Titel

System zur Erfassung eines Bewegungsablaufs sowie zur Steuerung eines Motors

Stand der Technik

Mittels in Uhren oder Fitnessarmbändern angeordneten MEMS-Sensoren ist heute schon möglich, eine Bewegung eines Körperteils des Trägers

dreidimensional zu erfassen und somit beispielsweise als Schrittzähler des Trägers zu agieren. Die M EMS Sensoren erfassen hierbei

Beschleunigungsgrößen des jeweiligen Körperteils. Es ist jedoch keine Vorrichtung bekannt, welche komplette Bewegungsabläufe eines Zweiradfahrers, welche aus relativen Bewegungen von einzelnen

Körperteilen zueinander bestehen, erfasst.

Offenbarung der Erfindung

Um diesem Problem zu begegnen, wird erfindungsgemäß ein System zur Erfassung eines Bewegungsablaufs sowie zur Steuerung eines Motors beansprucht, welches eine Vorrichtung zur Erfassung des Bewegungsablaufs, eine Steuereinheit zur Ansteuerung eines Motors, ein elektrisches Zweirad mit Motor und zusätzlich das Verfahren, welches durch die Vorrichtung und die

Steuereinheit ausgeführt wird, umfasst.

Die Vorrichtung zur Erfassung eines Bewegungsablaufs eines Zweiradfahrers ist wenigstens an einem Bein des Zwei radf ahrers anbringbar und umfasst wenigstens eine erste an einem Oberschenkel und eine zweite an einem

Unterschenkel des wenigstens einen Beins des Zweiradfahrers anbringbare Erfassungseinheit. Die erste und die zweite Erfassungseinheit erfassen

Bewegungsgrößen des Oberschenkels und des Unterschenkels. Zudem umfasst die Vorrichtung eine wenigstens eine Übertragungseinheit, welche dazu ausgebildet ist, die von den Erfassungseinheiten erfassten Bewegungsgrößen beispielsweise drahtlos zu übertragen. Alternativ oder zusätzlich überträgt die wenigstens eine Übertragungseinheit eine Information über einen aus den Bewegungsgrößen abgeleiteten Bewegungsablauf des Zweiradfahrers. Die wenigstens eine Übertragungseinheit kann auch in der wenigstens einen

Erfassungseinheit integriert ist. Durch den Aufbau der Vorrichtung ist es möglich, Bewegungsgrößen von unterschiedlichen Körperteilen, in diesem Fall von Unter- und Oberschenkel zu erfassen und daraus komplexe Bewegungsabläufe abzuleiten. Hierbei besteht allgemein ein Bewegungsablauf aus relativen

Bewegungen von Körperteilen zueinander. Die Erfassungseinheiten können hierbei so an der Vorrichtung, wie beispielsweise einem Exoskelett oder einem Kleidungsstück, angebracht sein, dass falls ein Zweiradfahrer die Vorrichtung trägt, die Erfassungeinheiten Bewegungsgrößen des Unter- und Oberschenkels erfassen. Die Anbringung der Sensoren, sodass diese Bewegungsgrößen von Ober- und Unterschenkel erfassen, bieten den Vorteil, dass somit

Bewegungsabläufe erfasst werden können, welche beispielsweise Informationen über die Trittfrequenz des Zweiradfahrers ausgeben oder auch

Ermüdungszustände des Fahrers erfassen können.

Vorzugsweise umfasst die Vorrichtung zusätzlich eine dritte Erfassungseinheit. Die dritte Erfassungseinheit stellt hierbei eine am Oberkörper des Zweiradfahrers anbringbare Erfassungseinheit. Das bedeutet, dass die Erfassungseinheit so an der Vorrichtung angebracht sein kann, dass falls die Vorrichtung von einem Zweiradfahrer, wie beispielsweise einem Fahrradfahrer getragen wird, die dritte Erfassungseinheit Bewegungsgrößen des Oberkörpers erfassen kann. Mit Oberkörper kann beispielsweise der Oberarm des Fahrradfahrers gemeint sein. Somit könnte beispielsweise die Körperhaltung des Zwei radf ahrers relativ zu dem Oberschenkel des Zweiradfahrers ermittelt werden, was wiederum

