrischen und/oder magnetischen Feld einer Auswerteeinrichtung bereitgestellt werden, wobei die Auswerteeinrichtung zur Durchführung der folgenden Schritte ausgebildet ist, - Ermitteln eines zeitlichen Verlaufs elektrischen und/oder magnetischen Feldes in zumindest zwei, insbesondere drei Sensorraumrichtungen des Sensors, wobei die eine der zumindest zwei Raumrichtungen im Wesentlichen der Fahrtrichtung des Fahrzeugs entspricht und die zweite der zumindest zwei Raumrichtungen der Hochachse des Fahrzeugs entspricht, - Erkennen einer Flanke im zeitlichen Verlauf des elektrischen und/oder magnetischen Feldes in einer der beiden Raumrichtungen vorzugsweise in der ersten Raumrichtung - Ermitteln der Geschwindigkeit des Fahrzeugs anhand von zumindest zwei, insbesondere aufeinanderfolgender, erkannter Flanken.

Description

Beschreibung
Titel
Auswertesystem zur Ermittlung einer Geschwindigkeit eines Fahrrads
Stand der Technik
Die Erfindung betrifft ein System zur Ermittlung einer Geschwindigkeit eines Fahrrads.
Die Erfindung betrifft weiter ein Verfahren zum Bestimmen von Feldbeeinflussungsdaten eines Bauteils für einen Sensor zur Messung von elektrischen und/oder magnetischen Feldern.
Die Erfindung betrifft weiter ein Fahrrad, insbesondere mit Fahrunterstützungsantrieb.
Die Erfindung betrifft weiter ein Verfahren zum Ermitteln einer Geschwindigkeit eines Fahrrads, insbesondere eines Fahrrads mit einem Fahrunterstützungsantrieb.
Obwohl die vorliegende Erfindung allgemein auf beliebige Fahrräder anwendbar ist, wird die vorliegende Erfindung in Bezug auf Fahrräder in Form von Pedelecs beschrieben.
Obwohl allgemein auf elektrische und/oder magnetische Felder anwendbar, wird die vorliegende Erfindung in Bezug auf magnetische Felder erläutert.
Pedelecs ermöglichen durch eine Antriebseinheit mit Motor eine Fahrunterstützung für einen Fahrer. Die jeweilige Antriebseinheit umfasst dabei nicht nur den jeweiligen Antriebsmotor, sondern auch Sensorik, um die Fahrgeschwindigkeit des Pedelecs zu ermitteln. Hierbei ist es bekannt geworden, an einem Rad des Fahr- rads einen Magneten anzuordnen, und dessen Magnetfeld mittels eines Magnetfeldsensors zu messen. Der Magnetfeldsensor ist dabei ortsfest am Rahmen, insbesondere in der Antriebseinheit, angeordnet. Bei jedem Umlauf kann so anhand des zeitlichen Abstands zwischen zwei gemessenen Pulsen des Magnetfelds und des Reifenumfangs die Geschwindigkeit des Fahrrads ermittelt werden. Problematisch ist, dass Bauteile der Antriebseinheit, wie beispielsweise Getriebezahnräder, Schrauben, Bolzen oder dergleichen aus weichmagnetischem Material hergestellt sein können und so das Messergebnis des Magnetfeldsensors beeinflussen können. Darüber hinaus kann die Einbausituation der Antriebseinheit an verschiedenen Fahrrädern unterschiedlich sein. Beides kann so das Messergebnis des Magnetfeldsensors beeinflussen.
Offenbarung der Erfindung
In einer Ausführungsform stellt die vorliegende Erfindung ein System zur Ermittlung einer Geschwindigkeit eines Fahrrads, insbesondere eines Fahrrads mit einem Fahrunterstützungsantrieb, bereit, umfassend einen insbesondere stationär angeordneten Sensor zur Messung eines elektrischen und/oder magnetischen Feldes, ein Bauelement, welches aktiv und/oder passiv ein elektrisches und/oder magnetisches Feld beeinflusst und im Messbereich des Sensors angeordnet ist, eine Kompensationseinrichtung zur zumindest teilweisen Kompensation der Sensorsignale derart, dass im Wesentlichen Sensorsignale von einem von dem Bauelement optimierten oder unbeeinflussten elektrischen und/oder magnetischen Feld einer Auswerteeinrichtung bereitgestellt werden, wobei die Auswerteeinrichtung zur Durchführung der folgenden Schritte ausgebildet ist, Ermitteln eines zeitlichen Verlaufs elektrischen und/oder magnetischen Feldes in zumindest zwei, insbesondere drei Sensorraumrichtungen des Sensors, wobei die eine der zumindest zwei Raumrichtungen im Wesentlichen der Fahrtrichtung des Fahrzeugs entspricht und die zweite der zumindest zwei Raumrichtungen der Hochachse des Fahrzeugs entspricht,
Erkennen einer Flanke im zeitlichen Verlauf des elektrischen und/oder magnetischen Feldes in einer der beiden Raumrichtungen vorzugsweise in der ersten Raumrichtung mittels Ermitteln von Hoch- und Tiefpunkten im zeitlichen Verlauf des elektrischen und/oder magnetischen Feldes,
Ermitteln einer fallenden oder steigenden Flanke anhand der zeitlichen Abfolge eines Hoch- und Tiefpunkts,
Vergleichen der Amplitude der ermittelten Flanke mit einem Schwellenwert, wobei die ermittelte Flanke als erkannt gilt, wenn die Amplitude der ermittelten Flanke größer ist als ein erster niedrigerer Schwellenwert, und/oder größer ist als ein zweiter größerer adaptiver Schwellenwert, und Ermitteln der Geschwindigkeit des Fahrzeugs anhand von zumindest zwei, insbesondere aufeinanderfolgender, erkannter Flanken.
In einer Ausführungsform stellt die vorliegende Erfindung ein Verfahren zum Bestimmen von Feldbeeinflussungsdaten eines Bauteils für einen Sensor zur Messung von elektrischen und/oder magnetischen Feldern, zur Verwendung in einem System gemäß einem der Ansprüche 1-7, bereit, umfassend die Schritte
Anordnen von Sensor und Bauelement in einer definierten Orientierung und in einem definierten Abstand zueinander, sodass das Bauteil im Messbereich des Sensors angeordnet ist,
Beaufschlagen des Sensors mit einem elektrischen und/oder magnetischen Referenzfeld, insbesondere in allen drei Raumrichtungen, und
Ermitteln der Feldbeeinflussungsdaten anhand eines Vergleichs des Referenzfeldes am Ort des Sensors und gemessenen Werten des Sensors.
In einer Ausführungsform stellt die vorliegende Erfindung ein Fahrrad mit einem System gemäß einem der Ansprüche 1-7 und mit einer Antriebseinheit, insbesondere zur Fahrerunterstützung bereit.
