DE60032819T2

DE60032819T2 - Verfahren und vorrichtung zum messen der anstrengung eines radfahrers

Info

Publication number: DE60032819T2
Application number: DE60032819T
Authority: DE
Inventors: Cornelis Gijsbertus ROOVERS; Andreas Bastiaan D'HERRIPON
Original assignee: Idbike BV
Current assignee: Accell Group NV
Priority date: 1999-10-19
Filing date: 2000-10-19
Publication date: 2007-11-08
Anticipated expiration: 2020-10-20
Also published as: AU1311501A; DE60032819D1; DE60032819T3; EP1324913B2; WO2001030643A1; EP1324913A1; NL1016294C2; DK1324913T3; EP1324913B1; ATE350271T1; ES2279773T5; ES2279773T3; DK1324913T4; NL1013338C2

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft im Besonderen die Messung einer Kraft, die durch einen Radfahrer ausgeübt wird, aber die vorliegende Erfindung ist auch breiter anwendbar.
In einem ersten Aspekt betrifft die vorliegende Erfindung, allgemein gefasst, die Messung einer Kraft oder eines Drehmoments, welche(s) durch einen Radfahrer ausgeübt wird, als ein Maß der Anstrengung jenes Radfahrers. Messdaten dieser Art sind üblicherweise bereits einsetzbar, wenn Sportler trainieren, beispielsweise auch in Verbindung mit Herzfrequenzmessungen. Des Weiteren können diese Messdaten eingesetzt werden, um unter Anderem automatische Beschleunigungssysteme zu steuern. Automatisch schaltende Beschleunigungssysteme für Fahrräder sind bereits bekannt. Darin wird immer die Rotationsdrehzahl des Kurbelsystems als die ausschließliche Informationsquelle zum Bestimmen des Moments des Schaltens heran gezogen. Jedoch führt dies nicht zum optimalen Schaltvorgang, da die Pedaldrehzahl nicht immer ein guter Indikator für die Anstrengung ist, die vom Radfahrer geleistet wird. Eine bessere Bestimmung des Schaltmoments kann durch Verwenden von sowohl der Pedaldrehzahl als auch der Pedalkraft als Informationsquellen erzielt werden.
Jedoch besteht insbesondere Bedarf an einer Messung, wie oben erwähnt, auf dem Gebiet elektrisch unterstützter Fahrzeuge, d.h. Fahrzeuge, die mit einem Elektroantriebsmotor ausgestattet sind, wobei die Antriebskraft durch den Elektroantriebsmotor proportional zur Anstrengung zugeführt wird, die der Fahrer aufbringt. Daher wird im Folgenden die vorliegende Erfindung insbesondere für dieses Anwendungsgebiet, im Speziellen für das Gebiet der elektrisch unterstützten Fahrräder erläutert. Jedoch wird ausdrücklich darauf hingewiesen, dass die vorliegende Erfindung nicht auf das Anwendungsgebiet der elektrisch unterstützten Fahrräder beschränkt ist, sondern auch für andere Fahrzeuge angewendet werden kann, welche durch menschliche Kraft angetrieben werden. Es ist auch möglich, dass die vorliegende Erfindung zum Beispiel für gewöhnliche Fahrräder oder Trainingsmaschinen vom Fahrradtyp eingesetzt wird.
Des Weiteren kann die vorliegende Erfindung in Verbindung mit anderen Hilfsvorrichtungen eingesetzt werden, bei denen die Steuerung von der Radfahrleistung abhängt, wie zum Beispiel automatisch schaltende Beschleunigungssysteme für Radfahrer.
Fahrzeuge, welche durch menschliche Kraft angetrieben werden, sind allgemein bekannt und das Fahrrad ist die gebräuchlichste Anwendung davon. Wie bekannt ist, umfasst das Fahrrad einen Rahmen und ein Kurbelsystem, welches drehbar im Rahmen angebracht ist, mit einer im Wesentlichen waagrecht ausgerichteten Kurbel und zwei Kurbelarmen, die an den jeweiligen Enden der Kurbel angebracht sind, die senkrecht zur Kurbel stehen und mit Pedalen an ihren jeweiligen Enden ausgestattet sind. Der Fahrer des Fahrrads benutzt seine Füße, um das Kurbelsystem in Drehung in Bezug auf den Rahmen zu versetzen und diese Rotation wird übertragen, üblicherweise mittels der Zahnräder und einer Kette, auf wenigstens eines der Räder des Fahrrads, üblicherweise das Hinterrad. Die Pedalkraft, die durch den Fahrer ausgeübt wird, wird mittels der Hebelwirkung der Kurbelarme in ein Antriebsmoment oder Antriebsdrehmoment in der Kurbel und über das Übertragungssystem auf das angetriebene Rad umgesetzt.
Im Allgemeinen besteht ein Bedarf für Hilfskraftmittel, welche den Fahrer des Fahrrads in die Lage versetzen, dieselbe Leistung mit verringerter Anstrengung zu erzielen, wie beim Radfahren gegen den Wind oder bergauf. Fahrräder, welche mit Hilfskraftmitteln dieser Art ausgestattet sind, sind bereits an sich bekannt und werden im Zusammenhang der vorliegenden Erfindung mit dem Begriff "elektrisch unterstütztes Fahrrad" bezeichnet werden. Bei Fahrrädern dieser Art wird ein elektrischer Motor bereitgestellt, welcher mit dem Kurbelsystem oder den Rädern gekoppelt ist, welcher von einer Batterie versorgt wird und durch ein Steuerungselement, zum Beispiel einen geeignet programmierten Mikroprozessor oder Ähnliches gesteuert wird. Die Betätigung durch das Steuerelement hängt allgemein von der Geschwindigkeit des Fahrrads und von der Kraft ab, die durch den Fahrer ausgeübt wird. Wenn der Radfahrer keine Kraft auf die Pedale ausübt, gibt der Motor keine Kraft ab. Wenn der Radfahrer eine Kraft auf die Pedale ausübt, stellt der Elektromotor eine Hilfskraft bereit. Die Merkmale der Hilfskraft, das heißt das Verhältnis zwischen der Hilfskraft und der menschlichen Kraft als eine Funktion der menschlichen Kraft und der Geschwindigkeit, kann im Prinzip wie gewünscht programmiert werden; üblicherweise ist das Verhältnis konstant, bis ein bestimmter Geschwindigkeitsschwellenwert erreicht ist, und nimmt dann oberhalb dieses Geschwindigkeitsschwellenwertes auf null ab. Folglich bleibt die Zielradfahrleistung, wie Geschwindigkeit, noch abhängig vom Niveau der Anstrengung durch den Radfahrer, aber diese Anstrengung wird beträchtlich geringer sein, als wenn die Krafthilfsquelle nicht vorhanden wäre.
Um in der Lage zu sein, den elektrischen Motor mit einer veränderlichen Leistung in Abhängigkeit von der Pedalkraft, die vom Radfahrer stammt, zu betreiben, ist es für das Steuerelement notwendig, mit einem Pedalkraftsensor ausgestattet zu sein, der in der Lage ist, die Pedalkraft, die vom Radfahrer stammt, zu messen oder wenigstens ein Signal zu erzeugen, welches für diese Pedalkraft repräsentativ ist. Verschiedene Vorschläge solcher Pedalkraftsensoren wurden im Stand der Technik gemacht. Die US-Patentschrift 5,915,493 beschreibt eine komplizierte mechanische Struktur zum Messen des Pedaldrehmoments im Kurbelsystem. Diese mechanische Struktur umfasst ein Planetengetriebesystem mit einem Sonnenrad, an welchem ein federgespannter Hebel angebracht ist. Wenn eine Pedalkraft ausgeübt wird, dreht sich das Sonnenrad ein wenig gegen die Federkraft und das Ausmaß der Drehung des Sonnenrads dient als Maß für die Kraft, die vom Radfahrer zugeführt wird. Jedoch ist dieses bekannte System kompliziert, groß und schwer. Es erfordert Zahnräder und Lager als auch ein geschlossenes Gehäuse und eine große Anzahl von beweglichen Teilen, welche das System schwer und teuer machen. Des Weiteren tritt im System Reibung auf, was dazu führt, dass sich eine Verringerung der wirksamen Pedalkraft ergibt und unerwünschte Geräusche erzeugt werden. Des Weiteren ist die Tatsache, dass Hysterese-Wirkungen im System auftreten, ein grundlegender Nachteil für das Messen des Reaktionsdrehmoments eines Sonnenrads. Auf Grund des notwendigen Zusammendrückens der Feder für die Betätigung eines Potentiometers zeigt die Reaktionszeit des Drehmoment messenden Systems eine Verzögerung im Vergleich zu einem Kurbelsystem ohne solch eine Feder, was dazu führt, dass sowohl das Radfahrgefühl und das Steuersignal an die Steuereinheit schlechter werden. Darüber hinaus besteht ein Bedarf an einem Kraft messenden System, welches leicht auf "gewöhnlichen" Fahrrädern, d.h. Fahrräder, welche nicht mit einer Hilfskraftquelle ausgestattet sind, angeordnet werden kann; das System, welches aus der angesprochenen Veröffentlichung bekannt ist, ist für diesen Zweck nicht geeignet.
Die US-Patentschrift 5,027,303 beschreibt ein Messsystem, in welchem die Kurbel und/oder das Kettenzahnrad mit Dehnungsmessstreifen ausgestattet sind. Ein bedeutsamer Nachteil dieses Systems besteht darin, dass der Sensor mit den beweglichen Teilen des Kurbelsystems verbunden ist, während das Steuerelement am stationären Rahmen angebracht ist, so dass es relativ kompliziert ist, das Messungssignal an das Steuerelement zu übertragen. Die Ausgestaltung mit Kohlenstoffbürsten, welche in der Veröffentlichung vorgeschlagen ist, verbraucht Platz, erhöht das Risiko von Rauschen im Signal und ermöglicht eine Verschmutzung.
Des Weiteren wurden Systeme vorgeschlagen, welche auf dem Messen der Spannung in der Kette basieren, in welchen die Spannung in der Kette auf einen Feder vorgespannten Hebel wirkt. Darin ist die Position des Hebels ein Maß für die Kraft in der Kette. Dieses System ist zu zerbrechlich und darüber hinaus anfällig für Beschädigung, sowie Abnutzung und Verschmutzung und kann darüber hinaus nicht in Verbindung mit einem Kettenwerferschaltsystem verwendet werden.
Darüber hinaus weisen alle bekannten Systeme den Nachteil des bloßen Reagierens auf das Antriebsdrehmoment, das im Antriebsstrang erzeugt wird, auf. Darin liegen zwei Hauptnachteile. Erstens sind diese Systeme nicht in der Lage, die Richtung zu messen, in welcher die Kraft ausgeübt wird, und sie können auch nicht zwischen Kräften, die durch das linke Bein oder durch das rechte Bein ausgeübt werden, unterscheiden. Zweitens reagieren diese Systeme nicht auf die tatsächliche Kraft, die durch den Radfahrer ausgeübt wird. Schließlich ist, wenn die Richtung der Kraft, die durch den Radfahrer ausgeübt wird, durch die Rotationsachse des Kurbelsystems verläuft, zum Beispiel, wenn ein Pedal in der Nähe seines obersten Kurvenpunktes angeordnet ist, die Antriebskraft gering oder sogar null, während die ausgeübte Kraft beträchtlich sein kann.
Es ist ein gemeinsames Merkmal aller bekannten Sensorsysteme, die oben beschrieben sind, dass sie auf der Durchführung einer Messung auf einem oder mehreren beweglichen Bauteilen im Antriebsstrang basieren.
Die Japanische Patentveröffentlichung 1996-268,372 beschreibt ein Fahrrad, in welchem eine Pedalkraft durch Messen einer Verformung des Fahrradrahmens gemessen wird. Jedoch in diesem bekannten System wird an zwei Stellen, nämlich der linken und der rechten Sitzstrebe, die Dehnung, die dort auftritt, gemessen und die Pedalkraft wird durch Subtrahieren der zwei gemessenen Längenveränderungen von einander ermittelt. Jedoch treten die gemessenen Längenveränderungen nicht nur als ein Ergebnis der Pedalkraft auf, sondern auch zum Beispiel beim Kurvenfahren. Um in der Lage zu sein, dieses Problem zu korrigieren, erfordert dieses bekannte System zwei Korrektursensoren auf jeder Seite des horizontalen oberen Rahmenrohrs des Fahrradrahmens. Alles in Allem erfordert dieses bekannte System vier Sensoren. Diese große Anzahl von Sensoren lässt dieses bekannte System relativ teuer werden.
