DE102009028069A1

DE102009028069A1 - Pedometer mit automatischer Schrittlängenanpassung, Verfahren zum Betrieb eines Pedometers und Verwendung des Pedometers

Info

Publication number: DE102009028069A1
Application number: DE102009028069A
Authority: DE
Inventors: Gerhard Lammel; Daniel Schifferdecker
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2009-07-29
Filing date: 2009-07-29
Publication date: 2011-02-10
Also published as: US9200923B2; CN102472631A; WO2011012358A1; CN102472631B; US20120191410A1

Abstract

Es wird ein Pedometer zur Bestimmung der Länge einer zu Fuß zurückgelegten Strecke vorgeschlagen, wobei das Pedometer einen Beschleunigungssensor zur Ermittlung einer Anzahl von Schritten sowie einen Drucksensor zur Ermittlung einer Veränderung der geographischen Höhe aufweist und wobei eine Auswerteeinheit zur Anpassung der Schrittlänge an die gemessene durchschnittliche Höhenänderung pro Schritt konfiguriert ist.

Description

Stand der Technik
Die Erfindung geht aus von einem Pedometer nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Solche Pedometer, im Folgenden auch Schrittzähler genannt, sind allgemein bekannt. Beispielsweise ist aus der Druckschrift DE 10 2007 043 490 A1 ein Pedometer bekannt, bei dem über eine Auswertung der Signale eines Beschleunigungssensors auf eine Anzahl von Schritten bzw. über eine vorgegebene Schrittlänge auf eine zurückgelegte Strecke geschlossen werden kann. Da die so ermittelte Entfernung lediglich einer auf die Ebene projizierten Luftlinie zwischen Start- und Zielpunkt entspricht, ist weiterhin die Verwendung eines Drucksensors zur Berücksichtigung des Höhenprofils über den Streckenverlauf vorgesehen. Nachteilig ist bei dem Pedometer nach dem Stand der Technik, dass lediglich eine allgemeine Berücksichtigung des Einflusses der überwundenen Höhe auf die Länge der zurückgelegten Strecke vorgesehen ist. Eine variable Anpassung der bei der Streckenmessung berücksichtigten Länge der Schritte an eine Höhenänderung pro Schritt ist im Stand der Technik nicht offenbart, weshalb diese Form der Streckenberechnung relativ ungenau ist.
Offenbarung der Erfindung
Das erfindungsgemäße Pedometer und das erfindungsgemäße Verfahren zum Zählen von Schritten gemäß den Merkmalen der nebengeordneten Ansprüche haben gegenüber dem Stand der Technik den Vorteil, dass eine Anpassung der vorgegebenen Schrittlänge an die gemessene durchschnittliche Höhenänderung pro Schritt, das heißt variabel, erfolgt, sofern sich die gemessene durchschnittliche Höhenänderung pro Schritt, insbesondere bezogen auf eine bestimmte Teilstrecke signifikant ändert. Damit ist eine genauere Bestimmung von zu Fuß zurückgelegten Strecken auf der Basis von Pedometern möglich.
Im Allgemeinen variiert ein Mensch beim Gehen die Länge seiner Schritte. Die Länge der Schritte hängt dabei insbesondere von der Höhe ab, die beim Gehen pro Schritt überwunden wird. So verkürzt ein Mensch beim Gehen im Gelände auf Steigungen oder auf Gefälle in der Regel automatisch die Länge seiner Schritte. Insbesondere beim Auf- oder Absteigen von Treppen verkürzt sich die Schrittlänge stark. Dies führt zu einer fehlerhaften Berechnung von zu Fuß zurückgelegten Strecken, sofern die Berechnung auf der Anzahl der Schritte und der Zugrundelegung einer unangepassten Länge der Schritte beruht. Erfindungsgemäß ist es von Vorteil, dass abhängig vom Profil der zurückgelegten Strecke eine relativ flexible Anpassung der Schrittlänge möglich ist. So kann auch bei einer Folge von positiven und negativen Höhenänderungen, deren gesamte Höhenänderung in der Summe null ergibt, eine Anpassung der Schrittlängen an die jeweilige positive oder negative Steigung erfolgen.
