TW200819164A - Exercise device - Google Patents

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200819164 九、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本申請案主張優先權為美國臨時專利申請案編號第 60/753,03；1，其於2005年12月22曰提出申請，其整體合^於 此作為參考。 【先前技術】

本申請案與2004年1月13曰所核准之美國專利編號第 6,676,569號、2002年9月24日所核准之美國專利編號第 6,454,679號，以及2003年12月1日所提出之美國專利申\青 案編號第10/724,988號相關’各案均以其整體内容納入本文Z 為參考。 目前已發展各種運動裝置如腳踏車機、跑步機、階梯踩踏 機、划船機等等。此類運動裝置就某程度上來說是要模仿對應 的身體活動。舉例來說，已知的階梯踩踏機普遍包括可移動腳 踏支撐(movable foot supports)做往復(運動），某程度模擬踏階 時腳和腿的運動。已知的腳踏車機普遍包括具有踏板的曲柄， 依使用者所施加的力讓它旋轉。 已發展出許多作法控制此類運動裝置所產生的力。已知的 ，制方案包括定力裝置(constant-force arrangements)和定功率 ，置(constant_power arrangements)。同樣地，某些運動裝置改 變一嘗試所需的力以便模擬使用者所遇到的^坡或^似狀 况。然而，已知的控制方法無法真實模擬當進行所要模擬之 際身體活動所遇到的力回饋(forcefeedback)。 、只 將有崎置之蝴醜雜⑽統和運動裝置 【發明内容】

^發明是關於-_於魏設備及細似物的控制 ,π法。本發明提出—種模擬身體 I _擬身體活動的物理學。《本發明-觀點，上制Ιίί DA：^^PlAPu07^〇〇〇l\PU-077-〇〇〇ijchaw-(ori-SHY)-20〇7.〇6.2〇_d〇c 200819164 變項和測得變項之間的差里做為㈣ 虛=所預期物理 活動時所能感受到的力相同或相似，而= 的觀點是—獅踏車機，其包括具讀部和後部 轉isi撐上的座椅，和旋 ，面疋，部(f〇晴d portion)並在轴的後 = γ^)α。該腳踏車機包括具有力產生裝置(forcegl^ 錢’譬如交流發錢、機械裝置或其類似物， 連⑽變#制者軸嶋轉時㈣受到的阻 二=大=產生裝置’且使用者感受到的』 的踩誠··該觸車機料上觀移射腳踏車 ϊί ΐί(ρ mg effGrt) °該腳踏車機包括支撐結構及可移 -艟支撐結構上的踏板。該踏板結構包括兩個踏板，繞 ί ίί t m純度。使时施城翁上㈣定義使 卩踏車機進—步包括—控㈣，此㈣器可運 上二1反結構連接以便因應使用者的輸入力提供踏板一可 二至少比得上移動之腳踏車的騎乘者 f發明之另一觀點是包括一支撐結構以及一使用者互動 構件(user mteraction member)的一種運動裝置，其中該構件可 f動地連結至支撐結構以因應使用者辭使用者互動構件的 目對轉。此運動裝置進—步包括—交流發電機，其可作 用地〃使用者互動構件相連。此交流發電機的運作是要抵抗使 D:\專种 PU\pU077\000!\PU-077-0001_SChaw-(ori-SHY)-2007-06-20.doc 200819164 用者互動構件相對於該支撐結構的移動。可變力依施加在交流 發電機之磁場電流不同而有所改變，且可變力質際上不受電壓 波動之調變影響。 熟悉本技藝人士在參照本申請書的詳述、權利範圍以及所 附圖不後，更能輕易了解及明白本發明之具體實例的這些及 其他特徵、優點及主題。 【實施方式】 本申睛案與2〇〇4年1月13日核准的美國專利編號第 2〇02年9月24日核准的美國專利編號第 |編號第聰24,988號有關，各案之整體内容納入本文歹^ 之"'觀點是關難制物m其類似物的控制 =二用二制系r方法模擬任-動力祕 ;输制。本發明提出—“方ϊ來控i 郷衷置以更準確地她所模擬之運動的動力。 已發展各種類型的運動設備試圖模仿 動力條件/情形(dynamics of _jiti = ^ 限的實際活動模_情形）。舉例來 置&么、非吊有 爬階梯時舰_的運動。^獅設備提供與 動’而且腳踏車運動機提供運^(^跑錢)提供步行運 的腿部的運動一樣。” 口 就好像實際騎腳踏車時 雖然已知的運動裝置提供與實 -些運動，這些已知的運動置 ，力作用一般所體驗白勺力使用者因活動 牛頓力學定律。 一運動衣置無法準確地模擬 以如，所知的運動裝置設備盔 力。這奸知運崎置包柄= 動 D W^P^pu077\0〇〇nPu_〇77 〇( LSChaW-(〇ri.SHYJ.20〇7-〇6.2〇_doc 200819164 擬。因此’新使用 机肉描徂、奋杏名f 冋守不準確的模擬可能無法對使用者的 佳適應;來對 =丨練之真正活動達最大轉移，或最 路^彡，的力與速度鮮雜觀實際走 應專注於魏_=^=赖。地，腳踏車機 是，勒設絲力打無誤(也就 含f k運動)的唯一優點。為了提供使用者最適 的方和表現’運動者的肌肉應以可讓該肌肉正常運作 期，以產决使用者的肌肉可能需要週期性的休息 车所肌肉血流和充氧。同樣地，使用者對已知i 小，/要藉由以—正常動力方法使用肌肉而減至最 或可^而正確触力難實際她讀，則使用者 運動。％ 1相同的主觀出力做更有效率或更長時間的 竹較射·電械、絲或於軒裝置或機 以使^者阻力。這類的裝置通常包括看起來並(或)移 1貝Ρ牙、活動的機械裝置。運動裝置编 括不變力或固定扭矩、定功率、等速或 遍包 控制運練置_或阻力設定。a 2負载情形/條件下運作。典型肌_調和所“ΐίίϊ 作4成慣性/動量作用，在各個運動活動细 甘/ m體動 作可包括高輸出和低輸出功率。舉例來說，1種固動 、曼4疋功率負荷，以維持其動量持續貫穿一定 沒有此飛輸，_定式運_踏輕難騎，2Γί 見于子像在陡坡上騎或在水中騎，無法獲得動量。儘管即使 D:\專称 PU\pUQ77\〇Q〇i、pu-、 077-0001_S〇u 'a^-(〇ri-SHY)-2007-06-20. doc 200819164 力衝程加速腳踏車和騎士的肌肉度下動 知運動系統中的簡易控制功能 騎士所施加的力、腳踏車和使用者的反也m开; :皮帶或傳送帶的速度相反。不 變，也因使用者身體每-步的肌肉強力： 宜的。本發明之控制裝置可用來 疋不適 你田本，上二 肉的負何達到最佳化，且正確模擬 發日Γ之二task)B_受到的_ ί=電載機=擬複4雜，形，例如二=

(m—cal brakes)或3其類似物?㊁二;J配，=J J 機或其它此類用電產生力的裝置。已知/錄二又Ο丨〔^電 ，此^文並不會討論所有合適_車裝^細節":、二、械^^ 說，/絕大部分的機械煞車(如圓盤煞、夹甜、鼓輪煞 ^ -摩擦構件與3 -煞車齡可鶴地餘，後者隨腳踏車^的 ^^ΜΡΙΆρΜΊΆΟΟΟΙΨΟ^ 077-000} S^haw.(〇n.SHY)-2007-06-20. doc 200819164 車一訊號到動力致動器，將摩擦構件與其它煞 或經餘^ 擬此身體活騎需的阻力。辟是直接 f _來改變該阻力。或者，如第十九騎示之手 二田干？^一、提供「虛擬」煞車訊號到控制器，而該控制哭 使用此訊號以調整腳踏車路面模式的虛擬速度。 可迅腳踏車機(第一圖)做為示範，但讀者應 了迅逮地了解_概念、裝置及控制系統可驗幾乎任 、，動機械，以模擬任何種類的身體活動或動、 r:本=ί動力f確步行機械模仿步行者所感“動量改 交，並凋正该力量以模擬步行者的速度。 驗，運動設備對人類使用者提供身體經 ^其奸與騎在真貫之腳踏車上的騎士經驗相同，包括 度==i的力以及其感覺’及當踏板旋轉時力和(或)速 翏照第-圖和第-C圖，依本發明—觀點之腳 =經可旋轉地安裝至-支撐結構的曲柄(2)，， y。 =柄⑺包括-對踏板⑶，其繞著曲柄轴以—大致圓形路y ^，構件(4)如滑輪、齒輪或其類似物與曲柄(2)相連且: 性驅動構件(5)。此彈性驅動構件⑶可以為—皮帶 ^其它合適裝置或構造。在這圖解範例中，彈性驅動構件 ，滑輪或驅動構件(4A)’該構件是可旋轉地安裝至此： 上。滑輪(4Α)ϋ定鱗駐赌輪㈣，峨於滑 ^輪^並藉此使第二驅動構件(5A)移動。滑(輪(= ^和(或)調整驅動構件(5)的張力。此第二彈性 驅動構件⑺的位置和(或)動作。由於驅動構件(4 D:\ 專利\PU\pu077\00(U\Pij-077^ 0001~SChaW-(〇ri.SHY).2007.06.20d〇c 200819164 2^(1)3寸大小為已知，曲柄(2)的旋轉速率可由來自 =馬為⑻的㈣計#出來。交流發電機(11)亦與驅動構件相連 (7=3下所詳加描述，電子控制系統⑼侧來自編碼器⑻ ，其匕感測器(如力感測器)的資訊來控制由交流發電機 產生的阻力。由交流發電機⑼產生的力施加在踏板 以下更詳細的描述’本發明之控制系統利 用上/、真貝身體活動(如騎著移動的腳踏車)相關的一個或一 個以因素，來決定交流發電機⑼所產生的阻力。亦如隨後與 第^-附目義詳細描述，該電子純(25)可經配置以提供^ 顯不螢幕(5〇)上所顯示的資訊。此資訊包括騎用者的功率輸 出、騎用者的速度(即模擬速度）、曲柄每分鐘之轉速，以及騎 用者所遇職擬上坡的坡度。更進—步，此顯示螢幕⑽可顆 示腳踏車之齒輪比、騎乘時間、所騎的距離等等。腳踏車G) 的握把(27)可包括上部(27A)和下部(27B)。該握把上部(27a)和 (或)握把下部(27B)可包括感測器，以測定使用者握取握把(27) ，哪一個部位。以後文所討論，該控制系統利用這個資訊調整 軋動阻力因素，把騎用者在各姿勢之氣動阻力的差異。一般來 說，相較於當騎用者使用握把下部p7B)時所產生之阻力，當 騎用者使用握把上部(27A)時在一已知虛擬速度下該腳踏車會 提供一較大的阻力。顯示螢幕(5〇)包括可顯示騎用者正使用上 部(27A)或下部(27B)的特色。亦如以下更詳細的描述，腳踏車 機(1)可包括因應來自電子控制(25)的控制訊號，由交流發電機 (11)充電的電池(26)。顯而易見，本發明之腳踏車機(丨)並不需 要包括飛輪或其它動量儲存裝置來考量騎用者輸入力之變化 等等。如同以下所詳細討論的這些因素，本發明之一控制系統 提出實際身體活動的模擬，其方法除去或減少飛輪或其它裝置 的需求，若不用該控制系統便需要這些裝置以負責模擬實際身 體活動期間所產生的動量。 '' 第一 A圖為運動設備之控制系統/方法的方塊圖。在此圖 11 D：\WmU\pu07m001\PU-077-0001_SCha^(ori-SHY)-2007-06.20.d〇c 200819164 解，例中’此贿包括— =用控_統/方法來控制 二表顯示如 勢輸入、使用者功率、内部 订=轴，考量使用者姿 其它因素。具體地說，第二 、動1的獲得和減損，及 處情形的物理特性而完全藉由了解使用者所

