用于測定自行車蹬車節(jié)奏和行進速度的傳感器裝置和方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種傳感器裝置（1），其用于測定曲柄的節(jié)奏和自行車的行進速度。所述傳感器裝置（1）包括：殼體（2）；加速度計（4），其具有大體互相垂直布置的第一和第二測量軸線（z,y），能夠提供依賴于沿第一測量軸線（z）的第一加速度的第一信號和依賴于沿第二測量軸線（y）的第二加速度的第二信號；無線發(fā)送器（6）；以及電源（8）。加速度計（4）、無線發(fā)送器（6）和電源（8）包含在殼體（2）內(nèi)，并且殼體（2）包括將殼體（2）附接在自行車車輪的附接裝置（3）。傳感器裝置（1）還包括從在第一信號中發(fā)生極性連續(xù)變化的速率或者從在第一信號中發(fā)生連續(xù)正極值和負極值的速率來測定節(jié)奏的第一裝置以及從在第二信號中發(fā)生連續(xù)最大和最小峰值的速率測定行進速度的第二裝置。
【專利說明】用于測定自行車蹬車節(jié)奏和行進速度的傳感器裝置和方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種用于自行車的測定騎車者蹬車節(jié)奏和自行車行進速度的傳感器裝置。進一步，本發(fā)明屬于一種測定騎車者蹬車節(jié)奏和自行車行進速度的相應(yīng)的方法。
【背景技術(shù)】
[0002]通常對于測量自行車行進速度使用的裝置由附接于前輪或后輪輻條上的磁體和諸如磁性簧片開關(guān)等傳感器或附接于主梁前叉或后部，例如附接于鏈條撐桿或車座撐桿的霍爾效應(yīng)傳感器組成。傳感器檢測隨著車輪轉(zhuǎn)動磁體何時通過。然后從等于車輪周長的車輪轉(zhuǎn)動期間行進的距離和車輪完全旋轉(zhuǎn)一圈花費的時間，例如，磁體經(jīng)過傳感器的連續(xù)通過之間的時間，來測定行進速度。同樣地，騎車者蹬車的速率，即節(jié)奏，典型地使用安裝在曲柄或鏈輪(也稱為前鏈輪或驅(qū)動鏈輪)上的磁體和安裝在主梁上的傳感器，再一次通過感應(yīng)經(jīng)過傳感器的磁體的通過，并然后測定從經(jīng)過傳感器的磁體的連續(xù)通過之間所經(jīng)歷時間的每單位時間的齒盤轉(zhuǎn)數(shù)來測定行進速度。
[0003]在US 3，898，563中描述了這種現(xiàn)有技術(shù)解決方案，其中提出了使用兩個獨立的傳感器/磁體布置，其一安裝在前輪以測量行進速度以及另一個安裝在驅(qū)動鏈輪以測量節(jié)奏。
[0004]為了此測量配置良好工作，磁體與傳感器精確對正很重要。此外，此類型的測量配置的正確操作嚴格地取決于仔細調(diào)整磁體和傳感器之間的距離，因為僅在磁體緊密靠近傳感器時，傳感器才可靠地檢測到磁體的存在。不幸地，即使當傳感器和磁體在將配置安裝在自行車期間互相精確地定位時，它們的對正和它們之間的距離隨著時間的推移而經(jīng)常變化。這可例如可歸因于自行車的操作，例如，當從汽車上裝載和卸載自行車時經(jīng)常需要移動以及隨后重新接上一個車輪，或歸因于在其操作過程中作用在自行車上的震動和沖擊。此傳感器和磁體之間的位移將最終限制配置準確工作，這尤其在自行車旅行和特別是比賽期間使人煩惱。時常重新調(diào)整配置需要使用工具，而當騎自行車時此工具可能不在手邊。
