DE102021201406A1 - pedal for a bicycle - Google Patents

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Pedal für ein Fahrrad, insbesondere ein Pedelec, umfassend eine Sensoreinrichtung, die zumindest eine Drehratensensiereinrichtung und/oder eine Beschleunigungssensiereinrichtung umfasst.The invention relates to a pedal for a bicycle, in particular a pedelec, comprising a sensor device which comprises at least one yaw rate sensing device and/or an acceleration sensing device.

Description

Technisches Gebiettechnical field

Die Erfindung betrifft ein Pedal für ein Fahrrad, insbesondere ein Pedelec.The invention relates to a pedal for a bicycle, in particular a pedelec.

Die Erfindung betrifft weiter eine Vorrichtung zur Bestimmung von Kräften und/oder Drehmomenten an einem Fahrrad.The invention further relates to a device for determining forces and/or torques on a bicycle.

Die Erfindung betrifft darüber hinaus ein Verfahren zur Bestimmung von Kräften und/oder Drehmomenten an einem Fahrrad, hervorgerufen durch einen Fahrer.The invention also relates to a method for determining forces and/or torques on a bicycle caused by a rider.

Weiterhin betrifft die Erfindung ein Fahrrad.Furthermore, the invention relates to a bicycle.

Obwohl die Erfindung allgemein auf beliebige Fahrräder anwendbar ist, wird die vorliegende Erfindung in Bezug auf Fahrräder in Form von Pedelecs erläutert.Although the invention is generally applicable to any bicycle, the present invention will be explained with reference to bicycles in the form of pedelecs.

Stand der TechnikState of the art

Bei Pedelecs ist die Unterstützung durch den elektrischen Antrieb möglichst bedarfsgerecht zu regeln. Der Motor soll den Fahrer je nach seiner eigenen Trittkraft unterstützen. Die Motorunterstützung wird aber abgeschaltet, wenn der Fahrer nicht „pedaliert“, das heißt wenn der Fahrer keine Kraft auf die Pedale aufbringt und wenn die Tretlager sich nicht drehen. Zur Regelung sind daher Sensoren erforderlich, die diese Zustände erkennen und den Grad der Unterstützung durch den Motor möglichst fließend an die Trittkraft des Fahrers anpassen.In the case of pedelecs, the support provided by the electric drive should be regulated as appropriate as possible. The motor is designed to assist the rider based on their own pedaling power. However, the motor support is switched off when the rider is not "pedalling", i.e. when the rider is not applying any force to the pedals and when the bottom brackets are not rotating. Sensors are therefore required for regulation, which recognize these states and adapt the degree of support from the motor to the pedaling power of the driver as fluently as possible.

Zur Ermittlung der Kraft auf die Pedale beziehungsweise des dadurch erzeugten Drehmoments werden in bekannter Weise Drehmomentsensoren eingesetzt. Als Wandlerelemente für diese Drehmomentsensoren werden an geeigneten Stellen beziehungsweise Elementen des Antriebsstranges in bekannter Weise Dehnungsmessstreifen oder auf Basis der Magnetostriktion arbeitete Sensoren verwendet.Torque sensors are used in a known manner to determine the force on the pedals or the torque generated thereby. Strain gauges or sensors based on magnetostriction are used in a known manner as converter elements for these torque sensors at suitable points or elements of the drive train.

Der jeweilige Dehnungsmessstreifen wird an mechanisch beanspruchten Stellen des Antriebsstranges aufgebracht - zum Beispiel auf einer drehenden Welle oder an einer Lagerhaltung einer Welle. Das Drehmoment kann über die dadurch bewirkte Kraft auf die Lagerhaltung - und damit auf den dort angebrachten Dehnmessstreifen - indirekt gemessen werden, was jedoch zu ungenauen Messungen führen kann. Magnetostriktive Drehmomentsensoren ermöglichen eine berührungslose Drehmomentmessung. Hierzu wird in ein magnetisches Element eine magnetische Signatur eingebracht. Diese kann über die Zeit bei höheren Temperaturen und Belastungen degradieren, was zu Messungenauigkeiten führt. Neben dem Drehmoment wird für die Regelung des Grades der Motorunterstützung noch die Trittfrequenz beziehungsweise Kadenz und optional auch die Winkelstellung der Tretkurbel des Fahrrades verwendet. Die Trittfrequenz kann beispielsweise an einem auf einer Welle angebrachten Polrad mit magnetischen Texturen oder an einem Zahnkranz, beispielsweise mittels eines Hallsensors, ermittelt werden.The respective strain gauge is attached to mechanically stressed points of the drive train - for example on a rotating shaft or on a bearing of a shaft. The torque can be measured indirectly via the resulting force on the bearing - and thus on the strain gauges attached there, which, however, can lead to inaccurate measurements. Magnetostrictive torque sensors enable non-contact torque measurement. For this purpose, a magnetic signature is introduced into a magnetic element. This can degrade over time at higher temperatures and loads, which leads to measurement inaccuracies. In addition to the torque, the pedal frequency or cadence and optionally also the angle of the pedal crank of the bicycle are used to regulate the degree of motor support. The cadence can be determined, for example, on a pole wheel with magnetic textures attached to a shaft or on a ring gear, for example by means of a Hall sensor.

Offenbarung der ErfindungDisclosure of Invention

In einer Ausführungsform stellt die vorliegende Erfindung ein Pedal für ein Fahrrad, insbesondere ein Pedelec bereit, umfassend eine Sensoreinrichtung, die zumindest eine Drehratensensiereinrichtung und/oder eine Beschleunigungssensiereinrichtung umfasst.In one embodiment, the present invention provides a pedal for a bicycle, in particular a pedelec, comprising a sensor device which comprises at least one yaw rate sensing device and/or an acceleration sensing device.

In einer weiteren Ausführungsform stellt die vorliegende Erfindung eine Vorrichtung zur Bestimmung von Kräften und/oder Drehmomenten an einem Fahrrad, hervorgerufen durch einen Fahrer, bereit, umfassend

  • - zumindest zwei Sensoreinrichtungen, wobei die zumindest zwei Sensoreinrichtungen jeweils zumindest eine Drehratensensiereinrichtung und/oder eine Beschleunigungssensiereinrichtung aufweisen und
  • - zumindest ein Pedal und/oder ein Fahrradbauteil außerhalb des Bereichs der Pedale,
wobei die zumindest zwei Sensoreinrichtungen an zumindest einem Pedal und/oder an zumindest einem Fahrradbauteil außerhalb des Bereichs der Pedale angeordnet sind.In a further embodiment, the present invention provides a device for determining forces and/or torques on a bicycle caused by a rider, comprising
  • - at least two sensor devices, wherein the at least two sensor devices each have at least one yaw rate sensing device and/or an acceleration sensing device and
  • - at least one pedal and/or bicycle component outside the area of the pedals,
wherein the at least two sensor devices are arranged on at least one pedal and/or on at least one bicycle component outside the area of the pedals.

Mit anderen Worten können mittels Anordnung der zumindest zwei Sensoreinrichtungen entweder alleine an den Pedalen, alleine an anderen Fahrradbauteilen und/oder an zumindest einem Pedal und zumindest einem anderen Fahrradbauteil Kräfte und/ oder Drehmomente an einem Fahrrad, hervorgerufen durch einen Fahrer, ermittelt werden.In other words, by arranging the at least two sensor devices either solely on the pedals, solely on other bicycle components and/or on at least one pedal and at least one other bicycle component, forces and/or torques on a bicycle caused by a rider can be determined.