Insbesondere bei der Ermittlung der Länge von in Gebäuden zurückgelegten Strecken, bei denen wiederholt Treppen hinauf- und hinabgestiegen werden, kann so eine im Vergleich zum Stand der Technik höhere Genauigkeit erzielt werden. Sollen die ermittelten zurückgelegten Strecken z. B. für die Koppelnavigation verwendet werden, ist es insbesondere innerhalb von Gebäuden, Tunnels und U-Bahnhöfen von Vorteil, eine genaue Bestimmung zurückgelegter Strecken anhand der Schrittlänge vornehmen zu können, da eine üblicherweise bei der Koppelnavigation vorgenommene Korrektur der Position anhand von GPS Signalen an Orten mit schlechtem oder undzureichendem GPS Empfang nicht möglich ist. Eine solche Koppelnavigation kann z. B. für ortsbezogene Dienste notwendig sein.
Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung ist vorgesehen, dass bei einer gemessenen durchschnittlichen Höhenänderung pro Schritt von null die variable Schrittlänge einen der vorgegebenen Schrittlänge entsprechenden Wert aufweist, der im Folgenden als Maximalwert bezeichnet wird, und dass die variable Schrittlänge mit betragsmäßig zunehmender gemessener durchschnittlicher Höhenänderung pro Schritt zunehmend geringer ist. Dies bedeutet, dass auf ebener Strecke (d. h. keine gemessene durchschnittliche Höhenänderung bzw. die gemessene durchschnittlichen Höhenänderung pro Schritt ist gleich null) die variable Schrittlänge einem Maximalwert zugeordnet ist. Der zugeordnete Wert der variablen Schrittlänge fällt mit betragsmäßig zunehmender gemessener durchschnittlicher Höhenänderung pro Schritt ab. Damit wird vorteilhafterweise eine besonders genaue Streckenberechnung möglich.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung ist vorgesehen, dass die vorgegebene Schrittlänge in einem Intervall von 50 cm bis 100 cm, besonders bevorzugt in einem Intervall von 60 cm bis 80 cm liegt und ganz besonders bevorzugt bei 70 cm liegt.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung ist vorgesehen, dass die variable Schrittlänge null ist, wenn die gemessene durchschnittliche Höhenänderung pro Schritt betragsmäßig größer als eine vorgegebene obere Höhenänderung pro Schritt ist, wobei die vorgegebene obere Höhenänderung pro Schritt in einem Intervall von 25 cm bis 35 cm, besonders bevorzugt in einem Intervall von 27 cm bis 30 cm und ganz besonders bevorzugt bei 28 cm liegt. Hierdurch ist es ebenfalls möglich die Berechnung der Strecken zu verbessern. Da die durchschnittliche Höhe einer Treppenstufe in Gebäuden ca. 14 cm beträgt, kann so beispielsweise ein Schritt bei dem zwei Treppenstufen auf einmal hinauf- oder hinabgestiegen werden noch dem Gehen auf einer Steigung oder einem Gefälle zugordnet werden. Bei größeren Höhenänderungen pro Schritt muss dagegen von einem Spezialfall wie z. B. dem Hinauf- und Hinabsteigen einer Leiter ausgegangen werden.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung ist vorgesehen, dass die Auswerteeinheit für eine Mittelung der Drucksignale über ein Zeitintervall konfiguriert ist, wobei die Länge des Zeitintervalls 1 bis 10 Sekunden, bevorzugt 2 bis 6 Sekunden und besonders bevorzugt 3 bis 4 Sekunden beträgt. Diese Mittelung erfolgt, um Fehler bei der Messung der durchschnittlichen Höhenänderung pro Schritt zu verringern, die durch Bewegungen eines Benutzers des Pedometers oder durch Störeinflüsse auf das Signal des Drucksensors entstehen können.