In einer Ausführungsform stellt die vorliegende Erfindung ein Verfahren zum Ermitteln einer Geschwindigkeit eines Fahrrads, insbesondere eines Fahrrads mit einem Fahrunterstützungsantrieb, bereit, umfassend die Schritte
Messen von einem elektrischen und/oder magnetischen Feld mittels eines insbesondere stationär angeordneten Sensors, wobei im Messbereich des Sensors ein Bauelement, welches aktiv und/oder passiv ein elektrisches und/oder magnetisches Feld beeinflusst, angeordnet ist, Zumindest teilweises Kompensieren der gemessenen Sensorsignale derart, dass im Wesentlichen Sensorsignale von einem von dem Bauelement optimierten oder unbeeinflussten elektrischen und/oder magnetischen Feld bereitgestellt werden,
Ermitteln eines zeitlichen Verlaufs des zumindest teilweise kompensierten elektrischen und/oder magnetischen Feldes in zumindest zwei, insbesondere drei Sensorraumrichtungen des Sensors, wobei die eine der zumindest zwei Raumrichtungen im Wesentlichen der Fahrtrichtung des Fahrzeugs entspricht und die zweite der zumindest zwei Raumrichtungen der Hochachse des Fahrzeugs entspricht,
Erkennen einer Flanke im zeitlichen Verlauf des elektrischen und/oder magnetischen Feldes in einer der beiden Raumrichtungen vorzugsweise in der ersten Raumrichtung mittels
Ermitteln von Hoch- und Tiefpunkten im zeitlichen Verlauf des elektrischen und/oder magnetischen Feldes,
Ermitteln einer fallenden oder steigenden Flanke anhand der zeitlichen Abfolge eines Hoch- und Tiefpunkts,
Vergleichen der Amplitude der ermittelten Flanke mit einem Schwellenwert, wobei die ermittelte Flanke als erkannt gilt, wenn die Amplitude der ermittelten Flanke größer ist als ein erster niedrigerer Schwellenwert, und/oder größer ist als ein zweiter größerer adaptiver Schwellenwert,
- Ermitteln der Geschwindigkeit des Fahrzeugs anhand von zumindest zwei, insbesondere aufeinanderfolgender, erkannter Flanken.
Einer der damit erzielten Vorteile ist, dass eine zuverlässige Ermittlung der Fahrradgeschwindigkeit mittels des Sensors auch in Anwesenheit von Bauteilen erfolgen kann, die das elektrische und/oder magnetische Feld im Messbereich des Sensors beeinflussen. Gleichzeitig wird die Flexibilität erhöht, da größere Toleranzen bei der Anordnung von Sensor und beispielsweise einem Magneten ermöglicht werden, was zudem die Herstellungskosten und den Zeitaufwand für die Montage reduziert.
Mit anderen Worten ist eine zumindest teilweise Kompensation von Verzerrungen der vom Sensor gemessenen elektrischen und/oder magnetischen Felder durch entsprechende Bauteile bei gleichzeitiger hoher Flexibilität bei der Montage von Sensor und Magnet möglich.
Weitere Merkmale, Vorteile und weitere Ausführungsformen der Erfindung sind im Folgenden beschrieben oder werden dadurch offenbar.
Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung ist der Sensor ein Magnetfeldsensor. Damit kann beispielsweise in Kombination mit einem Felgenmagnet auf einfache Weise ein Geschwindigkeitssignal auf Basis eines detektierten Magnetfeldes ermöglicht werden. Der Felgenmagnet unterscheidet sich dabei von Speichenmagneten insbesondere durch einen großen beziehungsweise im Wesentlichen maximalen Abstand zur Radachse.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung ist das Bauteil, insbesondere wobei das Bauteil zwischen einer Quelle des elektrischen und/oder magnetischen Feldes und dem Sensor angeordnet ist, zumindest teilweise aus einem weichmagnetischen Material hergestellt. Damit kann auf zuverlässige und kostengünstige Komponenten aus Metall zurückgegriffen werden, was die Lebensdauer des Bauteils erhöht, ohne die Zuverlässigkeit der Geschwindigkeitsmessung zu reduzieren.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung umfasst das Bauteil ein Gehäuse für eine Antriebseinheit eines Fahrrads. Damit lässt sich auf einfache Weise das Bauteil in einer Antriebseinheit eines Fahrrads verwenden beziehungsweise anordnen.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung ist die Kompensationseinrichtung ausgebildet, anhand von vorgegebenen bauteilspezifischen Feldbeeinflussungsdaten die Kompensation durchzuführen. Damit wird eine ausreichende Genauigkeit der Fahrgeschwindigkeitsermittlung auch bei unterschiedlichen Bauteilen ermöglicht. Gemäß einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung ist die Kompensationseinrichtung ausgebildet, mittels einer einzelnen mathematischen Matrix-Operation die gemessenen Sensorsignale zu kompensieren. Vorteil hiervon ist eine schnelle und effiziente Kompensation der Sensorsignale.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung werden die Schritte mehrfach mit unterschiedlichen Bauelementen des gleichen Musters und/oder mit unterschiedlichen Sensoren des gleichen Musters durchgeführt und es werden Gesamtfeldbeeinflussungsdaten anhand der jeweiligen Feldbeeinflussungsdaten ermittelt. Damit wird die Genauigkeit der bauteilspezifischen und/oder sensorspezifischen Ermittlung der Geschwindigkeit des Fahrrads erhöht. Unter Bauelementen gleiches Musters sind insbesondere identische Bauelemente zu verstehen, die sich hinsichtlich Herstellungstoleranzen unterscheiden.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung werden die Feldbeeinflussungsdaten an eine Kompensationseinrichtung übertragen und dort gespeichert. Dies ermöglicht unabhängig von dem konkreten Einsatz eine Kompensation durch eine Kompensationseinrichtung beispielsweise in unterschiedlichen Anordnungen, Fahrrädern oder mit unterschiedlichen Bauteilen.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung wird das elektrische und/oder magnetische Referenzfeld kugelförmig bereitgestellt. Damit können Messwerte des Sensors entlang mehrerer Raumachsen gleichzeitig aufgenommen werden, was die Anzahl der Messungen erhöht. Messungenauigkeiten werden damit minimiert.
Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung wird vor dem Erkennen der Flanke die zumindest teilweise kompensierten Signale mittels eines Bandpassfilters gefiltert, wobei ein Sperr-und Durchlassbereich des Bandpassfilters an eine vorgegebene Umdrehungsfrequenz eines Rades des Fahrzeugs angepasst werden. Vorteil hiervon ist, dass damit beispielsweise Ausreißer oder dergleichen herausgefiltert werden können, was die Zuverlässigkeit der Erkennung von Flanken verbessert. Darüber hinaus kann eine genauere beziehungsweise geeignetere Filterung in Abhängigkeit beispielsweise der Geschwindigkeit des Fahrrads bereitgestellt werden. Gemäß einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung werden die in mindestens zwei Sensorraumrichtungen bereitgestellten Werte vor dem Erkennen einer Flanke in die Hauptachse des elektrischen und/oder magnetischen Feldes rotiert. Unter „Raumrichtung“ ist synonym eine „Raumachse“ zu verstehen. Damit wird die Nutzamplitude für die Erkennung von Flanken erhöht, was insgesamt die Zuverlässigkeit weiter verbessert.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung wird der Winkel der Hauptachse für die Rotation anhand von Messwerten in der zweiten Raumrichtung bestimmt, insbesondere für eine vorgebbare Anzahl von Flanken. Damit kann auf einfache und gleichzeitig zuverlässige Weise der Winkel der Hauptachse bestimmt werden.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung wird der Winkel der Hauptachse gespeichert und für weitere Berechnungen bereitgestellt. Damit kann der ermittelte Wert für weitere Berechnungen und/oder andere Einrichtungen verwendet werden, was Ressourcen spart.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung wird zusätzlich der zeitliche Verlauf des Vektors des elektrischen und/oder magnetischen Feldes zur Auswertung der steigenden und/oder fallenden Flanken ausgewertet, insbesondere zu deren Plausibilisierung. Vorteil hiervon ist, dass damit die Flankenerkennung noch weiter verbessert wird.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung wird eine ermittelte Flanke mittels eines Plausibilisierungsverfahrens überprüft, wobei eine nicht plausible ermittelte Flanke verworfen wird. Vorteil hiervon ist, dass damit die Zuverlässigkeit der Geschwindigkeitsmessung noch weiter verbessert wird.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung berechnet das Plausibilisierungsverfahren anhand der ermittelten Flanke eine mögliche Geschwindigkeit und überprüft auf zumindest eine der folgenden Bedingungen
Wenn die mögliche Geschwindigkeit oberhalb eines vorgebbaren Schwellenwerts liegt, wird die ermittelte Flanke verworfen, Wenn der Gradient der ermittelten Flanke unterhalb eines Schwellenwerts liegt, wird die ermittelte Flanke verworfen
Wenn die Zeitdifferenz zwischen dem Tiefpunkt der ermittelten Flanke und dem Zeitpunkt des Überschreitens eines Schwellenwerts in dem Flankenverlauf oberhalb eines vorgebbaren Schwellenwerts ist, wird die ermittelte Flanke verworfen die Fahrzeugbeschleunigungen berechnet aus einer aktuell ermittelten Flanke und einer früheren Flanke, oberhalb eines vorgebbaren Schwellenwerts liegen, wird die aktuell ermittelte Flanke verworfen.
Einer der damit erzielten Vorteile ist, dass damit eine besonders hohe Zuverlässigkeit bei der Plausibilisierung erzielt wird.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung umfasst das Plausibilisierungsverfahren eine Flankenvorhersage, insbesondere anhand von Beschleunigungsdaten des Fahrzeugs, sodass eine erkannte Flanke als nicht plausibel verworfen wird, wenn anhand der Beschleunigungsdaten keine Flanke vorhergesagt wird. Damit kann die Zuverlässigkeit der Flankenerkennung verbessert werden.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung werden für den Zeitpunkt der Flankenvorhersage und eines Toleranzbereichs zumindest einer der Schwellenwerte von erstem und zweitem Schwellenwert, insbesondere der zweite Schwellenwert für die Flankenerkennung und -plausibilisierung verringert. Vorteil hiervon ist, dass das Verfahren insbesondere für diesen Zeitbereich sensitiver ist, sodass damit die Zuverlässigkeit der Flankenerkennung und des Plausibilisierungsverfahrens noch weiter verbessert werden kann.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung wird, wenn ein Magnetfeld mittels eines Magneten bereitgestellt wird, zur Erkennung der Polarisierung des Magneten eine vorgebbare Anzahl von ermittelten Flanken und insbesondere ein Winkelverlauf des Magnetfeldvektors anhand des gemessenen Magnetfelds ermittelt, wobei die Polarisierung anhand eines Vergleichs von maximaler Amplitude der steigenden und der fallenden Amplitude ermittelt wird, wobei wenn die maximale fallende Amplitude größer ist als die maximale steigende Amplitude die Polarisie- rung des Magneten umgekehrt angenommen wird und die Messwerte des Magnetfelds invertiert werden. Einer der damit erzielten Vorteile ist, dass auf schnelle und einfache Weise ohne zusätzlichen Aufwand die Polarisierung des Magneten erkannt werden kann.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung wird die Polarisierung anhand einer vorgebbaren Anzahl von steigenden und/oder fallenden Flanken ausgewertet. Vorteil hiervon ist, dass mit einer ausreichenden Genauigkeit die Polarisierung des Magneten erkannt werden kann.
Weitere wichtige Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, aus den Zeichnungen und aus der dazugehörigen Figurenbeschreibung anhand der Zeichnungen.
Es versteht sich, dass die vorstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
Bevorzugte Ausführungen und Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert, wobei sich gleiche Bezugszeichen auf gleiche oder ähnliche oder funktional gleiche Bauteile oder Elemente beziehen.
Dabei zeigt
Figur 1 in schematischer Form ein durch ein Bauteil beeinflusstes Magnetfeld im Vergleich zu einem Referenzfeld;
Figur 2 eine Vorrichtung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung und
Figur 3 Schritte eines Verfahrens gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung; Figur 4 Schritte eines Verfahrens zur Ermittlung einer Geschwindigkeit eines einspurigen Fahrzeugs gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
Figur 5 Schritte eines Verfahrens zur Ermittlung einer Geschwindigkeit eines einspurigen Fahrzeugs gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
Figur 6 ein Diagramm eines zeitlichen Verlaufs eines gemessenen Magnetfelds gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung; und
Figur 7 eine Darstellung von unterschiedlichen Einbauwinkeln für einen Sensor gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
In Figur 1 ist in schematischer Form ein durch ein Bauteil 3 beeinflusstes Magnetfeld 11 im Vergleich zu einem Referenzfeld 10 gezeigt. Ein Magnetfeldsensor 2 ist dabei in dem Bauteil, hier in einer Antriebseinheit 3, die Bauteile aus weichmagnetischem Material aufweist, angeordnet. Wird nun ein Magnetfeld 10 als Referenzmagnetfeld durch den Sensor 2 gemessen, misst dieser ein vom Referenzfeld 10 abweichendes Magnetfeld 11, welches durch die weichmagnetischen Bauteile der Antriebseinheit 3 verursacht ist. Wird nun auf Basis der Sensormesswerte eine Größe, beispielsweise die Geschwindigkeit eines Fahrrads bestimmt, ist diese durch das abweichende Magnetfeld 11 verfälscht. Mit anderen Worten entspricht das vom Sensor 2 gemessene Magnetfeld 11 nicht dem äußeren, unverzerrten Magnetfeld 10.