[0005]已經(jīng)提出一些解決方案以減輕這些問題。在US 5，089, 775、US 6，188，215 BI以及US 6，331，771 BI中提出了磁體安裝裝配以力圖增加磁體在車輪輻條上的安裝穩(wěn)定性。US 6，957，926 B2提出了一種不需要使用工具安裝或調(diào)整在車輪輻條上磁體的安裝的磁體安裝結(jié)構(gòu)。另一方面，EP I 508 514 Al和EP I 923 302 Al披露了裝置包括速度傳感器和節(jié)奏傳感器以布置在鏈條上，如此避免必須分別布置兩個獨立傳感器也力圖確保兩傳感器的穩(wěn)定和精確安裝。另外，US 2008/0252038 Al描述一種具有空腔結(jié)構(gòu)以接納傳感器裝置的自行車主梁，如此允許保持主梁的空氣動力外形同時傳感器裝置在空腔中牢固地固定并精確地定位。此方法的缺點是通過在主梁中形成空腔主梁結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性可潛在地被損壞。此外，WO 2004/057274 Al披露了一種磁體和傳感器集成在自行車零件的解決方案。在WO2004/057274 Al中提出在自行車車輪胎內(nèi)部布置速度計的磁體并且將傳感器牢固地連接至車把下端，即兩前叉頂端之間。進一步，也提出在底部支架內(nèi)的軸側(cè)面布置踏板轉(zhuǎn)速計的磁體(為測量節(jié)奏)并且將傳感器連接至自行車主梁，例如，位于車座管或豎管的底端。根據(jù)此布置，磁體和傳感器都很好地得到保護，但缺點是兩元件在需要修理或替換的情況下不易或完全不能接觸到。
[0006]還已知一種是測量自行車的行進速度或者蹬車節(jié)奏的可選的方法。US 4，526，036披露一種計劃安裝在自行車非回轉(zhuǎn)零件上包括用于測量加速度的裝置的節(jié)奏計量儀。基于測量由騎車者在每蹬車循環(huán)應(yīng)用在踏板上變力引起的自行車在其行進方向加速度和減速度的交變相位以測定節(jié)奏。在EP I 213 561 BI中描述了在測量裝置中采用的類似技術(shù)。此測量裝置包括加速度計，其安裝在自行車上以使其測量軸線與行進方向一致，其輸出信號被處理以提取蹬車頻率(即節(jié)奏)。此外，WO 2008/058164 A2呈現(xiàn)一種基于齒盤的自行車功率測量裝置，其中需要蹬車節(jié)奏作為功率計算的一部分的。與測定蹬車節(jié)奏一起，提及安裝在齒盤上的加速度計能夠用于測量相對于曲柄朝向的重力的方向。在WO 2010/000369Al中描述了在用于測量循環(huán)功率輸出裝置中使用加速度計，其中加速度計嵌入自行車夾板，其用螺栓固定至騎車者鞋中或可選擇地安裝在自行車的踏板上或騎車者的腿或腳上。因此，安裝加速度計以使其兩個測量軸線跨過平行于曲柄旋轉(zhuǎn)的兩平行面的平面。在WO2010/000369 Al中提出基于測量來自加速度計的輸出信號各自的連續(xù)最小和最大值之間的經(jīng)歷時間以測定節(jié)奏，該最大值和最小值分別發(fā)生在曲柄每轉(zhuǎn)的上止點和下止點。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]本發(fā)明的目的是提供一種測量騎車者蹬車節(jié)奏和自行車行進速度以及具有減少零件數(shù)量的傳感器裝置。本發(fā)明的進一步目標是提供一種即使當其位置偏移時也能可靠地工作的傳感器裝置。本發(fā)明的另一個目的是提供一種測定騎車者蹬車節(jié)奏和自行車行進速度的可選方法。
[0008]至少這些目的通過包括在權(quán)利要求1中陳述的特征的傳感器裝置以及包括權(quán)利要求9的步驟的方法而實現(xiàn)。在進一步權(quán)利要求中給出了優(yōu)選的實施例和用途。