Es ist es daher wert, eine kleinere Anzahl von Sensoren zu verwenden und vorzugsweise nur einen Sensor, um ein Verformungssignal zu erzeugen, welches auf verlässliche Weise ein Maß für die Anstrengung, die durch den Radfahrer ausgeübt wird, darstellt, siehe JP-A-09-175,476, aus welcher bekannt ist, die Pedalkraft in Bezug auf ihre Kraft, die auf ein Lager der Pedalkurbelwelle wirkt, zu messen.
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird die Verformung der hinteren Achse als ein Ergebnis der Pedalkraft, die darauf ausgeübt wird, gemessen, siehe Anspruch 1.
Alternativ schlägt die vorliegende Erfindung das Messen von Kräften in einem oder in mehreren Lagern der Hinterachse vor, siehe Anspruch 5.
In Abhängigkeit von der Position auf dem Rahmen wird die zu messende Verformung ein Biegen, ein Drehen oder eine Kombination davon sein. Es ist für einen Durchschnitts fachmann auf diesem Gebiet der Technik offensichtlich, wie die Verformungserfassungsmittel, die verwendet werden, zum Beispiel Dehnungsmessstreifen, am Messungspunkt angeordnet sein sollten, so dass die Verformungserfassungsmittel im erwünschten Ausmaß auf die Verformung, die durch Biegen oder Drehen verursacht ist, reagieren.
In einem zweiten Aspekt betrifft die vorliegende Erfindung ein Fahrrad, siehe Anspruch 8.
In einem dritten Aspekt betrifft die vorliegende Erfindung ein System zum Messen einer Antriebskraft in einer Kette eines Fahrrads, siehe Anspruch 14.
Ein System dieses Typs kann insbesondere in einem Fahrzeug verwendet werden, welches durch menschliche Kraft angetrieben wird, wo es erstrebenswert ist, Mittel zum Messen der Antriebskraft, die im Übertragungssystem herrscht, als ein Maß der Anstrengung, die durch den Radfahrer ausgeübt wird, zu besitzen. Diese Anforderung betrifft auch insbesondere, aber nicht ausschließlich, das Gebiet der elektrisch unterstützten Fahrzeuge.
Hierin im Folgenden wird auch dieser Aspekt der vorliegenden Erfindung insbesondere für das Anwendungsbeispiel eines elektrisch unterstützen Fahrrads erklärt. Jedoch wird ausdrücklich festgestellt, dass die vorliegende Erfindung auch auf anderen Gebieten angewandt werden kann, zum Beispiel für Rollstühle, Fahrzeuge, die mit Handkraft betrieben werden, usw. In einer anderen Anwendung kann es erstrebenswert sein, die durch den Radfahrer zugeführte Leistung zu berechnen, zum Beispiel in einer Situation wie bei einem Trainingsergometer oder für Radrennfahrer, die auf der Straße fahren; in beiden Fällen gibt es keinen elektrischen Antriebsmotor. In einer weiteren anderen Anwendung kann es erstrebenswert sein, automatisch ein Schaltsystem eines Fahrzeugs, wie eines Fahrrads, auf der Grundlage der Kraft, die durch den Fahrer zugeführt wird, zu steuern; wenn die Kraft ansteigt, ist es möglich, automatisch nach unten zu schalten.
Im Anwendungsbeispiel eines elektrisch unterstützten Fahrrads, welches unten besprochen werden soll, wird angenommen, dass das Fahrrad mittels einer Fahrradkette angetrieben wird, welche um zwei Zahnradkränze geführt ist, wobei einer auf einer Kurbel angebracht ist, während der andere auf dem Hinterrad angebracht ist. Jedoch kann die Erfindung auch auf Fahrzeuge, darunter Fahrräder, angewendet werden, in welchen das Kraftübertragungsmittel als ein Riemen, Gurt, Band usw. ausgelegt ist.
Die vorliegende Erfindung zielt darauf ab, ein einfaches Messsystem bereit zu stellen, in welchem die Kettenkraft mit Hilfe eines Sensors oder einer Komponente gemessen wird, die auf dem Fahrradrahmen angebracht ist.
Dieser Aspekt der vorliegenden Erfindung beruht ebenfalls auf der Einsicht, dass die Spannung, welche in der Kette vorherrscht, zu reaktiven Kräften in den ortsfesten Bauteilen eines Fahrrads führt und dass diese reaktiven Kräfte dann zu Verformungen des Rahmens oder zu Verformungen einer oder mehrerer Komponenten, welche fest am Rahmen angebracht sind, führen.
Es ist aus dem Stand der Technik nicht bekannt, die Biegekraft einer angetriebenen Radachse eines Fahrrads auf Grund der Kräfte, die in einem Lager eines angetriebenen Rades eines Fahrzeugs, das mit menschlicher Kraft angetrieben wird, wie ein Fahrrad, auftreten, zu messen, um die Pedalkraft zu ermitteln.
Darüber hinaus ist es aus dem Stand der Technik nicht bekannt, einen Lagersensor bereit zu stellen, um das Biegen der Achse eines Rades eines Fahrrades zu messen.
Die vorliegende Erfindung wird detaillierter durch die folgende Beschreibung mit Bezugnahme auf die Zeichnung erklärt, in der identische Bezugsziffern identische oder ähnliche Komponenten bezeichnen und in der:
1A schematisch eine Seitenansicht eines Fahrrads zeigt;
1B schematisch eine Seitenansicht eines elektrisch unterstützten Fahrrads zeigt;
2 ein Blockschaltbild einer elektrischen Schaltung zeigt;
3A-B schematisch vertikale Schnitte durch ein Fahrrad zeigen;
4A-E Graphen sind, welche Messergebnisse aus einer Erprobung darstellen;
5A-C ebenfalls Graphen sind, welche Messergebnisse aus einer Erprobung darstellen;
6A-B ein Fahrrad mit geteiltem Tretlager darstellen;
7 schematisch ein paar Komponenten eines Antriebssystems eines Fahrrads zeigt;
8 eine schematische Draufsicht einer Hinterachse eines Fahrrads zeigt, welches mit einem Nabenmotor und einem mit Messgerät ausgestattetem drehbaren Lager gemäß der vorliegenden Erfindung bereit gestellt ist;
9A schematisch einen Querschnitt durch ein mit Messgerät ausgestattetes drehbares Lager gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt;
9B schematisch ein Beispiel eines Abschnitts des Messsignals zeigt, welches durch solch ein mit Messgerät ausgestattetes drehbares Lager erzeugt wird;
10A schematisch einen Querschnitt ähnlich zu 9A durch ein drehbares Lager zeigt, welches gemäß der vorliegenden Erfindung modifiziert wurde; 10B schematisch ein Beispiel ähnlich zu 9B eines Abschnitts des Messsignals zeigt, welches durch solch ein modifiziertes drehbares Lager dieses Typs erzeugt wird;
11 eine schematische Draufsicht ähnlich 8 einer Hinterachse eines Fahrrads zeigt, welches mit einem Nabenmotor und einem Biegesensor gemäß der vorliegenden Erfindung bereit gestellt ist;
12 schematisch ein Beispiel ähnlich zu 10B eines Abschnitts des Messsignals zeigt, welches durch einen Biegesensor dieses Typs erzeugt wird.
1A zeigt schematisch eine Seitenansicht eines Fahrrads 1 mit einem Rahmen 10, wobei der Rahmen 10 ein oberes Rahmenrohr 11, ein unteres Rahmenrohr 12 und ein Sattelrohr 24 umfasst, die miteinander in der üblichen Dreieckskonfiguration verbunden sind, wobei das obere Rahmenrohr 11 im Wesentlichen horizontal ausgerichtet ist. Das obere Rahmenrohr 11 und das untere Rahmenrohr 12 treffen einander an einem Steuerrohr 14, in welchem ein Lenkerstab 15 drehbar angebracht ist. An seinem oberen Ende ist der Lenkerstab 15 mit dem Lenker 16 ausgestattet, während sein unteres Ende an einer Vordergabel 17 angebracht ist, in welcher ein Vorderrad 18 eingesetzt ist.
Im Sattelrohr 13 ist eine Sattelstange 19 angeordnet, welche an ihrem oberen Ende einen Sattel 20 trägt.
Um ein Hinterrad 21 zu halten, umfasst der Rahmen 10 eine hintere Gabel 22 und ein hinteres Rahmenrohr 13. Die hintere Gabel 22 erstreckt sich von einem oberen Ende des Sattelrohrs 13 zu einer Nabe 24 für das Hinterrad 21 und das hintere Rahmenrohr 23 erstreckt sich zwischen der Nabe 24 und einem unteren Ende des Sattelrohrs 13.
Das untere Ende des Sattelrohrs 13 und das untere Ende des unteren Rahmenrohrs 12 treffen einander an einem Tretlager 25 des Rahmens 10. Das Tretlager 25 ist ein zylindrischer Raum, dessen Mittelachse im Wesentlichen horizontal im rechten Winkel zur Längsrichtung des Fahrrads 1 ausgerichtet ist und in welchem eine Kurbel (welche in dieser Figur auf Gründen der Einfachheit nicht gezeigt ist) eines Kurbelsystems 26 drehbar angebracht ist. Die Kurbelarme, welche in rechten Winkeln zur Kurbel ausgerichtet sind und welche an ihren jeweiligen Enden mit Pedalen 27 ausgerüstet sind, wobei nur eines davon in 1A dargestellt ist, sind an den zwei Enden der Kurbel angebracht. Die Drehung der Kurbel wird auf das Hinterrad 21 mittels einer Kette 28 über Zahnkranzräder übertragen, welche aus Gründen der Vereinfachung nicht gezeigt sind.
2 ist ein Blockschaltbild, welches eine Signal verarbeitende Einheit 40 mit einem Eingang 41 zeigt, um von dort mit einem Sensor 50 verbunden zu sein, welcher die Signal verarbeitende Einheit 40 mit einem Signal versorgt, das repräsentativ für die Pedalkraft ist, die durch einen Radfahrer des Fahrrads 1 ausgeübt wird. Die Signal verarbeitende Einheit 40 kann solch ein Signal auf verschiedene Arten verarbeiten. Zum Beispiel kann es von Interesse für Sportler sein, die Trittfrequenz und/oder die mittlere Trittfrequenz, die abgelieferte Leistung, den Wirkungsgrad der Trittbewegung usw. aufzuzeichnen, und für diesen Zweck können die relevanten Daten durch ein geeignetes Signalverbarbeitungsverfahren, welches an sich bekannt ist und das von der Signal verarbeitenden Einheit 40 durchgeführt wird, aus dem zyklischen Signal, das an dem Eingang 41 empfangen wird, abgeleitet werden und zum Beispiel an einem Ausgang 42 für eine Anzeige 43 oder Ähnliches bereit gestellt werden.
Es ist auch vorstellbar, wie in 1B dargestellt, dass das Fahrrad 1 ein elektrisches Fahrrad ist, welches mit einem Elektromotor 45 ausgestattet ist, der von einer Batterie 46 gespeist wird und mit dem Kurbelsystem 26 gekuppelt ist, um eine Hilfskraft für das Kurbelsystem 26 bereit zu stellen. Der Elektromotor 45 steht unter der Steuerung der Signal verarbeitenden Einheit 40, die für diesen Zweck an ihrem Steuerungsausgang 44 geeignete Steuerungssignale an den Elektromotor 45 abgibt. Die Signal verarbeitende Einheit 40 ist so ausgelegt, um das Niveau der Hilfskraft, die durch den Elektromotor 45 erzeugt wird, abhängig vom Niveau der Pedalkraft zu machen, die auf die Pedale 27 durch den Fahrer ausgeübt wird. Daher ist das Steuersignal für den Elektromotor 45, welches durch die Signal verarbeitende Einheit 40 an ihrem Steuerungsausgang 44 erzeugt wird, abhängig auf eine vorbestimmte Weise vom Eingabesignal, das am Erfassungseingang 41 empfangen wird. Die Signal verarbeitende Einheit 40 kann eine intelligente Steuerungsanordnung einsetzen, in welcher die Steuerungscharakteristik an ein Radfahrerprofil auf der Grundlage der Trittfrequenz, Radfahrgeschwindigkeit usw. angepasst ist. Für diesen Zweck können weitere Sensoren an die Signal verarbeitende Einheit 40 gekuppelt werden, wenn dies erforderlich ist.
Da die Signal verarbeitenden Einheiten zum Verarbeiten solch eines Eingangssignals und zum Betätigen eines Elektromotors auf eine vorbestimmte Weise an sich bekannt sind, zum Beispiel in der Form eines geeignet programmierten Mikroprozessors, wird die Weise, in welcher die Signal verarbeitende Einheit 40 arbeitet, hierin nicht mit weiteren Einzelheiten erklärt werden. Es reicht aus, darauf hinzuweisen, dass allgemein die Steuerungscharakteristik so ist, dass, wo die Bedingungen anderenfalls unverändert bleiben, der Elektromotor mehr Kraft bereit stellt, wenn die gemessene Kraft ansteigt.