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung ist vorgesehen, dass die variable Schrittlänge in einem ersten von null ausgehenden Bereich der gemessenen durchschnittlichen Höhenänderung pro Schritt bis zu einem vorgegebenen Schwellenwert die vorgegebene Schrittlänge ist, d. h. dem Maximalwert entspricht, und dass die variable Schrittlänge in einem zweiten Bereich von einer ersten Schwellenschrittlänge aus mit betragsmäßig zunehmender gemessener durchschnittlicher Höhenänderung pro Schritt abnimmt, wobei der Schwellenwert in einem Intervall von 4 cm bis 12 cm pro Schritt, bevorzugt in einem Intervall von 6 cm bis 10 cm pro Schritt und besonders bevorzugt bei 8 cm pro Schritt liegt und wobei die erste Schwellenschrittlänge bevorzugt in einem Intervall von 35 cm bis 60 cm und besonders bevorzugt in einem Intervall von 40 cm bis 58 cm liegt. Dieser Schwellenwert ist vorgesehen, um zusätzlich zur zeitlichen Mittelung des Drucksignals Störeinflüsse auf das Signal des Drucksensors zu kompensieren.
Ein weiterer Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren zur Bestimmung der Länge einer zu Fuß zurückgelegten Strecke, wobei anhand der Beschleunigungssignale eines Beschleunigungssensors eine Anzahl von Schritten ermittelt wird, und anhand der Drucksignale eines Drucksensors eine Veränderung der geographischen Höhe ermittelt wird. Über eine Angleichung der Schrittlänge an die gemessene durchschnittliche Höhenänderung pro Schritt wird eine im Vergleich zum Stand der Technik genauere Bestimmung der Länge der zurückgelegten Strecke ermöglicht.
Ein weiterer Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist eine Verwendung des oben beschriebenen Pedometers für die Koppelnavigation in Gebäuden und für die Bereitstellung ortsbezogener Dienste.
Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung sind den Unteransprüchen, sowie der Beschreibung unter Bezugnahme auf die Zeichnungen entnehmbar.
Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Es zeigen
1 eine schematische Darstellung des Pedometers gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung,
2 eine schematische Darstellung eines beispielhaften Höhenprofils entlang eines Streckenverlaufes,
3 eine schematische Darstellung des Verlaufs der variablen Schrittlänge als Funktion der Höhenänderung pro Schritt gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung,
4 eine schematische Darstellung des Verlaufs der variablen Schrittlänge als Funktion der Höhenänderung pro Schritt gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung und
5 eine schematische Darstellung des Verlaufs der variablen Schrittlänge als Funktion der Höhenänderung pro Schritt gemäß einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
Ausführungsformen der Erfindung
In 1 ist ein schematisches Blockdiagramm eines Pedometers 10 gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung dargestellt, wobei das Pedometer 10 einen Beschleunigungssensor 20, einen Drucksensor 30, eine Auswerteeinheit 40 und eine Ausgabeeinheit 50 aufweist. Die Signale des Beschleunigungssensors 20 und des Drucksensors 30 werden der Auswerteeinheit 40 zugeführt, die wiederum Ergebnisse einer Auswertung dieser Signale der Ausgabeeinheit 50 zuführt.
In 2 ist ein schematisches Diagramm eines beispielhaften Höhenprofils entlang eines Streckenverlaufes einer zurückgelegten Strecke 13 dargestellt. Die Strecke 13 weist eine erste Teilstrecke 11 und eine zweite Teilstrecke 12 auf, die unterschiedliche Steigungen aufweisen. Die geographische Höhe 14 ist ergänzend angedeutet. Weiterhin ist eine variable Schrittlänge 9, die der Berechnung der Länge der zurückgelegten Strecke 13 zugrunde gelegt wird, schematisch in verschiedenen Bereichen der Strecke 13 dargestellt. Zu erkennen ist dabei, dass sich die variable Schrittlänge 9 in unterschiedlichen Bereichen der Strecke 13 unterscheidet. Auf der ersten Teilstrecke 11 mit einer ersten Steigung wird eine vergleichsweise kürzere variable Schrittlänge 9 angenommen. Auf der zweiten Teilstrecke 12 mit einer größeren Steigung wird eine noch kürzere variable Schrittlänge 9 angenommen. Eine größere Steigung (positiv oder negativ) entspricht einer größeren gemessenen durchschnittlichen Höhenänderung pro Schritt 2.