In einer weiteren Ausführungsform stellt die vorliegende Erfindung ein Verfahren zur Bestimmung von Kräften und/oder Drehmomenten an einem Fahrrad, hervorgerufen durch einen Fahrer, bereit, wobei Drehraten und/oder Beschleunigungen mittels einer Vorrichtung gemäß einem der Ansprüche 10-12 ermittelt werden und anhand der ermittelten Drehraten und/oder Beschleunigungen und basierend auf einer Steifigkeit von Komponenten der Vorrichtung und insbesondere des Rahmens des Fahrrads, die auf die Pedale ausgeübten Kräfte und/oder Drehmomente.In a further embodiment, the present invention provides a method for determining forces and/or torques on a bicycle caused by a rider, wherein yaw rates and/or accelerations are determined using a device according to one of claims 10-12 and using the determined turning rates and/or accelerations and based on a rigidity of components of the device and in particular of the frame of the bicycle, the forces and/or torques exerted on the pedals.

In einer weiteren Ausführungsform stellt die vorliegende Erfindung ein Fahrrad mit einem Pedal gemäß einem der Ansprüche 1-9 und/oder einer Vorrichtung gemäß einem der Ansprüche 10-12 bereit.In a further embodiment the present invention provides a bicycle with a pedal according to any one of claims 1-9 and/or a device according to any one of claims 10-12.

Mit anderen Worten ermöglicht die vorliegende Erfindung die Bestimmung der von auf mechanisch belastete Elemente einwirkenden, zeitlich modulierten Kräften beziehungsweise Drehmomenten über die Messung von Drehraten und Beschleunigungen. Hierzu werden insbesondere MEMS-Beschleunigungs- und/oder -Drehratensensoren, insbesondere in Pedalen und/oder an Bauelementen von Fahrrädern integriert und die dort auftretenden, zeitlich modulierten Winkeländerungen, insbesondere beider Pedalachsen und dort auftretende Beschleunigungen zueinander gemessen. So kann beispielsweise die Winkeländerung aus Biegungen und Torsionen der Pedalachsen, der Tretkurbel, der Tretkurbelachse und alternativ oder zusätzlich auch durch die Verbiegung des Rahmens, die durch die Kraft des Fahrers auf die Pedale erzeugt werden, ermittelt werden. Anhand von Steifigkeiten dieser Elemente lässt sich die Kraft des Fahrers auf die Pedale und somit das erzeugte Drehmoment berechnen. Aus den Daten der Beschleunigungssensoren können beispielsweise die Trittfrequenz, die Tretkurbelstellung, die Tretkurbellänge oder andere Beschleunigungen wie zum Beispiel die Gesamtverzögerung durch Bremsen, Schräglagenwinkel/Neigungswinkel des Fahrrades oder die Änderung des Pedalachsenwinkels bei einer einseitigen Belastung durch das Gesamtgewicht des Fahrers im unteren Totpunkt beziehungsweise bei Stillstand der Pedalierung ermittelt werden.In other words, the present invention enables the time-modulated forces or torques acting on mechanically loaded elements to be determined by measuring yaw rates and accelerations. For this purpose, in particular MEMS acceleration and/or yaw rate sensors, in particular in pedals and/or on components of bicycles, are integrated and the time-modulated angle changes occurring there, in particular both pedal axles and the accelerations occurring there, are measured in relation to one another. For example, the change in angle from bending and torsion of the pedal axles, the pedal crank, the pedal crank axle and, alternatively or additionally, also from the bending of the frame, which are generated by the driver's force on the pedals, can be determined. Based on the stiffness of these elements, the driver's force on the pedals and thus the torque generated can be calculated. The data from the acceleration sensors can be used, for example, to calculate the cadence, the pedal crank position, the pedal crank length or other accelerations such as the total deceleration caused by braking, the lean angle/tilt angle of the bicycle or the change in the pedal axle angle when the total weight of the rider is applied on one side at bottom dead center or at Stationary pedaling can be determined.

Ausführungsformen der Erfindung können einen oder mehrere der folgenden Vorteile oder Merkmale bereitstellen:

  • • Kontaktloses Messprinzip.
  • • Unempfindlichkeit gegenüber mechanischer Überlast.
  • • MEMS-Beschleunigungs- und Drehratensensoren, insbesondere auch kombiniert, insbesondere für alle drei Raumrichtungen und mit hoher Empfindlichkeit und Robustheit.
  • • Robust gegenüber magnetischen und elektrischen Störfeldern.
  • • Eine gesonderte Antriebswelle für die Drehmomentmessung ist nicht erforderlich, deshalb geringer Bauraum, geringes Gewicht und geringere Kosten.
  • • Hohe Flexibilität, insbesondere kann ein Pedal gemäß Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung einfach und universell bei allen Fahrrädern, insbesondere auch bei solchen ohne elektrischen Motor auf einfache Weise eingesetzt oder nachgerüstet werden.
  • • Nur Anbauteile für das Fahrrad erforderlich, dadurch einfachere und kostengünstigere Herstellung; keine aufwendige Integration erforderlich.
  • • Einfache Funktionsüberprüfung, da diese vor Einbau am Fahrrad erfolgen kann.
  • • Hohe Anzahl von mittels der Sensoreinrichtung im Pedal beziehungsweise Sensorvorrichtung ermittelbaren Messgrößen, beispielsweise Kraft auf Pedale/Drehmoment, Trittfrequenz, Tretkurbelstellung, Leistung, Fahrergewicht, Drehmoment über Tretkurbelwinkel, „runder Tritt“: Druck- und Zugkraft am Pedal, Unterschied rechtes und linkes Pedal, Tretkurbellänge, Seitenneigung des Fahrrads zur Bereitstellung einer Anfahrhilfe oder das Erkennen einer gefährlichen Pedalstellung, Gewicht des Fahrers.
  • • Hohe Genauigkeit der Ermittlung der Messgrößen, da unerwünschte oder störende Signale herausgefiltert werden können, beispielswese durch Differenzbildung, Redundanz.
  • • Verwendung der Pedale mit Sensoren beziehungsweise der Sensoranordnung auch bei Fahrrädern ohne motorische Unterstützung, beispielsweise als Sensor für einen Fahrradcomputer mit drahtloser Datenübertragung, bei Heimtrainern oder dergleichen.
  • • Hohe Flexibilität in der Implementierung, insbesondere auch in einer App auf dem Smartphone als Fahrradcomputer.
  • • Tretkurbelwinkel ist insbesondere ableitbar aus den Signalen von Beschleunigungssensoren in drei Raumrichtungen.
  • • Messsignale sind langzeitstabil und nur geringfügig von der Temperatur abhängig.
  • • Erkennung von Bewegungen des Fahrrades, umfassend Pedalieren, Schieben, Transport ohne Rad- beziehungsweise Pedalbewegung, Anfahrsituation, kritische Fahrradneigung beim Abstellen und dergleichen.
Embodiments of the invention may provide one or more of the following advantages or features:
  • • Contactless measuring principle.
  • • Insensitivity to mechanical overload.
  • • MEMS acceleration and yaw rate sensors, in particular also combined, in particular for all three spatial directions and with high sensitivity and robustness.
  • • Robust against magnetic and electrical interference fields.
  • • A separate drive shaft for torque measurement is not required, therefore small installation space, low weight and lower costs.
  • • High flexibility, in particular a pedal according to embodiments of the present invention can be easily and universally used or retrofitted in all bicycles, especially those without an electric motor.
  • • Only add-on parts required for the bicycle, making it easier and cheaper to manufacture; no complex integration required.
  • • Simple function check, as this can be done before installation on the bike.
  • • A large number of measured variables that can be determined using the sensor device in the pedal or sensor device, for example force on the pedals/torque, cadence, pedal crank position, power, rider weight, torque via pedal crank angle, “round stepping”: pressure and traction on the pedal, difference between right and left pedal , crank length, leaning the bike to provide a starting aid or detecting a dangerous pedal position, rider weight.
  • • High degree of accuracy in determining the measured variables, as unwanted or interfering signals can be filtered out, for example by forming a difference, or redundancy.
  • • Use of the pedals with sensors or the sensor arrangement in bicycles without motor support, for example as a sensor for a bicycle computer with wireless data transmission, in exercise bikes or the like.
  • • High flexibility in implementation, especially in an app on the smartphone as a bike computer.
  • • Pedal crank angle can be derived in particular from the signals from acceleration sensors in three spatial directions.
  • • Measurement signals are long-term stable and only slightly dependent on the temperature.
  • • Detection of bicycle movements, including pedaling, pushing, transport without wheel or pedal movement, starting situation, critical bicycle inclination when parking and the like.

