Fahrrad mit konstanter / maximaler Last? Existiert es?

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Existiert ein Fahrrad so, dass Sie es mit welcher gewünschten Last programmieren können und es für Sie die Gänge basierend auf dieser Last schaltet oder diese Last vielleicht nie überschreitet? Nehmen wir zum Beispiel an, eine ältere Person hat Knieprobleme, möchte aber nicht schalten und möchte kein 1-Gang-Fahrrad, also wünschen sie sich ein Fahrrad, das mit einem maximalen Belastungsniveau programmiert werden kann, so dass entweder das Gelände oder Gegenwind Wenn eine Steigung oder eine beliebige Kombination das Fahrrad stärker belasten würde, würde das Fahrrad dies automatisch erkennen und das Übersetzungsverhältnis entsprechend anpassen. Zum Beispiel ist jemand auf ebenem Boden mit einer komfortablen Leistung (vielleicht 100 Watt Äquivalent).

Ich frage mich auch, ob sich dieser Algorithmus stark von der konstanten Trittfrequenz unterscheiden würde oder ob sie identisch oder praktisch identisch wären. Ich denke, es wäre signifikant anders, wenn jemand Programme mit einer konstanten Trittfrequenz von 60 U / min programmiert. Wenn stattdessen die maximale Last eingestellt ist und das Terrain das Treten erleichtert (und beispielsweise Rückenwind herrscht), kann der Fahrer möglicherweise einen hohen Gang einlegen und langsamer als 60 U / min treten, aber die gewünschte Geschwindigkeit (10 MPH für) beibehalten Beispiel). Das ist mir im realen Leben passiert. Ich denke, eine konstante Trittfrequenz wäre etwas ärgerlich, da manchmal die Umstände viel weniger Belastung erfordern. Warum also mit 60 U / min treten, wenn man in dieser Situation mit 30 oder so auskommt? Es wäre schön, wenn das Fahrrad auch die Trittfrequenz spüren und feststellen würde, ob Sie "unter der Pedale" stehen, Weil Sie langsamer fahren möchten oder weil die Last leicht ist (zum Beispiel Rückenwind), kann ein größerer Gang gewählt werden. Kein einfacher Algorithmus, der in allen Fällen richtig ist.

David
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Ein Rahmen mit Flex in Kombination mit einer mit Schmutz gefüllten Tretlager-Kabelführung kann sich bei schwerer Last automatisch verschieben. Wird auch als Ghost Shifting bezeichnet. Dies ist keine Funktion.
Criggie
Ich gehe davon aus, dass jemand, der mit der gleichen Anstrengung in die Pedale tritt, dies erkennen und die Gänge entsprechend schalten kann, um das Gefühl einer konstanten Belastung für den Fahrer aufrechtzuerhalten. In einigen Fällen ist dies nicht möglich, z. B. wenn Sie einen sehr steilen Hügel hinauffahren oder ein Gelände mit sehr hohem Rollwiderstand überqueren. Die Programmierung muss also auch diese berücksichtigen.
David
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@ David Sie können CVT-Systeme (Continuous Variable Transmission) nachschlagen. Es gibt ein oder zwei Unternehmen, die solche Getriebe für Fahrräder zur Verfügung haben (oder sie haben solche Systeme gezeigt, nicht sicher, ob sie sie noch verkaufen). Es ist wahrscheinlich, was Sie im Sinn haben. Es ist jedoch ein mechanisches System, das nur wenig bis gar keine Elektronik enthält.
Slovakov

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Dies könnte durchgeführt werden, wäre jedoch teuer, da Sie drehmomenterfassende Kurbeln benötigen. Diese dienen der Leistungsüberwachung, sind jedoch als Instrument für ernsthafte Athleten gedacht. Sie würden dir auch Trittfrequenz geben. Dann brauchen Sie elektronische Schaltung - auch teuer.

Die eigentliche Steuerung kann in jedem Mikrocontroller Ihrer Wahl implementiert werden, Sie müssen jedoch die Variabilität zwischen den Pedalhüben berücksichtigen (dh eine rollierende Durchschnittsleistung verwenden, die das System weniger reaktionsfähig macht).

Im normalen Betrieb können Sie zum Schalten etwas nachlassen (vor allem, wenn Sie anfangs hart arbeiten). Dies wäre unmöglich, wenn das System ohne Ihr Wissen verschoben würde. Das Wechseln der Gänge wäre selbst bei einer guten Wartung des Systems schwierig (was Sie nicht annehmen sollten).