Gemäß dem Stand der Technik ist ein Sensor 50 auf die eine oder andere Weise an bewegliche Komponenten des Fahrrads 1, wie dem Kurbelsystem 26 oder der Kette 28 gekuppelt. Jedoch ist gemäß der vorliegenden Erfindung der Sensor 50 an den Rahmen 10 für den Zweck des Messens der Verformung des Rahmens 10 als eine Folge der Pedalkraft, die durch den Radfahrer ausgeübt wird, gekuppelt. 3A und 3B stellen dieses Messprinzip dar. 3A ist ein vertikaler Querschnitt durch den Rahmen 10 des Fahrrads 1 in einer Ruheposition desselben. Der Kontaktpunkt des Hinterrades 21 mit dem Boden ist durch den Buchstaben R gekennzeichnet. Der Einfachheit halber wurden Bauteile wie Lenker und Sattel bei dieser Figur weggelassen. Das Fahrrad ist im Wesentlichen symmetrisch in Bezug auf die Mittelebene M. Der symmetrische Fahrradrahmen weist eine neutrale Linie auf, welche allgemein in der Ebene des Rahmens liegt und von der Klammerung der hinteren Nabe zum Steuerrohr verläuft. Eine Pedalkraft, die auf ein Pedal 27 ausgeübt wird, ist durch den Buchstaben Fp gekennzeichnet. Die Pedalkraft Fp des Radfahrers liegt außerhalb der Ebene und kreuzt die neutrale Linie. Folglich wird ein Torsionsmoment erzeugt und der Rahmen 10 wird in Bezug auf die Räder 18 und 21, die auf dem Boden stehen, verformt, wie in übertriebener Form in 3B gezeigt. Insbesondere verdreht sich der Rahmen um die neutrale Linie und die oberen und unteren Rahmenrohre werden dem Verdrehen unterworfen. Das Niveau der Verformung ist ein Maß der Pedalkraft, die durch den Radfahrer ausgeübt wird.
Das Ausmaß der Verformung wird unter anderem vom Material, das für den Rahmen 10 verwendet wird, der Form und den Abmessungen der im Rahmen 10 verwendeten Rohre usw. abhängig sein. Der Zustand der Verformung wird nicht in allen Rohren gleich sein.
Allgemein kann festgestellt werden, dass die Verformung des Sattelrohres 13 im Wesentlichen ein Zustand des Biegens ist, während die Verformung im unteren Rahmenrohr 12 im Wesentlichen ein Zustand der Verdrehung ist. Diese Verformung des Rahmens 10 kann erfolgreich gemessen werden und hat sich als gutes Maß der Kraft, die ausgeübt wird, herausgestellt. Daher wird vorgeschlagen, dass das Biegen des Rahmens 10 mit Hilfe des Sensors 50 gemessen wird und dass das Messsignal, das auf diese Weise erzielt wird, als Eingabesignal für die Signal verarbeitende Einheit 40 verwendet wird.
Im Prinzip wird ein gewisses Ausmaß an Verformung in jedem Bauteil des Rahmens 10 auftreten, so dass der Sensor 50 im Prinzip an jeder gewünschten Position des Rahmens 10 angebracht werden kann. Eine Position, die sich in einer Prüfanordnung als besonders geeignet herausgestellt hat, ist die Unterseite des unteren Rahmenrohrs 12 in der Nähe des unteren Endes, wie in 3A und 3B dargestellt, um das Verbiegen, welches im unteren Rahmenrohr 12 auftritt, zu messen. Darüber hinaus kann diese Position erfolgreich mit einem Positionieren einer Signal verarbeitenden Einheit 40 nahe dem Motor 45 kombiniert werden. Eine andere Position, die praktische Vorteile bietet, ist eine Position in der Nähe des oberen Endes des unteren Rahmenrohrs 12: In diesem Fall ist es möglich, einen Schalter auf dem Rahmenrohr zum Zwecke des Ein- und Ausschaltens des elektrischen Unterstützungssystems anzubringen und den Sensor 50 unterhalb dieses Schalters anzubringen, so dass der Schalter den Sensor vor Beschädigung schützt.
Am unteren Ende des unteren Rahmenrohres 12 findet vorherrschend Verdrehen statt. Ein Sensor, welcher hier angebracht werden soll, wird vor allem empfindlich für Verdrehen des Rahmenrohrs sein müssen. Das Positionieren von Dehnungsmessstreifen auf solch eine Weise, dass sie vorherrschend empfindlich für Verdrehen sind, ist eine allgemein bekannte Technik und wird nicht genauer erklärt.
Am unteren Ende des Sattelrohres 13 findet vorherrschend Verbiegen statt. Ein Sensor, welcher hier angebracht werden soll, wird vor allem empfindlich für Biegen des Rahmenrohrs sein müssen. Das Positionieren von Dehnungsmessstreifen auf solch eine Weise, dass sie vorherrschend empfindlich für Biegen sind, ist eine allgemein bekannte Technik und wird nicht genauer erklärt.
Jedoch wird bemerkt, dass Verformung auch in anderen Abschnitten des Rahmens 10 auftritt und dasselbe trifft auch auf Komponenten zu, welche fest mit dem Rahmen 10 verbunden sind, wie zum Beispiel der Lenkerstab 15 und die Sattelstange 19. Die reaktive Kraft, die auf die Lenkstange 16 durch den Radfahrer ausgeübt wird, wird vorherrschend horizontal nach vorne gerichtet sein, so dass hauptsächlich Verbiegen im Lenkerstab 15 auftreten wird. Die reaktive Kraft, die auf den Sattel 20 durch den Radfahrer ausgeübt wird, wird vorherrschend horizontal nach hinten gerichtet sein, so dass ebenfalls hauptsächlich Verbiegen in der Sattelstange 19 auftreten wird.
In einer Konstruktionsvariante ist es möglich, dass der Sensor 50 und die Signal verarbeitende Einheit 40 auf einem einzelnen Chip integriert sind. Des Weiteren ist es dann möglich, dass andere Funktionen wie eine Identifikationsnummer des Fahrrads in solch einem Chip integriert sind.
In einer anderen Konstruktionsvariante ist der Sensor 50 als ein Aufkleber mit integrierten Dehnungsmessstreifen gestaltet. Solch ein Aufkleber ist besonders leicht auf dem Rahmen eines Fahrrads anzubringen.
Ein wichtiger Vorteil besteht darin, dass der Sensor 50 ein Messsignal erzeugt, auch wenn die Richtung der Pedalkraft Fp die Rotationsachse des Kurbelsystems 25 durchschneidet, zum Beispiel, wenn sich ein Pedal 27 in der höchsten Position befindet, so dass der Radfahrer noch immer eine Hilfskraft aus dem Elektromotor 45 erhalten kann. In den bekannten elektrisch unterstützten Fahrrädern ist dies nicht der Fall oder nur in einem sehr eingeschränktem Maße der Fall, da die Antriebskraft im Antriebsstrang in hohem Ausmaß abhängig von der Position der Pedale ist und es folglich passieren kann, dass die erwünschte Unterstützung ausbleibt, auch wenn die Pedalkraft hoch ist. Im Gegensatz dazu ist gemäß der vorliegenden Erfindung das Sensorsignal in einem großen Ausmaß proportional zur Kraft, die vom Radfahrer ausgeübt wird, unabhängig von der Position der Pedale, so dass es daher immer möglich ist, mehr Hilfselektrokraft anzubieten, wenn der Radfahrer aus welchem Grund auch immer mehr Kraft ausübt.
Der Sensor 50 kann jeder geeigneten Art sein, welche zum Messen der Verformung einer strukturellen Komponente geeignet ist. In einer Prüfanordnung hat sich ein Sensor auf der Basis von Dehnungsmessstreifen als sehr erfolgreich herausgestellt, aber andere Arten von Sensoren wie Piezoelemente, kapazitive Sensoren usw. erfüllen ebenfalls die Anforderungen, wie jedem Durchschnittsfachmann auf diesem Gebiet der Technik erkennbar sein wird.
Da es für einen Durchschnittsfachmann auf diesem Gebiet klar sein wird, wie ein Sensor 50, welcher einen oder mehrere Dehnungsmessstreifen umfasst, auf einem Bauteil des Rahmens 10 angeordnet sein sollte, um erfolgreich die darin auftretenden Verformungen zu messen, wird dies nicht genauer hierin erklärt werden. Noch wird die Weise, auf welche die Signale von den einzelnen Dehnungsmessstreifen in einem Sensor, welcher eine Mehrzahl von Dehnungsmessstreifen umfasst, miteinander kombiniert werden können, um ein optimales Messsignal zu erhalten, hierin erklärt werden, da dies Teil des allgemeinen Wissens ist.
4A-E stellen dar, dass das Messsignal, welches auf diesem Weg vom Messsensor 50 erzielt wird, in hohem Maße repräsentativ für die Pedalkraft, die durch den Radfahrer ausgeübt wird, oder das Torsionsmoment ist, welches im Kurbelsystem 26 auftritt. Dies bedeutet, dass es möglich ist, die gewünschten Daten aus dem erhaltenen Signal zu berechnen, wobei die Signal verarbeitende Einheit 40 auf geeignete Weise programmiert wird, wie jeder Durchschnittsfachmann auf diesem Gebiet der Technik erkennbar sein wird. 4A-E stammen aus einer Prüffahrt auf einem Fahrrad, dessen Rahmen 10 mit einem Dehnungsmessstreifensensor 50 ausgestattet wurde, der an der Position angebracht war, die in 3A-B gekennzeichnet ist. Des Weiteren wurde das Fahrrad 1 mit einem sehr genauen Geschwindigkeitssensor ausgestattet. Die 4A-E betreffen eine Messperiode von 60 Sekunden; die Zeit ist entlang der horizontalen Achse in allen fünf Figuren aufgetragen.
In 4A ist die gemessene Geschwindigkeit V, die in Kilometer pro Stunde ausgedrückt ist, auf der vertikalen Achse aufgetragen und in 4B ist die Beschleunigung A, die aus der gemessenen Geschwindigkeit V berechnet wird, aufgetragen, ausgedrückt in m/s². Die Messperiode beginnt mit der Zeit t = 0, bei welcher sich das Fahrrad bereits auf einer Geschwindigkeit von ungefähr 10 km/h befindet. Diese Geschwindigkeit wird für ungefähr 22 Sekunden im Wesentlichen konstant gehalten, danach beschleunigt der Radfahrer auf eine Geschwindigkeit von ungefähr 20 km/h, welche zum Zeitpunkt t = 35 sec erreicht ist. Eine weitere Beschleunigung beginnt zum Zeitpunkt t = 50 sec.
Im Graph von 4B kann gesehen werden, dass für die ersten 22 Sekunden die Beschleunigung um 0 m/sec² schwankt und dass dasselbe zwischen ungefähr t = 38 sec und t = 51 sec zutrifft.
Das Drehmoment T, welches auf das Kurbelsystem ausgeübt wird, kann aus der Beschleunigung berechnet werden, welche auf diesem Weg berechnet worden ist, wobei der Luftwiderstand und die Reibung berücksichtigt werden. Dieses berechnete Drehmoment T, ausgedrückt in Newtonmeter, wird in 4E als Graph T2 dargestellt.
4C zeigt das Messsignal, welches vom Sensor 50 stammt, und es ist daher repräsentativ für die Spannung S, die im Rahmen auftritt, ausgedrückt in willkürlichen Ein heiten, als Graph S1. Obwohl erwartet werden muss, dass das Messsignal symmetrisch um 0 sein wird, ist dies in der Praxis, wie gezeigt, nicht notwendigerweise immer der Fall. Jedoch ist es möglich dies zu korrigieren. In den gezeigten Beispielen wird zuerst ein Mittelwert <S> für das Messsignal berechnet und integriert über eine vorbestimmte Periode. Dieses mittlere Signal ist ebenfalls in 4C gezeigt. Die Periode, die verwendet wurde, um das Mittel zu bilden, betrug in diesem Fall 1 Minute.
Durch Abziehen des Mittelwerts <S>, der auf diese Weise berechnet ist, vom asymmetrischen Messsignal S1, ergibt sich ein Messsignal S2, welches symmetrisch ist und welches in 4D gezeigt wird.