Weitere Merkmale, Vorteile und weitere Ausführungsformen der Erfindung sind im Folgenden beschrieben oder werden dadurch offenbar.Other features, advantages, and other embodiments of the invention are described below or will become apparent thereby.

Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist die Sensoreinrichtung ausgebildet, entlang zumindest zweier Raumachsen, insbesondere entlang dreier Raumachsen zu messen. Vorteil hiervon ist, dass die Genauigkeit bei der Bestimmung von aus den Beschleunigungen und/oder den Drehraten abgeleiteten Parametern wesentlich verbessert wird. Hierbei können lediglich die Drehratensensiereinrichtung, lediglich die Beschleunigungssensiereinrichtung oder beide entlang zumindest zweier Raumachsen, insbesondere entlang dreier Raumachsen jeweilige Messwerte bereitstellen.According to an advantageous development of the invention, the sensor device is designed to measure along at least two spatial axes, in particular along three spatial axes. The advantage of this is that the accuracy when determining parameters derived from the accelerations and/or the yaw rates is significantly improved. Only the rotation rate sensors can do this reinrichtung, only the acceleration sensing device or both provide respective measured values along at least two spatial axes, in particular along three spatial axes.

Gemäß einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist zumindest eine Sendeeinrichtung angeordnet, welche zur drahtlosen Kommunikation ausgebildet ist. Einer der damit möglichen Vorteile ist, dass eine drahtlose Signalübertragung zu einer Motor-Steuereinheit beziehungsweise -Regeleinheit des Fahrrads ermöglicht wird.According to a further advantageous development of the invention, at least one transmission device is arranged, which is designed for wireless communication. One of the possible advantages is that wireless signal transmission to a motor control unit or control unit of the bicycle is made possible.

Gemäß einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist zumindest eine Auswerteeinrichtung angeordnet, die zur Auswertung von Daten zumindest einer Sensoreinrichtung ausgebildet ist. Einer der damit erzielten Vorteile ist die Bereitstellung von bereits ausgewerteten Messwerten, was die Weiterverarbeitung erleichtert. Darüber hinaus ist eine einfachere Integration in vorhandene Systeme möglich. According to a further advantageous development of the invention, at least one evaluation device is arranged, which is designed to evaluate data from at least one sensor device. One of the advantages achieved in this way is the provision of measured values that have already been evaluated, which facilitates further processing. In addition, easier integration into existing systems is possible.

Gemäß einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist zumindest eine Energieversorgungseinrichtung angeordnet, die zumindest eine der Einrichtungen, insbesondere alle im Pedal angeordneten Einrichtungen mit Energie versorgt. Einer der damit erzielbaren Vorteile ist eine autarke Energieversorgung, einhergehend mit einer einfacheren Implementierung hinsichtlich der Verkabelung für die Energieversorgung der Einrichtungen.According to a further advantageous development of the invention, at least one energy supply device is arranged, which supplies at least one of the devices, in particular all devices arranged in the pedal, with energy. One of the advantages that can be achieved in this way is a self-sufficient energy supply, accompanied by a simpler implementation with regard to the wiring for the energy supply of the facilities.

Gemäß einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung der Erfindng ist die Energieversorgungseinrichtung ausgebildet, anhand der Bewegung des Pedals Energie bereitzustellen, insbesondere zu speichern. Einer der damit erzielbaren Vorteile ist ein besonders hoher Grad einer autarken Energieversorgung, da beispielsweise auf austauschbare Akkus oder dergleichen verzichtet werden kann.According to a further advantageous development of the invention, the energy supply device is designed to make energy available, in particular to store it, based on the movement of the pedal. One of the advantages that can be achieved in this way is a particularly high degree of self-sufficient energy supply, since, for example, replaceable batteries or the like can be dispensed with.

Gemäß einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist zumindest eine optische aktive und/oder passive Anzeigeeinrichtung angeordnet. Einer der damit erzielbaren Vorteile ist, dass beispielweise integrierte farbige LED-Strahler nach vorne, beispielsweise weiß, nach hinten, beispielsweise rot, und zu den Seiten, beispielsweise orange, die Sichtbarkeit des Radfahrers und damit dessen Sicherheit erhöhen können. Denkbare Betriebsmodi können umfassen: Dauerlicht, blinkend oder bei bestimmten Pedalstellungen, beispielsweise oben, unten, aufleuchtend.According to a further advantageous development of the invention, at least one optically active and/or passive display device is provided. One of the advantages that can be achieved is that, for example, integrated colored LED spotlights to the front, for example white, to the rear, for example red, and to the sides, for example orange, can increase the cyclist's visibility and thus his safety. Conceivable modes of operation can include: steady light, flashing or lighting up with certain pedal positions, for example up, down.

Gemäß einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist die Energieversorgungseinrichtung zentral in der Mitte an einer Pedalachse angeordnet. Vorteil hiervon ist eine gute Gewichtsverteilung im Pedal sowie eine einfache Verbindung zu Einrichtungen im Pedal, die mit Energie versorgt werden sollen.According to a further advantageous development of the invention, the energy supply device is arranged centrally in the middle of a pedal axle. The advantage of this is a good weight distribution in the pedal and a simple connection to devices in the pedal that are to be supplied with energy.

Gemäß einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist zumindest eine der Einrichtungen, insbesondere Sensor-, Sende-, Anzeige- und Auswerteeinrichtung an einer zu einer Trittfläche senkrechten äußeren Fläche am Pedal angeordnet. Damit wird beispielsweise eine einfache Anzeige, eine einfache und zuverlässige Drahtlosverbindung und dergleichen bereitgestellt.According to a further advantageous development of the invention, at least one of the devices, in particular the sensor, transmission, display and evaluation device, is arranged on an outer surface on the pedal that is perpendicular to a tread surface. This provides, for example, a simple display, a simple and reliable wireless connection, and the like.

Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Vorrichtung sind die zumindest zwei Sensoreinrichtungen an zwei Pedalen angeordnet, wobei jedes Pedal zumindest eine der Sensoreinrichtungen aufweist. Einer der damit erzielten Vorteile ist eine besonders einfache Implementierung und Nachrüstung.According to an advantageous development of the device, the at least two sensor devices are arranged on two pedals, with each pedal having at least one of the sensor devices. One of the advantages it achieves is particularly simple implementation and retrofitting.

Gemäß einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung der Vorrichtung sind drei oder mehr Sensoreinrichtungen angeordnet, wobei eine der drei oder mehr Sensoreinrichtungen an dem zumindest einen weiteren Fahrradbauteil, insbesondere an einem Rahmen des Fahrrads und an einem Lenker des Fahrrads angeordnet sind. Vorteil hiervon ist, dass die Genauigkeit bei der Bestimmung von aus den Beschleunigungen und/oder den Drehraten abgeleiteten Parametern noch weiter verbessert wird.According to a further advantageous development of the device, three or more sensor devices are arranged, one of the three or more sensor devices being arranged on the at least one further bicycle component, in particular on a frame of the bicycle and on a handlebar of the bicycle. The advantage of this is that the accuracy when determining parameters derived from the accelerations and/or the yaw rates is improved even further.

Weitere wichtige Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, aus den Zeichnungen und aus dazugehöriger Figurenbeschreibung anhand der Zeichnungen.Further important features and advantages of the invention result from the dependent claims, from the drawings and from the associated description of the figures based on the drawings.

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.It goes without saying that the features mentioned above and those still to be explained below can be used not only in the combination specified in each case, but also in other combinations or on their own, without departing from the scope of the present invention.

Bevorzugte Ausführungen und Ausführungsformen der 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.Preferred designs and embodiments of the invention are shown in the drawings and are explained in more detail in the following description, with the same reference symbols referring to identical or similar or functionally identical components or elements.

Figurenlistecharacter list

Dabei zeigt in schematischer Form

  • 1 eine Sensoranordnung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung in Rückansicht;
  • 2 einen Teil der Sensoranordnung gemäß 1 in Seitenansicht;
  • 3 ein Pedal gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung in Seitenansicht;
  • 4 eine Prinzipdarstellung der Kraftwirkung auf ein Pedal gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung; und
  • 5 eine Prinzipdarstellung der Kraftwirkung auf ein Pedal gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
It shows in schematic form
  • 1 a rear view of a sensor arrangement according to an embodiment of the present invention;
  • 2 according to a part of the sensor arrangement 1 in side view;
  • 3 a pedal according to an embodiment of the present invention in side view;
  • 4 a schematic diagram of the force acting on a pedal according to an embodiment of the present invention; and
  • 5 a schematic diagram of the force acting on a pedal according to an embodiment of the present invention;

Ausführungsformen der ErfindungEmbodiments of the invention

1 zeigt eine Sensoranordnung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung in Rückansicht und 2 einen Teil der Sensoranordnung gemäß 1 in Seitenansicht. 1 shows a sensor arrangement according to an embodiment of the present invention in rear view and 2 according to a part of the sensor arrangement 1 in side view.

Im Detail zeigen die 1 und 2 eine Sensoranordnung 1. Weiterhin ist ein Tretlager mit Gehäuse 3, welches an einem Rahmen 2 eines Fahrrads angeordnet ist, gezeigt. Im Tretlager ist in üblicher Weise eine Tretlagerachse 4 angeordnet, die jeweils endseitig mit einer Tretlagerkurbel 5a, 5b versehen ist. An den Enden der Tretlagerkurbel 5a, 5b ist jeweils eine Pedalachse 6a, 6b angeordnet, an der ein Pedal 7a, 7b drehbar gelagert ist. In den beiden Pedalen 7a, 7b ist jeweils eine Sensoreinrichtung 13a, 13b angeordnet, ebenso wie Reflektoren 12a, 12a', 12b, die nachfolgend in Bezug auf 3 erläutert werden. Rechts in 1 ist zu sehen, dass auf der Tretlagerachse 4 zwischen Gehäuse 3 und Tretlagerkurbel 5b ein Kettenblatt 8 angeordnet ist. Darüber hinaus kann am Rahmen 2 ein Drehratensensor 17 angeordnet sein. Die beiden Sensoreinrichtungen 13a, 13b in den Pedalen 7a, 7b und der Drehratensensor 17 bilden hier die Sensoranordnung 1.Show in detail 1 and 2 a sensor arrangement 1. Furthermore, a bottom bracket with housing 3, which is arranged on a frame 2 of a bicycle, is shown. In the bottom bracket, a bottom bracket axle 4 is arranged in the usual way, each end being provided with a bottom bracket crank 5a, 5b. A pedal axle 6a, 6b is arranged at each end of the bottom bracket crank 5a, 5b, on which a pedal 7a, 7b is rotatably mounted. A sensor device 13a, 13b is arranged in each of the two pedals 7a, 7b, as are reflectors 12a, 12a', 12b, which are described below with reference to FIG 3 be explained. right in 1 it can be seen that a chainring 8 is arranged on the bottom bracket axle 4 between the housing 3 and the bottom bracket crank 5b. In addition, a yaw rate sensor 17 can be arranged on the frame 2 . The two sensor devices 13a, 13b in the pedals 7a, 7b and the yaw rate sensor 17 form the sensor arrangement 1 here.

3 zeigt ein Pedal gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung in Seitenansicht. 3 shows a pedal according to an embodiment of the present invention in side view.

Im Detail zeigt 3 eine Seitenansicht eines Pedals 7a, welches drehbar auf der Pedalachse 6a gelagert ist. Im Bereich der Pedalachse 6a ist eine Energieversorgungseinrichtung 11, beispielsweise umfassend einen Magneten und eine Spule, angeordnet, die entsprechend elektrische Energie bereitstellen kann. Weiterhin umfasst das Pedal 6a seitliche LEDs 10a, 10b und Front- und Rück-LEDs 9a, 9b jeweils auf unterschiedlichen Flächen des Pedals 7a senkrecht zu dessen Pedalachse 6a, ebenso wie auf diesen Flächen mittig angeordnete Reflektoren 12a, 12a', die ebenfalls angedeutet in 1 gezeigt sind. Im vorderen, also in 3 rechten Bereich des Pedals 7a sind weiterhin eine Sensoreinrichtung 13a mit 3-Achssensoren für Drehrate und Beschleunigung angeordnet ebenso wie eine Auswerteeinrichtung beziehungsweise eine Datenaufbereitungseinrichtung 15, eine Bluetooth-Sendeeinrichtung 14 und eine Energiespeichereinrichtung 16. Tritt nun der Fuß 20 eines Fahrers auf die Trittfläche 22 des Pedals 7a, erfolgt eine in 3 in der Zeichenebene von oben nach unten wirkende Kraft 21 auf das Pedal 7a.shows in detail 3 a side view of a pedal 7a, which is rotatably mounted on the pedal axle 6a. In the area of the pedal axle 6a there is an energy supply device 11, for example comprising a magnet and a coil, which can provide corresponding electrical energy. Furthermore, the pedal 6a comprises lateral LEDs 10a, 10b and front and rear LEDs 9a, 9b, each on different surfaces of the pedal 7a perpendicular to its pedal axis 6a, as well as reflectors 12a, 12a' arranged centrally on these surfaces, which are also indicated in 1 are shown. In the front, i.e. in 3 A sensor device 13a with 3-axis sensors for yaw rate and acceleration is also arranged in the right-hand area of pedal 7a, as well as an evaluation device or a data processing device 15, a Bluetooth transmitter device 14 and an energy storage device 16. A driver’s foot 20 now steps on the tread surface 22 of the Pedals 7a, an in 3 force 21 acting on the pedal 7a from top to bottom in the plane of the drawing.