Wenn es etwas steiler wird und Sie bereits im unteren Gang sind, werden Sie es wahrscheinlich nicht wissen. Während Sie also darauf warten, dass es schaltet, anstatt auf den Pedalen zu stehen, verlieren Sie den Vorsprung.

Innovationen im Radsport kommen tendenziell aus Wettkampfdisziplinen, in denen diese Idee eine schlechte Sache wäre. Innovation im mühelosen Radfahren: E-Bikes. Aber diese sind preislich ziemlich konkurrenzfähig, und für ein teures Add-On wie dieses wäre auf dem Markt kein Platz mehr.

Es könnte als Bachelor-Projekt im Ingenieurwesen interessant sein, aber ich sehe es nicht weiter.

Chris H
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Es wäre einfacher, ein Fahrrad mit Elektroantrieb, auch Pedelec genannt, zu haben. Die vom Elektroantrieb gelieferte Leistung wird über die Pedalkraft geregelt.
Carel
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@Carel bei allen, bei denen ich gesehen habe, dass es nicht durch die Leistung reguliert wird, sondern entweder durch (i) das Treten mit einem an den Kurbeln angebrachten Schalter oder (ii) die Trittfrequenz / Fahrgeschwindigkeit. Keiner kann sagen, wie hart du arbeitest. Auch ein elektrischer Hilfsmotor benötigt im Vergleich zu einem Sense / Select-System viel Batterie. Insgesamt hast du aber recht. Unser erstes E-Bike wurde von einem lebenslangen Radfahrer gekauft, der kein normales Fahrrad mehr fahren konnte.
Chris H
Eine Sache, die ich bemerke, wenn ich mit meinem 21-Gang-Fahrrad auch hier in sehr flachem Zentralflorida fahre, ist, dass sogar eine leichte Änderung der Last bemerkbar ist und mich veranlasst, mehrmals zu schalten und manchmal zwischen den Gängen zu springen. Es wäre schön, wenn ich mein Fahrrad irgendwie auf die Last programmieren könnte, auf die ich lieber trete, und diese Last irgendwie nicht überschreiten würde (es sei denn, die Gänge gehen aus). Wenn ich also in die Pedale fahre, stellt sich dies so ein, dass die Tretkraft niemals die von mir festgelegte Grenze überschreitet, selbst wenn ich bergauf fahre und Gegenwind erlebe. Manuelles Schalten geschieht dies nach Gefühl. Elektronisch wäre das nett.
David
Das Letzte, was ich mir wünschen würde, wenn der Gegenwind stärker würde, wäre, dass meine Zahnräder herumwirbeln, sobald ich mich mehr anstrengen muss. Hügel sind zu erwarten. Sie müssen wahrscheinlich lernen, sich in einem weiten Bereich der Trittfrequenz wohl zu fühlen (wahrscheinlich am oberen Ende)
Chris H
Menschen, sie haben Drehmomentschlüssel, die nicht zu astronomischen Preisen erhältlich sind, daher sollten sie in der Lage sein, ein Drehmomentmessgerät an einem Fahrrad zu haben, das mit einem Fahrradcomputer "verbunden" ist. Es wäre schön, wenn die mechanischen Autoschalter auch einen elektronischen Modus hätten, so dass der Fahrer entweder kadenzbasiertes Schalten oder lastbasiertes Schalten oder vielleicht einen Modus mit beiden wählen könnte, so dass Grenzen für beide festgelegt werden. Ein bisschen wie in einem Labornetzteil, wo Sie sowohl Strom- als auch Spannungsbegrenzungen haben, die beide vom Bediener eingestellt werden können. Scheint, dass die Fahrradtechnologie mir hinterherhinkt.
David
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Shimanos elektronisches Alfine Di2-Schaltsystem für Hybride kann automatisch schalten, obwohl ich nicht weiß, ob die Last einstellbar ist.