[0009]本發(fā)明提供一種測定曲柄節(jié)奏和自行車行進速度的傳感器裝置，包括:
-殼體；
-加速度計，其具有大體互相垂直布置的第一和第二測量軸線，能夠提供依賴于沿第一測量軸線的第一加速度的第一信號和依賴于沿第二測量軸線的第二加速度的第二信號；
-無線發(fā)送器；
-電源；
其中加速度計、無線發(fā)送器和電源包含在殼體內(nèi)，并且其中殼體包括將殼體附接在自行車車輪的附接裝置，并且其中傳感器裝置還包括從在第一信號中發(fā)生極性連續(xù)變化的速率或者從在第一信號中發(fā)生連續(xù)正極值和負極值的速率來測定節(jié)奏的第一裝置以及從在第二信號中發(fā)生連續(xù)最大和最小峰值的速率測定行進速度的第二裝置。
[0010]根據(jù)本發(fā)明的這種傳感器裝置能夠使用附接在自行車車輪上的單個2軸或3軸加速度計測量騎車者的蹬車節(jié)奏和自行車的行進速度，如此需要比已知的解決方案更少的零件并使安裝這種傳感器裝置更簡易、更快速和更方便。容易的安裝進一步由下述事實來支持:根據(jù)本發(fā)明的傳感器裝置的正確和可靠的功能不是嚴格地依賴于其在車輪上安裝的精確位置以及對其位置的偏移不敏感。第一裝置基于在第一加速度信號中符號的連續(xù)交變的發(fā)生之間經(jīng)歷的時間，或基于在第一信號中連續(xù)正極值或負極值發(fā)生之間經(jīng)歷的時間來測定騎車者蹬車的節(jié)奏。此特征使本發(fā)明的實施尤為簡單和低成本。此外，第二裝置基于在第二加速度信號中連續(xù)最大和最小峰值的發(fā)生之間經(jīng)歷的時間測定自行車行進速度。此特征也允許簡單實施，如此使得能夠?qū)崿F(xiàn)能夠測定曲柄節(jié)奏和行進速度的自行車的具有成本效益的傳感器解決方案。
[0011 ] 在本發(fā)明的實施例中，傳感器裝置還包括從在第二加速度信號的包絡(luò)線中發(fā)生連續(xù)最大和最小峰值的速率測定節(jié)奏的第三裝置。這樣，從獨立于從第一信號測定的第一節(jié)奏值的第二加速度信號測定對于節(jié)奏的第二值。
[0012]在本發(fā)明的進一步實施例中，傳感器裝置還包括使用由第一裝置測定的節(jié)奏值和由第三裝置測定的節(jié)奏值測定更精確和/或更可靠的節(jié)奏值的第四裝置。此實施例是容錯的，因為在沿其一測量軸線，加速度計的加速度測量暫時失效或永久地故障的情況下，可采用交變、冗余的測量以提供節(jié)奏值。選擇性地，通過適當?shù)亟Y(jié)合兩個獨立地測定的節(jié)奏值，能夠取得一個更加精確的結(jié)果。
[0013]在本發(fā)明的一個方面中，提供了具有根據(jù)本發(fā)明的傳感器裝置的自行車車輪，其中第一測量軸線定向為大體平行于車輪的輪軸并且第二測量軸線定向為大體垂直于輪軸。這樣，由第一裝置測定蹬車節(jié)奏的橫向加速度可被獨立于作用在測量后面的加速度的自行車的縱向平面內(nèi)的任何加速度來測量，以便利用第二裝置測定行進速度。
[0014]在本發(fā)明的進一步方面中，在自行車車輪上布置傳感器裝置以使第二測量軸線與輪軸的軸線相交。這樣，作用于加速度計的徑向力可獨立于切向力測量，如此使得車輪旋轉(zhuǎn)的速率的測定結(jié)果首先更可靠或更易測定。