In die Pedale 7a, 7b sind somit Elemente für die Erzeugung, hier Magnet auf Pedalachse 6a und Spule auf Pedal 7a und Speicherung von elektrischer Energie, beispielsweise Akku sowie Bauteile für die drahtlose Datenübermittlung, beispielsweise Bluetooth®, integriert. Die elektrischen Bauteile werden in den Pedalkörper des Pedals 7a, 7b beziehungsweise in die Teile des Pedals 7a, 7b eingebaut, auf denen auch Reflektoren 12a, 12a', 12b angeordnet sind. Weiterhin werden optional mehrfarbige LEDs 9a, 9b, 10a, 10b, beispielsweise weiße nach vorne, rote nach hinten und orangefarbene zu beiden Seiten gerichtet, integriert. Sie können über die drahtlose Verbindung zu einer Bedieneinheit 61 (siehe 5) an einem Lenker, insbesondere zusammen mit dem Fahrtlicht des Fahrrads geschaltet werden.In the pedals 7a, 7b are thus elements for generating, here magnet on pedal axis 6a and coil on pedal 7a and storage of electrical energy, such as battery and components for wireless data transmission, such as Bluetooth ® , integrated. The electrical components are installed in the pedal body of the pedal 7a, 7b or in the parts of the pedal 7a, 7b on which reflectors 12a, 12a', 12b are also arranged. Furthermore, optionally multi-colored LEDs 9a, 9b, 10a, 10b, for example white ones directed to the front, red ones to the rear and orange-colored ones to both sides, are integrated. You can use the wireless connection to an operating unit 61 (see 5 ) on a handlebar, in particular switched together with the headlights of the bicycle.

4 zeigt eine Prinzipdarstellung der Kraftwirkung auf ein Pedal gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. 4 shows a schematic representation of the force acting on a pedal according to an embodiment of the present invention.

Im Detail zeigt 4 eine Änderung des Pedalachswinkels bei Einwirken einer Kraft 21 auf das Pedal 7a. Wirkt also eine Kraft auf das Pedal 7a, weicht die Pedalachse 6a von der Achse ohne Krafteinwirkung ab (in 4 gestrichelte horizontale Linie). Diese Achswinkelabweichung ist für kleine Winkel näherungsweise der einwirkenden Kraft proportional. Die Achswinkelabweichung ergibt sich aus der Summe der Verformungen, also Biegungen und Torsion der Pedalachse 6a, das heißt deren Biegung 51, der Tretkurbel, das heißt deren Torsion 50 und Biegung, insbesondere auch schiefe Biegung und der Tretkurbelachse, das heißt deren Biegung sowie des Rahmens 2 in dem die Tretkurbelachse gelagert ist. Anhand der Kenntnis der mechanischen Steifigkeit dieser Elemente kann aus der Achswinkelabweichung 52 auf die einwirkende Kraft geschlossen werden.shows in detail 4 a change in the pedal axis angle when a force 21 acts on the pedal 7a. If a force acts on the pedal 7a, the pedal axis 6a deviates from the axis without the force (in 4 dashed horizontal line). For small angles, this shear angle deviation is approximately proportional to the acting force. The axle angle deviation results from the sum of the deformations, i.e. bending and torsion of the pedal axle 6a, i.e. its bending 51, the pedal crank, i.e. its torsion 50 and bending, in particular also oblique bending and the pedal crank axle, i.e. its bending and the frame 2 in which the pedal crank axle is mounted. Based on the knowledge of the mechanical rigidity of these elements, conclusions can be drawn about the acting force from the shear angle deviation 52 .

Für eine effektive Kraftübertragung für den Antrieb ist eine hohe Steifigkeit dieser Bauteile vorteilhaft. Die Achswinkeländerung 52 führt durch die zeitliche Modulation der auf das Pedal 7a wirkenden Kraft zu einer Drehrate. Diese Drehrate ist aufgrund der hohen Steifigkeiten der Antriebsstrangelemente relativ klein. Für typische Kräfte eines sitzenden Normalradlers zwischen 100 N und 400 N auf die Pedale 7a beträgt die Winkeländerung der Pedalachse 6a ohne Rahmenverbiegung abhängig von den Steifigkeiten der Elemente abgeschätzt 0,3° bis 1,2°. Dabei erfolgt insbesondere die größte positive Winkeländerung etwa zwischen 0°, oberer Totpunkt, und 90° der Tretkurbelstellung. Die Änderung erfolgt innerhalb der entsprechenden Zeitspanne für eine Viertelumdrehung. Bei beispielsweise 30 Umdrehungen pro Minute entspricht dies einer Zeitspanne von 0,5 Sekunden. Aus dieser groben Abschätzung ergibt sich für die minimale Drehrate 0,370,5 s ~ 0,6°/Sekunde.A high rigidity of these components is advantageous for effective power transmission for the drive. The axle angle change 52 leads to a rotation rate due to the time modulation of the force acting on the pedal 7a. This yaw rate is relatively small due to the high rigidity of the drive train elements. For typical forces of a seated normal cyclist between 100 N and 400 N on the pedals 7a, the change in angle of the pedal axis 6a without bending the frame is estimated at 0.3° to 1.2°, depending on the stiffness of the elements. In particular, the greatest positive angle change occurs between approximately 0°, top dead center, and 90° of the pedal crank position. The change takes place within the appropriate time for a quarter turn. At 30 revolutions per minute, for example, this corresponds to a period of 0.5 seconds. From this rough estimate, the minimum turning rate is 0.370.5 s ~ 0.6°/second.

Im Normalbetrieb einer Fahrt sind der Pedalachswinkeländerung allein durch Krafteinwirkung auf die Pedale 7a auch zeitliche Winkeländerungen aufgrund von entsprechenden Neigungen des gesamten Fahrradrahmens 2 überlagert. Diese unerwünschten oder störenden Winkeländerungen lassen sich über redundantes Messen auf der anderen nahezu unbelasteten Pedale 7a durch Differenzbildung der jeweiligen Drehratenkomponenten eliminieren.During normal operation of a journey, the change in the pedal axis angle due to the corresponding inclinations of the entire bicycle frame 2 is also superimposed on the change in the pedal axis angle solely as a result of the action of force on the pedals 7a. These undesired or disturbing angle changes can be eliminated via redundant measurement on the other almost unloaded pedal 7a by forming the difference between the respective yaw rate components.

5 zeigt eine Prinzipdarstellung der Kraftwirkung auf ein Pedal gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. 5 shows a schematic representation of the force acting on a pedal according to an embodiment of the present invention.