Zenbike
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Ich würde davon ausgehen, dass es eher die Trittfrequenz als die Anstrengung erfasst (da die Trittfrequenzerfassung einfacher ist).
Chris H
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Ich glaube nicht, dass es ein solches Gerät gibt, das Sie an einem Fahrrad befestigen können, aber es gibt Geräte, deren Eigenschaften denen ähneln, auf denen Sie ein Fahrrad befestigen können. Sie sind bestimmte Arten von Fahrradtrainern. Die Erklärung ist etwas lang, aber wenn Sie verstehen, wie Trainer funktionieren und wie sie mit der Arbeit verglichen werden, die Sie leisten, um Ihr Fahrrad auf einer realen Straße im Freien zu bewegen, können Sie sich besser vorstellen, welchen Designherausforderungen Sie bei der Entwicklung des Geräts gegenüberstehen würden du hast es dir vorgestellt

Draußen auf der Straße gibt es mehrere Quellen für Luftwiderstand, die Sie überwinden müssen. Diese Antwort gibt eine ausführlichere Erklärung, aber die kurze Version ist, dass es einen Teil des Gesamtwiderstands gibt, der mit der Geschwindigkeit konstant ist, einen Teil, der von Ihrer Beschleunigung abhängt, einen Teil, der vom Steigen (oder Absteigen) eines Hügels abhängt, und einen Teil, der davon abhängt, wie aerodynamisch Sie und Ihr Fahrrad sind. Wichtig ist, dass die aerodynamische Widerstandskomponente nicht linear mit Ihrer Geschwindigkeit skaliert: Sie skaliert quadratisch, sodass die Leistung, die zur Überwindung des aerodynamischen Widerstands benötigt wird, mit dem Geschwindigkeitswürfel variiert (unter der Annahme, dass kein Wind vorhanden ist).

Aber der Teil, der mit Ihrer Frage zusammenhängt, ist die Komponente "Rollwiderstand" des Widerstands. Der Rollwiderstand ist konstant (dh unabhängig von der Geschwindigkeit), sodass die zur Überwindung des Rollwiderstands erforderliche Leistung linear zur Geschwindigkeit ist. Wichtig hierbei ist jedoch, dass der Rollwiderstand selbst konstant ist. Wenn Sie also in einem bestimmten Gang sind und den Luftwiderstand ignorieren können, bleibt Ihre Pedalbelastung konstant. Wenn Sie beschleunigen (und sich in einem bestimmten Gang befinden), erhöht sich Ihre Trittfrequenz, die Pedalbelastung bleibt jedoch konstant. Dies ist die Bedingung, die Sie in Ihrer Frage angegeben haben.

Geben Sie Fahrradtrainer. Alle Fahrradtrainer haben die Möglichkeit, Widerstand zu leisten oder eine Last zu erzeugen, gegen die Sie treten. Möglicherweise sind Sie mit Trainern vertraut, die Turbinen verwenden, die zur Erzeugung von Lasten in eine Flüssigkeit eingesetzt werden, oder mit Windtrainern oder magnetischen Trainern. Je schneller Sie treten, desto schneller dreht sich im Allgemeinen das Hinterrad, wodurch sich der Lastgenerator des Trainers schneller dreht und die Last steigt. Wichtig ist, dass jeder Trainer ein anderes "Lastprofil" hat, das bestimmt, wie sich seine Last mit der Geschwindigkeit erhöht. Flüssigkeits- und Windtrainer (Luft kann als Flüssigkeit betrachtet werden) haben die Eigenschaft, dass sich ihr Luftwiderstand in der Regel quadratisch mit der Radgeschwindigkeit erhöht, wie dies beim Fahren auf einer Straße im Freien der Fall ist. Es gibt auch Fahrradtrainer, die als Ergometer dienen. Sie legen eine bestimmte Zielleistung fest und sie passen die Last so an, dass die Gesamtleistung erhalten bleibt. Wenn Sie langsamer treten, erhöht sich die Last, um die gezielte Last aufrechtzuerhalten. Wenn Sie schneller treten, verringert sich die Last, um die angestrebte Leistungslast aufrechtzuerhalten. Dies ist genau das Gegenteil von dem, was Sie wollen. Es gibt jedoch eine dritte Art von Trainingsgerät: Rollen. Typische Rollen (die keine zusätzlichen lasterzeugenden Einrichtungen wie magnetische oder flüssige Lasteinheiten aufweisen) weisen einen nahezu konstanten Luftwiderstand auf. Dies bedeutet, dass die zur Überwindung des Luftwiderstands auf Rollen erforderliche Leistung nahezu linear ist. Sie suchen also nach einem Gerät, das Rollen nachahmt, indem es das Übersetzungsverhältnis so anpasst, dass die Pedallasten konstant bleiben. Typische Rollen (die keine zusätzlichen lasterzeugenden Einrichtungen wie magnetische oder flüssige Lasteinheiten aufweisen) weisen einen nahezu konstanten Luftwiderstand auf. Dies bedeutet, dass die zur Überwindung des Luftwiderstands auf Rollen erforderliche Leistung nahezu linear ist. Sie suchen also nach einem Gerät, das Rollen nachahmt, indem es das Übersetzungsverhältnis so anpasst, dass die Pedallasten konstant bleiben. Typische Rollen (die keine zusätzlichen lasterzeugenden Einrichtungen wie magnetische oder flüssige Lasteinheiten aufweisen) weisen einen nahezu konstanten Luftwiderstand auf. Dies bedeutet, dass die zur Überwindung des Luftwiderstands auf Rollen erforderliche Leistung nahezu linear ist. Sie suchen also nach einem Gerät, das Rollen nachahmt, indem es das Übersetzungsverhältnis so anpasst, dass die Pedallasten konstant bleiben.