[0015]在根據(jù)本發(fā)明的傳感器裝置的進一步實施例中，第一和第二裝置是自行車計算機或諸如移動電話或個人數(shù)字助理(PDA)等便攜設(shè)備的一部分。除了在殼體內(nèi)設(shè)置第一和第二裝置，包括由自行車計算機中的這兩種裝置實現(xiàn)的功能，例如在自行車計算機內(nèi)將相應(yīng)的軟件模塊并入在微處理器上執(zhí)行的程序中，更加具有成本效益。按照同樣的方式，第三和第四裝置也能作為自行車計算機或諸如移動電話或PDA等便攜設(shè)備的一部分包括在內(nèi)。
[0016]在本發(fā)明的另一方面中，提供了具有根據(jù)本發(fā)明的傳感器裝置的自行車，其中殼體附接于自行車的車輪，例如后輪，并且其中加速度計的第一測量軸線定向為大體平行于附接傳感器裝置的車輪的輪軸且加速度計的第二測量軸線定向為大體垂直于附接傳感器裝置的車輪的輪軸。通過將殼體附接在自行車橫向加速度的后輪，即那些相對于自行車行進方向成直角作用的后輪，能夠比在額外的主要側(cè)向轉(zhuǎn)向力也可作用的前輪更可靠地檢測至IJ?？梢詮尿T車者在每個蹬車循環(huán)期間施加在左右踏板的交變力且由于從其產(chǎn)生的騎車者的周期性的重量轉(zhuǎn)換引起的自行車的周期性橫向“搖擺”運動來測定節(jié)奏。此外，殼體例如在自行車車輪上布置為使得第二測量軸線與輪軸軸線相交。這樣，作用于加速度計的徑向力可獨立于切向力測量，如此使得車輪旋轉(zhuǎn)速率的測定結(jié)果首先更可靠或更易測定。
[0017]在本發(fā)明的進一步方面中，提供使用加速度計來測定曲柄節(jié)奏和自行車行進速度的相應(yīng)方法，加速度計附接在自行車車輪上以使加速度計的第一測量軸線定向為大體平行于輪軸且加速度計的第二測量軸線定向為大體垂直于輪軸，所述方法包括以下步驟:
a)測量依賴于沿第一測量軸線的第一加速度的第一信號；
b)測量依賴于沿第二測量軸線的第二加速度的第二信號；
c)從在第一信號中發(fā)生極性連續(xù)變化的速率或從在第一信號中發(fā)生連續(xù)正極值和負極值的速率測定節(jié)奏值；
d)從在第二信號中發(fā)生連續(xù)正極值和負極值的速率測定行進速度值。
[0018]在本發(fā)明的實施例中，所述方法還包括以下步驟:
e)從在第二加速度信號的包絡(luò)線中發(fā)生連續(xù)極值的速率測定節(jié)奏值。
[0019]這允許以可選擇的方式確定節(jié)奏，尤其在鏈輪和附接傳感器裝置的車輪之間傳動比較大，例如，大約為3或更大的情形下，這典型地是高速情況，亦是如此。
[0020]在本發(fā)明的進一步實施例中，所述方法還包括以下步驟:
f)使用在步驟c)測定的節(jié)奏值和在步驟e)測定的節(jié)奏值測定更精確和/或更可靠的節(jié)奏值。
[0021]因此，根據(jù)本發(fā)明，建議適當?shù)亟Y(jié)合兩個測定的節(jié)奏值以得出更精確的結(jié)果或選擇性地使用任一測定的節(jié)奏值如此利用冗余度以提高方法的可靠性并且在加速度測量在兩測量軸線其一失效的情況下使用關(guān)聯(lián)的傳感器裝置。
[0022]此外，提出附接于自行車車輪的2軸或3軸加速度計，均用于提供表示曲柄節(jié)奏的第一信號，其中第一信號依賴于沿定向為大體平行于車輪輪軸的加速度計第一測量軸線的第一加速度，并且用于進一步提供表示自行車行進速度的第二信號，其中第二信號依賴于沿定向為大體垂直于車輪輪軸的加速度計的第二測量軸線的第二加速度。本發(fā)明利用下述驚人的效果:來源于在蹬車循環(huán)期間以節(jié)奏的速率發(fā)生的騎車者的周期性重量轉(zhuǎn)變的加速度以及由附接于車輪的物體由于車輪的旋轉(zhuǎn)引起而經(jīng)歷的其速率直接與自行車的行進速度有關(guān)的加速度沿正交方向出現(xiàn)并且因此能在附接于自行車車輪的單個2軸或3軸加速度計的輔助下獨立地測量。