Im Detail zeigt 5 die Berücksichtigung einer Verformung des Rahmens 2 bei Krafteinwirkung auf ein Pedal 7a, in dem die Tretlagerachse gelagert ist. Aufgrund ihrer großen Dimension führt die Verformung 54 des Rahmens 2 des Fahrrads, also eine Abweichung des Rahmens von der Mittenebene 55 des Rahmens 2, zu einer großen Winkeländerung 53 des Tretlagers und beider Pedalachsen 6a (hier nur eine Pedalachse dargestellt). Sie wird als Drehrate um die Achse X an beiden Pedalen 7a (hier nur ein Pedal dargestellt) gemessen. Durch die Differenzbildung kann sie jedoch eliminiert werden. Zur Steigerung der Empfindlichkeit der Drehmomentmessung können optional mehrere zusätzliche Drehratensensoren, gegebenenfalls zusammen mit Beschleunigungssensoren an mehreren Positionen des Rahmens 2 angeordnet werden, insbesondere an Positionen an denen eine große Winkeländerung 54, beispielsweise Drehratensensor 17 am Rahmen 2 in der Nähe des Tretlagergehäuses in 1, bei Rahmenverformung erzeugt wird und an Positionen, an denen keine oder nur eine kleine Winkeländerung 54, in den Figuren auch als Winkel y bezeichnet, bei Rahmenverformung erzeugt wird - beispielsweise in einem Bedienelement 61 des Fahrrads an der Lenkstange des Lenkers 60. Die Differenzbildung der Drehratensignale erfolgt nun zwischen den Sensoren 17, 18 oder zwischen dem Sensor 18 und den entsprechenden Sensoren (Sensoreinrichtungen 13a, 13b) am rechten beziehungsweise linken Pedal.shows in detail 5 the consideration of a deformation of the frame 2 when force is applied to a pedal 7a in which the bottom bracket axle is mounted. Due to its large dimensions, the deformation 54 of the frame 2 of the bicycle, i.e. a deviation of the frame from the center plane 55 of the frame 2, leads to a large change in angle 53 of the bottom bracket and both pedal axles 6a (only one pedal axle shown here). It is measured as a rotation rate about the X axis on both pedals 7a (only one pedal is shown here). However, it can be eliminated by forming the difference. To increase the sensitivity of the torque measurement, several additional yaw rate sensors can optionally be arranged together with acceleration sensors at several positions on the frame 2, particularly at positions where there is a large change in angle 54, for example yaw rate sensor 17 on the frame 2 in the vicinity of the bottom bracket housing in 1 , is generated during frame deformation and at positions where no or only a small change in angle 54, also referred to as angle y in the figures, is generated during frame deformation - for example in a control element 61 of the bicycle on the handlebar of the handlebar 60. The difference formation of the Yaw rate signals now take place between the sensors 17, 18 or between the sensor 18 and the corresponding sensors (sensor devices 13a, 13b) on the right or left pedal.

Die Messung des vom Fahrer erzeugten Gesamtdrehmomentes kann in einer weiteren Ausführungsform auch mittels der beiden Sensoren 17, 18 alleine erfolgen, also auch ohne Sensoreinrichtungen 13a, 13b in den Pedalen 7a, 7b. In dieser Ausführungsform kann die Trittfrequenz oder die Pedalstellung aus dem zeitlichen Signalverlauf der beiden Sensoren 17, 18 abgeleitet werden.In a further embodiment, the total torque generated by the driver can also be measured solely by means of the two sensors 17, 18, ie also without sensor devices 13a, 13b in the pedals 7a, 7b. In this embodiment, the cadence or the pedal position can be derived from the signal curve of the two sensors 17, 18 over time.

Insgesamt kann durch Auswertung der Drehratenkomponenten X und Y entlang der X- beziehungsweise- Y-Achse das gesamte über eine Umdrehung generierte Drehmoment gemessen werden. Für sportlich ambitionierte Fahrer sind dadurch Informationen zum so genannten „runden Tritt“ verfügbar. Dabei ist eine hohe Genauigkeit der Drehmomentmessung über der gesamten Tretkurbelumdrehung möglich, das heißt ein kleiner Signalfehler über eine Umdrehung. Das Messverfahren ist für das gesamte Spektrum der einwirkenden Kraft - Pedalkräfte von unter 100 N bei sitzenden Normalfahrern bis über 3000 N bei stehenden Sprintern - geeignet. Innerhalb des elastischen Bereichs ist dieses unkritisch bezüglich mechanischer Überlast und hat geringe Temperatur- und Alterungsdriften.Overall, the entire torque generated over one revolution can be measured by evaluating the yaw rate components X and Y along the X or Y axis. This means that information on the so-called "round step" is available for drivers with sporting ambitions. A high accuracy of the torque measurement over the entire pedal crank revolution is possible, i.e. a small signal error over one revolution. The measuring method is suitable for the entire spectrum of the acting force - pedal forces from less than 100 N for normal seated drivers to over 3000 N for standing sprinters. Within the elastic range, this is not critical with regard to mechanical overload and has low temperature and aging drifts.

Eine Verdrehung der Pedalebene, das heißt die Fläche des Pedals 7a, 7b, auf der die Füße 20 des Fahrers aufliegen, kann aus der Drehrate um die Z-Achse detektiert werden. Die gemessene Zentripetalbeschleunigung wird durch eine solche Verdrehung verfälscht. Mit der Drehrate um die Z-Achse kann dies korrigiert werden. Die Informationen der Verdrehung der Pedale 7a, 7b auf der Pedalachse 6a, 6b kann auch zur Analyse des „runden Tritts“ verwendet werden.A twisting of the pedal plane, that is to say the surface of the pedal 7a, 7b on which the driver's feet 20 rest, can be detected from the rate of rotation about the Z-axis. The measured centripetal acceleration is falsified by such a twist. This can be corrected with the rotation rate around the Z-axis. The information on the twisting of the pedals 7a, 7b on the pedal axis 6a, 6b can also be used to analyze the "round step".

Für die Berechnung des Drehmoments aus den Drehraten ist die Steifigkeit der mechanisch belasteten Elemente erforderlich. Die Steifigkeit kann beim Abgleich beziehungsweise der Kalibrierung im Berechnungsalgorithmus eingegeben werden. Sie kann aber auch vom Hersteller der einzelnen Elemente bereitgestellt werden, beispielsweise in dem dieser diese aus Simulationen oder Messungen ermittelt, wobei ein Abgleich in diesem Fall entfallen kann. Beim Abgleich können auch unterschiedliche Steifigkeiten an der rechten und an der linken Pedalachse berücksichtigt werden. Bei Pedelecs kann beispielsweise eine unterschiedliche Steifigkeit durch eine unterschiedlich gekröpfte Tretkurbel bedingt sein.The rigidity of the mechanically loaded elements is required to calculate the torque from the yaw rates. The stiffness can be entered in the calculation algorithm during adjustment or calibration. However, it can also be provided by the manufacturer of the individual elements, for example by determining them from simulations or measurements, in which case a comparison can be omitted. Different rigidities on the right and left pedal axis can also be taken into account during the comparison. In the case of pedelecs, for example, a different degree of rigidity can be caused by a pedal crank with a different offset.