So erzeugt beispielweise ein Felgenmagnet ein Magnetfeld ausschließlich in der Fahrradebene. Durch die Verzerrung durch das Bauteil 3 misst der dargestellte Magnetfeldsensor 2 jedoch auch ein Magnetfeld 11 mit einem Anteil aus der Fahrradebene heraus. Dies entspricht nicht der physikalischen Realität. Wird nun lediglich das Magnetfeld in der Fahrradebene ausgewertet, ist die Amplitude des Nutzsignals durch die Verzerrung geringer. Die Verzerrung ist bei verschiedenen Materialien und Bauteilanordnungen ebenfalls unterschiedlich. Figur 2 zeigt eine Vorrichtung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
In Figur 2 ist ein System 1 zur Ermittlung einer Geschwindigkeit eines Fahrrads, insbesondere eines Fahrrads mit Fahrunterstützungsantrieb in schematischer Form gezeigt. Das System 1 umfasst dabei einen insbesondere stationär angeordneten Sensor 2 zur Messung von elektrischen und/oder magnetischen Feldern, ein Bauelement 3, welches aktiv und/oder passiv ein elektrisches und/oder magnetisches Feld beeinflusst und im Messbereich des Sensors angeordnet ist, eine Kompensationseinrichtung 5 zur zumindest teilweisen Kompensation der Sensorsignale derart, dass im Wesentlichen Sensorsignale von einem von dem Bauelement 3 optimierten oder unbeeinflussten elektrischen und/oder magnetischen Feld einer Auswerteeinrichtung 4 bereitgestellt werden, wobei die Auswerteeinrichtung 4 zur Durchführung der folgenden Schritte ausgebildet ist, Ermitteln eines zeitlichen Verlaufs elektrischen und/oder magnetischen Feldes in zumindest zwei, insbesondere drei Sensorraumrichtungen des Sensors, wobei die eine der zumindest zwei Raumrichtungen im Wesentlichen der Fahrtrichtung des Fahrzeugs entspricht und die zweite der zumindest zwei Raumrichtungen der Hochachse des Fahrzeugs entspricht,
Erkennen einer Flanke im zeitlichen Verlauf des elektrischen und/oder magnetischen Feldes in einer der beiden Raumrichtungen vorzugsweise in der ersten Raumrichtung mittels
Ermitteln von Hoch- und Tiefpunkten im zeitlichen Verlauf des elektrischen und/oder magnetischen Feldes,
Ermitteln einer fallenden oder steigenden Flanke anhand der zeitlichen Abfolge eines Hoch- und Tiefpunkts,
Vergleichen der Amplitude der ermittelten Flanke mit einem Schwellenwert, wobei die ermittelte Flanke als erkannt gilt, wenn die Amplitude der ermittelten Flanke größer ist als ein erster niedrigerer Schwellenwert, und/oder kleiner als ein zweiter größerer Schwellenwert
Ermitteln der Geschwindigkeit des Fahrzeugs anhand von zumindest zwei, insbesondere aufeinanderfolgender, erkannter Flanken. Darüber hinaus kann die Auswerteeinrichtung 4 eine Plausibilisierungseinrichtung 46 aufweisen, die ausgebildet ist, eine Überprüfung der erkannten Flanken hinsichtlich Plausibilität durchzuführen.
Die Kompensationseinrichtung 5 ermöglicht damit eine Kompensation der bauteilbedingten Verzerrung in den vom Sensor 2 gemessenen Feldern 11, beispielsweise der Magnetfelddaten. Dadurch wird eine genaue Information über das tatsächlich vorhandene elektrische und/oder magnetische Feld 10 außerhalb der Antriebseinheit 3 erhalten. Zur Geschwindigkeitsmessung, beispielsweise anhand eines Felgenmagneten werden die kompensierten Magnetfelddaten verwendet. Dies wird im Folgenden erläutert.
Der Aufbau der Antriebseinheit 3 ist bekannt hinsichtlich der Materialien, Anordnung der Bauteile und des Magnetfeldsensors 2 und ändert sich über den Produktlebenszyklus nicht. Somit ändert sich auch die Verzerrung des Magnetfelds durch die Antriebseinheit 3 über den Lebenszyklus nicht.
Das vom hier als Magnetfeldsensor ausgebildeten Sensor 2 gemessene Magnetfeld S setzt sich aus dem externen Magnetfeld E und einer Verzerrung, die mit der Matrix V beschrieben werden kann, zusammen:
S = V* E
Auflösen der Gleichung nach dem externen Magnetfeld E ergibt
E = V1* S
Mit einem Prüfstand, der Magnetfelder in definierte Richtungen erzeugen kann, wird die Verzerrungsmatrix V beziehungsweise V“1 für jedes Produkt, also für jede Kombination aus Magnetfeldsensor 2 und Antriebseinheit 3 bestimmt.
Hierzu wird die Antriebseinheit 3 in einer definierten Orientierung in den Prüfstand gelegt, welcher ein Referenzmagnetfeld 10 erzeugt. Es können mindestens drei Messungen ausgeführt werden, bei denen das Referenzmagnetfeld 10 in jeweils einer der drei Raumachsen erzeugt wird. Es ist ebenfalls möglich ein kugelförmiges Referenzmagnetfeld 10 zu erzeugen, in dem mehrere Achsen gleichzeitig angesteuert werden. Dadurch erhöht sich die Anzahl der Messungen und Messungenauigkeiten werden minimiert. Während das Referenzmagnetfeld 10 anliegt, wird der interne Magnetfeldsensor 2 ausgelesen und die Daten gespeichert. Nach Abschluss der Messungen wird anhand der gemessenen Daten des internen Magnetfeldsensors 2 und den Daten des Referenzfeldes 10 die Verzerrungsmatrix V beziehungsweise V-1 bestimmt. Da die Antriebseinheiten 3 einer Produktlinie identisch aufgebaut sind, ist die Verzerrung V ebenfalls identisch. Für jede Produktlinie wird eine gewisse Anzahl an Mustern vermessen und die Ergebnisse gemittelt, um geringe Streuungen auszugleichen.
Die Matrix V“1 wird in der Antriebseinheit 3 der jeweiligen Produktlinie gespeichert. Im laufenden Betrieb wird das externe Magnetfeld E anhand des vom Sensor 2 gemessenen Magnetfelds S und der folgenden Formel berechnet:
E = V1* S
Das berechnete, kompensierte Magnetfeld wird im Anschluss zur Ermittlung der Geschwindigkeit des Fahrrads durch die Auswerteeinrichtung herangezogen.
Figur 3 zeigt Schritte eines Verfahrens gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
In Figur 3 sind Schritte eines Verfahrens zum Bestimmen von Feldbeeinflussungsdaten eines Bauteils für einen Sensor zur Messung von elektrischen und/oder magnetischen Feldern, zur Verwendung in einem System gemäß einem der Ansprüche 1-7, gezeigt.
Das Verfahren umfasst dabei die Schritte
Anordnen TI von Sensor und Bauelement in einer definierten Orientierung und in einem definierten Abstand zueinander, sodass das Bauteil im Messbereich des Sensors angeordnet ist.
Beaufschlagen T2 des Sensors mit einem elektrischen und/oder magnetischen Referenzfeld, insbesondere in allen drei Raumrichtungen, und Ermitteln T3 der Feldbeeinflussungsdaten anhand eines Vergleichs des Referenzfeldes am Ort des Sensors und gemessenen Werten des Sensors.