[0023]明顯地指出上述或此后描述的實施例的任何組合，或組合的組合是進一步組合的范疇。僅那些將導致矛盾的組合被排除在外。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0024]為了便于理解本發(fā)明，在將被視為結(jié)合下述描述的附圖中示出了本發(fā)明的示例性實施例。因此，本發(fā)明可被更加容易地領(lǐng)會。在圖中示出了下述:
圖1示出了根據(jù)本發(fā)明的傳感器裝置的框圖；
圖2示出了根據(jù)本發(fā)明的傳感器裝置在自行車車輪的布置；
圖3a)示出了具有根據(jù)本發(fā)明的傳感器裝置的車輪的橫向視圖；
b)示出了具有根據(jù)本發(fā)明的傳感器裝置的車輪的縱向截面；以及
c)示出了具有根據(jù)本發(fā)明的傳感器裝置和踏板、曲柄和心軸的車輪的縱視圖；
圖4示出了沿加速度計的z測量軸線方向，即相對于自行車車輪平面的橫向作用的加速度的示例性繪圖；以及
圖5示出了沿加速度計的y測量軸線方向，即車輪輪軸的徑向作用的加速度的示例性繪圖。
【具體實施方式】
[0025]圖1描繪了根據(jù)本發(fā)明的傳感器裝置I的框圖。傳感器裝置I包括利用附接裝置3可附接于自行車的車輪11、11’的殼體2，例如，附接于一個或更多輻條12。殼體2包含與處理單元5連接的2軸或3軸加速度計4,處理單元5進而與具有天線7的無線發(fā)送器6連接。這三個單元由電池8或可選的電源供電。無線發(fā)送器6例如根據(jù)ANT/ANT+、Zigbee或藍牙標準操作并可用于從傳感器裝置I傳送數(shù)據(jù)到諸如自行車計算機、移動電話或個人數(shù)字助理(PDA)等遠程設(shè)備9。遠程設(shè)備9的屏幕10則可用于顯示來自傳感器裝置I的測量結(jié)果。也可采用遠程設(shè)備9存儲從傳感器裝置I接收的數(shù)據(jù)，例如用于稍后分析和/或下載至計算機。處理單元5可選擇性地為遠程設(shè)備9的一部分，例如，由處理單元5執(zhí)行的處理可作為附加任務(wù)在遠程單元9中的微處理器上運行。
[0026]從圖2可以看出，傳感器裝置I優(yōu)選附接于自行車的后輪11。選擇性地，傳感器裝置I也可附接于前輪11’。傳感器裝置I應(yīng)當安裝在車輪11上使得加速度計4的第一測量軸線z大體平行于車輪11的輪軸13，并且加速度計4的第二測量軸線y大體垂直于車輪11的輪軸13并優(yōu)選與車輪11的輪軸13的軸線a相交，優(yōu)選交于其中心C。這樣，加速度計4可測量沿第一測量軸線z與車輪11平面成直角作用的橫向加速度和沿第二測量軸線y的相對于輪軸13的徑向加速度。如果加速度計4提供正交于第一和第二測量軸線z和y的第三測量軸線X，則作用在以車輪11中心C為中心的圓的切向加速度也能測量。適用于本目的的加速度計可容易從諸如Analog Devices公司等制造商得到,例如像雙軸加速度計ADXL210或三軸加速度計ADXL345等設(shè)備。