Aufschluss über den Ermüdungszustand des Zweiradfahrers oder die aktuelle Steigung der Fahrstrecke geben kann. Vorzugsweise umfasst die Vorrichtung zusätzlich eine vierte Erfassungseinheit. Dieser vierte Sensor ist hierbei ebenfalls so an der Vorrichtung anbringbar, dass falls die Vorrichtung von einem

Zweiradfahrer getragen wird, die vierte Erfassungseinheit Bewegungsgrößen des Oberkörpers erfassen kann. Der vierte Sensor kann beispielsweise so an der Vorrichtung angebracht sein, dass der Sensor im getragenenen Zustand am Unterarm des Zweiradfahrers angeordnet ist, sodass die vierte Erfassungseinheit Bewegungsgrößen des Unterarms erfassen kann. Somit könnten zusammen mit der dritten Erfassungseinheit Bewegungen von unterschiedlichen Oberkörperteilen ermittelt werden und daraus Bewegungsabläufe des

Oberkörpers abgeleitet werden. Die Übertragungseinheit überträgt die erfassten Bewegungsgrößen des Oberkörpers und/oder eine Information über einen aus den Bewegungsgrößen der Erfassungseinheiten abgeleiteten Bewegungsablauf des Zweiradfahrers. Die Übertragung kann beispielsweise drahtlos erfolgen.

Vorzugsweise sind die Erfassungseinheiten zur Erfassung von dreidimensionalen Bewegungsgrößen geeignet. Bekannt sind in diesem Zusammenhang beispielsweise MEMS-Sensoren, welche dazu geeignet sind, die

Beschleunigungen eines Körperteils dreidimensional zu erfassen. Dies bietet unter anderem den Vorteil, dass auch Drehungen von Körperteilen abgeleitet werden können. Ein Beispiel hierfür wäre die Drehung eines Teils des Arms oder des Beins.

Bevorzugt umfasst die Vorrichtung zusätzlich ein Auswertemittel zur Auswertung der erfassten Bewegungsgrößen. Das Auswertemittel ist dazu ausgebildet, in Abhängigkeit der Bewegungsgrößen einen Bewegungsablauf des Zweiradfahrers abzuleiten. Bei dem Auswertemittel kann es sich beispielsweise um einen kleinen Mikroprozessor handeln. Mittels dieses Auswertemittels kann die Ableitung des Bewegungsablaufs somit durch die Vorrichtung selbst erfolgen. Bei den

Bewegungsgrößen kann es sich um Bewegungsgrößen des Oberschenkels, des Unterschenkels und/oder des Oberkörpers handeln.

Vorzugsweise ist das Auswertemittel der Vorrichtung dazu ausgebildet, einen Bewegungsablauf des Zweiradfahrers in Abhängigkeit von erfassten

Bewegungsgrößen in einem Zeitraum von 0,1s, 0,2s, ls, 2s oder 5s abzuleiten. Somit ist das Auswertemittel dazu geeignet, die Rechenleistung an die in Abhängigkeit der erfassten Bewegungsgrößen abzuleitenden Bewegungsabläufe anzupassen und somit effizienter einzusetzen.

Vorzugsweise ist die Vorrichtung in Form eines Kleidungsstücks realisiert. Dieses Kleidungsstück kann beispielsweise die normale Fahrradkleidung des

Zweiradfahrers darstellen, an welchem Sensoren angebracht sind. Alternativ weist die Vorrichtung ein Netz zum Überziehen wenigstens an einem Bein des Zweiradfahrers auf. Dies würde im Sommer den Vorteil bieten, dass die

Außenluft besser die Haut des Fahrers erreichen kann und somit besser ein Kühleffekt erreicht werden kann. Alternativ weist die Vorrichtung einen Gurt zum Tragen wenigstens an einem Bein des Zweiradfahrers auf. Ein Gurt ist einfach anzubringen und kann abhängig von Form und Farbe am Körper des

Zweiradfahrers kaum sichtbar erscheinen. In einer weiteren Alternative weist die Vorrichtung ein Exoskelett zum Tragen wenigstens an einem Bein des

Zweiradfahrers auf. Solch ein Exoskelett stellt eine äußere Stützstruktur dar, an welchem Erfassungseinheiten und das Auswertemittel angebracht werden können.