Ein Abgleich oder eine Überprüfung der Kalibrierung kann auch im Feld erfolgen. Dazu kann der Fahrer beispielsweise bei waagerechter Tretkurbelstellung sein gesamtes Körpergewicht gleichmäßig auf beide Pedale oder im unteren Totpunkt der Tretkurbel auf eine Pedale aufbringen. Dafür ist lediglich das Gewicht des Fahrers über die Bedieneinheit einzugeben. Umgekehrt lässt sich mit abgeglichenem System das Gewicht des Fahrers ermitteln und anzeigen.The calibration can also be compared or checked in the field. For this purpose, the driver can, for example, apply his entire body weight evenly to both pedals when the pedal crank is in a horizontal position, or to one pedal when the pedal crank is at bottom dead center. All you have to do is enter the driver's weight via the control unit. Conversely, the weight of the driver can be determined and displayed with a balanced system.

Für die Kalibrierung ist auch die Tretkurbellänge zu berücksichtigen. Sie kann bei bekannter Trittfrequenz aus der zeitlichen Änderung oder aus dem Verhältnis der gemessenen Beschleunigungskomponenten an den Pedalen ermittelt werden. Bei bekannter Trittfrequenz kann aus der Zentrifugalbeschleunigung die Tretkurbellänge mit hohen Genauigkeiten, insbesondere mit einer Abweichung von weniger als 1 mm berechnet werden. Damit können Standard-Kurbellängen, insbesondere 170, 172,5 und 175 mm eindeutig identifiziert werden.The crank length must also be taken into account for the calibration. She can at known Cadence can be determined from the change over time or from the ratio of the measured acceleration components on the pedals. If the cadence is known, the pedal crank length can be calculated from the centrifugal acceleration with high accuracy, in particular with a deviation of less than 1 mm. This allows standard crank lengths, in particular 170, 172.5 and 175 mm, to be clearly identified.

Mit den Messdaten der 3-achsigen Beschleunigungs- und Drehratensensoren sind auch nachfolgend aufgezählte Möglichkeiten realisierbar:

  • • Bestimmung der Seitenneigung des Fahrrads während der Fahrt und bei Stillstand, beispielsweise zur Erkennung einer Anfahrsituation oder einer grenzwertigen Neigung beim Abstellen des Fahrrades.
  • • Erkennung einer einseitigen Pedalkraft und Tretkurbelstellung für eine Anfahrhilfe.
  • • Erkennung von Fuß/Füßen auf Pedalen.
  • • „wake-up“-Funktion für das Steuergerät oder für die Elektronik in den Pedalen, beispielsweise bei Bewegung des Fahrradrahmens, um Stromverbrauch zu minimieren.
  • • Erkennung von Bewegungen des Fahrrads (Parken, Pedalieren, Schieben, Transport mit Vibrationen ohne Rad- beziehungsweise Pedalbewegung, Anfahrsituation, kritische Fahrradneigung beim Abstellen, etc.).
  • • Diebstahlschutz: Beispielsweise während eines Transports, wenn zuvor durch den Fahrer eine entsprechende Diebstahlerkennung aktiviert wurde und Auslösen eines akustischen und/oder optischen Alarms und optional eine elektronische Sperrung des Fahrrad-Akkus und/oder des Motors.
  • • Bremsverzögerung des Fahrrads aus Signalen der Beschleunigungssensoren ohne Differenzbildung oder mit Hilfe der dritten Sensoreinheit 17 beispielsweise im Bedienteil an der Lenkstange erkennbar und als Bremssignal über rückwärts gerichtete, rote LED's an beiden Pedalen anzeigbar. Dabei kann die Anzeige analog des bei KFZ eingesetzten adaptiven Bremslichts - auch aktives beziehungsweise dynamisches Bremslicht genannt - erfolgen zur Anzeige für starkes Bremsen in Notfällen für den nachfolgenden Verkehr.
  • • LED's in Pedalkörper integriert, beispielsweise weiss/nach vorne gerichtet, orange/zu den Seiten gerichtet, rot/nach hinten gerichtet im Betriebsmodus als Dauerlicht oder blinkend oder für noch bessere Sichtbarkeit des Radfahrers ist die Leuchtphase einstellbar an mehreren gewünschten Tretkurbelstellungen.
With the measurement data of the 3-axis acceleration and yaw rate sensors, the options listed below can also be implemented:
  • • Determination of the lateral inclination of the bicycle while driving and when stationary, for example to detect a starting situation or a borderline inclination when parking the bicycle.
  • • Recognition of a one-sided pedal force and pedal crank position for a starting aid.
  • • Foot/feet on pedal detection.
  • • "Wake-up" function for the control unit or for the electronics in the pedals, for example when the bicycle frame is moving, in order to minimize power consumption.
  • • Detection of bicycle movements (parking, pedalling, pushing, transport with vibrations without wheel or pedal movement, starting situation, critical bicycle inclination when parking, etc.).
  • • Anti-theft protection: For example, during transport, if the driver has previously activated a corresponding theft detection and triggering an acoustic and/or visual alarm and optionally an electronic blocking of the bicycle battery and/or the motor.
  • • Braking deceleration of the bicycle from signals of the acceleration sensors without differentiation or with the help of the third sensor unit 17, for example, in the control panel on the handlebars and displayed as a braking signal via rearward-facing, red LEDs on both pedals. The display can be analogous to the adaptive brake light used in motor vehicles - also called active or dynamic brake light - to display heavy braking in emergencies for the following traffic.
  • • LED's integrated in the pedal body, for example white/facing forward, orange/facing to the sides, red/facing backwards in operating mode as steady light or flashing or for even better visibility of the cyclist, the lighting phase can be set at several desired pedal crank positions.

Durch zusätzliche in mehreren Achsen messende Magnetfeldsensoren kann aus den Messdaten die absolute Orientierung des Fahrrades erkannt werden. Bei einer grenzwertigen Fahrradschräglage in einer Kurve können die Pedale auf der Fahrbahn aufkommen und zu gefährlichen Situationen oder zum Sturz führen. Solche grenzwertigen Schräglagen aber auch die Steigung des Fahrrades am Berg können gemessen und auf einem Display angezeigt werden.Additional magnetic field sensors measuring in several axes can be used to determine the absolute orientation of the bicycle from the measurement data. If the bike is marginally inclined in a curve, the pedals can hit the road and lead to dangerous situations or a fall. Such borderline inclinations, but also the incline of the bicycle on a mountain, can be measured and shown on a display.

Obwohl die vorliegende Erfindung anhand bevorzugter Ausführungsbeispiele beschrieben wurde, ist sie nicht darauf beschränkt, sondern auf vielfältige Weise modifizierbar.Although the present invention has been described on the basis of preferred exemplary embodiments, it is not limited thereto but can be modified in many different ways.