顯示的各個力可藉由在不 产:土、第二及二A 踏車(也就是實驗資料)的力而定、，兄/條件下測量實際腳 身體活動。不同騎用者在不同情於其它實際運動或 被測得，並且利用此測量值來產生資H下ΐ承受的實際力可 控制器取用，以針對個別使用二^該貧料庫可讓系統 經程式控制以計算最適曲線或内^控制系統。該控制器可 是騎著時候的情形)無法提供實資^=對於該操作(也就 ，。對-特殊活動而言/這===項所用 方程式内的項目相應。舉例來說S3的運動 摩擦/滑動阻力、坡度以及方程式包括空氣阻力、 量所產生加速度的動時=^車^量+與其轉動慣 :方;式F•及V= UA叫;總腳 速度峨= 亦助於賴細^實際賴擬結果。 用Hit述’額外的力是來自腳踏車上的敎車作 =一腳踏車所利用之本發明控制系統=㊁ ΐ實際的力，朗來實現本文所描述利 用貝被方法的本發明控制系、統。更進一步，可利用 ϊίί法’其中某些項目以所測量的值為基礎來控制，S它 4=2法算出。例如多軸(有數個控制迴路)可應用在 稷雜運動的情形，如此一來使用者所體驗到的每個動作就好像 12 D:\^f//iPU\pu07^001\PU-077O00JjSChaw-(ori-SHY)-2007-06-t>0, di 200819164 經過動態「校正」或常規化。—鉻点 有沒有和水接觸、且水造成浸没胜、，其中各肢無論 有動量將料“下-個錄者的速度應 獻，且由於水“ΐ會；失各前動量均有貢 描述使用本模擬裝置和控制系統之另1範例境僅不過是在此所 功能 ，其對運動設備之 =間的力 ^ 兄力感測為可能會改變控制系統更新其 ^ 而内在地改變其速度(值)。此基本的的控：二 好包-裝置ί動態系統控制的實行，最 f夺不合 =制條件/情“控制二=ίΐ並= “明㈣之靖期所伽才能提出“ 氣，=度===括=旋轉阻力/摩擦力、空 不需要包括所右、：的重里。锰官如此，本發明認為並 其它運動設備供類制者_踏車機或 準確的模擬。舉例=，、,ί特ίί因素不需精確估量以提供 =有=準確地 空氣阻力的影的)表面積和阻力係數將 考里雖:、、、'使用者所體驗的空氣阻力可能 13 D:\專称？細〇77\_卿-077猶i_SChaw如·mY)2m々加心 200819164 不，準，騎用者可感受到由於騎乘者的速度 =增加^樣地’雖然可將各翻者實際身體重量^入^ 糸、、先，以準確地核擬由於上坡、加速度、滾動阻力 用吏用者。雖絲該控制系統未採“ r ^ 方ϊ以模擬實際腳踏車騎乘的情形； ^輸入使用者的體重。應可進—步 ί;。在，例中， 準確更度進的=，，= 二 ί方;;力(值)是速度平方的 1數貫利 =方=速度或其他冪次而非速度的平用旦/1 動===:=?=侧軸力系統之 14 轉獅p酬咖聊7德舞咖娜綠崎- 200819164 ^ ί。觀點是模擬與使用者互動之物體的質量與 動量有助仃’以迅速地投入能量克服慣性，且 車上，使用者在= 盾，之剩餘部分的完結。在「實際」腳踏 少的力魅财的力且财上餘作產生較 下為本發明—二二^丁，°模擬腳踏車動量達此效應。以 ί=;Ϊ:踏，路控制圖示，該腳踏車具有-ί制ί 财者在—貫際腳踏上體驗到的騎乘力、加速度及其類 本么月之另觀點是一軟體控制系統，苴盥押制系鲚敕入 裝置的動力。依本發明二車模 速度」。該虛擬腳踏車速度(如同實際 声廿^ "亥糸統的功率修定。（該虛擬「腳踏車速 ^踏在’只是一個計算出來的數字。）藉由下坡 增加此速度。因氣動損失(在此亦稱 ^。關2 力或上坡_係導致腳踏車的速度減 扩鐘有步行速度；用球棒打轉球時，也會有 方疋轉、垂直和水平的球棒速度。 丁曰, 扣备第一 a圖，依本發明發一觀點的控制系統/方法， =糸統知到osses and gains)區分為直接應用到使用者身上的 動由於^直接施加到使用者身上之耗損而來自使用者的 曰妒^1。以一台腳踏車為例，直接和使用者關連之力的示範 35_板職加的扭矩。扭矩紅旋轉料就是使用者 二。i率！^直接與使用者關連之系統損益的範例可能是風 才貝失、摩擦損失、上坡時使腳踏車抬升的功率，以及使腳踏 ^速的功率。這些「虛擬」力和(或)動力損，益並不直接與騎 =連，但仍輸人最終還是會影響縣者扭矩之動力系統的 腳踏車路況模式(携）。這些間接或虛擬力關連到由控制系統 15 D：^^PlAPu077^001\PU-077.0001_SChaw-(ori-SHY)-2007.06-20.doc 200819164 言=算出的等效(虛擬)腳踏車速度之增減。這些虛擬力間接影響 騎用者所經歷的實際力，因為這些虛擬力修正該動態系統控& 速度，且增加或減少踩踏板的速度時必需有使用者輸入的力。 再參照第一 A圖，摩擦因素(57)、坡度(58)、和空氣阻力因素 (59)並不直接地應用到騎用者身上。更明確地地說，藉由該系 統的腳踏車路況模式(19〇)部分把這些因素列入考量，並透過 ϋ口孴度或負加速度應用於增加或減少所所算出的虛擬腳踏 ^速度。缺少實際騎用者輸入力，此控制系統「減速」虛擬速 二。用者要增加這内在「速度」，騎用者必定得踩動踏 制工J系統的此一觀點提出更真實的實際腳踏車模擬。舉 ㈣H用士本發明控制系統之腳踏車機的騎用者如果停止踩 的阻力’為繼續踩_板，騎用者體驗到踏板上明顯 式，ί 5，踏速料同於腳踏車虛擬速度。用這方 “板速产二=性滑打」當需休息時就休息，即使以很低的 迷^^度踩踏，並不立即經歷來自踏板之完 功率控财式並沒有提出實際的慣性滑ί 擬而不需要飛輪。-般來說，已減少以； ir備本身之實際質量和動量聚集，所以並不會顯著^以 圖__算，是以流程 電動功率加域。舉财=的2失和翻者製造的 車，此腳踏車模擬器可t管電^當做電力控制煞 估算交流發電機渦流，包括 16 ^mpu\pu〇7m〇〇npu.077_〇〇〇i SChaw~(ori-SHY)~2007O6- 20. doc 200819164 發電機的渦流損失。估算渦流損失的方法是已