Das Drehmoment, das auf die Kurbel wirkt, kann aus diesem Signal S2 berechnet werden, welches durch Filtern des Signals S2 auf geeignete Weise und dessen Multiplizieren mit einem geeigneten Verstärkungsfaktor symmetrisch ist. Das Drehmoment, welches auf diese Weise berechnet ist, ist in 4E als Graph T1 gezeigt. Man kann erkennen, dass das Drehmoment T1, wie es auf der Grundlage des Messsignals, das vom Sensor 50 erzielt wird, berechnet ist, auf der einen Seite und das Drehmoment T2, wie es aus der gemessenen Geschwindigkeit berechnet ist, auf der anderen Seite ein sehr gutes Niveau an Entsprechung zeigen, aus welcher geschlossen wird, dass Messen der Spannungssituation im Rahmen eine verlässliche Messung zum Bestimmen des Drehmoments ist, welches im Kurbelsystem 26 auftritt.
Mit Bezug auf 4E ist noch hervorzuheben, dass die zwei Graphen T1 und T2 einander für die ersten 20 Sekunden weniger gut entsprechen, was durch die automatische Kalibrierung, die durchgeführt wird, verursacht wird.
Die 5A-C zeigen Messsignale und stellen ein Prüffahrrad dar, welches mit einem Sensor 50 ausgestattet ist, wie oben beschrieben, und mit einem bekannten System versehen ist, welches im Kurbelsystem eingebaut ist und auf einem Planetengetriebesystem beruht. Während einer Prüfung wurden Messungen unter gleichzeitiger Verwendung beider Sensoren durchgeführt. 5A zeigt ein Messsignal S3, welches vom Sensor 50 erzielt wird, ausgedrückt in willkürlichen Einheiten für eine Periode von 8 Sekunden. 5B zeigt ein Messsignal S4, erzielt über dieselbe Periode vom Planetengetriebesystem. 5C zeigt das Messsignal S3 von 5A nach Bereinigung (S5).
Es kann aus den 5A-C geschlossen werden, dass der Sensor 50 gemäß der vorliegenden Erfindung ein Messsignal S3 bereit stellt, welches wenigstens so viel Information enthält wie das Messsignal S4, das durch den Sensor gemäß dem Stand der Technik erzielt wird. Jedoch besteht ein bedeutsamer Unterschied darin, dass das Signal S3, welches vom Sensor 50 erzielt wird, sowohl positive und negative Signalwerte in Bezug auf das Nullniveau aufweist, was der abwechselnden Belastung auf dem Rahmen durch das rechte und das linke Pedal entspricht.
Des Weiteren ist in den 5A-C klar ersichtlich, dass der Sensor 50 ein Messsignal S3 bereit stellt, welches sogar nach Bereinigung (S5) in Bezug zu der Pedalkraft steht, die auf die Pedale 27 durch den Radfahrer ausgeübt wird, während der Sensor gemäß dem Stand der Technik nur die Kraft messen kann, die im Antriebsstrang ausgeübt wird. Beim Messsignal S3 sind die Kraftspritzen relativ breit und flach, so dass die elektrische Kraftunterstützung über einen breiten Winkelbereich angeboten wird. Im Gegensatz dazu sind die Kraftspitzen beim Messsignal gemäß dem Stand der Technik relativ spitz, so dass die meiste elektrische Unterstützung bei einer horizontalen Position (90°) der Kurbelarme angeboten wird und schnell außerhalb dieser Position abnimmt. Insbesondere bei den Spitzen um t = 8,3 sec, t = 13 sec und t = 15,8 sec kann aus den Signalen S3 und S5 deutlich erkannt werden, dass die Kraftspitzen abgeflacht sind oder sogar ein örtliches Minimum in ihrer Mitte aufweisen, welches durch die Tatsache verursacht wird, dass an einer praktisch horizontalen Position des Kurbelarms (90°; 270°) sich ein Pedal nach unten bewegt und der Radfahrer eigentlich weniger Kraft darauf ausübt. Wenn die Pedale sich in einer stärker vertikalen Position befinden (ungefähr 30° und ungefähr 120°), ist die Pedalkraft höher (S3, S5), aber relativ wenig dieser beträchtlichen Kraft wird in Vortrieb (S4) umgesetzt. Gemäß der vorliegenden Erfindung sind es genau diese Punkte, an denen mehr Unterstützung angeboten wird, während der Stand der Technik weniger Unterstützung an diesen Punkten anbietet.
Obwohl es oft ausreicht, Nullung und Kalibrierung während der Herstellung des Fahrrads durchzuführen, kann es aus verschiedenen Gründen erstrebenswert sein, dass es möglich ist, das Nullniveau des Messsignals korrekt zu bestimmen, zum Beispiel, um zu korrigieren, wenn sich der Nullpunkt als Folge von äußeren Einflüssen verschiebt. Gemäß der vorliegenden Erfindung kann ein sich verschiebender Nullpunkt auf verschiedene Weisen korrigiert werden. Als bloßes Beispiel sei erwähnt, dass es möglich ist, die Signal verarbeitende Einheit 40 so auszulegen, dass erkannt wird, wenn keine Last auf die Pedale 27 ausgeübt wird, zum Beispiel durch Prüfen, ob die Trittfrequenz null ist, wenn geeignet ergänzt durch eine Geschwindigkeitsmessung mit Hilfe eines zusätzlichen Geschwindigkeitsmessers. In solch einer Situation würde die Pedalkraft null sein müssen; daher wird das Messsignal, welches dann empfangen wird, durch die Signal verarbeitende Einheit 40 als das Nullniveau interpretiert. Ein wirksames Messsignal wird dann berechnet, indem das berechnete Nullniveau vom tatsächlichen Messsignal abgezogen wird. Wenn eine Kalibrierung dieser Art durchgeführt worden ist, wird das Messsignal, welches vom Sensor 50 erhalten wird, von sich aus symmetrisch sein, während ein asymmetrisches Messsignal dann eine asymmetrische Belastung kennzeichnet, d.h. der Radfahrer übt mit einem seiner Beine mehr Kraft aus als mit seinem anderen Bein. Dies kann in sich selbst eine wertvolle Information darstellen, zum Beispiel, wenn ein Sportler trainiert.
Es ist auch möglich, das Messsignal zum Beispiel durch, wie oben beschrieben, Ableiten eines Mittelwerts <S> vom Messsignal zu modifizieren. Als eine Variante ist es möglich, das Messsignal unter Verwendung eines Hochpassfilters mit einer geringen Übergangsfrequenz von, zum Beispiel, ungefähr 0,01 Hz zu filtern. Nach solch einer Modifikation wird die Amplitude des Messsignals, das vom linken Bein abgeleitet ist, gleich der Amplitude des Messsignals sein, das vom rechten Bein abgeleitet ist, so dass beiden Beinen die gleiche Unterstützung zugute kommt. Dies ist auch auf Fälle anwendbar, wo ein Radfahrer ein Bein besitzt, das deutlich schwächer als das andere Bein ist, so dass in diesen Fällen dem schwächeren Bein relativ mehr Unterstützung als dem stärkeren Bein dank der vorliegenden Erfindung geleistet wird. Im Gegensatz dazu würde ein Radfahrer dieses Typs bei der elektrischen Unterstützung gemäß dem Stand der Technik eine relativ große Unterstützung für sein starkes Bein und eine relativ geringe Unterstützung für sein schwaches Bein erfahren.
Das Niveau einer Kraft oder eines Drehmoments, welche(s) auf die Pedale eines Fahrrads durch einen Radfahrer ausgeübt wird, wird durch eine Signal verarbeitende Vorrichtung auf der Grundlage eines Messsignals berechnet, welches von einem Sensor stammt, der am Rahmen des Fahrrads angebracht ist, um die Verformung, welche im Rahmen auftritt, zu messen. Der Sensor kann einen oder mehrere Dehnungsmessstreifen umfassen.
Das Messsignal kann auf verschiedene Arten verarbeitet werden, um verschiedene Typen von Daten zu erzielen. Zum Beispiel ist es möglich, die Trittfrequenz vom Messsignal abzuleiten. Die augenblickliche Position des Kurbelarms kann aus der Phase des Messsignals bestimmt werden und daraus ist es in Verbindung mit der berechneten Pedalkraft möglich, das Drehmoment, welches im Kurbelsystem erzeugt wird, abzuleiten. Die Leistung, die auf das Kurbelsystem übergeleitet wird, kann durch die Kombination von Drehmoment und Drehzahl abgeleitet werden. Der Kalorienverbrauch des Radfahrers kann aus dieser Information abgeschätzt werden.
Es ist auch möglich, Information aus dem Profil der Pedalkraft als eine Funktion der Position des Kurbelarms (Messsignal als eine Funktion der Phase) zu ziehen. Einerseits kann dies verwendet werden, um den "Trittwirkungsgrad" des Radfahrers abzuleiten, und es könnte sogar möglicherweise durch geeignetes Training auch eine ungünstige Trittcharakteristik verbessert werden. Darüber hinaus kann die Trittcharakteristik als eine individuelle körperliche Charakteristik, vergleichbar einer Unterschrift, betrachtet werden, so dass es möglich ist, einen einzelnen Radfahrer durch sein Trittmuster zu erkennen und die Charakteristik der elektrischen Unterstützung dementsprechend anzupassen.
Eine Trittcharakteristik kann auf der Grundlage einer Anzahl von Parametern definiert werden, wie: Mittlere Trittfrequenz; mittlere Pedalkraft; Kraft beim Anfahren; Verhältnis zwischen Pedalkraft an den Totpunktpositionen und an den horizontalen Positionen der Kurbelarme; Dauer der Pause zwischen den Pedalbewegungen; usw. Alle oben erwähnten Parameter können auf einfache Weise aus dem Messsignal abgeleitet werden, wie es den Durchschnittfachmännern auf diesem Gebiet der Technik bewusst sein wird. Es ist möglich, Kategorien von Radfahrern im Vorhinein zu definieren und einen individuellen Radfahrer einer solchen Radfahrerkategorie als eine Funktion einer gemessenen Trittcharakteristik zuzuweisen: Sportlich; gleichmäßig; lange zwischen Trittbewegungen pausierend; starkschwach; Langsamtreter/Schnelltreter; usw.
In einer bevorzugten Ausführungsform gemäß der vorliegenden Erfindung ist die Signal verarbeitende Einheit 40 in dem Sinne ausgelegt, dass ein Steuerungsmerkmal an die Radfahrerkategorie angepasst ist. Im Falle eines Fahrrades mit einem automatischen Gangschaltsystem kann die Signal verarbeitende Einheit 40 zum Beispiel so ausgelegt sein, um, wenn ein Radfahrer ein Langsamtreter ist, einen höheren Gang einzulegen, auch bei relativ langsamen Trittdrehzahlen (zum Beispiel auch bei 50 Pedalumdrehungen pro Minute) und wenn der Radfahrer als ein sportlicher Radfahrer klassifiziert ist, einen höheren Gang nur bei relativ hohen Trittdrehzahlen (zum Beispiel nur bei 85 Pedalumdrehungen pro Minute) einzulegen. In diesem Zusammenhang spielt der absolute Wert der Pedalkraft eine weniger wichtige Rolle. Im Falle eines Fahrrads mit elektrischer Unterstützung der Pedalkraft kann die Signal verarbeitende Einheit 40 zum Beispiel ausgelegt sein, um, wenn der Radfahrer unregelmäßig tritt und lange Pausen zwischen dem Treten einlegt, den Motor länger anzutreiben, nachdem die Pedalbewegung aufgehört hat, und, wenn der Radfahrer als ein sportlicher Radfahrer klassifiziert ist, die Motorleistung auf ein höheres Niveau beim Anfahren als für ein gleichmäßiges Fahrprofil einzustellen.
Es ist möglich, dass eine Mehrzahl von Sensoren verwendet wird, so dass es möglich ist, die Richtung der Pedalkraft, die ausgeübt wird, in drei Dimensionen zu erfassen.
Des Weiteren kann die Verformung des Rahmens unter Verwendung alternativer Messverfahren gemessen werden. Wie bekannt, sind Dehnmessstreifen äußerst geeignet zum Messen örtlicher Verformung, aber es ist nicht notwendig, örtliche Verformung genau zu messen. Die oben erwähnte Ausführungsform, in welcher Dehnmessstreifen in einem Aufkleber aufgenommen sind, misst bereits die mittlere Verformung in einem größeren Abschnitt des Rahmens. Jedoch ist es auch möglich, ein Mittel der Verformung über einen größeren Abschnitt des Rahmens zu bilden, zum Beispiel über eine größere Länge eines Rahmenrohrs. Zu diesem Zweck ist es möglich, zum Beispiel das Verbiegen eines Rahmenrohrs über einen größeren Teil seiner Länge mittels optischer oder mechanischer Sensoren zu messen. Diese Sensoren können im Inneren des Rahmenrohrs angeordnet sein.