In 3 sind die Werte, die die variable Schrittlänge 9 gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung annimmt, über der gemessenen durchschnittlichen Höhenänderung pro Schritt 2 aufgetragen. Bei einer gemessenen durchschnittlichen Höhenänderung pro Schritt 2 von null wird der variablen Schrittlänge 9 dabei ein Wert von 70 cm zugewiesen, der einem angenommenen Wert der Schrittlänge eines Menschen in der Ebene entspricht. Bei gemessenen Steigungen oder Gefälle wird dieser Wert erfindungsgemäß verringert, weshalb diese Schrittlänge im Folgenden als Maximalwert bezeichnet wird. Bei einer betragsmäßig größeren gemessenen durchschnittlichen Höhenänderung pro Schritt 2 nimmt die variable Schrittlänge 9 zunehmend ab, bis ab einer oberen Höhenänderung pro Schritt 3 eine variable Schrittlänge 9 von null gesetzt wird. Ab dieser oberen Höhenänderung pro Schritt 3 wird von Spezialfällen ausgegangen, die z. B. das Hinauf- oder Hinabsteigen einer Leiter oder Änderungen der Umgebungseinflüsse sein können. Anstelle des dargestellten linearen Verlaufs sind jedoch auch andere, z. B. stufenförmige Verläufe denkbar, wie sie z. B. durch eine Digitalisierung der Druck- und Beschleunigungssignale entstehen können.
In 4 sind die Werte, die die variable Schrittlänge 9 gemäß einer zweiten Ausführungsform der Erfindung annimmt, über einer gemessenen durchschnittlichen Höhenänderung pro Schritt 2 aufgetragen. Bei einer gemessenen durchschnittlichen Höhenänderung pro Schritt 2 von null wird der variablen Schrittlänge 9 dabei ein Wert von 70 cm zugewiesen, der einem angenommenen Wert der Schrittlänge eines Menschen in der Ebene entspricht. Ab einem Schwellenwert 5 der gemessenen durchschnittlichen Höhenänderung pro Schritt 2 wird von einer Änderung der Steigung ausgegangen. Entsprechend fällt die variable Schrittlänge 9 auf eine erste Schwellenschrittlänge 7 ab, die der gemessenen durchschnittlichen Höhenänderung pro Schritt 2 entspricht. In einem zweiten Bereich 6 fällt die variable Schrittlänge 9 wie in 3 beschrieben bis zur oberen Höhenänderung pro Schritt 3 ab, ab der eine variable Schrittlänge 9 von null gesetzt wird
In 5 sind die Werte, die die variable Schrittlänge 9 gemäß einer dritten Ausführungsform der Erfindung annimmt, über einer gemessenen durchschnittlichen Höhenänderung pro Schritt 2 aufgetragen. Bei einer gemessenen durchschnittlichen Höhenänderung pro Schritt 2 von null wird, in einem ersten Bereich 4, der variablen Schrittlänge 9 dabei ein Wert von 70 cm zugewiesen, der einem angenommenen Wert der Schrittlänge eines Menschen in der Ebene entspricht. Ab einem Schwellenwert 5 der gemessenen durchschnittlichen Höhenänderung pro Schritt 2 fällt die variable Schrittlänge 9 auf eine zweite Schwellenschrittlänge 8 ab. Diese zweite Schwellenschrittlänge 8 hat über einen gesamten zweiten Bereich 6 einen konstanten Wert, der einer konstanten Schrittlänge beim Hinauf- oder Hinabsteigen einer Treppe entspricht. Der Bereich 6 endet bei einer oberen Höhenänderung pro Schritt 3, bei der die variable Schrittlänge 9 wieder auf null abfällt.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