Was Sie suchen, ist ungewöhnlich, da die meisten Anstrengungen unternommen wurden, um Trainer weniger wie Rollen zu machen, sondern eher wie auf der Straße zu fahren, wo die Belastung nichtlinear zunimmt. Aus technischer Sicht wäre es möglich, aber aus Marketingsicht funktioniert die Nachfrage in die andere Richtung.

R. Chung
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Außer Rollwiderstand ändert sich auch bei konstanter Geschwindigkeit. Zum Beispiel fahre ich mit 10 MPH auf einem Bürgersteig und gehe dann ins Gras. Wenn ich mich ständig bemühe, werde ich schnell langsamer oder höre sogar auf, wenn ich einen zu hohen Gang eingelegt habe.
David
Richtig, der Widerstand erhöht sich auch, wenn Sie mit konstanter Geschwindigkeit einen Hügel besteigen. Dies war eine einfache Illustration der Designherausforderungen, denen Sie gegenüberstehen. Tatsächlich ist das größere Problem beim Fahren im Freien die Beschleunigung (was Sie in der Antwort sehen können, auf die ich verwiesen habe). Um wie an einer Ampel zu beschleunigen, müssen Sie die Last erhöhen, während Sie noch auf dem Fahrrad balancieren. Wenn Sie die Pedalbelastung auf ein konstantes Maximum begrenzen, muss Ihr System sehr schnell zurückschalten. Es ist technisch möglich, aber es wird schwierig sein, es schnell genug zu modulieren.
R. Chung
Eine Analogie, die ich gerne verwende, ist ein Konstantstrom-Labornetzteil (PSU), mit dem ein Akku aufgeladen wird. Der Akku wird aufgeladen und möchte dem Stromfluss widerstehen, sodass das Labor-Netzteil die Spannung erhöht, um die Last konstant zu halten (konstanter Strom). Dies geschieht so schnell, dass das Amperemeter niemals von einer eingestellten Stromstärke (z. B. 1.500) zuckt. Ebenso wäre es schön, wenn das Fahrrad technisch ausgereift genug wäre, um Lastwechsel zu erfassen und die erforderlichen Anpassungen in Echtzeit vorzunehmen, sodass die Last aus Sicht des Fahrers unverändert bleibt (die Geschwindigkeit über Grund wird sich jedoch wahrscheinlich ändern).
David
Bei einem vollständigen Stopp würde das Fahrrad einfach in einen niedrigen Gang schalten, da es einige Annahmen treffen muss (es sei denn, es war wirklich ausgefeilt und konnte erkennen, wann Sie sich auf einem Hügel befanden und wie steil es war). Es ist etwas erstaunlich für mich, wie einfach es für einen Radfahrer ist, die Landschaft abzusuchen und die Last zu fühlen und sich manuell und sehr schnell einzustellen, aber wenn ich einen Computer auffordere, wird es plötzlich ein großes Projekt und teuer. Der Algorithmus zur Bewältigung einer festgelegten Höchstlast (vom Fahrer angegeben) müsste nach dem Fahren und Testen wahrscheinlich verfeinert werden, um alle üblichen Umstände gut zu bewältigen.
David
Richtig, in Ihrem Design würde das Fahrrad nach einem vollständigen Stopp einfach in einen (sehr) niedrigen Gang schalten, um die Pedalbelastung zu begrenzen. Dies ist genau das Gefühl, wenn man zum ersten Mal auf Rollen beginnt - die meisten Menschen haben weitaus größere Schwierigkeiten, das Anfahren auf Rollen zu erlernen, als die Geschwindigkeit auf Rollen beizubehalten, da der Widerstand beim Anfahren so gering ist. Sie fallen um, bevor sie sich ausgleichen können. Sie haben beobachtet, wie sich der Widerstand ändert, wenn Sie vom Bürgersteig auf das Gras gehen. In den meisten Fällen werden die Fahrer "Muskeln aufbauen", nicht um schneller zu fahren, sondern um diesen Pedalwiderstand zu nutzen, um das Gleichgewicht zu erreichen. Ihr Design entfernt das.
R. Chung
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Ich denke, Sie könnten dies mit einem stufenlosen Getriebe und einer Möglichkeit zum Messen der Last tun. Sie können einige Pedale nachbauen, um zu messen, wie viel Kraft der Fahrer drückt. Wahrscheinlich müssten die Pedale die Daten drahtlos an einen Mikrocontroller übertragen, damit Sie das Übersetzungsverhältnis anpassen können, da es keine gute Möglichkeit gibt, Drähte von sich drehenden zu sich nicht drehenden Dingen zu verlegen. Wenn Sie kein stufenloses Übersetzungsverhältnis benötigen, können Sie diese Pedalsensoren an einen Mikrocontroller anschließen und das System in eine standardmäßige elektronische Schaltung hacken. Es scheint überkomplex.