Im Obenstehenden wurde ein Standardfahrrad erklärt, in welchem die Kurbel in einem horizontalen rohrförmigen Tretlager 25 angebracht ist, welches einen Teil des Rahmens 10 bildet. Jedoch ist es auch möglich, dass die Kurbel in einem eigenen Tretlager angebracht ist, welches nicht einen Teil des Rahmens bildet und fest am Rahmen zum Beispiel mittels Schrauben angebracht ist. 6A zeigt eine Seitenansicht, ähnlich zu 1, eines Fahrrads 101, welches mit solch einem Rahmen 110 ausgestattet ist, während 6B eine schematische perspektivische Ansicht in einem größeren Maßstab eines kastenartigen Tretlagers 125 ist. Die Kurbel, die im Tretlager 125 angebracht ist, ist mit der Bezugziffer 129 bezeichnet. Dieses Tretlager 125 ist mit einer Mehrzahl von Sensoren S1 bis S4 ausgestattet, die so positioniert sind, um die Verformung, die im Tretlager 125 als Ergebnis der Pedalkraft auftritt, zu messen. Im gezeigten Fall sind die Sensoren an den Seitenwänden des Tretlagers 125 angeordnet, jeweils fluchtend in vertikaler und horizontaler Richtung mit der Kurbel 129. Der Elektromotor 45 ist ebenfalls im Tretlager 125 aufgenommen, aber dies ist um der Einfachheit willen nicht gezeigt. Des Weiteren ist die Signal verarbeitende Vorrichtung 40 vorzugsweise ebenfalls im Tretlager 125 untergebracht, was ebenfalls nicht gezeigt ist.
Ein Vorteil solch eines kastenförmigen Tretlagers 125 besteht darin, dass es dann leicht möglich ist, es an ein Fahrrad anzupassen, welches nicht mit elektrischer Pedalunterstützung ausgestattet ist, indem das "alte" Tretlager mit einem Tretlager aus 6B mit integriertem Motorantrieb 45, Signal verarbeitender Vorrichtung 40 und den Sensoren S1/S4 ersetzt wird.
7 zeigt schematisch einige Komponenten des Antriebssystems eines Fahrrads. Ein Fahrrad weist einen Rahmen 10 auf, in welchem ein Hinterrad 21 angebracht ist und mittels der Pedale 27 durch eine Kette 28 angetrieben wird. Auf der einen Seite steht die Kette 28 im Eingriff mit einem Zahnradkranz, welcher auf einer rohrförmigen Nabe 24 des Hinterrads 21 angebracht ist, die ihrerseits auf der hinteren Achse 6 aufgebracht ist. Die Kette 28 steht auch im Eingriff mit einem Zahnrad 2, welches auf einer Kurbel 60 angebracht ist und mittels der Pedale 27 gedreht wird. Die Pedalkraft, welche auf ein Pedal 27 durch einen Radfahrer ausgeübt wird, ist in 7 als Fp gekennzeichnet und ist vorherrschend vertikal gerichtet, die Spannung, die in der Kette 28 vorherrscht, ist als Fk bezeichnet und ist vorherrschend horizontal gerichtet. Diese Kettenkraft Fk weist die Neigung auf, die hintere Achse 6 und die Kurbel 60 zueinander zu ziehen, was durch den Rahmen 10 verhindert wird, so dass der Rahmen 10 eine Kraft Flr auf die hintere Achse 6 ausübt, während der Rahmen 10 eine Kraft Flta auf die Kurbel 60 ausübt. Die Reibungskraft zwischen dem Hinterrad 21 und dem Straßenbelag wird durch Fw in 7 bezeichnet.
Im Falle eines elektrisch unterstützen Fahrrads gibt es verschiedene Positionen, wo der elektrische Antriebsmotor angeordnet sein kann und auf die Antriebskomponenten des Fahrrads wirken kann. In diesem Zusammenhang sind die bedeutendsten Varianten:

– Eingriff auf die hintere Achse;
– Eingriff auf die Kurbel;
– Eingriff auf die Kette;
– Eingriff auf das Vorderrad;
– Eingriff auf das Hinterrad.

Im Folgenden wird die vorliegende Erfindung genauer auf der Grundlage eines Beispiels mit einem Motor erklärt, welcher auf die hintere Achse eingreift. Es sollte klar sein, dass diese Beschreibung nicht als eine Beschränkung der Erfindung auf elektrisch unterstütze Fahrräder mit einem Motor, der auf die hintere Achse wirkt, verstanden werden soll; im Gegenteil trifft zu, dass die Grundsätze, die unten beschrieben sind, gleichermaßen mit den nötigen Änderungen auf elektrisch unterstützte Fahrräder mit einem Motor anwendbar sind, welcher auf die Kurbel oder die Kette oder das Vorderrad oder das Hinterrad usw. eingreift.
8 zeigt eine schematische Draufsicht der Hinterachse 6 eines Fahrrads für die Situation, dass ein Elektromotor 45 mit der Hinterachse assoziiert ist; im Folgenden wird dieser Motor als ein Nabenmotor bezeichnet. Die Enden der Hinterachse 6 sind am Rahmen 10 des Fahrrads mittels von Muttern 9 befestigt. Die rohrförmige Nabe 24 ist drehbar auf der Hinterachse 6 mittels zweier drehbarer Lager 7R und 7L aufgezogen. Das Zahnrad 5, welches durch die Kette 28 angetrieben wird, ist an einem Ende der Nabe 24 angebracht, im Allgemeinen am rechtsseitigen Ende. Die Speichen sind schematisch in 8 mit 8 gekennzeichnet.
Des Weiteren ist der Nabenmotor 45, welcher nur schematisch gekennzeichnet ist, im Rohr 24 angeordnet. Elektronabenmotoren sind an sich bekannt und folglich muss ihre Konstruktion hierin nicht gezeigt und genau erklärt werden. Es ist ausreichend, hervor zu heben, dass der Nabenmotor 45 einen ersten Ausgang 45A, der an der Hinterachse 6 befestigt ist, und einen zweiten Ausgang 45B aufweist, welcher an der Nabe 24 befestigt ist, wobei die Ausgänge 45A und 45B so angetrieben werden können, um sich in Bezug aufeinander zu drehen. Zu diesem Zweck braucht der Nabenmotor 45 eine Stromquelle wie eine Batterie, welche an einer geeigneten Position auf dem Rahmen 10 des Fahrrads angebracht wird und welche mittels elektrischer Leiter angeschlossen wird, die in Bezug auf den Rahmen 10 und in Bezug auf die Hinterachse 6 mit dem Nabenmotor 45 befestigt sind, wobei all dies an sich bekannt ist und in der Figur um der Einfachheit willen nicht gezeigt ist.
Wenn der Nabenmotor 45 aktiviert ist, liefert er eine Vortriebskraft an die Nabe 24 zum Zwecke des Vorantreibens des Rades 21 in Bezug auf den Rahmen 10 und damit zum Vorantreiben des Fahrrads in Bezug auf die Straße, auf welcher es fährt. Im Prinzip könnte die Vortriebskraft (oder das Vortriebsmoment), welche(s) vom Nabenmotor 45 zugeführt wird, 100% der Vortriebskraft des Fahrrads liefern und könnte durch den Radfahrer ausgewählt und betätigt werden, so dass der Nabenmotor 45 als ein gewöhnlicher Antriebsmotor wirkt und das Fahrrad als ein elektrisches Moped dient. Jedoch betrifft die vorliegende Erfindung im Besonderen ein elektrisch unterstütztes Fahrrad, was bedeutet, dass die Vortriebskraft (oder das Vortriebsmoment), welche(s) durch den Nabenmotor 45 geliefert wird, nur dazu dient, den Radfahrer zu unterstützen, wenn er Rad fährt, indem teilweise die Pedalkraft, die für das Radfahren erforderlich ist, bereit gestellt wird. Dies bedeutet, dass der Radfahrer selbst treten muss und Pedalkraft liefern muss; der Nabenmotor 45 liefert dann eine Vortriebskraft, welche proportional zur Kraft ist, die durch den Radfahrer bereit gestellt wird. Wenn der Radfahrer die Pedale nicht bewegt oder die Pedale ohne Kraftaufbringung dreht, liefert der Nabenmotor 45 keine Vortriebskraft. Das Ausmaß der Unterstützung, das durch den Nabenmotor 45 angeboten wird, kann einstellbar sein; der Nabenmotor 45 ist allgemein auf solch eine Weise eingestellt, dass er ungefähr die gleiche Größe an Vortriebskraft bereit stellt, wie an Pedalkraft vom Radfahrer kommt, wenigstens bei relativ geringen Geschwindigkeiten. Bei relativ hohen Geschwindigkeiten nimmt der Beitrag fortschreitend ab. Elektrisch unterstützte Fahrräder dieser Art sind an sich bekannt.
Daher wird der Nabenmotor 45 eines elektrisch unterstützten Fahrrads unter der Steuerung eines Steuerelements 40, zum Beispiel ein geeignet programmierter Mikroprozessor oder Ähnliches, betätigt, welcher auf einem feststehenden Bauteil des Fahrrads angebracht ist, wobei das feststehende Bauteil vorteilhafterweise die Hinterachse 6 selbst ist, wie in 8 angedeutet. Es ist klar, dass für Ausführungsformen mit einem Kurbelmotor das Steuerelement vorzugsweise am Tretlager angebracht ist.
Dieses Steuerelement 40 ist ausgelegt, um den Elektromotor auf der Grundlage der Kettenkraft Fk und einer erwünschten, vorprogrammierten Unterstützungscharakteristik zu betätigen.
Diese Unterstützungscharakteristik kann eine geschwindigkeitsabhängige Komponente enthalten. Ein Beispiel einer Unterstützungscharakteristik mit einer geschwindigkeitsabhängigen Komponente ist:

a) bei Geschwindigkeiten unter 22 km/h beträgt das Vortriebsdrehmoment, das durch den Elektromotor geliefert wird, 50% des Vortriebsdrehmoments, das durch den Radfahrer geliefert wird;
b) bei Geschwindigkeiten über 25 km/h ist das Vortriebsdrehmoment, das durch den Elektromotor geliefert wird, null;
c) bei Geschwindigkeiten zwischen 22 km/h und 25 km/h nimmt das Vortriebsdrehmoment, das durch den Elektromotor geliefert wird, linear von 50% auf null ab.

All dies kann angepasst werden, um anzuwendenden gesetzlichen Vorschriften zu entsprechen.
Um in der Lage zu sein, den Nabenmotor 45 auf die gewünschte Weise in Abhängigkeit von der Kraft, die durch den Radfahrer geliefert wird, und vorzugsweise auch in Abhängigkeit von der Fahrradgeschwindigkeit zu betätigen, sollte das Steuerelement 40 Signale empfangen, die repräsentativ für diese Parameter sind. Verschiedene Sensoren sind nach dem Stand der Technik bekannt, um solche Messsignale zu liefern, wobei die Arbeitsweise der bekannten Sensoren auf dem Messen des wenigstens einen Bauteils, welcher sich in Bezug auf den Rahmen bewegt, beruht. Die vorliegende Erfindung schlägt eine Verbesserung vor, indem sie ein Bauteil verwendet, dessen Arbeitsweise auf dem Messen eines Bauteils beruht, das in Bezug auf den Rahmen feststeht. Insbesondere schlägt die vorliegende Erfindung den Einsatz eines Sensors vor, welcher eine Verformung messen kann, die durch die Antriebskraft (Kettenkraft) in solch einem feststehenden Bauteil verursacht wird.
Zwei beispielhafte Ausführungsformen werden genauer im Folgenden behandelt. Ein erstes Beispiel betrifft die Verformung in einem ortsfesten Lagerbauteil. Ein zweites Beispiel betrifft das Verbiegen einer stationären Achse.
Wenn der Radfahrer eine Pedalkraft Fp ausübt und eine Kettenkraft Fk in der Kette 28 vorherrscht, wird als ein Ergebnis eine Kraft Fk auf den Umfang des Kettenrades 5 ausgeübt. Die Richtung dieser Kettenkraft Fk fällt mit der Richtung des oberen Teils der Kette 28 an der Stelle des Kettenrades 5 zusammen, welche im Allgemeinen im Wesentlichen horizontal ist. Diese Kettenkraft Fk wird vom Rahmen 10 über die Nabe 24, die Lager 7R und 7L beziehungsweise die Achse 6 getragen. Folglich herrscht eine Kraft, welche im Wesentlichen horizontal ausgerichtet ist und in Bezug auf die Hinterachse 6 im Wesentlichen radial ausgerichtet ist und deren Niveau proportional zur Kettenkraft Fk ist, in den Lagern 7R und 7L vor. Es sollte klar sein, dass das Niveau der Kraft in den Lagern abhängig von ihrem Abstand vom Kettenrad 5 ist; im dargestellten Beispiel wird die Kraft im rechtsseitigen Lager 7R größer als im linksseitigen Lager 7L sein.