- DE 102007043490 A1 [0002]

Claims

Pedometer (10), wobei das Pedometer einen Beschleunigungssensor (20) zur Erkennung einer Anzahl von Schritten anhand von Beschleunigungssignalen des Beschleunigungssensors (20) aufweist, wobei das Pedometer einen Drucksensor (30) zur Erkennung einer Höhenänderung anhand von Drucksignalen des Drucksensors (30) aufweist und wobei das Pedometer eine Auswerteeinheit (40) zur Bestimmung der Länge einer zurückgelegten Strecke (13) mittels einer vorgegebenen Schrittlänge (1) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass das Pedometer (10) zur Verwendung einer variablen Schrittlänge (9) in Abhängigkeit einer gemessenen durchschnittlichen Höhenänderung pro Schritt (2) konfiguriert ist.
Pedometer (10) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass bei einer gemessenen durchschnittlichen Höhenänderung pro Schritt von null die variable Schrittlänge (9) einen der vorgegebenen Schrittlänge (1) entsprechenden Maximalwert aufweist und dass die variable Schrittlänge (9) mit betragsmäßig zunehmender gemessener durchschnittlicher Höhenänderung pro Schritt (2) zunehmend geringer ist.
Pedometer (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die vorgegebene Schrittlänge (1) in einem Intervall von 50 cm bis 100 cm und bevorzugt in einem Intervall von 60 cm bis 80 cm liegt.
Pedometer (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die variable Schrittlänge (9) null ist, wenn die gemessene durchschnittliche Höhenänderung pro Schritt (2) betragsmäßig größer als eine vorgegebene obere Höhenänderung pro Schritt (3) ist, wobei die vorgegebene obere Höhenänderung pro Schritt (3) bevorzugt in einem Intervall von 25 cm bis 35 cm und besonders bevorzugt in einem Intervall von 27 cm bis 30 cm liegt.
Pedometer (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Auswerteeinheit (40) für eine Mittelung der Drucksignale über ein Zeitintervall konfiguriert ist, wobei die Länge des Zeitintervalls 1 bis 10 Sekunden, bevorzugt 2 bis 6 Sekunden und besonders bevorzugt 3 bis 4 Sekunden beträgt.
Pedometer (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die variable Schrittlänge (9) in einem ersten von null ausgehenden Bereich (4) der gemessenen durchschnittlichen Höhenänderung pro Schritt (2) bis zu einem vorgegebenen Schwellenwert (5) die vorgegebene Schrittlänge (1) ist, und dass die variable Schrittlänge (9) in einem zweiten Bereich (6) von einer ersten Schwellenschrittlänge (7) aus mit betragsmäßig zunehmender gemessener durchschnittlicher Höhenänderung pro Schritt (2) abnimmt, wobei der Schwellenwert (5) in einem Intervall von 4 cm bis 12 cm pro Schritt, bevorzugt in einem Intervall von 6 cm bis 10 cm pro Schritt und besonders bevorzugt bei 8 cm pro Schritt liegt und wobei die erste Schwellenschrittlänge (7) bevorzugt in einem Intervall von 35 cm bis 60 cm und besonders bevorzugt in einem Intervall von 40 cm bis 58 cm liegt.
Pedometer (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die variable Schrittlänge (9) in einem ersten von null ausgehenden Bereich (4) bis zu dem vorgegebenen Schwellenwert (5) der gemessenen durchschnittlichen Höhenänderung pro Schritt (2) die vorgegebene Schrittlänge (1) ist, und dass die variable Schrittlänge (9) in einem zweiten Bereich (6) eine konstante zweite Schwellenschrittlänge (8) ist, wobei die zweite Schwellenschrittlänge (8) in einem Intervall von 20 cm bis 35 cm und bevorzugt in einem Intervall von 25 cm bis 30 cm liegt.
Verfahren zum Betrieb eines Pedometers (10), wobei anhand von Beschleunigungssignalen eines Beschleunigungssensors (20) eine Anzahl von Schritten erkannt wird und anhand von Drucksignalen eines Drucksensors (30) eine Höhenänderung erkannt wird und wobei die Länge einer zurückgelegten Strecke (13) anhand einer vorgegebenen Schrittlänge (1) bestimmt wird, dadurch gekennzeichnet, dass eine erste variable Schrittlänge in (9) Abhängigkeit einer gemessenen durchschnittlichen Höhenänderung pro Schritt (2) verwendet wird.
Verwendung eines Pedometers (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet dass das Pedometer (10) zur Koppelnavigation in Gebäuden und insbesondere für ortsbezogene Dienste genutzt wird.