[0027]圖3示出了作用在加速度計4上的力。從圖3a)和圖3b)可見，當加速度計4分別位于車輪11頂部和車輪11底部時分別作用在加速度計4的法向力Fn，b和Fn，t具有不同的大小。因此，在車輪11的每轉(zhuǎn)期間由加速度計4測量的徑向加速度將在加速度計4到達旋轉(zhuǎn)的底部位置時得到的最大值與在加速度計4到達旋轉(zhuǎn)的頂部位置時得到的最小值之間變化。這兩個極值之間的差值取決于重力加速度g。當自行車以恒定速度V行進時，沿徑向(y)測量的加速度將在車輪11的每轉(zhuǎn)期間由vtg2(r)/r±g給出的兩極值之間波動。由此，vtg(r)是在以距離車輪11的中心CSr處旋轉(zhuǎn)的測量軸線x、y和z的交點的切向速度。車輪11的一個完整旋轉(zhuǎn)花費的時間可因此通過測量與沿第二測量軸線y的加速度關(guān)聯(lián)的兩連續(xù)最大和最小的加速度信號之間的經(jīng)歷時間Tv來測定。從此，行進速度可通過考慮車輪直徑D來計算，得出行進速度為V = Dn/Tv0
[0028]圖3c)示出了從后方看去的后輪11以及踏板14、14’、曲柄15、15’和心軸17?？梢娮笥业跑嚵&包含平行于由加速度計4的第二和第三測量軸線I和X所構(gòu)成平面的分量IVyy和與其成直角的分量橫向作用力分量F&z歸因于交替地施加于左右踏板14和14’的力的杠桿臂也歸因于伴隨著蹬車動作的騎車者周期性的重量轉(zhuǎn)變。此力導致自行車以蹬車節(jié)奏速率的橫向“搖擺”運動。相關(guān)聯(lián)的橫向加速度可沿加速度計4的第一測量軸線z測量。在圖4中示出了此橫向加速度的示例性繪圖。曲柄15、15’和鏈輪16的完整一圈花費的時間可因此通過測量與沿第一測量軸線z的加速度相關(guān)聯(lián)的兩連續(xù)最大和最小的加速度信號之間的經(jīng)歷時間Tk測定，得出蹬車節(jié)奏R=1/TK?？蛇x擇地且更簡單地，可在與沿第一測量軸線z的加速度相關(guān)聯(lián)的加速度信號的符號/極性的兩連續(xù)改變之間測量時間Τκ。
[0029]在每一蹬車循環(huán)-也稱為“踏板行程期間，騎車者施加連續(xù)變化強度的力，如下所述。最大的肌肉活動的周期導致最高的蹬車力，因此稱為“動力階段”，是踏板行程從12點到大約5點的部分，即下行程。在此階段期間自行車稍微加速并暫時提速。在隨后作為回程轉(zhuǎn)變的階段對踏板施加較少的力-因此自行車稍微減速并再次失速。在上行程期間，另一條腿接管并對相對的踏板施加力。沿行進方向的這種周期性的加速和減速也由加速度計4沿其第二和第三測量軸線y和X記錄。在圖5中示出了徑向加速(即沿加速度計4的第二測量軸線y)的變化的示例性繪圖?？梢娂铀俣刃盘柕陌j(luò)線根據(jù)蹬車循環(huán)的速率，即節(jié)奏而變化。通過測量在與沿第二測量軸線y方向的加速度相關(guān)聯(lián)的加速度信號的連續(xù)最大或最小包絡(luò)線之間的時間TK，，可測定踏板行程周期為Tk，=1/R’。同時，可通過測量連續(xù)最大或最小加速度信號之間的時間Tv測定行進速度。圖4和圖5所繪圖線是蹬車節(jié)奏R =30轉(zhuǎn)每分鐘(rpm)或R = 0.5轉(zhuǎn)每秒的情形，導致對于具有直徑D = 71.12cm (即28英寸)的車輪以傳動比8 (即車輪轉(zhuǎn)動速率240 rpm或4轉(zhuǎn)每秒)的速度大約為32km/h。傳感器裝置I因此放置在距離車輪11中心C為r = 71.12 cm的位置，即輪緣。
[0030]這對于從與第二測量軸線y相關(guān)聯(lián)的加速度信號測定的節(jié)奏值R’_還有對于從與加速度計4的第三測量軸線X相關(guān)聯(lián)的加速度信號測定的節(jié)奏值R’ ’ -可用作從與第一測量軸線z相關(guān)聯(lián)的加速度信號測定的節(jié)奏值R的替代，例如當由于加速度計4的局部故障或損壞而導致沿測量軸線z沒有測量可用時。選擇性地，值R和R’ -連同R’’ -可結(jié)合起來以提高關(guān)于節(jié)奏的結(jié)果的精度。然而，應(yīng)當注意R’和R’’的測定對于低傳動比，例如低于系數(shù)3而言比較困難，這是因為當包絡(luò)線的頻率接近被包絡(luò)信號的頻率時包絡(luò)線的提取變得更具挑戰(zhàn)性。