Die Kettenkraft Fk übt auch eine im Wesentlichen horizontal ausgerichtete Kraft Fk auf den Umfang des Zahnkranzes 2 aus, wobei die Kraft über die Kurbel 60 beziehungsweise die Kurbellager, schematisch mit 62 bezeichnet, auf dem Tretlager 61 abgestützt ist, welches am Rahmen 10 befestigt ist, so dass dann eine Kraft, welche im Wesentlichen horizontal ausgerichtet und im Wesentlichen radial ausgerichtet in Bezug auf die Kurbel 60 und deren Niveau proportional zur Kettenkraft Fk ist, in den Kurbellagern 62 vorherrscht.
In einer ersten beispielhaften Ausführungsform, welche durch die vorliegende Erfindung vorgeschlagen wird, werden die Kräfte, die in wenigstens einem der Lager auftreten, gemessen. Wenn ein Fahrrad eine Hinterachse aufweist, welche mit einem Nabenmotor ausgestattet ist, ist es äußerst zweckmäßig, eines der Hinterachsenlager 7 für diesen Zweck heran zu ziehen, wobei in diesem Fall das rechtsseitige Lager 7R allgemein in der Lage ist, ein stärkeres Signal zu geben. In der Konstruktionsvariante, die in Figur B dargestellt ist, ist das rechtsseitige Lager 7R mit einem integrierten Verformungssensor ausgestattet, wie genauer im Folgenden erklärt werden wird, wobei der Sensor ein Messsignal S1 an das Steuerelement 40 bereit stellt. Als eine Alternative kann das linksseitige Lager 7L mit einem integrierten Verformungssensor ausgestattet sein oder sowohl das rechtseitige Lager 7R als auch das linksseitige Lager 7L können mit einem integrierten Verformungssensor ausgestattet sein. Drehbare Lager, die mit integrierten inneren Sensoren ausgestattet sind, auch im Folgenden als instrumentierte Drehlager bezeichnet, sind bereits im Stand der Technik bekannt und sind im Handel als ein Standardprodukt verfügbar. Als bloßes Beispiel wird in diesem Zusammenhang Bezug auf die US-Patentschrift 4,203,319 genommen.
9A zeigt schematisch einen Querschnitt durch ein instrumentiertes drehbares Lager 70 und 9B zeigt schematisch ein Beispiel eines Abschnitts des Messsignals S1, welches durch solch ein instrumentiertes drehbares Lager 70 erzeugt worden ist. Solch ein drehbares Lager 70 weist einen inneren Laufring 71, einen äußeren Laufring 72 und Kugeln oder Walzen 73 auf, die zwischen den beiden angeordnet sind. Des Weiteren ist das Lager 70 mit einem Verformungssensor 74, zum Beispiel basierend auf Dehnmessstreifen, ausgestattet, welcher eine Verformung in einem Lagerlaufring als Folge der sich vorbeibewegenden Kugeln/Walzen erfasst. Dieser Sensor kann in oder auf dem inneren Laufring 71, wie in 9A als 74A gekennzeichnet, oder in oder auf dem äußeren Laufring 74 angeordnet sein, wie in 9A als 74B gekennzeichnet. Im Folgenden wird auf beide Varianten ohne Unterscheidung als Verformungssensor 74 Bezug genommen.
Während des Einsatzes drehen sich der innere Laufring 71 und der äußere Laufring 72 in Bezug auf einander, wobei während dieses Vorgangs die Kugeln/Walzen 73 entlang der äußeren Oberfläche des inneren Laufrings 71 und entlang der inneren Oberfläche des äußeren Laufrings 72 rollen. In dem Vorgang bewegen sich die Kraft übertragenden Kugeln/Walzen 73 am Verformungssensor 74 vorbei, so dass eine Verformung, die durch die Kugeln/Walzen 73 an der Stelle des Verformungssensors 74 verursacht wird, hin und her schwankt und der Verformungssensor 74 ein Wechselstromsignal S1 (9B) erzeugt, dessen Spitzen S1T dem Vorbeirollen einer Kugel/Walze 73 entsprechen und dessen Täler S1B dem Vorübergehen eines Raums zwischen zwei Kugeln/Walzen 73 entsprechen. Die Amplitude dieses Wechselstromsignals S1 wird von dem Niveau einer Kraft abhängen und im Wesentlichen zu dieser Kraft proportional sein, die durch den äußeren Laufring 72 und den inneren Laufring 71 auf einander in einer radialen Richtung ausgeübt wird, wobei diese mit dem Empfindlichkeitszentrum des Sensors 74 übereinstimmt. Diese Richtung wird auch im Folgenden als Empfindlichkeitsrichtung 75 des Lagers 70 bezeichnet. Mit dieser Ausrichtung, gezeigt in 9A, in welcher der Sensor 74 in einer vertikalen Ebene durch die Mitte des Lagers 70 angeordnet ist, ist der Sensor 74 hauptsächlich empfindlich auf vertikale Kräfte; die Empfindlichkeitsrichtung 75 des Lagers 70 ist dann vertikal ausgerichtet. Wenn das Lager 70 als ein Hinterachsenlager 7 oder Kurbellager 62 und mit der Absicht verwendet wird, in der Lage zu sein, die Kettenkraft Fk zu messen, sollte es auf solch eine Weise angebracht sein, dass die Empfindlichkeitsrichtung 75 des Lagers 70 so genau wie möglich mit der Richtung der Kettenkraft Fk zusammenfällt, welche allgemein im Wesentlichen horizontal ist.
Die oben gegebene Erklärung gilt für eine Situation, in welcher das Niveau der Kraft, die durch den äußeren Laufring 72 und durch den inneren Laufring 71 aufeinander in der Empfindlichkeitsrichtung 75 des Lagers 70 ausgeübt wird, konstant ist, wenigstens über ein Zeitmaß, welches beträchtlich länger als die Zeit zwischen zwei aufeinanderfolgenden Durchgängen einer Kugel dauert. Insbesondere sollte hervor gehoben werden, dass die minimalen Niveaus S1B des Wechselstromsignals praktisch unabhängig vom Niveau der Kraft sind und dass die maximalen Niveaus S1T des Signals immer abhängig vom Niveau der Kraft sind, welche zu einem bestimmten Zeitpunkt gemessen werden soll. Tatsächlich bilden die maximalen Niveaus S1T Probenwerte, d.h. Augenblicksaufzeichnungen der Kraft im Lager 70. In der Praxis kann das für den Einsatz als ein Sensor zum Messen einer Kettenkraft in einem Fahrrad zu Problemen führen, und dies aus zwei Gründen. Erstens ist die Abtastfrequenz, welche durch Kugeldurchgänge definiert ist, in einem Fahrradantriebssystem relativ gering: für ein Hinterachslager unter normalen Bedingungen beträgt sie typischerweise 0-15 Hz und für ein Kurbellager beträgt sie typischerweise 0-6 Hz. Zweitens ist die Pedalkraft Fk, welche gemessen werden soll, nicht konstant, sondern fluktuiert eher mit einer Frequenz, welche zweimal so groß ist wie die Trittfrequenz, typischerweise in einem Bereich von 0-4 Hz. Insbesondere stehen die Frequenzen miteinander auf feststehende Weise in Bezug: Die Abtastfrequenz für ein Kurbellager, die durch die Kugeldurchgänge bestimmt ist, ist typischerweise dreimal so groß wie die Trittfrequenz, während für ein Hinterachslager diese Abtastfrequenz typischerweise fünfmal so groß wie die Trittfrequenz ist. Da die Abtastfrequenz so eng bei der Fluktuationsfrequenz in der zu messenden Variablen (in diesem Fall die Kettenkraft Fk) liegt, ist es besonders schwierig, verlässlich ein Steuersignal für den Elektromotor aus diesem Signal auf solch eine Weise abzuleiten, dass der Elektromotor eine Kraft liefert, welche immer stufenlos der Kettenkraft folgt.
Die vorliegende Erfindung bietet auch eine Lösung für dieses Problem, indem ein instrumentiertes Standardlager auf solch eine Weise modifiziert wird, dass das Ausgabesignal, welches erzeugt wird, im Wesentlichen unabhängig von der Rotationsposition der Lagerlaufringe in Bezug aufeinander ist und daher unabhängig von den exakten tangentialen Positionen der Kugeln/Walzen. Solch ein modifiziertes Lager 170 ist schematisch in 10A dargestellt; hierin sind die Komponenten, welche den Komponenten des Standardlagers entsprechen, das in 9A dargestellt ist, durch Bezugsziffern bezeichnet, die um 100 erhöht wurden.
Im Lager 170, dargestellt in 10A, wird ein Messsignal S3 (10B) erzeugt, welches nicht von der Verformung abhängig ist, die durch eine einzelne Kugel/Walze 173 an einer einzigen Stelle verursacht wird, sondern das vielmehr von einer Kombination der Verformungen abhängig ist, die durch eine Mehrzahl von Kugeln/Walzen 173 an einer Mehrzahl von Stellen verursacht werden. Zu diesem Zweck könnte das Lager 170 eine Mehrzahl von Sensoren aufweisen, die nebeneinander angeordnet sind; in dieser Ausführungsform, dargestellt in 10A, weist ein Verformungssensor 174 eine längliche Form auf oder hat die Gestalt eines Kreissegments, so dass der Sensor 174 empfindlich für Verformung in einer Zone des Lagers 170 mit einem relativ großen Winkelbereich ist, insbesondere auf solch eine Weise, dass diese Zone immer wenigstens zwei Kugeln/Walzen 173 entspricht. Der Winkelbereich dieser Zone entspricht vorzugsweise einem ganzzahligen Vielfachen des Winkelabstands zwischen aufeinander folgenden Kugeln/Walzen 173, so dass die Anzahl der Kugeln/Walzen 173, welche dem Verformungssensor 174 entspricht, immer konstant ist. Im dargestellten Beispiel ist diese Anzahl gleich zwei, aber sie kann auch größer oder kleiner sein.
Wenn die Anzahl gleich eins ist, bietet dies bereits den Vorteil, dass die beträchtlichen Schwingungen im Signalwert verringert sind. Wenn die Anzahl größer als eins ist, kann das Messsignal S3 nun zu jedem Zeitpunkt als ein Mittel der Verformungsbeiträge von zwei oder mehr Kugeln/Walzen 173 betrachtet werden, wobei in diesem Fall das Messsignal S3 einen praktisch konstanten Wert aufweisen kann, welcher nur noch von der Kraft im Lager 170 abhängig ist und nicht länger von der zufälligen Ausrichtung der Kugeln/Walzen 173 in Bezug auf den Sensor 174. Wenn die Kraft im Lager 170 variiert, zum Beispiel als eine Folge von Variationen in der Pedalkraft während einer Pedalumdrehung, ist der Wert des Messsignals S3 zu einem gegebenen Zeitpunkt wenigstens ungefähr proportional zur augenblicklichen Pedalkraft.
Da der Sensor 174 nun einen relativ großen Winkelbereich aufweist, ist der Sensor 174 nun auch empfindlich für Kräfte, deren Richtung eine relativ große Streuung aufweisen kann. Die Hauptempfindlichkeitsrichtung 175 des Lagers 170 entspricht einer radialen Ebene durch die Mitte des Sensors 174; für Kraftkomponenten, welche senkrecht zur Hauptempfindlichkeitsrichtung 175 liegen, ist die Empfindlichkeit des Lagers 170 viel geringer oder sogar null. In diesem Zusammenhang wird für den Winkelbereich des Sensors 174 empfohlen, ihn nicht größer als 90° werden zu lassen.
In der Situation, in welcher das drehbare Lager 70; 170 zum Tragen der Hinterachse 6 verwendet wird, zum Beispiel da der Antriebsmotor in der Radnabe 24 des Hinterrades 21 angeordnet ist, ist der innere Laufring 71 ortsfest in Bezug auf den Fahrradrahmen 10, wobei es in diesem Fall praktisch ist, ein instrumentiertes drehbares Lager 70; 170 zu verwenden, dessen innerer Laufring 71 mit einem Verformungssensor 74A ausgestattet ist. In der Situation, in welcher das drehbare Lager 70; 170 zum Tragen der Kurbel 60 verwendet wird, zum Beispiel da der Antriebsmotor auf die Kurbel wirkt, ist der äußere Laufring 72 ortsfest in Bezug auf den Fahrradrahmen 10, wobei es in diesem Fall praktisch ist, ein instrumentiertes drehbares Lager 70; 170 zu verwenden, dessen äußerer Laufring 72 mit einem Sensor 74B ausgestattet ist.