Figur 4 zeigt in schematischer Form Schritte eines Verfahrens zur Ermittlung einer Geschwindigkeit eines einspurigen Fahrzeugs gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
In Figur 4 werden Schritte für eine Geschwindigkeitsmessung anhand eines Felgenmagneten 51 (siehe Figur 4) eines Fahrrads 300 (siehe Figur ?) gezeigt. Hierzu misst ein Magnetfeldsensor 2, der in einer Antriebseinheit 52 (siehe Figur 7) des Fahrrads 300 angeordnet ist, das Magnetfeld in den drei Raumrichtungen x, y und z in einem Schritt Sl. Da die vom internen Magnetfeldsensor 2 erfassten Magnetfelder durch umliegende Stahlteile verzerrt werden können, werden diese in einem zweiten Schritt S2 korrigiert. Dadurch kann das Magnetfeld außerhalb der Antriebseinheit 52, also ohne Verzerrungen berechnet werden. Der rotierende Felgenmagnet 2 erzeugt ein Magnetfeld in der Fahrtrichtungsachse 70 und der Hochachse 71 (Bereitstellung der Komponenten des Magnetfelds gemäß den Schritten S31, S33 nach der Korrektur, weshalb diese Daten einem Felgenmagnet-Erkennungsverfahren in einem Schritt S3 bereitgestellt und in einem Schritt S4 ausgewertet werden. Eine Magnetfeldkomponente bereitgestellt gemäß Schritt S32 außerhalb der Fahrzeugebene wird nicht weiter ausgewertet.
Hat die Auswertung gemäß Schritt S4 ergeben, dass der Magnet 2 an der Antriebseinheit 52 vorbei rotiert ist und einen Magnetpuls bereitgestellt hat, wird ein Zeitstempel in einem Schritt S5 erzeugt bzw. bereitgestellt. Durch die Zeitdifferenz zwischen zwei Pulsen und dem gemäß Schritt S6 bereitgesellten Radumfang wird anschließend die Geschwindigkeit gemäß Schritt S7 berechnet und ausgegeben gemäß Schritt S8. Anstelle eines Zeitstempels kann auch ein Zähler oder dergleichen genutzt werden, um die Zeitdifferenz zwischen den einzelnen Pulsen zu berechnen. Hierzu wird der Zähler nach jedem Puls auf 0 gesetzt und anschließend in definierten Zeitschriften erhöht. Beim nächsten Puls steht die Zeitdifferenz zwischen dem letzten Puls direkt zur Verfügung und es kann auf die Differenzenbildung der Zeitstempel verzichtet werden. Figur 5 zeigt Schritte eines Verfahrens zur Ermittlung einer Geschwindigkeit eines einspurigen Fahrzeugs gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung und Figur 6 ein Diagramm eines zeitlichen Verlaufs eines gemessenen Magnetfelds gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
Figur 5 zeigt nun im Detail den Schritt S4 - Felgenmagnet-Erkennungsverfahren - gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Figur 6 zeigt ein Diagramm 100 eines zeitlichen Verlaufs eines gemessenen Magnetfelds gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung mit Zeitachse 101 als x-Achse und einer Stärke des Magnetfelds 102 als y-Achse.
In Figur 5 werden nun das Magnetfeld in der Fahrtrichtungs- und der Hochachse 70, 71 zunächst einer Signalverarbeitung 41 zugeführt S31, S33. Die Magnetfelddaten in Fahrtrichtungs- und Hochachse 70, 71 werden mit einem Bandpassfilter in der Signalverarbeitung 41 gefiltert. Das Filter adaptiert seinen Durchlass- und Sperrbereich insbesondere je nach momentaner Hinterradfrequenz eines Hinterrads des Fahrrads 300. Außerdem werden bekannte EMV-Störfrequenzen gedämpft.
Die gefilterten Magnetfelddaten werden mit dem Winkel <p der Hauptachse rotiert, sodass sich in einer Achse der größte Signalhub befindet. Diese beiden Signale werden dann gemäß S41-1, S41-2 einer Flankenerkennung 42 zugeführt. Die Bestimmung des Winkels <p der Hauptachse wird später beschrieben.
Anhand des Magnetfelds in der Fahrtrichtungs- und Hochachse 70, 71 wird auch der momentane Winkel des Magnetfeldvektors anhand der folgenden Formel berechnet. oc =atan2 Mag_Hoch,Mag_Fahrtrichtung wobei Mag_Hoch und Mag_Fahrtrichtung den jeweiligen Signalen beziehungsweise Werten der gemäß S41-1, S41-2 bereitgestellten Signale entspricht, wobei diese gemäß S41-3 ebenfalls der Flankenerkennung 42 bereitgestellt werden. In dem gefilterten und in die Hauptachse 70 rotierten Magnetfeldsignal, bereitgestellt gemäß S41-1 werden Hochpunkte 112 und Tiefpunkte 111 detektiert. Folgt auf einen Tiefpunkt 111 ein Hochpunkt 112, wird dies als steigende Flanke 140 erkannt. Umgekehrt wird eine fallende Flanke 140 erkannt. Zum Erkennen einer Flanke 140 muss deren Amplitude 130 größer sein als ein erster niedriger Schwellenwert 120.
Ist die Differenz zwischen dem erkannten Tiefpunkt 111 und dem aktuellen Wert des Magnetfeldsignals 110 größer als ein gewisser Anteil einer vorgegebenen Amplitude, insbesondere wird die Amplitude eingelernt, repräsentiert durch einen zweiten Schwellenwert 121, ist die Amplitude 111, 112 der Flanke 140 plausibel und die detektierte Flanke 140 wird an die Plausibilisierung 46 übermittelt. Zu diesem Zeitpunkt wird insbesondere ein Zeitstempel gemäß S42-4 für die Geschwindigkeitsberechnung gemäß Schritt S7 bestimmt, da dieser Zeitpunkt definierter ist, als der Zeitpunkt des Hochpunktes 112. Da die Geschwindigkeit über die Zeitdifferenz zwischen zwei Pulsen berechnet wird, werden die Zeitstempel (bereitgestellt gemäß S42-4) immer zum gleichen Zeitpunkt einer Flanke 140 generiert.
Wird der erste niedrige Schwellenwert 120 überschritten, nicht aber der zweite adaptive Schwellenwert 121, wird die Flanke 140 trotzdem an die Plausibilisierung 46 übermittelt. Im Falle einer Pulsvorhersage 47 kann mit den gemäß S47-2 bereitgestellten Daten diese Flanke 140 trotzdem als plausibel gewertet werden. Die Flankenerkennung 42 kann auch fallende Flanken 140 erfassen. Diese werden hier nicht für die Geschwindigkeitsberechnung gemäß S7 verwendet, allerdings für eine Polarisierungserkennung mittels einer Polarisierungserkennungseinrichtung 45 des Magneten notwendig.
Während des Erkennens einer Flanke 140 wird der Winkel des Magnetfeldvektors berechnet. Bewegt sich das Fahrrad 300 vorwärts und der Felgenmagnet 51 rotiert an der Antriebseinheit 52 vorbei, steigt der Winkel kontinuierlich an. Zusätzlich wird der Winkel des Vektors zu Beginn der Flanke 140, hier beim Tiefpunkt 111, beim Überschreiten des zweiten Schwellenwerts 121 und am Ende einer Flanke 140, hier am Hochpunkt 112 bestimmt. Das Winkelsignal, bereitgestellt gemäß S42-3 wird als plausibel bewertet, wenn dieses während der Erkennung einer Flanke 140 die Rotation des Magnetfeldvektors abbildet. Da der Abstand zwischen Felgenmagnet 51 und Sensor je nach Fahrrad 300 stark variieren kann, beispielsweise abhängig von Rahmengeometrie, Reifen, Felge des Fahrrads 300, variiert auch die Amplitude 130 des Nutzsignals je nach Fahrrad 300. Die Amplitude 130 des Nutzsignals wird individuell eingelernt gemäß Schritt S43 und später zur Plausibilisierung verwendet.