Die Erfindung umfasst zudem eine Steuereinheit zur Ansteuerung eines Motors eines elektrischen Zweirads mit einer Speichereinheit, in der vorgegebene Bewegungsabläufe und den vorgegebenen Bewegungsabläufen zugeordnete Steuerungen abgespeichert sind. Zusätzlich umfasst die Steuereinheit eine Empfangseinheit. Die Steuereinheit empfängt entweder mittels der

erfindungsgemäßen Vorrichtung erfasste Bewegungrößen oder eine Information über einen aus den Bewegungsgrößen abgeleiteten Bewegungsablauf des Zweiradfahrers mittels der Empfangseinheit. Zusätzlich führt die Steuereinheit einen Vergleich des abgeleiteten Bewegungsablaufs mit den in der

Speichereinheit vorgegebenen Bewegungsabläufen durch. In Abhängigkeit einer Übereinstimmung des abgeleiteten mit einem vorgegebenen Bewegungsablauf erzeugt die Steuereinheit eine dem übereinstimmenden, vorgegebenen

Bewegungsablauf zugeordnete Steuerung des Motors. Durch den Zugriff auf die den vorgegebenen Bewegungsabläufen zugeordneten Steuerungen kann schnell und effizient auf den Fahrer reagiert werden. Die Steuerung des Motors wird somit einfacher für den Fahrer gestaltet, als beispielsweise bei manuellen Steuerungen durch den Fahrer.

Vorzugsweise leitet die Steuereinheit in Abhängigkeit von empfangenen

Bewegungsgrößen der Vorrichtung einen Bewegungsablauf des Zweiradfahrers selbst ab. Somit kann die Ableitung des Bewegungsablaufs entweder auf der

Seite der Vorrichtung oder auch direkt an der Steuereinheit durchgeführt werden.

Vorzugsweise ist die Steuereinheit genauso wie das Auswertemittel dazu ausgebildet, einen Bewegungsablauf des Zweiradfahrers in Abhängigkeit von wenigstens zwei erfassten gleichen Bewegungsgrößen in einem Zeitraum von

0,1s, 0,5s, ls, 2s oder 5s abzuleiten. Die Erfindung beansprucht zudem ein elektrisches Fahrrad, welches die zuvor dargestellte Steuereinheit und einen Motor zur Unterstützung des Vortriebs des elektrischen Zweirads besteht. Die Steuereinheit dient dazu, in Abhängigkeit einer Übereinstimmung des abgeleiteten mit einem vorgegebenen

Bewegungsablauf eine dem übereinstimmenden, vorgegebenen

Bewegungsablauf zugeordnete Steuerung des Motors zu erzeugen. Das elektrische Zweirad kann zusätzlich eine Ausgabeeinheit, wie z.B. ein Display umfassen. Mittels der Ausgabeeinheit ist es beispielsweise möglich, die aus einem Bewegungsablauf des Fahrers zukünftige oder momentan erzeugte Steuerung dem Fahrer des Zweirads anzuzeigen. So kann beispielsweise Vorzugsweise umfasst das elektrische Zweirad zusätzlich aus eine

Gangschaltung zur Unterstützung des Vortriebs des elektrischen Zweirads. So kann beispielsweise eine gebückte Körperhaltung auf Ermüdung oder eine große Steigung der Fahrstrecke hindeuten, woraufhin die entsprechend erzeugte Unterstützung zur Fortbewegung des Zweirads dem Fahrer angezeigt werden kann. Der Display kann auch als eine Art Bedienungsanleitung für den

Zweiradfahrer dienen. Dem Fahrer können beispielsweise Bewegungen angezeigt werden, welche eine entsprechende Steuerung des Motors zur Folge haben. Die Steuereinheit ist hierbei auch dazu geeignet, in Abhängigkeit einer Übereinstimmung des abgeleiteten mit einem vorgegebenen Bewegungsablauf eine dem übereinstimmenden, vorgegebenen Bewegungsablauf zugeordnete Steuerung der Gangschaltung durchzuführen. Somit kann beispielsweise bei einer erkannten Müdigkeit des Fahrers oder einer hohen Steigung die

Gangschaltung entsprechend angesteuert werden, sodass beispielsweise ein Gang zurückgeschaltet wird.