試交流發電機以決定數學關係或查找表⑽)k_uptable)U t 用交流發電機轉子電流(64)蚊交流發電機定子 負載(瓦)以輸入至總和几件㈡习。亦利用踏板速率(6 ϊίίϊ機失(60)。雖然’可用各種不同方法估算或;算 踏車，械損失是測量得來。該系統利用樣條配 =適=法來產生為雜作條件（如雜速率） 損 失=損失並不包括主要「損失」，該主要損失是由：J =父 >爪發電機輸人(64)所產生的電流所產生的電力(63) ^ 損失之總合被#作是騎用者動力輸人而改變虛擬^ 第一 A圖中，用測感器測量該踏板旋 車向前移_雜為已知。既朗定_者_車向g 寻板速;*(64)乘上滑出細))以及所施加的踏 者每ί λ Ιϋ，\在流程圖兀件(66)中可用所估計的總騎乘 ()除以測定觸車速度(71)⑺估算騎乘 ϊί Λ i°在流程圖元件(57)，「虛擬」摩擦損失(67)是用實 車速度(57)算出。以下將配合第八圖做更詳細的描述，、 ^虛^聊踏車的雜(軸)損失可用各種抑方法計算或測 二下5羊述’可用各種方式測定實際氣動阻力(損失)(74)。 形二/兄，如流程圖元件(75)所示’取虛擬速度(7。)之平方以 際，度平方⑽。虛擬速度⑽的平方⑽送入流程圖元 杏并1。^呈圖凡件(77)包括一數學公式、以實徵數據為主的 =表，或其它規則或資訊，可用來判定此「虛擬」氣動阻力 酶範射，因素(爾於奴介這和影響虛擬速 又的”匕因素ijf在以下配上第人圖做詳細描述。 "丨A圖元件(79) ’所估計的騎乘者力⑽、摩翻失(67)和 17 D:\ 專称 PU\pu〇77\〇001\PU-077-0001_SCha\^(ori-SHY)-2007-06-20.doc 200819164 氣動損失⑼-起加總以提供總「實際」力(so)。流程 =2)，總實際力(80)再乘上騎乘者質量的倒數 =值(83)。流程圖元件(84)，第—加速度值(剛由加^^口 因素(58)或增或減以提供該虛擬腳踏車和騎用者之總「實 ，)」加，度(85)。該總加速度(85)以積分器(86)積分，以;更^ 该積分器(86)之輸出(87)提供虛擬腳踏車速度(9〇)。 可利用電子煞車或其類似品以提供使用者可變阻力 ，車可包括交流發電機，其湘控制輸人以供使用者所需的 ，。在圖解範例中(第- A圖），這個控制輸入是由測定速度㈤ :虛擬速度(70)之間的差異所產生。測定速度是踏板速率 乘上齒輪比滑出量(69)所得的值，且虛擬速度⑽是由積分哭 (86)所產生。在圖解範例中，測定速度(71)和虛擬速度(7〇)之^ 的差異出現在流程圖元件(88)。其結果是速度差異值(89)(可想 而知積分器而來的虛擬速度值(70)儲存在控制系統内）。以一g 踏車來說，當騎用者施力到踏板上讓腳踏車向前移動時、， 力疋$數則這兩個速度是相同的，但在實際情況下該腳踏 車就像彈簧一樣，且當彈簧收緊時，把力應用到踏板上。所以 事實上，實際腳踏車是由相同的速度差機制來運作，雖然在實 際腳踏車上這些差異是很細微的。在本發明之模擬器/控制系 、、先/方法中，作為控制糸統之結果的這些速度差最好是非常 小’和實際腳踏車類似。然而，已發現此控制系統，不需要像 實際腳踏車般「堅硬」以供良好的模擬。在這模擬中，測定速 士 (71)和虛擬速度(70)之間的速度差(89)乘上一個相當大的數 字並送入電子煞車(如交流發電機)控制。在第一圖的控制系統 中，輸出(91)在流程圖元件(93)乘上一選擇性的乘數(92)及虛擬 速度(70)，且在流程圖元件(95)該結果(94)(以瓦數表示)加到騎 用者輸入功率(54)。總合(95)之結果(96)輸入到交流發電機增益 或轉換函數(98)以提供交流發電機轉子電流(64)的輸入。倘若 踏板視速度(測定速度(71))較控制系統之内部控制速度(虛擬 18 D:\WflJ\PU\puO77\000l\PU-O77-00Ol JChaw-(ori-SHY)-2007-06-20.doc 200819164 ，度⑽稍快，將大量的電流施加到電子煞車輸入，且騎用 ^覺來自踏板較大的反抗運動。然而，測定速度(71)和虛 又(7〇)之間的速度差最好是非常小也就無法為騎用者察覺。、 踏板視速度（測定速度(71))最好是(經測量或計算)很 確’因為兩相當大的數字_速度差(8狄用來決定電子 輸入。舉例來說’對腳踏車來說我們希望踏板視速度⑽ 广速度(71))和内部控制速度(虛擬速度(7〇))的差異在每小時 β哩内(對腳踏車模擬而言，這個速度差是不被騎用者所 疋才目=的’至少約(U的10到1〇〇倍之解析度(也就是〇1到顧) Γΐί供if的電子煞車控制，對騎用者來說不會有「鋸齒般」 的感兔。可想而知’也可収高的解析度。因此，腳踏車控 速度和踏板視S度最好是很高解析度，以確保該 正確的。 〜 以很大的數字乘上速度差㈣可當做稍類似比例積分 *(PID)控制器之比例增益控制。一般來說ρπ)控制器出、一 控制變項’該變項是依據使用者所定義和測得變項間的^里 f差而，與其使用定為測纽和所奴值之間差異的誤 m明之㈣则用爾變項(例如速度和「虛擬」設定 iJV㈣擬之獅/:^動賴之魏絲式持續 氣、辟异。此PID系統掌握或利用實際運動設備的行 為^言如腳踏車框架内的彈簧緊縮效應。 #^顯示依本發明另—觀點的控制系統(100)。一腳踏 ίοΐ上板(1〇2)，其驅動連接構件如皮帶或鏈條 =lit i )驅動與交流發電機或其_品彳目連 於致^，、各種阻力。—測感器'(如編碼器(1〇5))提供關 於轉子(104)之位置和(或)速度和(或 流程圖元件⑽）’由編碼器_取得的踏板速率(廳)乘 19 D:\專称 PU\pu077\0001\PiI-077-0001JChaw^(ori-SHY)-2007-06-20.doc 200819164 上齒輪比滑出量(107)。如以下所詳述，虛擬腳踏車速度(11〇) 是利用虛擬摩擦、氣動和其它損失，配上騎用者的重量、重力、 坡度等等來計算。亦如以下所詳述，估計總騎用者功率(瓦)也 是用虛擬速度(110)計算之。 流程圖元件(111)，帶入虛擬速度(110)和測定速度(1〇9)之間 的速度差’且該速度差(112)是用來當作輸入到增益轉換函數 (113) 來提供控制訊號或數值(114)。流程圖元件(115)，該數值 (114) 除以齒輪比滑出量(1〇7)，且所得輸出（瓦)(116)是在流程圖 元件(118)加到騎用者總瓦數(117)。輸出（119)是應用到交流發 電機增盈轉換方程式(120)。利用交流發電機增益轉換函數(12〇) 產生脈波寬度調變(PWM)訊號(121)來控制交流發電機。 利用來自交流發電機的負載(122)和功率（瓦)(123)作為總 功率估計(125)的輸入(124)。實際腳踏車機系統之各個損失亦 &供至總功率估計（125)。這些損失包括腳踏車摩擦損失 (126)、交流發電機風阻和任何電流損失(127)、電路功率損失 (128)、以及由於電池充電的損失。總功率估計(125)提供騎乘 者總瓦數(117)至控制系統其它部分。 如流程圖元件(130)所示’總騎用者瓦數除以虛擬速度(11〇) 得到估計騎乘者力(131)。將估計騎乘者力(131)與虛擬摩擦損 失(132)、虛擬氣動損失(133)、上坡力⑽)加總，得到總騎乘 者力(136)。依各種適當方式利用虛擬速度(11〇)計算摩擦損失 (13=)。同樣地，利用虛擬速度平方(m)測定氣動損失(卿。 如k程圖兀件(M0)所示，坡度⑽)乘上騎用者和腳踏車重量 或坡度力(134)。_圖元件(141)，騎用者和虛擬腳 加在一起得一重量(142)。如流程圖元件(143)所示， 者力(136)除以腳踏車和騎用者的重量㈣），判定虛擬 =者加。藉由積分器_積分虛擬騎用者加速度 )’積分②㈣)的輸出值(146)就是虛擬腳踏車速度(11〇)。 進-步參照第二圖，為依本發明另―觀點的控制系統圖示 卿抓__SChaMh(Qrt‘s叫麵.Q620d〇c 20 200819164 (150),其與第一 A圖控制系統多少有些相似，因此其相關連 的特被編5虎白與弟一A圖相同。第二圖和第一a圖的控制系 統之間^主要差別在於：利用測定踏板力（16〇)做為總實際力 (80)計算的輸入值，如流程圖元件(79)圖解說明。如上述，第 一 A圖之系統利用總騎乘者實際功率(第一 a圖)除以測得速度 (71)來决疋十力(56)。對比下，第二圖的系統利用實際測得 出f (160)。第二圖之控制系統的其它觀點實質上與第一 a圖 所詳述之相關元件類似，以致於這些元件並不將進一步描述 之。 參照第二圖，依本發明另一觀點的控制系統(18〇)包括第一 開關(181)和第二開關(182)。當開關在向上位置(也就是連接節 點I和2) ’且第二開關（182)亦在向上位置(也就是互連開關 (|82)的節點I和π)時，控制系統(ι8〇)與上述第一 a、一 B和 圖所述操作方式實質上_。然而當關(18卜182)在第 了位置時(也就是開關（181、182)的節點π和瓜連接時），控制 系統(180)以不同模式操作之，且利用力感應器提供一力（187) 以控制腳踏車(I85)。流程圖元件(谢），當控制系統(⑽)在利 用=輸入(187)的第二模式時，力輸入(187)(“s，，)除以齒輪比滑 出置(188)(“G”），且所算出之測定力（⑼)是經開關⑽)提供至 腳踏車，況模式(190)，而不是送至如第一 a、一 B和第二圖 之控，系統所採用的估計騎乘者力。腳踏車路況模式(19〇)與 上述第一 A、一 B和第二圖中所顯示控制系統的對應成分實負二 上相同。對比上述之控制系統，控制系統(18〇)寧願利用測定 j (187)做為控制輸入(值)而不用來自使用者估計功率輸入所 异出的估計力。如圖示元件(192)所示，測定速度(194)和虛擬 速度(19习間的速度差(193)除以流程圖元件(192)上的測定力輸 入(187)( S )。流程圖元件(201)，該結果(199)加到彈簧率(2〇〇) j供一值(202)，其被交流發電機增益轉換函數利用來控制此 父流發電機。彈簧率(2〇〇)表示整個腳踏車系統的剛度。 21 D.•曝哪_77_卿_⑽-奶叫施· _.如 200819164 *』^11統(180)產生一訊號至交流發電機以產生一力，該 1 ;、，踏車機内的位移是姐例的。因此，如果控制器「感測」 生:架偏斜’此控制器產生一訊號到交流發〜電機 此㈣接雜咖錢受·此控制系統 (⑽)此夠&供貝際腳踏車之極準雜型。同樣地，由 用實際力，此控制器_自動補償在腳踏車“ ϊίίί編生的力的變化。因此，舉例來說，如果這些因 引起的力_卩料細軸承摩鮮錢¥而改變， 系，(180)仍提供一正確的力反饋給騎用者。同樣地，當控 樣提供正確力反饋，不論各種腳踏車機產品^ 门專有不同摩擦特徵。更進一步，該控制系統(180)亦 可補j員因腳踏車機之操作情況/條件而出現的變異。 —該控制系統(180)亦提供使用者之功率輸入的正確指示。測 定曲柄速度和測定曲柄力的乘積即為實際騎用者功率(2〇3)。 此實際騎用者功率(203)在顯示單元(50)上(第十一圖)利用適當 視覺表現顯示出來。 ，第四圖說明另一控制流程或系統(21〇)。此控制系統(21〇) 稍與控制系統(180)類似，並包括可測量力（187)的力感測哭 (186)。開關器(181、182)在類似於以上第一 ^、一 B，^口第二 圖所詳述的模式間切換預估功率模式，以及力測量模式。在力 測量模式中，力（187)除以流程圖元件(212)上的齒輪比滑出量 (211)以供測定力(213)，利用它做為腳踏車路況模式(19〇)的輸 入值，其方法與以上關於第三圖的描述質實上相同。測定曲柄 速度(216)是乘上流程圖元件(217)上的齒輪比滑出量(211)，且 所得測定腳踏車速度(218)和來自腳踏車路況模式(19〇)之模擬 速度(215)間的速度差輸入到增益轉換函數(219)。增益轉換函 數P19)提供一速度差或速度誤差(22〇)(“e，，)時，其值除以流程 圖元件(214)的齒輪比滑出量(211)(“g，，)以供一曲柄速度或位置 誤差(211)。流程圖元件(222)，求出位置誤差(211)和測定力（187) 22 D:\專称 PU\pu077\0001\PU-077-0001_SChaw~(ori-SHY)-2007-06-20.doc 200819164 間，，異，且其結果(223)被交流發電機增益功能(224)用來產 生汛，，控制交流發電機和使用者所感受到的相對應阻力。藉 由，疋曲柄速度(216)和測定曲柄力（187)，控制系統(21〇)亦提 ί Ϊ際騎乘者速度(225)。♦際騎乘者速度(225)可顯示在顯示 螢幕(50)或其它適當裝置上。 依本發明之另一觀點的控制系統(23〇)繪於第五圖。控制系 統(230)包括第一和第二開關，能使控制器(23〇)在與第一 a、 一 B，和第二圖之控制/程序類似的預估騎乘者出力模式間切 換、’ 有與上述第三和第四圖所討論之控繼置_稍類似的 力測量模式。該控制器(230)利用測定速度(233)和流程圖元件 (235) 上的測定力(234)之乘積得到「實際」（測定)騎用者功率 (236) 。當控制系統(230)處在測定力模式時，實際的騎用者功 率(236)加到流程圖元件(237)的位置差或誤差(23幻，交流發電 機增盈轉換函數(240)利用上述所得數值(239)來控制交流發電 機或其它力產生裝置。在控制流程圖(23〇)中，測定速度(2X33) 乘上齒輪比滑出量(243)，且在流程圖元件(245)將所得測定速 度(244)加到虛擬速度(241)。元件(249)，再把所得速度(24 供予增益轉換函數(247)，然後所得速度差或誤差(248)除以齒 輪比滑出量(242)，依序地產生速度差或位置差(238)。 參照第六圖，腳踏車曲柄(160)包括繞著軸(163)以圓形路徑 (162)轉動的踏板(161)。當騎用者騎一真實的腳踏車 -般會在各踏板_由第一象限穿過x軸二第= 時，在踏板上製造較大的出力。當各個踏板(161)沿圓形路徑 (162)轉動時，在90。和負9〇。（頂部和底部)處由騎用者產生 的力^近於0。同樣地，該力在第三及第四象限傾向於比在第 一及弟二象限時來得小。一般來說，在各踏板(i6i)上所產生 的力有週期性地變化。騎用者所產生的總扭矩是每一瞬時施於 各個踏板之力的總合。軸由者所產生的總扭矩在踏板每 次旋轉間將會讎摘改變，對大多數_者來說總扭矩將如 200819164 f=周期曲線(156)的形式魏。雖然曲線(165)的確實形狀 曰炚％用者不同而改變，也會在曲柄(16〇)每 ===情況(坡度、風、騎乘表面等等)而改變， ，向=具有類似正弦波的形狀。第七圖之曲線圖將兩踏板(⑹） 曲柄上所產生的總扭矩顯示為曲柄角$的函數，其中該角度以 一般來說’第七圖♦的力♦值(166)會發生在當踏 板位於或接近X軸時(第六圖），且曲柄角0是〇。或9〇。。舍 曲柄(160)旋轉時，由騎用者產生的: p ’這通常發生在卿61)位於軸⑽)的 1據關於騎乘實際腳踏車的物理學，*加速度 摩擦力、滾動阻力、山坡肢#影響，_者施予實際腳 力等於騎用者自踏板(161)感受的阻力。因此對實際腳 ’咖者輸人的力和咖者所體驗的阻 =呈^^線(165)的形式。可想而知本控制系統提供力的變 相方摘離驗變，使縣發明的控制 ，、洗巧本上重覆該力曲線(165)。以這方式’使本發明之 制糸統提出騎用者實際體驗更為精確的模擬。 二 决…、同而知’不同騎用者有不同的力的曲線。舉例 用者可產生—力曲線_。此力曲線⑽ί 。括/、波峰(166)之曲柄角實f相同 低點(167)相同曲柄角0發生 v ，與力 騎用者可在踏板所有移動範d；^172);，，有經驗的 力值為〇之難上方社產生力，此魅(172)可為一 該力有—正弦波_狀，可想而知，實際 ，力和阻力可能並不會恰好是該正弦波形狀。然而= 腳踏車，大部分騎用者將施予類似於正弦波的i期 既，本申職的控所提供的阻力實質上與第=的週^ 24 D:\專称 PU\pu〇77\〇〇〇 丨 \PU_〇7'〇〇〇1 SChaw-(ori-SHY).20〇7.〇6.2〇.doc 200819164 =其=上所述，本中請案的控制系統所產生的力，至少部 趣加速度。因為本發狀控制系統和t置提供各稀 踏車相關連的因素’騎用者所體驗的 力貝貝土、％用者在實際崎車上所體驗的力是相同的。 機是依發明之另一觀點包括力感測器⑹之腳踏車 ，，不减。此腳踏車機⑴包括具有曲柄(2)的踏 二，後者像是滑輪、嵌齒(toothed cog)等等。驅動 (h、彈性驅動構件(5)嚙合。彈性驅動構件 | 、鏈綱。_線塌=== ’並測量彈性力構件⑶令的張力 =轉•註型感測器，可利用許多其它力感= 配置以測量施行到交流發電機的力，Ϊ力: ^ 口 *又流發電機和支撐該交流者' 2 =可經配置以測量施行在曲柄桿或踏板_^；。=利 力&測裝置或其類似物。力感測器亦可用 ΐ=ί，輪。更進一步，如果己知特殊結構的ίίΐ 力的函數’則測量該偏斜峰-则之以計算所 人旋，線上力感測器⑹實質上與中央處理單元(c ，’且提供力的資料到該由中央處理單元(10)。彈性力槿株^ =置是要_性力獅 =走轉速率(角速度)。編碼器⑻實質上與：以 L ΐί二猎“提供速度和(或)位置資料到主機(1〇)。交_電 )只貝上與驅動構件(7)耦合藉以調整來自& 力。:煞車，(12)實質上二合:二 用者#H里^(1 〇=)貫質上與顯示器(5職合’以提供關於使 度、由使用者產生的功率、踏板每分鐘轉數 (御.)、虛織度及_物的視覺訊息（亦請參見料一 I數 25 仍獅，刪卿77德.•轉緣 200819164 同，地，如以下更詳細之描述，握把煞車⑼實質上 ^早tg(ig你合以提供可用於腳踏車機⑴之控制的^車力^ 參照第二A圖’依本發明另—觀點(第十 車機_=力感測器⑹的測定力)== f A - B圖不的估汁力。第二圖的系統中，由 (i it1十算總受力(F)。藉由把騎用者的質量除總受力(f)得= 值’接賴積分器(18)積分此加速度值以供_速度 自^器的真實腳踏車速度㈣與測定速度(23)得一她人 上=將測=度i23)和真實腳踏車速度(19)間的速度差G 讀換函數(24)。因此，軸第二A _顯示之系统 ，作原壯與第-B圖的祕實f上類似，寧可使 ?而不用估計力以提可能更精確的模擬。第二醜科一， 糸統利用踏板測定力而不用力之估計值。 々此控制系統選擇性地包括煞車特徵以模擬煞車的影塑。來 Ϊίίϋ，煞車的力在總合(21)中亦加上其它力，“ 斤汁异出的腳踏車速度。煞車力亦可加到如第一 Α及第一 Β ，所示之總實際力。當該腳踏車模擬器是整體騎用者體驗的一 ^分時，像是電腦遊戲，可利用該煞車，其中騎用者可共騎、 就競赛位置、、繞曲線、相互拖矣等等。在這範例中，此煞車可 用來防止在模擬情境中碰撞或用來模擬加油。這 可包括騎用者位置及騎用環境的顯示。 補_ 參照第十九圖，煞車槓桿(40)可旋轉地配置到腳踏車機的 握把(41)。槓桿(4〇)由線條Β之「煞車嚙合」位置向著線條Α 的脫離位置偏壓。當騎用者由脫離位置A旋轉握把(4〇)0 }、角 到煞車嚙合位置B時，因旋轉彈簧(圖中未顯示)或其類似物產 生相當小的扭矩T1。然而一旦該槓桿(4〇)到達嚙合位置B時， 26 D:\^f^PU\pu07m〇01 \PU-077-OOOJ .SChaw-(〇n-SHY)-2007.06-20. doc 200819164 硬的彈篑或硬停裝置藉以提供騎用者與具 ί入f 力(扭矩)T2 ’並其做為反饋(也就是 ίΐϋ rΒ和第二Α圖的控制系統。或著，若位置 動射彈黃(圖中未顯示)而不用停止裝置，槓桿(4〇)的 弹黃係數以對_制系統提供-煞車力。可利用電 的=力。(或位移)制11實f連接至料二及十二圖 來各種方式在煞車上施以測定(實際施加)力 ’描述實際_車速度的速度損失函數 ，疋& σ至…、車槓桿(4〇)之力的線性方程式、多項式或指數 ^曲績ίί ^速度(功率)的損失可從實驗資料利用查找表或配 適曲線來估計，像是一樣條配適。 進步參知第十二圖，顯示的是與第十二圖腳踏車機(1) =以的本發明另一觀點腳踏車機⑽，不過該腳踏車機(20)不