Claims (14)

Pedal (7a, 7b) für ein Fahrrad, insbesondere ein Pedelec, umfassend eine Sensoreinrichtung (13a, 13b), die zumindest eine Drehratensensiereinrichtung und/ oder eine Beschleunigungssensiereinrichtung umfasst.Pedal (7a, 7b) for a bicycle, in particular a pedelec, comprising a sensor device (13a, 13b) which comprises at least one rotation rate sensing device and/or an acceleration sensing device. Pedal gemäß Anspruch 1, wobei die Sensoreinrichtung (13a, 13b) ausgebildet ist, entlang zumindest zweier Raumachsen, insbesondere entlang dreier Raumachsen zu messen.pedal according to claim 1 , wherein the sensor device (13a, 13b) is designed to measure along at least two spatial axes, in particular along three spatial axes. Pedal gemäß einem der Ansprüche 1-2, wobei zumindest eine Sendeeinrichtung (14) angeordnet ist, welche zur drahtlosen Kommunikation ausgebildet ist.Pedal according to one of Claims 1 - 2 , wherein at least one transmission device (14) is arranged, which is designed for wireless communication. Pedal gemäß einem der Ansprüche 1-3, wobei zumindest eine Auswerteinrichtung (15) angeordnet ist, die zur Auswertung von Daten zumindest einer Sensoreinrichtung (13a, 13b) ausgebildet ist.Pedal according to one of Claims 1 - 3 , wherein at least one evaluation device (15) is arranged, which is designed to evaluate data from at least one sensor device (13a, 13b). Pedal gemäß einem der Ansprüche 1-4, wobei zumindest eine Energieversorgungseinrichtung (11, 16) angeordnet ist, die zumindest eine der Einrichtungen (13, 14, 15), insbesondere alle im Pedal (7a, 7b) angeordneten Einrichtungen (13a, 13b, 14, 15) mit Energie versorgt.Pedal according to one of Claims 1 - 4 , wherein at least one energy supply device (11, 16) is arranged, which supplies energy to at least one of the devices (13, 14, 15), in particular all devices (13a, 13b, 14, 15) arranged in the pedal (7a, 7b). Pedal gemäß Anspruch 5, wobei die Energieversorgungseinrichtung (11, 16) ausgebildet ist, anhand der Bewegung des Pedals (7a, 7b) Energie bereitzustellen, insbesondere zu speichern.pedal according to claim 5 , wherein the energy supply device (11, 16) is designed to provide, in particular to store, energy based on the movement of the pedal (7a, 7b). Pedal gemäß einem der Ansprüche 1-6, wobei zumindest eine optische aktive und/oder passive Anzeigeeinrichtung (10a, 10b, 12a, 12a', 12b) angeordnet ist.Pedal according to one of Claims 1 - 6 , wherein at least one optical active and / or passive display device (10a, 10b, 12a, 12a ', 12b) is arranged. Pedal gemäß einem der Ansprüche 1-7, wobei die Energieversorgungseinrichtung (11, 16) zentral in der Mitte an einer Pedalachse (6a, 6b) angeordnet ist.Pedal according to one of Claims 1 - 7 , wherein the energy supply device (11, 16) is arranged centrally in the middle of a pedal axis (6a, 6b). Pedal gemäß einem der Ansprüche 1-8, wobei zumindest eine der Einrichtungen (13a, 13b, 14, 15, 16), insbesondere Sensor-, Sende-, Anzeige- und Auswerteeinrichtung (13a, 13b, 14, 10a, 10b, 12a, 12a', 12b, 16) an einer zu einer Trittfläche (22) senkrechten äußeren Fläche am Pedal (7a, 7b) angeordnet sind.Pedal according to one of Claims 1 - 8th , At least one of the devices (13a, 13b, 14, 15, 16), in particular sensor, transmission, display and evaluation device (13a, 13b, 14, 10a, 10b, 12a, 12a', 12b, 16). an outer surface perpendicular to a tread (22) on the pedal (7a, 7b). Vorrichtung (1) zur Bestimmung von Kräften und/oder Drehmomenten an einem Fahrrad, hervorgerufen durch einen Fahrer, umfassend - zumindest zwei Sensoreinrichtungen (13, 17, 18), wobei die zumindest zwei Sensoreinrichtungen (13a, 13b, 17, 18) jeweils zumindest eine Drehratensensiereinrichtung und/oder eine Beschleunigungssensiereinrichtung aufweisen und - zumindest ein Pedal (7a, 7b) und/oder ein Fahrradbauteil (2, 60) außerhalb des Bereichs der Pedale (7a, 7b) wobei die zumindest zwei Sensoreinrichtungen (13a, 13b, 17, 18) an zumindest einem Pedal (7a, 7b) und/oder an zumindest einem Fahrradbauteil (2, 60) außerhalb des Bereichs der Pedale (7a, 7b) angeordnet sind.Device (1) for determining forces and/or torques on a bicycle, caused by a rider, comprising - at least two sensor devices (13, 17, 18), wherein the at least two sensor devices (13a, 13b, 17, 18) each have at least one yaw rate sensing device and/or an acceleration sensing device and - at least one pedal (7a, 7b) and/or a bicycle component (2, 60) outside the area of the pedals (7a, 7b), the at least two sensor devices (13a, 13b, 17, 18) being located on at least one pedal (7a, 7b) and/or on at least one bicycle component (2, 60) outside the area of the pedals (7a, 7b). Vorrichtung gemäß Anspruch 10, wobei die zumindest zwei Sensoreinrichtungen (13a, 13b, 17, 18) an zwei Pedalen (7a, 7b) angeordnet sind, wobei jedes Pedal (7a, 7b) zumindest eine der Sensoreinrichtungen (13a, 13b 17, 18) aufweist.Device according to claim 10 , wherein the at least two sensor devices (13a, 13b, 17, 18) are arranged on two pedals (7a, 7b), each pedal (7a, 7b) having at least one of the sensor devices (13a, 13b 17, 18). Vorrichtung gemäß Anspruch 11, wobei drei oder mehr Sensoreinrichtungen (13a, 13b, 17, 18) angeordnet sind, wobei eine der drei oder mehr Sensoreinrichtungen (13a, 13b, 17, 18) an dem zumindest einen weiteren Fahrradbauteil, insbesondere an einem Rahmen (2) des Fahrrads und an einem Lenker (60) des Fahrrads angeordnet sind.Device according to claim 11 , wherein three or more sensor devices (13a, 13b, 17, 18) are arranged, wherein one of the three or more sensor devices (13a, 13b, 17, 18) is on the at least one further bicycle component, in particular on a frame (2) of the bicycle and are arranged on a handlebar (60) of the bicycle. Verfahren zur Bestimmung von Kräften und/oder Drehmomenten an einem Fahrrad, hervorgerufen durch einen Fahrer, wobei Drehraten und/oder Beschleunigungen mittels einer Vorrichtung (1) gemäß einem der Ansprüche 10-12 ermittelt werden und anhand der ermittelten Drehraten und/oder Beschleunigungen und basierend auf einer Steifigkeit von Komponenten der Vorrichtung (1) und insbesondere des Rahmens (2) des Fahrrads, die auf die Pedale (7a, 7b) ausgeübten Kräfte und/oder Drehmomente ermittelt werden.A method for determining forces and/or torques on a bicycle, caused by a rider, wherein rotation rates and/or accelerations are measured by means of a device (1) according to one of Claims 10 - 12 are determined and the forces and/or torques exerted on the pedals (7a, 7b) are determined using the determined rotation rates and/or accelerations and based on a stiffness of components of the device (1) and in particular the frame (2) of the bicycle . Fahrrad mit einem Pedal (7a, 7b) gemäß einem der Ansprüche 1-9 und/oder einer Vorrichtung (1) gemäß einem der Ansprüche 10-12.Bicycle with a pedal (7a, 7b) according to one of Claims 1 - 9 and / or a device (1) according to one of Claims 10 - 12 .
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