Die Erfindung umfasst zudem ein Verfahren zur Erzeugung von

Motorsteuersignalen für ein elektrisches Zweirad. In einem Verfahrensschritt werden Bewegungsgrößen des Zweiradfahrers erfasst, wobei es sich beispielsweise um Bewegungsgrößen des Oberschenkels und des

Unterschenkels handeln kann. In einem folgenden Verfahrensschritt wird in Abhängigkeit der erfassten Bewegungsgrößen ein Bewegungsablauf des Zweiradfahrers abgeleitet. Der abgeleitete Bewegungsablauf wird mit gespeicherten, vorgegebenen Bewegungsabläufen verglichen, wobei den vorgegebenen Bewegungsabläufen Steuerungssignale zugeordnet sind. Diese Zuordnung bietet den Vorteil, dass definiert werden kann, inwiefern ein erkannter Bewegungsablauf einer vorgesehenen Steuerung zugeordnet ist. In einem nächsten Verfahrensschritt wird wenigstens ein Steuerungssignal des Motors erzeugt, wobei das erzeugte Steuerungssignal von dem Ergebnis des Vergleichs abhängt bzw. ob der abgeleitete Bewegungsablauf mit einem der vorgegebenen Bewegungsabläufe übereinstimmt .

Vorzugsweise wird wenigstens ein Steuerungssignal der Gangschaltung erzeugt, wobei das erzeugte Steuerungssignal von dem Ergebnis des vorausgegangen Vergleichs des abgeleiteten Bewegungsablaufs mit gespeicherten,

vorgegebenen Bewegungsabläufen abhängt. Durch die Ansteuerung der Gangschaltung kann der Fahrer somit in der Fortbewegung des Zweirads unterstützt werden.

Beschreibung der Zeichnungen

Figur 1 zeigt Ausführungsformen der Vorrichtung zur Erfassung eines

Bewegungsablaufs eines Zweiradfahrers in Zusammenwirkung mit der

Steuereinheit zur Ansteuerung eines Motors eines elektrischen Zweirads.

Figur 2 zeigt einen Verfahrensablauf gemäß der Erfindung zur Erzeugung von Motorsteuersignalen für ein elektrisches Zweirad.

Ausführungsbeispiele

Figur 1 zeigt eine erste Ausführungsform der Vorrichtung 5, wie z.B. ein

Kleidungsstück oder ein Exoskelett zur Erfassung eines Bewegungsablaufs eines Zweiradfahrers in Zusammenwirkung mit der Steuereinheit 70. Hierbei ist die erste Erfassungseinheit 10 der Vorrichtung 5, welche an einem Oberschenkel des wenigstens einen Beins des Zweiradfahrers anbringbar sein kann, dazu geeignet, Bewegungsgrößen des Oberschenkels zu erfassen. Die zweite

Erfassungseinheit 20 der Vorrichtung 5, welche an einem Unterschenkel des wenigstens einen Beins des Zweiradfahrers anbringbar sein kann, ist dazu geeignet, Bewegungsgrößen des Unterschenkels zu erfassen. Die

Übertragungseinheit 60 ist dazu ausgebildet, die erfassten Bewegungsgrößen zu übertragen. In einer ersten Ausführungsform umfasst die Vorrichtung 5 zusätzlich ein Auswertemittel 50 zur Auswertung der erfassten Bewegungsgrößen. Das Auswertemittel 50 ist dazu ausgebildet, in Abhängigkeit der erfassten

Bewegungsgrößen einen Bewegungsablauf des Zwei radf ahrers abzuleiten. Somit ist die Ableitung des Bewegungsablaufs aus den Bewegungsgrößen direkt in der Vorrichtung 5 möglich und die Übertragungseinheit 60 kann eine

Information über einen aus den Bewegungsgrößen abgeleiteten

Bewegungsablauf des Zweiradfahrers übertragen.