Um möglichst schnell die richtige Amplitude 130 zu kennen, werden die Amplituden 130 der ersten vollständigen steigenden und fallenden Flanken 140, bei welchen das Winkelsignal plausibel ist, gemäß Schritt S43-1 gespeichert. Nach einer gewissen Anzahl an erkannten Flanken, wird das Maximum aus den gespeicherten Amplituden 130 berechnet. Ist dies größer als die momentan gespeicherte Amplitude 130, wird diese für weitere Berechnungen verwendet.
Ist das schnelle Einlernen der Amplitude 130 abgeschlossen, wird die Amplitude 130 anhand jeder vollständigen plausiblen steigenden Flanke 140 mit plausiblem Winkelsignal kontinuierlich nachgelernt.
Beim Ausschalten des Systems wird die eingelernte Amplitude 130 hier in einen nichtflüchtigen Speicher der Antriebseinheit 52 geschrieben. Beim Systemstart wird die zuletzt eingelernte Amplitude 130 aus diesem Speicher geladen und dem System wird nach dem Wiedereinschalten zu Beginn die korrekte eingelernte Amplitude 130 bereitgestellt.
Der Felgenmagnet 51 kann prinzipiell um 180° verdreht montiert werden. Dadurch wird der Signalverlauf invertiert. Dies wird durch die Polarisierungserkennungseinrichtung 45 erkannt und das Signal wird mittels eines Verfahrens, insbesondere eines Software-Programms wiederum invertiert, sodass das Verfahren weiterhin die steigenden Flanken 140 detektieren kann. Um die Polarisierung des Magneten zu erkennen, werden die Amplituden 130 der ersten steigenden und fallenden Flanken 140 gemäß S43-1 gespeichert, bei denen zusätzlich das Winkelsignal des Magnetfeldvektors plausibel ist bereitgestellt gemäß S42-3. Wurde eine gewisse Anzahl an Flanken 140 erkannt, wird das Maximum der gespeicherten steigenden Amplituden 130 und das Maximum der gespeicherten fallenden Amplituden 130 berechnet. Ist die maximale fallende Amplitude größer als die maximale steigende Amplitude 130, ist die aktuell verwendete Polarisierung falsch und der Signalverlauf wird durch die Signalverarbeitung 41 mit den entsprechenden Informationen der Polarisierungserkennungseinrichtung 45 invertiert ausgegeben gemäß S45-1.
Diese Überprüfung findet hier mit den ersten Magnetpulsen beim Anfahren des Fahrzeugs statt, da sich prinzipiell bei jedem Anhalten die Polarisierung ändern könnte.
Beim Ausschalten des Systems wird die eingelernte Polarisierung in den nichtflüchtigen Speicher der Antriebseinheit 52 geschrieben. Beim Systemstart wird die zuletzt eingelernte Polarisierung aus dem Speicher geladen und die korrekte Polarisierung bereitgestellt.
Figur 7 zeigt Darstellungen von unterschiedlichen Einbauwinkeln für einen Sensor gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
Die Antriebseinheit 52 und damit der jeweilige Sensor kann in verschiedenen Winkellagen in ein Fahrzeug, beispielsweise Pedelec 300 eingebaut werden. Der Sensor misst dann ein Magnetfeld entlang der Sensorraumachsen 60, 61. Die Hauptachse 70, in welcher sich der größte Signalhub befindet, ändert sich jedoch von außen betrachtet nicht. Zu Beginn wird von einem Einbauwinkel von 0° ausgegangen. Auch wenn die Antriebseinheit 52 und damit der Sensor stark verdreht ist, funktioniert das Verfahren gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Die Nutzamplitude ist jedoch geringer und im Falle einer externen Magnetfeldstörung weniger robust.
Deshalb wird mit jeder plausiblen Flanke 140 die Verdrehung A<p zur Hauptachse 70 berechnet gemäß S42-5, die Magnetfelddaten entsprechend rotiert gemäß S44 und die Daten entsprechend S44-1 der Signalverarbeitung 41 bereitgestellt.
Hierfür wird während der Flankenerkennung 42 zusätzlich das Magnetfeld in der zweiten Achse, bereitgestellt gemäß Schritt S41-1, ausgewertet. Dadurch erhält man nach wenigen Radumdrehungen die Hauptachse 70 und erzielt auch bei starken Verdrehungen ein Nutzsignal mit großer Amplitude. Beim Ausschalten des Systems wird der Winkel der eingelernten Hauptachse 70 in den nichtflüchtigen Speicher der Antriebseinheit 52 geschrieben. Beim Systemstart wird der zuletzt eingelernte Winkel aus dem Speicher geladen und es wird nach Wiedereinschalten gleich zu Beginn der korrekte Winkel der Hauptachse 70 bereitgestellt.
Die von der Flankenerkennung 42 detektierten Flanken werden in mehreren Schritten durch die Plausibilisierung 46 plausibilisiert. Hierfür wird von der Flankenerkennung 42 zum einen die Amplitude 130 der Flanke 140 bereitgestellt gemäß S42-1, der Flankengradient, bereitgestellt gemäß S42-2 und der plausible Magnetfeldvektor bereitgestellt gemäß S42-3 der Plausibilisierung 46 bereitgestellt beziehungsweise übermittelt. Wird eine detektierte Flanke als nicht plausibel ermittelt, wird die Flanke 140 und das dazugehörige Zeitstempelsignal bereitgestellt gemäß S42-4 durch die Flankenerkennung 42 nicht zur Geschwindigkeitsberechnung verwendet. Mit jeder detektierten Flanke 140 wird insbesondere berechnet, welche Geschwindigkeit gemessen würde, wenn diese Flanke 140 plausibel wäre. Dies wird im Folgenden als „mögliche Geschwindigkeit“ bezeichnet. Insbesondere werden die Flanken 140 anhand der folgenden Bedingungen beziehungsweise Abfragen plausibilisiert:
1. Ist die mögliche Geschwindigkeit über einem Schwellenwert, beispielsweise 100km/h, ist die Flanke 140 nicht plausibel. Das heißt, dass die Flanken 140 unplausibel schnell aufeinander folgen.
2. Je schneller das Fahrrad 300 fährt, desto größer ist die Geschwindigkeit, mit der sich der Magnet 51 an der Antriebseinheit 52 vorbei bewegt. Deshalb ist bei hohen Geschwindigkeiten auch der Gradient der steigenden Flanke 140 größer und die Zeitdifferenz zwischen dem Tiefpunkt 111 und dem zweiten Schwellenwert 121 geringer. Deshalb muss der Gradient der Flanke 140 über einem geschwindigkeitsabhängigen Schwellenwert liegen. Außerdem kann insbesondere die Zeitdifferenz zwischen dem Tiefpunkt 111 und dem zweiten Schwellenwert 121 kleiner sein als ein zweiter geschwindigkeitsabhängiger Schwellenwert 121. Sind die beiden Bedingungen nicht erfüllt, wird die Flanke 140 als unplausibel gewertet. 3. Mit jeder detektierten Flanke 140 wird die Beschleunigung zwischen der letzten plausiblen Flanke und der aktuell detektierten Flanke 140 berechnet. Ist diese Beschleunigung über einem Schwellenwert, ist die Flanke 140 unplausibel. Diese Plausibilisierung wird nur kurzzeitig verwendet, da es ansonsten gegebenenfalls zu einer dauerhaft falschen Geschwindigkeitsmessung führen kann.