[0031]與沿加速度計4的第二測量軸線y方向的加速度相關(guān)聯(lián)的加速度信號的平均值正比于Vtg2(r)/r (= 4 π2ι./Τν2)，即其取決于在距離中心C為r的車輪上旋轉(zhuǎn)的加速度計的切向速度(即沿其X軸)。因此，也可能從前述的加速度信號的平均值測定行進速度V (=vtgD/2/r)0例如，這例如在校準的輔助下完成，即通過前述的對于不同行進速度V的加速度信號的平均值的先前測量，然后在傳感器裝置I的操作期間使用這些數(shù)據(jù)以從測量的平均加速度信號測定瞬時行進速度V，例如通過采用包含平均加速度值和相應(yīng)速度值的表格來完成。
[0032]附圖標記列表
I傳感器裝置 2殼體
3用于將殼體附接到自行車車輪的附接裝置 4加速度計 5處理單元/裝置 6無線發(fā)送器 7天線
8電池/電源
9遠程設(shè)備(例如，自行車計算機、移動電話、個人數(shù)字助理)
10屏幕
11，11’車輪(后方/后輪和前輪)
12輻條
13車輪輪軸
14，14’踏板(左右踏板)15，15’曲柄(左右曲柄)
16鏈輪17心軸
a車輪輪軸的軸線C車輪/輪軸的中心D車輪直徑g重力加速度
Fn,b，F(xiàn)n；t法向力(在車輪旋轉(zhuǎn)的底部和頂部)
F1, F1,xy，F(xiàn)1;z左右蹬車力(總和和沿x/y平面以及z方向的Fr，F(xiàn)r；xy, Fr，z分量)
r軸線X，y, z的交點到中心C的距離
R, R’，R’ ’蹬車節(jié)奏
TE, Tk，整圈蹬車循環(huán)所需的時間
Tv車輪完整一圈所需的時間
V 行進速度
Vtg(r)車輪上與中心C相距距離r的點的切線速度X, y, z加速度計的測量軸線(第三、第二以及第一)
【權(quán)利要求】
1.一種傳感器裝置(1)，其用于測定曲柄(15，15’)的節(jié)奏和自行車的行進速度，包括: -殼體(2)； -加速度計(4)，其具有大體互相垂直布置的第一和第二測量軸線(z，y)，能夠提供依賴于沿第一測量軸線(z)的第一加速度的第一信號和依賴于沿第二測量軸線(y)的第二加速度的第二信號； -無線發(fā)送器(6)； -電源(8)； 其中，加速度計(4)、無線發(fā)送器(6)和電源(8)包含在殼體(2)內(nèi)，并且其中殼體(2)包括將殼體(3)附接在自行車車輪(11，11’)的附接裝置(3)，并且其中傳感器裝置(I)還包括從在第一信號中發(fā)生極性連續(xù)變化的速率或者從在第一信號中發(fā)生連續(xù)正極值和負極值的速率來測定節(jié)奏的第一裝置以及從在第二信號中發(fā)生連續(xù)最大和最小峰值的速率測定行進速度的第二裝置。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的傳感器裝置(1)，還包括從在第二加速度信號的包絡(luò)線中發(fā)生連續(xù)最大和最小峰值的速率測定節(jié)奏的第三裝置。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的傳感器裝置(I)，還包括使用由第一裝置測定的節(jié)奏值和由第三裝置測定的節(jié)奏值測定更精確和/或更可靠的節(jié)奏值的第四裝置。