Die Steuereinheit 70 zur Ansteuerung eines Motors 90 eines elektrischen Zweirads umfasst eine Erfassungseinheit 85 und eine Speichereinheit 80, in der vorgegebene Bewegungsabläufe und den vorgegebenen Bewegungsabläufen zugeordnete Steuerungen abgespeichert sind. Die Steuereinheit 70 ist dazu geeignet, mittels der Empfangseinheit 85, die von der Vorrichtung 5 erfassten Bewegungsgrößen und/oder eine Information über einen aus den

Bewegungsgrößen mittels der Vorrichtung 5 abgeleiteten Bewegungsablauf des Zweiradfahrers zu empfangen und in Abhängigkeit der empfangenen

Bewegungsgrößen einen Bewegungsablauf des Zweiradfahrers abzuleiten. Die Steuereinheit 70 führt einen Vergleich des abgeleiteten Bewegungsablaufs mit diesen vorgegebenen Bewegungsabläufen durch. Die Steuereinheit 70 ist dazu ausgebildet, in Abhängigkeit einer Übereinstimmung des abgeleiteten mit einem vorgegebenen Bewegungsablauf eine dem übereinstimmenden, vorgegebenen Bewegungsablauf zugeordnete Steuerung des Motors 90 des elektrischen Zweirads zu erzeugen. Zusätzlich umfasst das elektrische Zweirad eine

Ausgabeeinheit 120, welche beispielsweise zur Ausgabe einer abhängig von dem erkannten Bewegungsablauf des Fahrers zukünftig oder momentan erzeugten Ansteuerung des Motors 90 und/oder der Gangschaltung 100 dient.

In einer weiteren Ausführungsform umfasst die Vorrichtung 5 eine dritte

Erfassungseinheit 30, welche so an der Vorrichtung 5 anbringbar ist, dass falls die Vorrichtung von einem Menschen getragen wird, die dritte Erfassungseinheit 30 Bewegungsgrößen des Oberkörpers erfassen kann. Mit dem Oberkörper kann hier beispielsweise der Oberarm des Zweiradfahrers gemeint sein. In einer weiteren Ausführungsform umfasst die Vorrichtung 5 eine vierte

Erfassungseinheit 40, welche ebenfalls am Oberkörper, beispielsweise am Unterarm des Zweiradfahrers anbringbar sein kann. Die vierte Erfassungseinheit 40 ist ebenfalls dazu ausgebildet, Bewegungsgrößen des Oberkörpers zu erfassen, woraufhin zusätzliche Bewegungen des Oberkörpers bei der Ableitung des Bewegungsablaufs mit berücksichtigt werden können. So wäre in

Kombination mit der dritten Erfassungseinheit 30 beispielsweise eine Ableitung eines Bewegungsablaufs eines Arms des Zweiradfahrers möglich.

Bewegungsabläufe eines Arms können auch wichtige Rückschlüsse auf den Ermüdungszustand des Fahrers geben, da starke Muskelkontraktionen des Arms zum Beispiel auf einen Berganstieg hindeuten können.

In einer weiteren Ausführungsform umfasst das elektrische Zweirad zusätzlich eine Gangschaltung 100 zur Unterstützung des Fortbewegung des elektrischen Zweirads. Die Steuereinheit 70 ist hierbei dazu ausgebildet, in Abhängigkeit einer Übereinstimmung des abgeleiteten mit einem vorgegebenen Bewegungsablauf eine dem übereinstimmenden, vorgegebenen Bewegungsablauf zugeordnete Steuerung der Gangschaltung 100 durchzuführen. So kann beispielsweise eine gebückte Körperhaltung auf eine starke Ermüdung des Zweiradfahrers hindeuten, woraufhin ein Gang zurückgeschaltet wird. Alternativ oder zusätzlich umfasst das elektrische Zweirad einen Lenker 110, welcher in Abhängigkeit einer Übereinstimmung des abgeleiteten mit einem vorgegebenen Bewegungsablauf durch eine dem übereinstimmenden, vorgegebenen Bewegungsablauf zugeordnete Steuerung angesteuert wird. So kann beispielsweise eine schaukelnde Lenkbewegung erkannt werden, woraufhin mittels eines am

Lenkers angeordneten Aktors eine Stabilisierung des Lenkers durchgeführt werden kann.

In einer sechsten Ausführungsform sind das Auswertemittel 50, sowie die Steuereinheit 70 dazu ausgebildet, einen Bewegungsablauf des Zweiradfahrers in Abhängigkeit von wenigstens zwei erfassten Bewegungsgrößen in einem Zeitraum von 0,1s, 0,5s, ls, 2s, oder 5s abzuleiten.