iii感測器⑹。腳踏車機(2〇)包括曲柄(2)、踏板⑶、驅動 構件义、彈性驅動構件⑶、從動構件⑺、編碼器⑻、處理器 (10)、1流發電機(11)、手煞車(45)、顯示器(50)和煞車驅動器 (12j。這些組件與上述關於腳踏車機(1)的討論基本上相同（第 十二圖）。然而由於腳踏車機(20)並不包括力感測器，腳踏車機 (20)的控制可藉由以功率為主的力估計裝置實施，如 A 第一 B圖所示。 、如美國專利編號第6,454,679號之詳述(先前已納入本文做 為參考），運動基本方程式為： ^ V(update)-V+[(Fa-Fd)-mi*gsin Θ ](tinc/mi*) (l.l) 參A?、弟四圖，對腳踏車模擬器來說，這個方程式變成： V(update)=V+[(Fa-Fd).(mi+m2)g sin^- 〇.5C1pQV2](tlnc/m1+m2) (1.2) 在苐十四圖說明此腳踏車公式的輸入變項。 進步參,％弟十五圖，利用腳踏車方程式(ι·2)的腳踏車機 27 ΟΛ專称PU\pu077mmpu.〇77丨_SCfjaw (〇ri sm) 2〇〇7孤2〇如 200819164 系統(30)，利用更新速度(V(update))和測定速度v之間的差， 乘上一大的增益(也就是數值）’以決定交流發電機需產生 力。在加總器(21)，來自力感測器(6)的力(31)加到摩捧力1 由於上坡而來的力(33)和氣動阻力的力(33A)，以提;^一她 (3'第十四圖有—拖戈力〜且-虛擬「上坡」的“： Fhill = (m1+m2)gsin 6> ； 其中虛擬上坡的傾斜角 ·） 氣動阻力的力表示為： F_ = -0.5Cl,QV2 (14) 可想而知，阻力係數Cl可依據各使用者的差別調整。同樣 土此控制系統可依據使用者的手是否抓住握把(27)的頂部 Γίΐ第一圖)或下部(27B)調整阻力係數Ci。可根據二握把 上的感測器信號來完成此調整。或者，腳踏車 =輸^ «可讓朗者選「上把」騎敍 M /悲。控制系統能儲存有關兩騎乘姿式之阻力係數資π， 調整氣餘力因素。或者該控·可包括允許以騎用者 的貝里和(或)身高或其它身體尺寸計算氣動阻力係數的資訊。 左同樣地，此控制器可經程式控制以模擬不同腳踏車類型之 ^動，力的阻力餘。舉例來說，該控可儲存登山自行 Ϊ★么ΐ自行車或座位斜靠式自行車的阻力係數。該控制器可 用去二二3括7鄕徵’其允許料算或以其他方式依特定使 ίίί ΐϊ 1高等等概其阻力係數。以這種方式，控制器