4.一種具有根據(jù)權(quán)利要求1至3中任一項所述的傳感器裝置(I)的自行車車輪(11，11’)，其中，第一測量 軸線(z)定向為大體平行于車輪(11，11’)的輪軸(13)并且第二測量軸線(y)定向為大體垂直于輪軸(13)。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的自行車車輪(11，11’)，其中，第二測量軸線(y)與輪軸(13 )的軸線(a)相交。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的傳感器裝置(I)，其中，第一裝置和第二裝置是自行車計算機(9)或舉例來講諸如為移動電話或個人數(shù)字助理等便攜設(shè)備的一部分。
7.一種具有根據(jù)權(quán)利要求1至3中任一項或權(quán)利要求6所述的傳感器裝置(I)的自行車，其中，所述殼體(2 )附接于自行車的車輪(11，11’)，優(yōu)選為后輪(11)，并且其中第一測量軸線(z)定向為大體平行于附接傳感器裝置(I)的車輪(11，11’)的輪軸(13)且第二測量軸線(y)定向為大體垂直于附接傳感器裝置(I)的車輪(11，11’)的輪軸(13)。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的自行車，其中，第二測量軸線(y)與附接傳感器裝置(I)的車輪(11，11’)的輪軸(13)的軸線(a)相交。
9.一種使用加速度計(4)來測定曲柄(15，15’)的節(jié)奏和自行車行進速度的方法，力口速度計(4 )附接在自行車的車輪(11，11’)上以使加速度計(4 )的第一測量軸線(z )定向為大體平行于車輪(11，11’)的輪軸(13)且加速度計(4)的第二測量軸線(y)定向為大體垂直于輪軸(13)，所述方法包括以下步驟: a)測量依賴于沿第一測量軸線(z)的第一加速度的第一信號； b)測量依賴于沿第二測量軸線(y)的第二加速度的第二信號； c)從在第一信號中發(fā)生極性連續(xù)變化的速率或從在第一信號中發(fā)生連續(xù)正極值和負極值的速率測定節(jié)奏值； d)從在第二信號中發(fā)生連續(xù)正極值和負極值的速率測定行進速度值。
10.根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法，還包括以下步驟: e)從在第二加速度信號的包絡(luò)線中發(fā)生連續(xù)極值的速率測定節(jié)奏值。
11.根據(jù)權(quán)利要求9所述的方法，還包括以下步驟: f)使用在步驟c)測定的節(jié)奏值和在步驟e)測定的節(jié)奏值測定更精確和/或更可靠的節(jié)奏值。
12.—種附接于自行車的車輪(11，11’)的2軸或3軸加速度計(4)的用途，其用于提供表示曲柄(15，15’)的節(jié)奏的第一信號，其中第一信號依賴于沿定向為大體平行于車輪(11，11’)的輪軸(13)的加速度計(4)的第一測量軸線(z)的第一加速度，并且用于進一步提供表示自行車行進速度的第二信號，其中第二信號依賴于沿定向為大體垂直于車輪(11，11’)的輪 軸(13)的加速度計(4)的第二測量軸線(y)的第二加速度。
【文檔編號】G01P1/02GK103429992SQ201080070738
【公開日】2013年12月4日 申請日期:2010年10月15日 優(yōu)先權(quán)日:2010年10月15日
【發(fā)明者】H.貝希勒 申請人:阿爾創(chuàng)新股份公司