Fahrrad mit konstanter / maximaler Last? Existiert es?

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.

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.

Shimanos elektronisches Alfine Di2-Schaltsystem für Hybride kann automatisch schalten, obwohl ich nicht weiß, ob die Last einstellbar ist.

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.

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.