型/裝置5來^^^尺寸(身材）、不同握把位置和不同腳踏車類 擬载動阻力的效應。總力(34)除以^/(恥+恥）， =數置(36)加到測定騎乘者速度V得一 v(update)(37)。V 乘上一相當大的數目（增益)以反饋交流 =或者方程式(1.2)可表示成： (update)-V-V+|；(Fa_F^^mi+m^gs.n Q _〇 5clPQV2]/(tinc/(mi+m2)) 28 D^MPU\pu07m001\PU-077-000l_SChaw-(ori-SHY)-2007-06-2O.doc 200819164 > »這種方式，測定速度v和v(update)間的的差Λν可直接 計算並乘上一相當大的數目（增益)以供反饋控制。因此，第十 五圖的數量(36)可直接輸入增益轉換函數(38)以供反鑛給交流 發電機來控綱交流發賴職生的力。絲實施軒五圖之 系統的觸控常式(haptic routine)見第十六圖中說明，且第 圖中的方塊圖說明第十五圖系統。 >…如以上所述，自行車的阻力^可利用第十四圖的方程式來 计异。同樣地，騎用者由於上坡所體驗的力表示為：

Fhm = (m1+m2)gsin 0

且氣動阻力的計算為： J

Faero = _0.5CipQV2 (14)