In einer beispielhaften Ausführungsform, in welcher das Fahrrad mit einem instrumentierten drehbaren Lager 70; 170 für die Hinterachse oder für die Kurbel ausgestattet ist und in welchem das Steuerelement 40 das Messsignal S1; S3 empfängt, ist das Steuerelement 40 ausgelegt, um die Kettenkraft Fk auf der Grundlage des Spitzenwerts S1T des Wechselstromsignals S1 und/oder auf der Grundlage der Amplitude |S1T-S1B| des Wechselstromsignals S1 (abgetastet) oder auf der Grundlage des augenblicklichen Signalniveaus des Messsignals S3 zu berechnen, wobei Fahrrad spezifische Umrechnungsfaktoren miteinbezogen werden, wie einem Durchschnittsfachmann auf diesem Gebiet der Technik bewusst sein wird. Des Weiteren ist das Steuerelement 40 ausgelegt, um den Elektromotor auf der Grundlage der Kettenkraft Fk, die auf diese Weise berechnet ist, zu betätigen.
Um eine geschwindigkeitsabhängige Charakteristik umzusetzen, muss das Steuerelement 40 Information, welche die Fahrradgeschwindigkeit betrifft, besitzen, die abgesehen von einem bekannten Umwandlungsfaktor gleich der Drehzahl des Hinterrades 21 und daher der Nabe 24 in Bezug auf die Hinterachse 6 ist. Wenn das erste drehbare Lager 70 zum Tragen der Hinterachse 6 verwendet wird, kann eine solche Drehzahlinformation aus dem Wechselstromsignal S1 abgeleitet werden, welche dadurch insbesondere in der Form der Frequenz dieses Wechselstromsignals S1 erzeugt wird. Dieser Vorteil kann sich auch für das zweite drehbare Lager 170 ergeben, wenn es mit einem Verformungssensor 176 ausgestattet ist, welcher die Empfindlichkeit für eine einzelne Kugel/Walze 173 aufweist, wie auch in 10A gezeigt. Dieser Verformungssensor 176 legt ein Messsignal S4 an, welches dem Signal S1 gleich sein kann, das bereits besprochen wurde und welches daher Geschwindigkeitsinformation enthält.
Daher kann in dieser ersten beispielhaften Ausführungsform das Steuerelement 40 ausgelegt sein, um die Fahrradgeschwindigkeit auf der Grundlage der Frequenz des Wechselstromsignals S1, S4 unter Einbeziehung Fahrrad spezifischer Umwandlungsfaktoren, wie unter Anderem die Anzahl der Kugeln/Walzen 73 pro Lager und dem Umfang des Hinterrades 21, zu berechnen, wie jedem Durchschnittsfachmann auf diesem Gebiet der Technik bewusst sein wird.
In einer Variante kann dasselbe Ergebnis auf eine direktere Weise ohne tatsächliches Berechnen der Kettenkraft Fk und der Fahrradgeschwindigkeit als ein Zwischenergebnis erzielt werden, wie jedem Durchschnittsfachmann auf diesem Gebiet der Technik bewusst sein wird.
Wenn ein Fahrradfahrer eine Pedalkraft Fp ausübt und eine Kettenkraft Fk in der Kette 28 vorherrscht, wird, wie bereits festgestellt wurde, eine im Wesentlichen horizontal ausgerichtete Kraft auf den Umfang des Kettenrads 5 ausgeübt, wobei diese Kraft auf dem Rahmen 10 über die Nabe 24, die Lager 7R und 7L beziehungsweise die Achse 6 abgestützt ist. Daher herrscht dann ein Biegemoment, welches das Verbiegen der Hinterachse 6 verursachen wird, in der Hinterachse 6 vor, wobei in diesem Fall die neutrale Linie der Hinterachse 6 in einer Ebene liegen wird, welche im Wesentlichen horizontal ausgerichtet ist. Das Niveau dieses Biegemoments und daher das Niveau der Verbiegung, welche in der Hinterachse 6 auftritt, ist im Wesentlichen direkt proportional der augenblicklichen Kettenkraft Fk.
In einer zweiten beispielhaften Ausführungsform, welche durch die vorliegende Erfindung vorgeschlagen wird, wird die Verbiegung gemessen. In der beispielhaften Ausführungsform, gezeigt in 11, wird die Hinterachse 6 mit einem Biegesensor 50 ausgestattet, welcher ein Messsignal S2 (12) an das Steuerelement 40 liefert, wobei das Messsignal S2 repräsentativ für die Verbiegung ist, welche in der Achse 6 auftritt und vorzugsweise eine lineare Abhängigkeit zur Verbiegung zeigt. Dieser Biegesensor 50 ist in diesem Fall auf solch eine Weise angeordnet, dass er im Wesentlichen nur auf Biegen in horizontaler Richtung empfindlich ist. Die Konstruktion eines solchen Biegesensors 50 kann eine Konstruktion sein, welche an sich bekannt ist, basierend auf einem oder mehreren Dehnungsmessstreifen, wie jedem Durchschnittsfachmann auf diesem Gebiet der Technik bewusst sein wird. Der Biegesensor 50 kann auf jener Seite der Hinterachse 6 angebracht sein, welche als Folge des Verbiegens länger wird, oder kann auf jener Seite der Hinterachse 6 angebracht sein, welche als Folge des Verbiegens kürzer wird.
In dieser zweiten beispielhaften Ausführungsform, in welcher die Hinterachse 6 mit solch einem Biegesensor 50 ausgestattet ist und in welcher das Steuerelement 40 das Messsignal S2 empfängt, ist das Steuerelement 40 so ausgelegt, um die augenblickliche Kettenkraft Fk auf der Grundlage des augenblicklichen Werts des Messsignals S2 unter Berücksichtigung Fahrrad spezifischer Umwandlungsfaktoren zu berechnen, wie jedem Durchschnittsfachmann auf diesem Gebiet der Technik bewusst sein wird. Des Weiteren ist das Steuerelement 40 so ausgelegt, um den Nabenmotor 45 auf der Grundlage der Kettenkraft Fk, welche auf diese Weise berechnet wurde, und auf der Grundlage einer angestrebten, vorprogrammierten Unterstützungscharakteristik auf eine ähnliche Weise zu jener zu betätigen, die oben in Verbindung mit der ersten beispielhaften Ausführungsform beschrieben ist.
Vorzugsweise umfasst der Biegesensor 50 sowohl eine Sensorkomponente, welche auf der Vorderseite der Hinterachse 6 angebracht ist, als auch eine Sensorkomponente, welche auf der Hinterseite der Hinterachse 6 angebracht ist, wobei die Signale der beiden Sensorkomponenten kombiniert werden. Einerseits besitzt dies den Vorteil, dass das Messsignal stärker wird. Andererseits besitzt dies den Vorteil, dass störende Einflüsse, welche nicht mit dem horizontalen Verbiegen in Bezug stehen, im Wesentlichen ausgeschaltet werden. In diesem Zusammenhang können zum Beispiel Spannungen, welche als Folge des Anziehens der Muttern 9, die auf die Enden der Hinterachse 6 zum Anbringen am Rahmen 10 aufgeschraubt sind, in der Längsrichtung der Hinterachse gerichtet sind, genannt werden.
Es wird angemerkt, dass sowohl das Messsignal S1; S3; S4 von den instrumentierten Radlagern 7 und das Messsignal S2 vom Biegesensor 50 eine Signalkomponente beinhalten, welche die Trittfrequenz widerspiegelt, wenigstens wenn der Radfahrer tatsächlich die Pedale dreht. Die Trittfrequenz wird durch eine periodische Fluktuation ausgedrückt, wobei die Trittfrequenz auf dem Niveau der Kettenkraft Fk liegt. Im Falle eines, zum Beispiel, Biegesensors, welcher auf der Hinterachse 6 angebracht ist, weist das Messsignal S2, welches dadurch erzeugt wird, im Prinzip einen Gleichstromwert auf, welcher der Kettenkraft Fk entspricht, während der Wert dieser Gleichstromspannung mit den Fluktuationen in der Pedalkraft und daher mit einer Frequenz fluktuiert, die zweimal so groß ist wie die Trittfrequenz.
Das Steuerelement 40 kann ausgestaltet sein, um die Fahrradgeschwindigkeit auf der Grundlage der Trittfrequenz unter Berücksichtigung Fahrrad spezifischer Umwandlungsfaktoren zu berechnen, wie jedem Durchschnittsfachmann auf diesem Gebiet der Technik bewusst sein wird.
Des Weiteren kann das Steuerelement 40 ausgelegt sein, um den Elektromotor auf der Grundlage des augenblicklichen Werts der Kettenkraft zu aktivieren, so dass die Motorkraft in Phase mit der Pedalkraft fluktuiert. Jedoch kann das Steuerelement 40 ausgelegt sein, um den Elektromotor auf der Grundlage eines verarbeiteten Werts der Kettenkraft zu aktivieren, um für den Benützer eine verbesserte Komfortempfindung zu erzielen. Als bloßes Beispiel kann die Aktivierung des Elektromotors auf der Grundlage eines Mittelwerts der Kettenkraft ausgeführt werden, so dass die Motorkraft im Wesentlichen konstant bleibt. Jedoch ist es auch möglich bei fluktuierender Kettenkraft, einen konstanten Wert hinzuzufügen, so dass, obwohl die Aktivierung in Phase mit der Kettenkraft fluktuiert, sie ein gleichmäßigeres Profil annimmt; insbesondere wird daher Antrieb auch an den "Totpunktpositionen" in der Pedalbewegung bereit gestellt.
Normalerweise ist eine Hinterachse auf solch eine Weise konstruiert, dass sie so steif wie möglich ausfällt. Im Gegensatz dazu liegt eine weitere Entwicklung der Erfindungsidee in der Konstruktion der Hinterachse 6 auf solch eine Weise, dass sie bei einer bestimmten Belastung eine Verbiegung zeigt, die relativ groß ist, wenigstens an der Stelle des Sensors 50. Für diesen Zweck weist die Hinterachse 6 gemäß der vorliegenden Erfindung vorzugsweise einen Sensor tragenden Teil 51 auf, dessen Verformung unter einer bestimmten Belastung größer ist als die Verformung von benachbarten Achsabschnitten und wobei der Sensor 50 auf dem Sensor tragenden Teil 51 angebracht ist, welcher empfindlicher für Verformung ist. Die größere Empfindlichkeit auf Verformung kann durch Versehen des Sensor tragenden Teils 51 mit einem angepassten Querschnitt oder durch Herstellen des Sensor tragenden Teils 51 aus einem angepassten Material oder auf andere geeignete Weise erzeugt werden. Geeignete angepasste Materialien könnten Materialien mit einem niedrigeren Elastizitätsmodul sein.
Der Sensor tragende Teil 51 weist vorzugsweise eine größere Empfindlichkeit für Verformung in der horizontalen Richtung auf, wobei die Empfindlichkeit auf Verformung in die vertikale Richtung gleich bleibt oder sogar verringert ist. Dies kann zum Beispiel hervorgerufen werden, indem der Sensor tragende Teil 51 mit einem rechteckigen Querschnitt versehen wird, wobei in diesem Fall die Abmessung in der horizontalen Richtung kleiner ist als die Abmessung in der vertikalen Richtung. Die Abmessung in der horizontalen Richtung kann kleiner sein als der Durchmesser der benachbarten Achsabschnitte und die Abmessung in der vertikalen Richtung kann größer sein als der Durchmesser der benachbarten Achsabschnitte.
In beiden beispielhaften Ausführungsformen, die oben beschrieben sind, ist der Sensor 74; 174; 50 im Wesentlichen nur empfindlich für horizontal gerichtete Kräfte, so dass der Sensor praktisch nur empfindlich auf Antriebskräfte ist. Insbesondere ist der Sensor praktisch unempfindlich für Kräfte, welche in die vertikale Richtung wirken, so wie Kräfte, die durch das Gewicht des Radfahrers, durch die Pedalkraft Fp, die durch den Radfahrer ausgeübt wird, oder durch vertikale Kräfte verursacht werden, welche durch das Rad fahren selbst verursacht werden, wie wenn auf einem unebenen Straßenbelag gefahren wird oder wenn Kurven gefahren werden.
Das Antreiben durch den Motor verursacht eine reaktive Kraft auf der Straße, welche schließlich das Fahrrad voran treibt. Diese reaktive Straßenkraft weist eine horizontale Richtung auf und verursacht ein Verbiegen in der Hinterachse in dieselbe Richtung wie das Verbiegen, welches direkt durch die Kettenkraft Fk verursacht wird. Der Einfluss dieses verstärkenden Effekts kann in der vorprogrammierten Charakteristik des Steuerelements 40 kompensiert werden.