Hier ist meine aktuelle Empfehlung. Es gibt ihnen vielleicht nicht genau die Erfahrung, die sie suchen, aber wahrscheinlich ist es besser, ihnen ein E-Bike mit elektrischer Unterstützung zu besorgen ... oder ihnen zu sagen, sie sollen es aufsaugen und sich an das Schalten gewöhnen.

Kevin
quelle
Das, was mich manchmal am manuellen Schalten ärgert, ist, dass ich häufig zwischen 3 mittleren Gängen "hüpfen" muss, weil der Wind leicht geneigt ist ... Es wäre schön, wenn sich jemand auf die Fahrt konzentrieren und sich um die Elektronik und die Mechanik kümmern könnte Nehmen Sie kleinere Anpassungen vor, damit Ihre maximale Lasteinstellung nicht überschritten wird.
David
Ich denke, so etwas wie eine elektrische Unterstützung ist genau das, wonach Sie suchen, anstatt die Gänge zu schalten und zu verlangsamen, wird der Fahrer einen kleinen Schub bekommen, um bei der gleichen Geschwindigkeit zu bleiben. Es wird wahrscheinlich eine angenehmere Erfahrung sein.
Kevin
CVTs funktionieren in Autos und Rollern, weil sie viel höhere Drehzahlen erreichen. Ein Fahrer würde ein Maximum von 120-150 U / min erreichen, bevor er aus dem Sattel springt. Zum Vergleich: Die Eingangsgeschwindigkeit eines Rollers beträgt 2000-3000 U / min, und ein Auto erreicht 6000-10.000 U / min. Ein CVT mit einer Eingangsdrehzahl von 100 U / min funktioniert nicht gleich.
Criggie
Hört sich nach Spaß an. Vielleicht bekomme ich eines Tages ein Fahrrad mit einem CVT wie der NuVinci 360-Nabe auf ein Fahrrad mit diesen sehr breiten Reifen, damit ich vom Bürgersteig zum Gras und zurück zum Bürgersteig wechseln kann, ohne die "Unbeholfenheit" von Standardzahnrädern (Kettenblätter und Zahnräder) zu haben. . Es gibt mir auch einen viel geringeren Unterantrieb, den ich mir wünsche, und beseitigt Geisterwechsel, die ich nicht mag. Ich bevorzuge eine niedrige Gangvorspannung, da ich selten mehr als 15 MPH auf meinem Fahrrad fahre, also möchte ich es gerne so einstellen, dass es bei hoher Trittfrequenz bei 15 MPH nach oben läuft und dann das Verhältnis von 3,6: 1 bei 4 MPH nach unten fällt bei hoher Trittfrequenz.
David
Criggie. Ich denke nicht, dass niedrige Drehzahlen eines Fahrrads ein Problem für CVTs sind, da es den Anschein hat, als könnten sie bereits damit umgehen. Ich möchte eines Tages ein gebrauchtes CVT kaufen, um es auszuprobieren. Wenn jemand ein älteres Modell verwendet CVT lassen Sie es mich wissen. Es macht mir nicht einmal etwas aus, wenn es die schwere Version wie die ältere NuVincis ist. Ich möchte es nur testen, vielleicht auf einem Beach Cruiser Fahrradrahmen, den ich bereits zusätzlich zu meinem 3x7-MTB habe. Ich kann es nur manuell "verschieben" und später werde ich den elektronischen Harmonie-Shifter in Betracht ziehen. Vielen Dank.
David