Fd、Fhill、Faer。分別為速度或虛擬上坡的斜度之函數。宜它作 =在騎用者身上的力，是咖者/腳踏車角加速度和線^加速 度，以及慣性和騎用者/腳踏車質量之力矩所致。 據此依本赉明另一觀點的腳踏車機可包括具有可調整慣 t矩的飛輪。該飛輪可與控制器轉合，以便輸入騎用者的重 ，二且^調整飛輪以提供一慣性，其與實際的腳踏車騎乘者慣 =是相等的。換姑說，飛輪的慣性可罐，崎踏板上所施 =的力提供相等量的加速度，就好像騎用者在—「實際」腳踏 、=成體驗。摩擦力Fd(包括滚動阻力）、虛擬上坡的力^ =旦氣動阻力(Faer。)，這些可根據速度和坡度(和騎用者/腳踏車 =)為計算並輸人處理器，且用來調整由交流發電機或摩捧 戶生的阻力。這種方式，可調整慣性飛輪可用來作為來 ^口速度之力的模範，且由編碼器所量測的速度，以及所模擬 y坡角度用來可提供模擬滑輪摩擦效應和氣動阻力的額外 依严發明另一觀點的腳踏車機，寧願利用測定加速度而不 择^疋ί輸入該控制系統。一般來說，力等於質量乘上加速 又。*此祭可直接測量上述的力，速度可被量測(或以速度之 29 D：\^MPU\pu077\000J\pu-077-000J_SChaw-(ori-SHY)-2007.06.20_d〇c 200819164 ，，來計算’這接著也就是位置_異)域上㈣之等效質 量藉此獲得「測定」的力。這個「測定」的力與上述依本發明 之直接力測量觀點實質上是用相同方式來測量的。 、進一步地’亦可測量腳踏車踏板位置，以及測量位置之間 的，’用來做為控制輸入。舉例來說，積分依上述控制系統所 計算的虛擬速度以提供虛擬位置。利用這虛擬位置和測定位置 之間的差做為㈣輸人’科用速度差。應刊自如果利用位 置差做為控制輸入值，該增益轉換函數可能略有差異。 父流發電機控制(第二十到二十五圖）。 旦η在運動設備中使用交流發電機吸收由運動者所產生的能 所悉知。在運動設射交流發賴的優點是交流發 ，機成本低且容易控制，例如使用轉子電場和負載，藉以將力 應用到運動者的身上。 姑依本發明另一觀點之描述是用一交流發電機類型的 示範，但可想而知此僅做為解釋相關觀點的目的，因此 並…、#备限制本發明之觀點應用於交流發電機。 傳統交流發電機巾，轉子包括產生磁場的細。當轉子 ’磁場與定子線_合使得定子線難生頓。在先前 ί二、的裝置t，跨定子線圈所產生之賴_式為—3相交流 形。交流發電機封裝⑹内，在傳統全波整流電路中用 二口 fAc定子電壓產生直流電(DC)。在交流發電機的汽車 應用^口中，DC電壓是用來為汽車電池充電。 六運f裝置時，交流發電機產㈣DC電壓應用到可 曲別第二十圖中，說明用於運動設備之交流發電機裝 备截先前技藝。為改變施加到正在運動人士的煞車力，該 千開㈣使得交流發電機送出之平均電流可被控制。平 船:ΐ上平均電壓等於由該運動人士取得的功率(瓦特 =矣，除了可交換負載，亦調整轉子電流以正確充電。 鈾技藝中，一般是用微處理器來控制運動人士承受的 30 D：\^mU\pu077\0001\PU-077-000IJChaw-(ori-SHY).2007-06-20d〇c 200819164 負^該微處理器改變轉子電流並開或關交流發 以運動人士所需的負載。通常微處理器使用、、 電流’關整運動人士承受的負载和施於^ 池的充電電壓。因此，微處理器有兩控制變項， g載值，亦有兩項標的，獲得正確運動負載並正確為該 #m(也就是使用橋接和dc負載 >使用交流發電機右 。第―，由定伐壓的波動造成扭矩波動 可，見扭矩波動，即施加到運練置的阻力振 -般的扭矩波_為交流發電機所產生.顛叙」。 壓波動為時間函數的範例，如第-十二矩t5/°。功率和電 ；丄用所有疋子繞線之交流發電機的定 電池的;壓二為= 失’其有害 月匕，特別是在低阻力範圍内。 < 罝广 點^(15^)(帛二十三®)依本發明—觀輯少或除去這些缺 二:ίί (]除去所有（或實質上所有〕來自交流發i機 繞同電路(155)同時使用所有交流發電機 電機可產生寫或更麵賴。同樣地， 入，i/ili速地回應煞車(力的控制）系統的控制輸 納;疋轉子電流，故可在持續為電池充電的同時 獲仔很大的貞_ n細’且職赵騎損纽及會影響運 31 W 專称pu\pu077\00(mPu.077_0001JChaw^(〇riSHY)2007.20d〇c 200819164 動裝置性能的類似物。 參照第二十三和二十四圖，依本發明的電路(155)及〇58) 中在電壓上由父流發電機定子產生負載。在電流(I%) 及(^58)中’控制激磁電流(亦稱為「場電流」）的強度藉以改變 由父流發電機生成的阻力。—般來說，即使轉子正在移動，若 激磁電流為賴沒有電流通過電阻糾57)，且此交流發電機 不會產生任何阻力(扭矩）。然而順著激磁電流增加，電流通過 電阻器和交流發電機時可產生運動設備使用者能感受到的阻 力二可想而知，交流發電機對一已知激磁電流的阻力扭矩通常 為常數(也歧阻力祕不隨交祕賴的每分雜數r•卿· 改變）。然而由交流發電機從系統得到的功率會隨叩血·改變。 因此如果運動設備的控㈣統經配置將交流發電機的功率當 作變項加以控制，交流發電機增益_換函數將被配置以顧及 因r.p.m·(或其匕糸統組件)而起的功率變化。 明確地說’電路⑽)及(1S8)的負載組態沒有内在扭矩波 動。原因如卩下所述。交流發電機的3個輸出可當作3個正弦 波電壓產生器」有電壓A sin(6n)、A _如+2/3叫和A如 (ωΐ 2/3 Pi)。這代表傳統的三相波形。由各繞線而來的瞬間功 率也就是A sin㈣λ遍〇ad等等，且這3個功率項總和是 1.5A 2，所以此值完全與時間無關。因此交流發電機功率輸出 沒有功率聽，由於此事實且功轉於力乘上速度，其沒 矩波動。 此外，電路⑽)及(158)同時由所有繞線產生電流。對比傳 統電路對已知奸繞料值糕A產生約AA2/Rk)ad輸出功 率’電路(155)及(158)獲得1.5 AA2/Rload功率或[5乘上功率， 而不需由定子繞線獲取比允許電流更高的電流。 = 55)及⑽)的負載功率因素是i，而傳統電路的負載功^ ，疋fqrt[3]。在像是交流發電機和電動機這類裝置中， 心知愈尚的功率因素導致愈低的内部加熱。@此電路(155)及 32 D:^^P^PU〇77\0001\PU-077.〇0〇l_SChaw-(ori-SHY).2〇〇7.〇62〇d 200819164 統電路負載的L5倍而不會使交流發電機過 念ίΤϊϊϊ裝置要求更高峰值功率(而不是一穩定、不“ 二二心】名）。此峰值可接近幾乎為使用傳統運動腳踏車i 父流發電機負載所需功率的兩倍。 早< 及廡電ΐΐι)ί(158)的另一優點是該等電路對控制變化快速 轉 電流做為負載控制，且交流發電機幾乎 ΐΐΐ磁電流改變(以少於千分之一秒的等級，這 ^備賴來絲本上是同時的）。電路(155)及_又- 激磁可從G伏制滿鋪子賴，故㈣動態範圍 疋非㊉大的。既然傳給負載的功率與定子上的電壓之平方 ΐϋί i且定子上的賴與激磁電流成_，交流發電機的功 率輸出與激磁電流辭方成_。所以—励:1的轉子電 化導H)，_:1負載功率變化，這是相當大的動態範圍。 ―弟一十二圖的電路(155)不包括供應充電的電池。然而，如 弟二广四圖所示，依本發明之另一觀點的電路(158)具有電池 充電此力。使用時，普遍以2〇 kHz(例如每5〇微秒5微秒)簡 短地打開開關(159) ’且由於交流發電機的定子繞線發揮如反 ，電源供應态内的反馳線圈(flybackc〇iis)一般發揮作用，由該 疋子產生的電壓跳至較高電壓。此定子線圈用通過電阻器(157) ，電流充電，當開啟開關(159)時’此線圈充電至Lp\2/2能量。 每次打開開關(159)時，某些能量釋出到電池(153)中。打開開 關的時間很短使通過定子線圈的電流並無太大變化。同樣地， 此程序發生得很快以致對運動人士沒有明顯的扭矩影響。電壓 跳升直到二極體(154)將動作電流送至電池也就為電池充電， 儘管事實上跨該定子上之電阻器負載的平均(值)甚少於電池 電壓。由於反馳效應，不需在定子繞線上產生電池位準的電壓 而可為電池充電。據此，電池充電過程並不強迫轉子激磁大到 33 D:^llPU\pu07m001\PU-077-00Qi_schayv-(ori-SHY)-2007-06-20.doc 200819164 足以在定子上產生電池電壓。當以低的激磁和低功率操作栌， 電路(158)不會產生傳統電路在低輸出功率時則會產生的渦^ 流及其它損失。電路(158)亦只有用通過二極體(154)二 電池充電，且因此二極體(154)小得多，消耗报少 了: 較一般先前控制方式和電路來得便宜。 功率控制過程期間讓轉子電流的值變小有進一步的 處，那就是交流發電機有磁場所產生的激磁電流所造成浐 子激磁且當使用*應用很少或有力到此設備貝時讓 其歸零’使系統之基線力減至最小。 門t微處理器控制開關控制開關_的關閉期 Γ: ΐ! ί入電池(153)的電流。使用開關關閉時段做為控 制時，可輕易在大範圍的電流之間控制電池充電。電 基本上是和定子1壓無關’故微處理器控制系統可依電 池虽刖所需充電狀態或其它因素來充電該電池，而呈現給運 ，輸入到電阻器負載所產生的功率，以及輸入 率，因此可產生任何所需之運動負載功率。 、用來為電池⑽)充電的交流發電機輸出亦可用 它運動設備電路，像是顯㈣、電腦、控辨動^ 所需功率亦可做為運動負載計算的考量，故運動 所需的負載而與充電或操作電路的運行無關。 & 盥^查五圖所示包括雙極高電流開闢。開關(159) ”疋子負，電阻5(157)串聯。雖然可用多種開關組熊二 十五圖所示的開關(156)是利用一般設計。 、、〜 一 一 iff Ϊ發控制系統可有各種型式，可想而知第一 A、 - B和第—圖巾咖者功㈣量版本，以及第五 者對運動設備之影響的測定值和-虛擬 實際身體活^的物理學 〇 '' 34 D:\專称 Ρυ\Ριι077\0001\Ρυ-077-0001_3<：ίηην；5ΗΥ>-2007-06-20.ά〇€ 200819164 去於上率：计控制系統利用騎用者所產生功率計算騎用 力㈣關係(功率等於力 此算出的力用來計算虛擬加速度，其方 以接供卢ίίΐ貝置乘以加速度的原3里°接著積分此加速度值 傲=六冷t、。接著，用虛擬速度和測定速度之間的速度差 糨、二ΐ電機或其它力產生裝置的控制輸人，以隨著虛 速又和^則疋速度之間的速度差增加而增加阻力。 的、ί的力啦^式亦彻虛擬速度和測定速度之間 =====寧出r_者施力 度之間触奴和測定速 技二應：？速理解依本發明 会方u ΠΓ奎4丨Μ ΪΓ 月本文所揭不硯點。這些變更視為包 述。 _該料料娜圍明文#做其他敘 【圖式簡單說明】 =一圖為本發明之運動裝置的透視圖； 的示意_圖^圖為本發明運動裝£之-誠的控㈣統及裝置 ' 發明另—觀點之控制系統和儀器的示意圖； 一笛：if ί’—圖運鱗置之部分非完整的透視圖； 明另—觀點之控㈣統和儀11的示意圖； 統和儀一目賊本發料-觀點賴—賴力之控制系 ^:==另—觀點之控制系統和儀器的示意圖； 第五ΐίϋ:2—觀點之控制紐和儀器的示意圖； 圖為為本啦月另-觀點之控制系統和儀器的示意圖； 35 D:^MPlApu077\0〇〇l\PU^〇77^i 〇〇〇l_SChaw-(ori-SHYy20〇7-〇6-20.doc 200819164 圖 .第’、圖為腳踏車機或可移動腳踏車之曲柄和踏板的示意 第A圖顯7F制者纽並贿咖力(扭矩)變化為曲柄角 度之函數； 依照本發明利用一控制系統的程序圖， 序圖 丨；回、、依^本發明之另—觀點所利用-控制系統的程 序圖第;十0為依照本發明之另—觀點所利用之控制系統的程 看得第見:顯=依照本發明之-觀點的運動裝置之使用者可 sens〇r). 八甲在控制糸統内利用強制感測器（forced ^(exercise 的運發日狀—觀點’利_]系統之腳踏車機 本Ϊ明另—觀點所示之控制系統的示意圖； 執行第八圖方程式之觸覺常式的流程圖； 认# L:依本發明另一觀點沒有利用力感測器之控制 系統的流程圖 系統為依本發明另一觀點顯示利用力感測器之控制 第十九圖為依本發明另—觀點，可由_使 腳踏f機虛彳疑速度之制動桿的部分示意圖； ”二 ft圖為—先前技#之交流發電機控制電路的電路圖； 一 一圖顯不第二十圖之交流發電機控制電路所產生 36 ^卿；_77摘_幻_初娜肅㈣如 200819164 功率波動的示意圖； 第二十二圖顯示第二十圖之交流發電機控制電路所產4 電壓波動的圖表； 则电峪所屋生 圖， 第二十三圖為依本發明另一觀點之另〜控制裝置的電路 第二十四圖為依本發明另一觀點之另〜控制裝置的電 路 第二十五圖為可用於依本發明另一觀點 制電路的雙極電流交換H。 【主要元件符號說明】