Optional wäre in einer siebten Ausführungsform vorstellbar, dass die wenigstens eine Übertragungseinheit 60 in der ersten Erfassungseinheit 10, der zweiten Erfassungseinheit 20, der dritten Erfassungseinheit 30 und/oder der dritten Erfassungseinheit 40 integriert ist. Jede Erfassungseinheit würde in dieser Ausführungsform entsprechend eine separate Übertragungseinheit besitzen, sodass.

Figur 2 zeigt einen Verfahrensablauf zur Erzeugung von Motorsteuersignalen für eine elektrisches Zweirad.

In einem Ausführungsbeispiel des Verfahrens gemäß Figur 2 wird das Verfahren gestartet und in einem sich daran anschließenden ersten Verfahrensschritt 300 Bewegungsgrößen des Zweiradfahrers erfasst. Bei den Bewegungsgrößen handelt es sich beispielsweise um Bewegungsgrößen des Oberschenkels und des Unterschenkels des Zweiradfahrers. In dem nächsten Verfahrensschritt 320 wird ein Bewegungsablauf des Zweiradfahrers in Abhängigkeit der erfassten Bewegungsgrößen abgeleitet. In dem nächsten Verfahrensschritt 330 wird der abgeleitete Bewegungsablauf des Zweiradfahrers mit gespeicherten, vorgegebenen Bewegungsabläufen verglichen und hierbei überprüft, ob der abgeleitete Bewegungsablauf mit gespeicherten, vorgegebenen

Bewegungsabläufen übereinstimmt. Den gespeicherten, vorgegebenen

Bewegungsabläufen sind jeweils Steuerungen des Motors 90 zugeordnet.

Kommt es hierbei zu einer Übereinstimmung, so wird im nächsten

Verfahrensschritt 340 eine dem übereinstimmenden, vorgegebenen

Bewegungsablauf zugeordnete Steuerung des Motors 90 erzeugt. Im Anschluss auf Verfahrensschritt 340 wird das Verfahren beendet. Wird jedoch in

Verfahrensschritt 340 keine Übereinstimmung des abgeleiteten

Bewegungsablaufs mit einem gespeicherten, vorgegebenen Bewegungsablauf festgestellt, so kann das Verfahren erneut gestartet werden oder optional beendet werden.

Optional werden zusätzlich zu den zuvor dargestellten Verfahrensschritten in einem auf den Verfahrensschritt 300 folgenden Verfahrensschritt 310 zusätzliche Bewegungsgrößen des Zwei radf ahrers erfasst. Diese können Bewegungsgrößen des Oberkörpers, wie beispielsweise von Oberarm und/oder Unterarm des Zweiradfahrers darstellen. In dem Verfahrensschritt 320 wird daraufhin ein Bewegungsablauf des Zweiradfahrers in Abhängigkeit der zusätzlichen und der im Verfahrensschritt 300 erfassten Bewegungsgrößen abgeleitet. Der abgeleitete Bewegungsablauf wird somit komplexer und umfasst die Bewegungen von mehreren Körperteilen. Entsprechend wird der komplexe Bewegungsablauf im folgenden Verfahrensschritt 330 mit abgespeicherten Bewegungsabläufen verglichen und daraufhin in Verfahrensschritt 340 in Abhängigkeit des Ergebnisses des Vergleichs eine Steuerung durchgeführt.

Optional wird zusätzlich zu den zuvor dargestellten Verfahrensschritten in Abhängigkeit einer festgestellten Übereinstimmung des abgeleiteten mit einem vorgegebenen Bewegungsablaufs, im auf Verfahrensschritt 330 folgenden Verfahrensschritt 340 eine dem übereinstimmenden, vorgegebenen

Bewegungsablauf zugeordnete Steuerung einer Gangschaltung erzeugt. Optional kann auch eine zugeordnete Steuerung eines Lenkers des Zweirad erzeugt werden.

Zusätzlich zu den in den obigen Ausführungsbeispielen erwähnten elektrisch, mittels eines Motors antreibbaren Zweirädern, wäre es auch vorstellbar, die Erfindung auf ein Lastenrad und somit auf ein Dreirad zu übertragen. Zu den Zweirädern gehören auch Fahrräder.