Über die Daten des Beschleunigungssensors, die der Pulsvorhersage 47 gemäß S47-1 bereitgestellt werden, wird derjenige Zeitpunkt mittels der Pulsvorhersage 47 vorhergesagt, wann die nächste plausible Flanke 140 vorliegen müsste. Um diesen Zeitpunkt wird insbesondere ein Fenster gelegt, in dem das Verfahren sensitiver ist. Wird die Amplitude 130 einer Flanke 140 beispielsweise durch eine externe Magnetfeldstörung verringert, sodass diese während der Flankenerkennung 42 nicht den zweiten Schwellenwert 121 übersteigt, kann diese Flanke 140 trotzdem plausibel sein, wenn sie in diesem Zeitfenster detektiert wird. Gleiches gilt, wenn die geschwindigkeitsabhängigen Schwellenwerte für den Gradienten und die Zeitdifferenz nicht erreicht werden.
Zusammenfassend weist zumindest eine der Ausführungsformen zumindest eines der folgenden Merkmale auf und/oder ermöglicht zumindest einen der folgenden Vorteile:
Einfache Implementierung
Einfache, kostengünstige Herstellung
Einfache, schnelle und zuverlässige Bestimmung einer Geschwindigkeit
Obwohl die vorliegende Erfindung anhand bevorzugter Ausführungsbeispiele beschrieben wurde, ist sie nicht darauf beschränkt, sondern auf vielfältige Weise modifizierbar.

Claims

Ansprüche
1. System (1) zur Ermittlung einer Geschwindigkeit eines Fahrrads, insbesondere eines Fahrrads mit einem Fahrunterstützungsantrieb, umfassend einen insbesondere stationär angeordneten Sensor (2) zur Messung eines elektrischen und/oder magnetischen Feldes (10, 11), ein Bauelement (3), welches aktiv und/oder passiv ein elektrisches und/oder magnetisches Feld (10, 11) beeinflusst und im Messbereich des Sensors (2) angeordnet ist, eine Kompensationseinrichtung (5) zur zumindest teilweisen Kompensation der Sensorsignale derart, dass im Wesentlichen Sensorsignale von einem von dem Bauelement (3) optimierten oder unbeeinflussten elektrischen und/oder magnetischen Feld (10) einer Auswerteeinrichtung (4) bereitgestellt werden, wobei die Auswerteeinrichtung (4) zur Durchführung der folgenden Schritte ausgebildet ist,
Ermitteln (Sl) eines zeitlichen Verlaufs elektrischen und/oder magnetischen Feldes (10, 11, 110) in zumindest zwei, insbesondere drei Sensorraumrichtungen (60, 61) des Sensors (2), wobei die eine der zumindest zwei Raumrichtungen im Wesentlichen der Fahrtrichtung (70) des Fahrzeugs (300) entspricht und die zweite der zumindest zwei Raumrichtungen der Hochachse (71) des Fahrzeugs entspricht,
Erkennen (S42) einer Flanke (140) im zeitlichen Verlauf (110) des elektrischen und/oder magnetischen Feldes in einer der beiden Raumrichtungen (70, 71) vorzugsweise in der ersten Raumrichtung (70) mittels
Ermitteln von Hoch- und Tiefpunkten (111, 112) im zeitlichen Verlauf des elektrischen und/oder magnetischen Feldes (110),
Ermitteln einer fallenden oder steigenden Flanke (140) anhand der zeitlichen Abfolge eines Hoch- und Tiefpunkts (111, 112),
Vergleichen der Amplitude (130) der ermittelten Flanke (140) mit einem Schwellenwert, wobei die ermittelte Flanke (140) als erkannt gilt, wenn die Amplitude (130) der ermittelten Flanke (140) größer ist als ein erster niedrigerer Schwellenwert, und/oder größer ist als ein zweiter größerer adaptiver Schwellenwert. Ermitteln der Geschwindigkeit des Fahrzeugs anhand von zumindest zwei, insbesondere aufeinanderfolgender, erkannter Flanken (140).
2. System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Sensor (2) dazu ausgebildet ist, elektrische und/oder magnetische Felder zu messen, die mittelbar oder unmittelbar eine Geschwindigkeit repräsentieren.
3. System gemäß Anspruch 1 oder 2, wobei der Sensor (2) ein Magnetfeldsensor ist.
4. System gemäß einem der Ansprüche 1-3, wobei das Bauteil (3), insbesondere wobei das Bauteil (3) zwischen einer Quelle des elektrischen und/oder magnetischen Feldes und dem Sensor (2) angeordnet ist, zumindest teilweise aus einem weichmagnetischen Material hergestellt ist.
5. System gemäß einem der Ansprüche 1-4, wobei das Bauteil (3) ein Gehäuse für eine Antriebseinheit eines Fahrrads (300) umfasst.
6. System gemäß einem der Ansprüche 1-5, wobei die Kompensationseinrichtung (5) ausgebildet ist, anhand von vorgegebenen bauteilspezifischen Feldbeeinflussungsdaten die Kompensation durchzuführen.
7. System gemäß Anspruch 6, wobei die Kompensationseinrichtung (5) ausgebildet ist mittels einer einzelnen mathematischen Matrix-Operation die gemessenen Sensorsignale zu kompensieren.
8. Verfahren zum Bestimmen von Feldbeeinflussungsdaten eines Bauteils (3) für einen Sensor (2) zur Messung von elektrischen und/oder magnetischen Feldern zur Verwendung in einem System (1) gemäß einem der Ansprüche 1-7, umfassend die Schritte
Anordnen (Sl) von Sensor (2) und Bauelement (3) in einer definierten Orientierung und in einem definierten Abstand zueinander, sodass das Bauteil (3) im Messbereich des Sensors (2) angeordnet ist. Beaufschlagen (S2) des Sensors (2) mit einem elektrischen und/oder magnetischen Referenzfeld (10), insbesondere in allen drei Raumrichtungen, Ermitteln (S3) der Feldbeeinflussungsdaten anhand eines Vergleichs des Referenzfeldes (10) am Ort des Sensors (2) und gemessenen Werten (11) des Sensors (2) des Referenzfeldes (10).
9. Verfahren gemäß Anspruch 8, wobei die Schritte (S1-S3) mehrfach mit unterschiedlichen Bauelementen (3) des gleichen Musters und/oder mit unterschiedlichen Sensoren (2) des gleichen Musters durchgeführt werden und Gesamtfeldbeeinflussungsdaten anhand der jeweiligen Feldbeeinflussungsdaten ermittelt werden.
10. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 8-9 wobei die Feldbeeinflussungsdaten an eine Kompensationseinrichtung (5) übertragen werden und dort gespeichert werden.
11. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 8-10, wobei das elektrische und/oder magnetische Referenzfeld (10) kugelförmig bereitgestellt wird.
12. Fahrrad mit einem System (1) gemäß einem der Ansprüche 1-7 und mit einer Antriebseinheit, insbesondere zur Fahrerunterstützung.
13. Fahrrad nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass der Sensor in der Antriebseinheit, insbesondere im Gehäuse der Antriebseinheit, und das Fahrrad zumindest einen Felgenmagnet aufweist, der auf der Felge oder in der Felge angeordnet ist.
14. Verfahren zum Ermitteln einer Geschwindigkeit eines Fahrrads, insbesondere eines Fahrrads mit einem Fahrunterstützungsantrieb, umfassend die Schritte
Messen von elektrischen und/oder magnetischen Feldern (10, 11), mittels eines insbesondere stationär angeordneten Sensors (2), wobei im Messbereich des Sensors (2) ein Bauelement (3), welches aktiv und/oder passiv ein elektrisches und/oder magnetisches Feld (10, 11) beeinflusst, angeordnet ist Zumindest teilweises Kompensieren der gemessenen Sensorsignale derart, dass im Wesentlichen Sensorsignale von einem von dem Bauelement (3) optimierten oder unbeeinflussten elektrischen und/oder magnetischen Feld (10) bereitgestellt werden,
Ermitteln (Sl) eines zeitlichen Verlaufs des zumindest teilweise kompensierten elektrischen und/oder magnetischen Feldes (10, 11, 110) in zumindest zwei, insbesondere drei Sensorraumrichtungen (60, 61) des Sensors (2), wobei die eine der zumindest zwei Raumrichtungen im Wesentlichen der Fahrtrichtung (70) des Fahrzeugs (300) entspricht und die zweite der zumindest zwei Raumrichtungen der Hochachse (71) des Fahrzeugs entspricht,
Erkennen (S42) einer Flanke (140) im zeitlichen Verlauf (110) des elektrischen und/oder magnetischen Feldes in einer der beiden Raumrichtungen (70, 71) vorzugsweise in der ersten Raumrichtung (70) mittels
Ermitteln von Hoch- und Tiefpunkten (111, 112) im zeitlichen Verlauf des elektrischen und/oder magnetischen Feldes (110),
Ermitteln einer fallenden oder steigenden Flanke (140) anhand der zeitlichen Abfolge eines Hoch- und Tiefpunkts (111, 112),
Vergleichen der Amplitude (130) der ermittelten Flanke (140) mit einem Schwellenwert, wobei die ermittelte Flanke (140) als erkannt gilt, wenn die Amplitude (130) der ermittelten Flanke (140) größer ist als ein erster niedrigerer Schwellenwert, und/oder größer ist als ein zweiter größerer adaptiver Schwellenwert,
- Ermitteln der Geschwindigkeit des Fahrzeugs (300) anhand von zumindest zwei, insbesondere aufeinanderfolgender, erkannter Flanken (140).
15. Verfahren gemäß Anspruch 14, wobei vor dem Erkennen (S42) der Flanke (140) die zumindest teilweise kompensierten Signale mittels eines Bandpassfilters gefiltert werden, wobei ein Sperr-und Durchlassbereich des Bandpassfilters an eine vorgegebene Umdrehungsfrequenz eines Rades (51) des Fahrzeugs (300) anpasst wird.
16. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 14-15, wobei die in mindestens zwei Sensorraumrichtungen (60, 61) bereitgestellten Werte vor dem Erkennen einer Flanke (140) in die Hauptachse (70) des elektrischen und/oder magnetischen Feldes rotiert werden.
17. Verfahren gemäß Anspruch 16, wobei der Winkel der Hauptachse (70) für die Rotation anhand von Messwerten in der zweiten Raumrichtung (71) bestimmt wird (S33), insbesondere für eine vorgebbare Anzahl von Flanken (140).
18. Verfahren nach Anspruch 17, wobei der Winkel der Hauptachse (70) gespeichert wird und für weitere Berechnungen bereitgestellt wird.
19. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 14-18, wobei zusätzlich der zeitliche Verlauf des Vektors des elektrischen und/oder magnetischen Feldes (S41- 3), zur Auswertung der steigenden und/oder fallenden Flanken (140), ausgewertet wird, insbesondere zu deren Plausibilisierung.
20. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 14-19, wobei eine ermittelte Flanke (140) mittels eines Plausibilisierungsverfahrens (S46) überprüft wird, wobei eine unplausible ermittelte Flanke verworfen wird.
21. Verfahren gemäß Anspruch 20, wobei das Plausibilisierungsverfahren (S46) anhand der ermittelten Flanke (140) eine mögliche Geschwindigkeit berechnet und auf zumindest eine der folgenden Bedingungen überprüft
Wenn die mögliche Geschwindigkeit oberhalb eines vorgebbaren Schwellenwerts liegt, wird die ermittelte Flanke (140) verworfen,
Wenn der Gradient der ermittelten Flanke (140) unterhalb eines Schwellenwerts liegt, wird die ermittelte Flanke (140) verworfen
Wenn die Zeitdifferenz zwischen dem Tiefpunkt (111) der ermittelten Flanke (140) und dem Zeitpunkt des Überschreitens eines Schwellenwerts in dem Flankenverlauf oberhalb eines vorgebbaren Schwellenwerts ist, wird die ermittelte Flanke (140) verworfen
Wenn die Fahrzeugbeschleunigungen, berechnet aus einer aktuell ermittelten Flanke (140) und einer früheren Flanke (140), oberhalb eines vorgebbaren Schwellenwerts liegen, wird die aktuell ermittelte Flanke (140) verworfen.
22. Verfahren nach Anspruch 21, wobei das Plausibilisierungsverfahren (S46) eine Flankenvorhersage (S47), insbesondere anhand von Beschleunigungsdaten des Fahrzeugs, umfasst, sodass eine erkannte Flanke (140) als unplausibel verworfen wird, wenn anhand der Beschleunigungsdaten keine Flanke (140) vorhergesagt wird.
23. Verfahren gemäß Anspruch 22, wobei für den Zeitpunkt der Flankenvorhersage und eines Toleranzbereichs zumindest einer der Schwellenwerte vom erstem und zweitem Schwellenwert, insbesondere der zweite Schwellenwert für die Flankenerkennung und -plausibilisierung verringert werden.
24. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 14-23, wobei wenn ein Magnetfeld mittels eines Magneten bereitgestellt wird, zur Erkennung der Polarisierung des Magneten (S45) eine vorgebbare Anzahl von ermittelten Flanken (140) und insbesondere ein Winkelverlauf des Magnetfeldvektors (S41-3) ermittelt wird, wobei die Polarisierung anhand eines Vergleichs von maximaler Amplitude der steigenden und der fallenden Amplitude ermittelt wird, wobei wenn die maximale fallende Amplitude größer ist als die maximale steigende Amplitude die Polarisierung des Magneten umgekehrt angenommen wird und die Messwerte invertiert werden.
25. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 14-24, wobei die Polarisierung anhand einer vorgebbaren Anzahl von steigenden und/oder fallenden Flanken (140) ausgewertet wird.
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