Stationary bike

Flexible driver member 翌隹冓件

M測器 pulley encoder frame 器機架 10 processor 11 alternator 12

Brake driver 至遮聲電機 20

Stationary bike 動器 車機 D:\專称 PU\pu077\0001\PU-077-0001_SChaw-(ori-SHY)-2007-06-20.doc 37 200819164 21 summation 總和 25 Electronic control system 電子控制系統 26 Battery 電池 27 handlebar 握把 27A Upper portions 握把上部 27B Lower portions 握把下部 30 Stationary bike system 腳踏車機系統 31 Force 力 32 Friction force 摩擦力 33A Aerodynamic drag 氣動阻力 34 Total force 總力 36 quantity 數量 37 V(update) 更新力 38 Gain transfer function 增益轉換移函數 40 handle 握把 45 Handle brake 握把煞車 50 Display screen 顯示螢幕 54 Input power 輸入功率 55 summation element 總和元件 56 Rider force 騎乘者出力 57 Friction factor 摩擦因素 58 Slope factor 坡度因素 60 Mechanical losses 機械損失 61 Electrical losses 電損失 62 Current losses 電流損失 63 Electrical power 電力 64 Alternator rotor current 交流發電機轉子電流 65 Pedal rate 踏板速率 66 Diagram element 流程圖元件 38 專种 PU\pu077\0001\PU-077-0001_SChaw-(ori-SHY)-2007-06-20.doc 200819164 69 Gear rollout 齒輪比滑出量 70 Aerodynamic drag force 氣動阻力 71 Bike velocity 腳踏車速度 74 Aerodynamic drag 氣動阻力 76 Virtual velocity squared 虛擬速度的平方 77 Diagram element 流程圖元件 79 Diagram element 流程圖元件 80 Total true force 總實際力 81 inverse 倒數 82 diagram element 流程圖元件 83 First acceleration value 第一加速度值 85 acceleration 加速度 86 integrator 積分器 87 output 輸出 89 Velocity difference value 速度差異值 90 Virtual bike velocity 虛擬腳踏車速度 91 Output 輸出 92 Multiplier 乘法器 93 diagram element 流程圖元件 94 result 結果 100 Control system 控制系統 102 pedal 踏板 103 chain 鏈條 104 Rotor 轉子 105 Encoder 編碼器 106 Pedal rate 踏板速度 107 Gear rollout 齒輪比滑出量 108 Diagram element 流程圖元件 110 Virtual bike velocity 虛擬腳踏車速度 39 D:\專利\PU\pu077\0001\PU-077-0001_SChaw^(ori-SHY)-2007-06-20.doc 200819164 111

Diagram element 流程圖元件 112 113 114 117 118 119 120 123 124 125 126 127 128 130 131 132 136 137 140 141 142 143

Velocity difference

Gain transfer function

Signal or value

Diagram element Resulting output

Rider total watt

Diagram element output

Alternator gain transfer function

Pulse width modulation signal Load power

Input

Total power estimation

Frictional loss

Current loss

Circuit power losses

Diagram element

Rider estimated forces

Virtual friction loss

Virtual aerodynamic loss Hill forces

Total rider force

Virtual velocity squared

Diagram element

Diagram element

Weight

Diagram element 速度差 增益轉換功能 訊號或值 流程圖元件 所得輸出 騎用者總功率 流程圖元件 輸出值 負載 功率 輸入 總功率估計 摩擦損失 電流損失 電路功j損奂 流程圖元件 騎用 虛擬摩擦損失 產44^員失 上坡力 總騎乘者力 虛擬速度 流程圖元件 —-—

流程哩士件 D:^^PU\pu077\〇〇〇i 爪 PLf-077-〇〇0! SChaw-(ori-SHY).2007.〇6-20. doc 200819164 144 Virtual rider acceleration 虛擬騎用者加速度 145 Integrator 積分器 146 Output 輸出 150 diagram 流程圖 153 battery 電池 155 circuit 電路 157 resistor 電阻器 158 circuit 電路 159 switch 開關 160 Actual measured forces 實際測定力 161 Pedal 踏板 162 Circular path 圓形路徑 163 axis 轴 165 Force curve 力曲線 166 peak 峰值 167 Low point 低點 170 Force curve 力曲線 171 peak 峰值 180 Control system 控制系統 181 Switch 開關 182 switch 開關 185 Bike 腳踏車 186 Force sensor 力感測器 187 force 力 190 Bike road model 腳踏車路況模式 192 Diagram element 流程圖兀件 193 Velocity difference 速度差 194 Measured velocity 測定速度 195 Virtual velocity 虛擬速度 41 D:\專手小 PU\pu077\0001\PU-077-0001_SChaw~(ori-SHY)-2007-06-20.doc 200819164 199 Result 結果 200 Spring rate 彈簧率 201 Diagram element 流程圖元件 202 value 值 203 True rider power 實際騎用者功率 210 System 系統 211 Gear rollout 齒輪比滑出量 212 Diagram element 流程圖元件 213 Measured force 測定力 216 Measured crank velocity 測定曲柄速度 217 Diagram element 流程圖元件 219 Gain transfer function 增益轉換函數 220 Velocity difference or error 速度差或錯誤 221 Position error 位置誤差 222 Diagram element 流程圖元件 223 Resulting value 結果值 224 Alternator gain function 交流發電機增益函數 225 True rider power 實際騎用者功率 230 Control system 控制系統 233 Measure velocity 測定速度 234 Measure force 測定力 235 Diagram element 流程圖元件 236 Rider power 騎用者的功率 237 Element 元件 238 Difference or error 位置誤差或錯誤 239 Resulting value 結果值 240 Gain transfer function 增益轉換函數 241 Virtual velocity 虛擬速度 242 Gear rollout 齒輪比滑出量 42 D:\專称 PU\pu077\0001\PU-077-0001_SChaw-(ori-SHY)-2007-06-20.doc 200819164 243 Gear rollout 齒輪比滑出量 244 Measured velocity 測定速度 245 Diagram element 流程圖元件 246 Resulting velocity 結果速度 43 D:\專fl上 PU\pu077\0001\PU-077-0001_SChaw-(ori-SHY)-2007-06-20.doc

Claims (2)