Im Obigen wurde die Erfindung für normale Bedingungen erklärt, in welchen unausgesprochen angenommen wird, dass das Fahrzeug (Fahrrad) sich mit konstanter Geschwindigkeit auf einer waagrechten Straße bewegt. Bei einem fortgeschritteneren Antrieb ist das Steuerelement 40 so konstruiert, um Faktoren wie eine Veränderung in der Geschwindigkeit und/oder einen Steigungswinkel der Straße in der Betätigung des Elektromotors miteinzuschließen.
Eine Verringerung der Geschwindigkeit kann wünschenswert sein, zum Beispiel, wenn der Radfahrer bremst. In jenem Fall wird er im Allgemeinen die Pedale ruhig halten, so dass es keine elektrische Unterstützung gibt. Darüber hinaus kann während des Bremsens der Motor durch das Fahrrad angetrieben werden, um auf diesem Weg die Batterie zu laden. Zu diesem Zweck kann das Steuerelement 40 so ausgelegt sein, um die augenblickliche Fahrradgeschwindigkeit V zu aufeinander folgenden Zeitpunkten zu berechnen, um die Geschwindigkeitsveränderung dV/dt davon zu berechnen und, wenn dV/dt negativ wird, den Motor als eine Bremslast zu schalten.
Eine Verringerung der Geschwindigkeit kann unerwünscht sein, zum Beispiel, wenn der Radfahrer eine Steigung hinauf fährt. In jenem Fall wird tatsächlich, wenn dV/dt negativ ist, eine stärkere Unterstützung erwünscht. Andererseits, wenn der Radfahrer bergab fährt kann die Unterstützung verringert werden und unter diesen Umständen ist es sogar möglich, den Motor als eine Bremslast bei einer konstanten Geschwindigkeit zu schalten.
Zu diesem Zweck ist es erstrebenswert, für dass Steuerelement 40 ein Signal zu besitzen, welches den Winkel der Steigung anzeigt. Gemäß einem bedeutenden Vorteil der vorliegenden Erfindung umfassen die Signale S1 bis S4, die oben beschrieben sind, eine Komponente, welche den Steigungswinkel anzeigt. In einer weiteren bevorzugten Variante der vorliegenden Erfindung ist das Steuerelement gestaltet, um diese Signalkomponente für eine Unterstützungscharakteristik wie oben beschrieben zu nutzen.
Wenn sich das Fahrrad auf einer Steigung befindet, bildet die Empfindlichkeitsrichtung 75 (die "Horizontale" des Fahrrads) einen Winkel mit der tatsächlichen Horizontalen. Die Schwerkraft weist dann eine Komponente in die Richtung dieser Empfindlichkeitsrichtung 75 auf, welche sich in einer Verschiebung in den Messsignalen niederschlägt. Diese Verschiebung kann erfasst werden, zum Beispiel durch Erfassung der Verschiebung im Mittel des fluktuierenden Kettenkraftsignals.
In beiden beispielhaften Ausführungsformen, die oben beschrieben sind, wird ein verlässlicher Weg zum Messen des Antriebsdrehmoments und/oder der Kettenkraft (Fk), die durch einen Radfahrer geliefert wird, und zum Betätigen eines Nabenmotors 45 auf der Grundlage der Pedalkraft, die durch den Radfahrer geliefert wird, angeboten. Die Ausführungsformen bieten durchgehend den bedeutsamen Vorteil, dass ein einzelner Sensor (74; 174; 50) ausreicht und dass dieser Sensor auf dem selben Bauteil des Fahrrads angebracht werden kann, auf dem das Steuerelement 40 angebracht ist, nämlich auf der Hinterachse 6 selbst oder auf dem inneren Laufring 71 des Radlagers 7, der an der Hinterachse 6 befestigt ist. Ein Biegesensor 50, der auf der Hinterachse angebracht ist, misst die Verbiegung, welche in der Hinterachse selbst als eine Folge der Pedalkraft auftritt. Ein Drucksensor 74, der im Radlager 7 angebracht ist, misst die Kräfte, die im Radlager durch die Kettenkraft verursacht werden.
Es wird einem Durchschnittfachmann auf diesem Gebiet der Technik klar sein, dass der Umfang der vorliegenden Erfindung nicht auf die oben besprochenen Beispiele beschränkt ist, sondern dass verschiedene Ergänzungen und Modifikationen daran möglich sind, ohne den Umfang der Erfindung zu verlassen, wie er in den angeschlossenen Ansprüchen definiert ist. Zum Beispiel ist es als eine Variante möglich, dass das angetriebene Rad das Vorderrad des Fahrrads ist.
Im Obigen wurde die Erfindung für ein Fahrzeug (Fahrrad) beschrieben, welches mit elektrischer Unterstützung ausgestattet ist. Jedoch wird die vorliegende Erfindung auch durch ein modulares System zum Messen einer Antriebskraft in einer Kette eines Fahrrads verkörpert, wobei das System so gestaltet ist, um ein elektrisches Signal zu liefern, das repräsentativ für die Antriebskraft ist, wobei das System eine angetriebene Radachse umfasst, die mit einem Biegesensor ausgestattet ist, der ein Messsignal erzeugt, das repräsentativ für eine Verbiegung der Achse ist, wobei das Signal für jeden gewünschten Zweck durch den Prozessor oder Ähnliches verwendet werden kann. Ein möglicher Zweck kann sein, ein Schaltgetriebesystem zu steuern.

Claims

Verfahren zum Bereitstellen eines Messsignals, das repräsentativ für die Höhe einer von einem Fahrer eines Fahrrades (1) ausgeübten Pedalkraft (Fp) ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Biegung gemessen wird, die durch diese Kraft in der Achse (6), auf der ein angetriebenes Rad (21) befestigt ist, verursacht wird.
Verfahren nach Anspruch 1, worin die Biegung in einer Ebene gemessen wird, die im Wesentlichen parallel zu der Antriebskraft (Fk) ist, die auf das angetriebene Rad (21) durch eine Kette (28) ausgeübt wird.
Verfahren nach Anspruch 2, worin ein von dieser Kette (28) angetriebenes Kettenrad auf der Achse (6) befestigt ist; worin ein Biegungssensor (50) auf dieser Achse (6) befestigt ist und worin die in der Kette (28) vorherrschende Antriebskraft (Fk) von dem momentanen Wert des Messsignals (S2), das durch den Sensor erzeugt wird, abgeleitet wird.
Verfahren nach Anspruch 3, worin eine Signalverarbeitungseinheit (40) eine Pedalgeschwindigkeit aus der zyklischen Art des Messsignals berechnet.
Verfahren zum Messen einer Kraft (Fk) in einem im Wesentlichen linearen Übertragungselement (28), das um zwei drehende Übersetzungselemente (2, 5) eines durch menschliche Kraft angetriebenen Fahrzeuges, wie einem Fahrrad, angelegt ist, gekennzeichnet durch Umfassen der Messung von in einem Lager eines angetriebenen Rads (21) auftretenden Kräften in einer Ebene, die im Wesentlichen parallel zu der Kraft (Fk) ist.
Verfahren nach Anspruch 5, worin mindestens eines der Übersetzungselemente in Bezug auf einen Rahmen (10) drehbar durch Lagermittel (70) befestigt ist, worin eines dieser Lager mit einem eingebauten Sensor (74) versehen ist und worin die in dem Übertragungselement (28) herrschende Kraft (Fk) von dem von dem Sensor erzeugten Messsignal (S1; S4) abgeleitet wird.
Verfahren zum Bereitstellen eines Steuersignals für einen Hilfsmotor eines Fahrrades, worin das Steuersignal in Übereinstimmung mit einer vorbestimmten Charakteristik auf der Basis eines Messsignals, welches repräsentativ für die Höhe einer Pedalkraft (Fp) ist, die von einem Fahrer eines Fahrrades ausgeübt wird, bestimmt wird und worin dieses Messsignal durch ein Verfahren nach den Ansprüchen 3 oder 6 bereitgestellt wird.
Fahrrad (1) bestehend aus: einem Rahmen (10); einem angetriebenen Rad (21), das eine Radnabe (24) umfasst, die über Radlager an einer Achse (6) befestigt ist, die an dem Rahmen (10) befestigt ist; einem drehbaren an der Radnabe (24) befestigten Kettenrad (5) und einer zumindest teilweise um das Kettenrad (5) anliegenden Kette (28), dadurch gekennzeichnet, dass die Achse (6) mit einem Biegungssensor (50) versehen ist, der ein Messsignal (S2), welches repräsentativ für die Biegung der Achse (6) ist, erzeugt.
Fahrrad nach Anspruch 8, worin die Achse (6) mit dem darauf befestigten Sensor (50) in solch einer Weise mit Bezug auf den Rahmen (10) befestigt ist, dass der Sensor (50) durch Kräfte, die parallel zu der Antriebskraft (Fk) in der Kette (28) ausgerichtet sind, erregbar ist und im Wesentlichen durch Kraftkomponenten, die rechtwinklig hierzu ausgerichtet sind, nicht erregbar ist.
Fahrrad nach Anspruch 9, worin die Achse (6) mit einem Sensortrageteil (51) versehen ist, dessen Biegefestigkeit geringer als die Biegefestigkeit der angrenzenden Achsabschnitte ist, und worin der Sensor (50) an dem Sensortrageteil (51) befestigt ist.
Fahrrad nach einem der Ansprüche 8-10, worin das Antriebsrad mit einem Nabenmotor (45) versehen ist, dessen Aktivierung durch ein Steuerelement (40) gesteuert wird, welches vorzugsweise an der Achse (6) befestigt ist und dessen Signaleingang an den Biegungssensor (50) angeschlossen ist, um das hierdurch erzeugte Messsignal (S2) zu empfangen, und worin das Steuerelement (40) ausgelegt ist, um die Aktivierung des Nabenmotors (45) auf der Basis des von dem Sensor (50) empfangenen Messsignals (S2) zu steuern.
Fahrrad nach Anspruch 11, worin der Biegungssensor (50) und das Steuerelement (40) in einem einzelnen elektronischen Baustein (Chip) integriert sind.
Fahrrad nach einem der Ansprüche 11-12, das weiterhin versehen ist mit einem automatisch schaltenden Beschleunigungssystem, welches ausgelegt ist, um ein vorbestimmtes Übersetzungsverhältnis in der Übersetzungslinie zwischen dem Kurbelsystem und dem angetriebenen Rad unter der Steuerung des Steuerelementes zu bewirken und worin das Steuerelement ausgelegt ist, um ein Steuersignal für das automatisch schaltende Beschleunigungssystem auf der Basis des von dem Biegungssensor empfangenen Messsignals zu erzeugen.
Modulares System zum Messen einer Antriebskraft in einer Kette eines Fahrrades, dessen System ausgelegt ist, um ein der Antriebskraft repräsentatives elektrisches Signal zu liefern, worin das System umfasst: eine Achse (6) eines angetriebenen Rades, die mit einem Biegungssensor (50) versehen ist, der ein Messsignal (S2) erzeugt, das repräsentativ für die Biegung der Achse (6) ist.
Modulares System nach Anspruch 14, ferner umfassend: eine drehbare an der Achse (6) befestigte Nabe (24); einen an der Achse (6) befestigten Nabenmotor (45); ein an der Achse (6) befestigtes Steuerelement (40), dessen Signaleingang mit diesem Sensor (50) verbunden ist, um das von diesem erzeugte Messsignal (S2) zu empfangen, wobei das Steuerelement (40) für die Steuerung der Aktivierung des Nabenmotors (45) basierend auf dem von dem Sensor (50) empfangenen Messsignal (S2) ausgelegt ist und die Achse (6) mit einem Sensortrageteil (51) versehen ist und an dem Sensortrageteil (51) der Sensor (50) befestigt ist.
Modulares System nach Anspruch 14, ferner umfassend: – eine drehbar an der Achse (6) montierte Nabe (24), – einen der Achse (6) zugeordneten Nabenmotor (45), – ein an der Achse (6) befestigtes Steuerelement (40) mit einem mit dem Sensor (50) verbundenen Signaleingang, um das von diesem erzeugte Messsignal (S2) zu empfangen, wobei das Steuerelement (40) ausgelegt ist, um die Aktivierung des Nabenmotors (45) auf der Basis des von dem Sensor (50) erhaltenen Messsignals (S2) zu steuern und die Achse (6) mit einem Sensortrageteil (51) versehen ist und der Sensor (50) auf dem Sensortrageteil (51) befestigt ist.