1. 200819164 、申請專利範圍： L 一種腳踏車機，其包含： 一支撐結構，其定義一前部與一後部； 一椅座安裝至該支撐結構； 一曲柄旋轉地安裝至該支撐結構以便繞一軸旋轉，該曲 柄包含一對踏板可沿一大致圓形路徑繞該軸旋轉，該g 路徑在邊軸如方具有一前部且在該軸後方具有一後部。 厂控制系統’其包含-力產生裝置連接至該曲柄， ，由踩踏腳踏車機之使用者所體驗到的阻力，其中該 控制該力產生裝置並導致制者在該圓祕徑前部所 體驗到的該阻力大於在該路徑後部體驗到的阻力。 2·如申請專利範圍第1項之腳踏車機，其中該力產生 括一構械煞車。 匕 3. 如申請專纖圍第1項之腳踏車機，其巾該力產 括依靠電職置，其並不_彼此相對移動之兩部^^ 所產生摩擦力的變化來改變阻力。 接觸 4. 如申請專利範圍第3項之腳踏車機，其中該 括-交流發電機。 王衣1包 5. =請專利範圍第4項之腳踏車機，包括—電控制 交流發電機，其中料控制導致該交流發^ 獅力力矩’以質實上消除可感受到的踏 6. 如申請專利範圍第4項之腳踏車機，其中： 該交流發電機包括至少三個定子繞線，並包含· 電流力#中該_制改’ 8.如申料纖圍第7項之騎車機，其巾各财子繞線越 44 D:'專鞭υ\_7Άοοο1Ψυ 〇77 〇〇〇1 ^SChaw-(ori-SHY)-2007-06.20. d〇c 200819164 過一電阻器電連接至其它定子繞線。 9. =2=第8項之腳踏車機，其中該電路包括與電 η. :41:=電機之線圈的電流有报大的改變。 14如腳踏車機之測定值來控制阻力。 •至第1項之_車機’其中該控制系統決定 的差里遍^且利用虛擬特性和相對應測定特性之間 Η /二:決定控制使用者所體驗阻力的控制輸入。 .虛°mi利_14項之腳踏車機，其中該虛擬特性包括 15項之腳踏車機，其中該測定特性包括 項之腳踏車機，其中該控制系統利用 項是由虛擬騎用者施力、虛擬速度和虛擬加速二 組成之群類中所選出。 18·ίΓίί利範圍第17項之腳踏車機，其中該控制系統包括 y測里貝際變項的感測器，其中該實際變項是由使用者施 ^至踏板的力、曲柄速度和曲柄加速度所組成群類中所選 出。 19. ^申請專利範圍第I8項之腳踏車機，其中該控制系統利用 虛擬變項和實際變項之間的差來控制阻力。 20·如申明專利範圍第1項之腳踏車機，其中該控制系統利用 45 D: 1 WMPU\pu07m〇〇i \PU-077-000ijchaw-(ori-SHY)-2007-06-20. doc 200819164 為該虛擬速度之函數而非線性變化之計算氣動阻力因 定虛擬速度。 μ』 2i.==r項刪機’其中該氣誠力與虛 22· 圍第1項之腳踏車機，其中該控制系統控制 ===:力用者的踩踏速率相對於-固定踩 23.如Γΐί利範圍第1項之腳踏車機，其中該腳踏車機定義 :速度為踏板每分鐘旋轉數(r.p.m.)之函數，且並中該控$ 者要維持―固定轉數所需之穩定狀態阻， 面砂 及赚_錢有坡度的路 24·Ϊ^ίί=，項之腳踏車機’其中該控制器讓力產 車速依實際騎乘腳踏 =板實力際實=乘者在相~^^ 26.ί/申ΐ專利範圍第1項之腳踏車機，其中各個踏板定羞亩 底t’ 在轉軸下方的 28.=ϊίί2第1項之觸車機’其中為時間函數之該 29·如申明專利範圍第28項之腳踏車機， 阻力的圖形在各個曲柄旋轉期間是不同、的:、才"< 之該 46 D: \ 專称PU\pUQ”\ 丨 [〇〇〇I\Pa〇7： r^〇OOJ •SChcm-(〇ri-SHY)-2007-i 06-20.doc 200819164 30·如申請專利範圍第四項之腳踏車機，其 ;力並不域運麟純糾航岭係數= 31.如申請專利範圍第！項之腳踏車機，其 32. 腳踏車運動方程式的至少-因麵人考量；疋將關於 Sid擬—移_料謂踏4力的‘車機，該 一支撐結構，其定義一前部與一後部； 一踏板結構旋轉地安裝至該支撐結構； 該踏板結構包含兩踏板可繞一軸移動 且料由使用者施加至該料板的力 而；云， 擬至少某些會由—移動腳踏“騎ίΐίΐ 納艾《 t 觸車機’其*該控制器提供- 力因逮度來決定伴隨速度而遞增的氣動阻 =力至少部分是取決氣動阻力因素。 戈f 〇月寻物巳圍弟34項之車 τ 36· 如腳踏車速度平方之函數而增加/、中趣動阻力因素 中該聊踏車速度包 定之測定腳踏車速度不I、又^等踏板角速度所判 37.如申請專利範圍第3 rp分移動腳踏車所用之=程、 38+如申請專利範_37項之_車機，其t該運動方程式包 47 Mm_pu嶋魏 Ρυ-077·—3σ咖挪·轉厕 0620d〇c 200819164 一坡度因素和一動量因素。 卹八Γ ^圍弟38項之腳踏車機，其中該控制器至少有 。3依!方程式決定虛擬速度，且其中： pq 利用與踏板角速度相關之測定速度和虛擬速度 間的差異來判定該可變阻力因素。 疋又 4〇·=ΐί利範圍第39項之腳踏車機，其中當使用時，一使 一使用者輸入功率到腳踏車機；該控制器利用該 值，以的—估計(值)來決定使用者輸人力的估計 值以決义該虛擬速度。 ::專利範®第39項之腳踏車機，其中該 二力=2可測量使用者所施加的力;且其中= 49 ϋΐ 的力之資料來決定該虛擬速度。 •-交圍Ϊ f項之腳踏車機，其中該腳踏車機包括 控制資 ^提^可變g踏板結構連結以因應來自控制器的 43.2ΪΪ利Ϊ圍第32項之腳踏車機，其中該腳踏車機包括 iti丄其與踏板結構可運作地連結以因應控來自控制 阳的控制貧訊提供可變阻力。 44 ϋ ^ 圍第32項之腳踏車機，其中該控制器包括公 ί 量，該好像該使用者是騎乘-可移動腳Ξ 車並提t、该使用者輸入力至該腳踏車機。 45. 專=圍第44項之腳踏車機，其中該公路 式包括一氣動阻力因素和一動量因素。 、 46t ：5 47. Ξ:㈣踏車機，其中該公路自行車模 48. 如申請專利範圍第46項之腳踏車機，其中該公路自行車模 48 μ專吵is_赠沉讥如 200819164 式利用一關於該腳踏車操作情況之測定值，並將氣動阻力 因素、動量因素以及坡度因素加總以判定一虛擬速度，且 其令該控制器利用虛擬速度和因應踏板結構角速度之測 速度間的差異為一輸入，以判定該可變阻力因素。、 第48項之腳踏車機，其中該可變阻力隨著 5〇' ^ 51. ΪΓΐ專利範圍第32項之腳踏車機，其中該踏板結構旋轉 地文裝到支撐結構，且該等踏板沿圓形路徑移動。 52. 如申請專利範圍第μ項之腳踏車機，其中該 繼靖啊观“身2 53. 第52項之腳踏車機，其中該控制器利用騎 3 值以蚊模擬在山坡上騎腳踏車的坡= 55.=^2圍=圈項移之動腳=機^中，踏板以環狀 力會在各踏板循環週期^^改變。〜可w且力包括一分 腳踏車機，其中該可變阻力包括 動量效應。9 工腳踏車上使用者所體驗阻力之 項應之腳踏車機’其找可 變阻力包括 模項之聊踏車機，其中該可變阻力包括 D:\專muw>7m 舰 PU-m-mkSChavh(ori_s叫2007 06 20d〇c 49 200819164 59.如申請專利範圍第32項之腳踏車機，包括一編碼器提供 板關於控制裔之位置的資訊。 60·如申請專利範圍第32項之腳踏車機，其中該控制器包括一 齒輪比滑出量以便由該等踏板之角速度判定一速度。 61 ·如申請專利範圍第6〇項之腳踏車機，其中該控制依據一 使用者輸入為基礎改變齒輪比滑出量。 62· 第61項之腳踏車機，其中該腳踏車機包括 ^輪k擇讀人值讓使用者可利用之以改變該齒輪比滑 63· —種運動裝置，其包括： 一支撐結構； 動元件可移動地安裝至該支撐結構，以便因 對該使用者互動元件所施加的力而相對於該 以及具有複數個定子框ran) ίί，機是可運作地連接至該使用者互動元 對於該支擇機趨向於抵抗該使用者互動元件相 子的-場其中該可變力依照施加至該轉 受電壓波動;;調^。匕而改變’且其中該可變力實質上是不 64.ΪΓ==項之運動裝置，其中該交流發電機包 接至其它定子繞=、、。，且其中各定子繞線越過電阻器電連 阻器以ί 員之運動裝置，包括-開關’其與電 各:以=:5二之，置，包括-電池;且其中 制以為該電池充^了亥電池，且該等開關選擇性地受控 50 D:\專称 PU\pu077\000!\PU-077-0001JChaw-(ori-SHY)-2007-06-20.doc 200819164 67.如申請專利範圍第66項之運動裝置，其中該等開關開啟的 時段足夠短暫’以便防止電流通過定子繞線時有顯著改 68·如申請專利範_ 66項之運動襄置，其中該等_開啟或 關閉的方式並不產生可迅速地被此運動裝置上的使用者所 察覺之扭矩變化。 69.如申請專利範圍第63項之運練置，包括一交流發電機控 制電路連接至該交流發電機，其中該電路經配置以提供 值為一(1)的負載功率因素。 〃 70·如申明專利範圍第63項之運動裳置，包括一交流發電機押 制電路連接至該交流發電機，其中該電路經配置以提供^ 值為根號三之倒數(1//"3)的負載功率因素。 〜、 几如申請專利範㈣7〇狄運動裝置，其中該電路經配置以 i、其值實貝上大於根號二之倒數(1//3)的負載功率因素。 72· j請專利範圍第63項之運練置，包括一交流發電機控 制其利用場電流的變化來改變該可變力，且其中該可變力 實質上是在場電流變化的一毫秒以内或少於一毫秒内而改 變。 73· —種運動裴置以供模擬一身體活動，其包括： 一支撐結構； a ’ 一使用者輸入元件可移動地連接至該支撐結構，以便因 應由一使用者對該使用者輸入元件所施加的力而相對於該 結構的支撐而移動； -控制系統，其歌速度與為—控制輸入的一虛 擬速度之速度差，以控制施加在該使用者輸入元件上的阻 力，其中該虛擬速度至少部分是依模型法判定，該身體活 動被模擬。 74·如申明，利範圍第73項之運動裝置，其中該控制系統包括 二感測器，其可測量與移動以及該使用者輸人元件相關的 變項，可由該變項判定使用者輸入元件的速度。 51 D:X^^pU\pU07m00l\Pu.077-000i_SChaw-(〇ri-SHY)-2007-06-20.doc 200819164 75. ===:力裝置，其中該控制系統包括 76.==Γ75械練置’㈣力產生裝置包 77·如申請專利範圍第76項之運動 丄 -方式控制，使得此蝴_實上 ===機用 =裝置’該力產生裝置至少部分地依 79.二第78項之運動裝置，其中該控制器判定-速=使用者功率’並利用該估計使用者功率來判定該測定 78項之運動裝置，其中該控制器更新該 虛Μ速度的方式將動量的效應納入考量。 81. ==利範圍第8〇項之運動裝置，其中該控制器利用加 速度和力之間的線性關係以判定動量效應。
2. 82. US，，8〇項之運動裝置，其找控制器藉由加 氣動阻力和動1的效應來更新虛擬速度。 83. 如申請專利範圍第82項之運動裝置，其中該控制器將一虛 擬上坡的斜度納入考量以更新虛擬速度。 84. 如申請專利顧第83項之運動裝置，其中該控制器將雜 損失的效應納入考量來更新虛擬速度。 不 85·如申請專利範圍第83項之運動裝置，其中該運動裝置包括 一腳踏士機，且該使用者輸入元件包括一對踏板曲柄，其 大致繞著一軸以一圓形路徑移動。 y、 86.如申明專利範圍第％項之運動裝置，其中該控制器包括一 腳踏車數學模型，該模型將騎乘一移動腳踏車相關之物 理’且其中該數學模型是用來計算該虛擬速度。 52 D:\專称 PU\pu〇77\〇〇01\P(J-077-〇〇〇1 SChaw-(ori-SHY)-2007-06-20. doc 200819164 汝申明專利範圍第86項之運動裝置，並中 89，择== 之者 測定其中該控制系、^用 90.=!iS 第:3= 91如由▲主蜜…外力’、方法傾向於使速度差減至最小。 置項之運姆置，其中該控制系統經配 她Ξί變力驅使速度差達一預定的值，且兑中葬 擬力ti精定的騎乘者力除以—縣者質制來判ϊ-i 92· —種腳踏車機，其包括·· 一支撐結構； 二對踏板的曲柄可旋轉地安至該支撐結構； 力以可運作地連接至該曲柄’並提供一可變阻 力以抵抗由-使时施加至該踏板的力； 項Tf己置以測量與該曲柄運作期間相關的-變 項，其中可由该變項判定一真實速度； 哕單ίϊ接至該感測器及該交流發電機，其中 内部腳踏車模型以用來判定該内部 ^、車：生的虛擬速度，且其中該内部腳踏車模型 該測定變項作為該内部腳踏車模型的一輸入值，且盆中该 總至!該測定變項、利用該先^虛^ 、二 的氣動阻力損失之效應，以及依據一體重及 一虛擬上坡之一坡度的一上坡角度效應，判定一騎乘者出 力而由儲存在耗子控鮮对的-絲虛擬速度判定一 更新之虛擬速度，且其巾該虛擬加速度經積分計算以提供 53 d.·丨獅啊^麵卿抓崎^^^. _ _ 200819164 該虛擬速度，並且其中： 該控制ϋ姻該真實速度和該虛擬 置傾心 94. ΪΙΐίΓΞϊ93項之腳踏車機，其中該騎乘者出力在 車模型之前藉由將該騎乘者出力除以-㊁ 踏車機，其+該腳踏車機包括 Μ 擇ΐ讓使用者選擇該齒輪比滑出量。 .圍第92項之腳踏車機，其中該測錢項與由 -使用者對該腳踏車機的功率輸人有關，且 …田 该控制器欺-仙者功率輸人 & :功率除以由-先前虛擬速度所判定的; 該乘者出力是用來作為輸入至該内部腳“機的 97===2ΐΓ項之腳踏車機，其中:該力產生裝置 98t 置，其中:該交流發電機 ，、有衣紅式之延長彈性構件連結至該曲柄。 54