TWI736142B - 應用於自行車之風速檢測系統 - Google Patents

Abstract

一種應用於自行車之風速檢測系統，係包含有一車錶裝置，而該車錶裝置係具有一殼體，該殼體係具有一前方進氣口、一後方進氣口、一前方獨立腔體、一後方獨立腔體、一主電路板，其中該前方獨立腔體及該後方獨立腔體分別設置有一前方氣壓感測器及一後方氣壓感測器，因此當氣流由該前方進氣口進入後，該前方氣壓感測器能夠偵測取得第一氣流氣壓值，並搭配該後方氣壓感測器所偵測取得的第二氣流氣壓值，該主電路板內部之中央處理器晶片能夠進行前方、後方氣壓感測器之差值計算風速值和風阻功率值。

Description

應用於自行車之風速檢測系統

本發明是有關一種應用於自行車之風速檢測系統，特別是一種能夠偵測氣壓值、並透過前、後氣壓差換算取得風速和風阻功率之風速檢測系統。

近年來十分風行以自行車作為運動及代步之工具。部分之使用者於駕駛自行車時會安裝自行車錶於自行車之手把上以紀錄騎乘里程、速度等參數作為運動時之參考。此外，上述之自行車錶亦可具有衛星導航功能，以引導使用者行徑之路線。

但若是要將氣壓計結合於車錶上，是有一定困難度的，由於氣壓感測元件是一易受到外在環境影響而使數值在偵測上有較大起伏的感測器，例如騎乘時的順風、逆風與上、下坡所帶來的風切，都有可能會讓氣壓感測元件偵測到額外的數值，使得在高度、位能與功率的計算上有高估或低估的現象，因此要將氣壓計應用於車錶上，是有一定難度需克服的。

因此，本案於車錶內部設計前後兩個獨立的腔體，並將氣壓感測元件配置在前後兩個獨立的腔體內，以藉由前方、後方氣壓差值來計算風速值和風阻功率值，如此應為一最佳解決方案。

本發明應用於自行車之風速檢測系統，係包含一車錶裝置，係包含：一殼體，係具有一前方進氣口及一後方進氣口；一前方獨立腔體，係設置於該殼體內部前端，其中該前方獨立腔體朝向該前方進氣口係設置有一與該前方進氣口相連通的前方進氣通道，而該前方獨立腔體內部更具有一第一電路板，該第一電路板上係設置有一前方氣壓感測器，其中該前方氣壓感測器用以偵測由該前方進氣口進入、並通過該進氣通道之第一氣流氣壓值；一後方獨立腔體，係設置於該殼體內部後端，其中該後方獨立腔體朝向該後方進氣口係設置有一與該後方進氣口相連通的後方進氣通道，而該後方獨立腔體內部更具有一第二電路板，該第二電路板上係設置有一後方氣壓感測器，其中該後方氣壓感測器用以偵測由該後方進氣口進入、並通過該後方進氣通道之第二氣流氣壓值；一主電路板，係設置於該殼體內部、並與該前方氣壓感測器及後方氣壓感測器電性連接，而該主電路板內部係具有一中央處理器晶片，該中央處理器晶片內係儲存有一個或一個以上的演算單元及該前方氣壓感測器與該後方氣壓感測器所傳送的第一氣流氣壓值及第二氣流氣壓值，而該中央處理器晶片能夠運作該演算單元，以進行前方、後方氣壓感測器之差值計算風速值和風阻功率值。

更具體的說，所述前方進氣口之開口寬度係大於該前方進氣通道之開口寬度，而該後方進氣口之開口寬度係小於該後方進氣通道之開口寬度。

更具體的說，所述更具有一設置於該殼體內部或外部的速度感測器，用以偵測行進中的車速值並傳送給該中央處理器晶片，而該中央處理器晶片內係儲存有一風速運算單元，該風速運算單元用以將該前方、後方氣壓感測器之差值乘上一轉換常數後，再減掉該車速值後，則能夠取得風速值。

更具體的說，所述主電路板上更具有一風阻功率運算單元，該風 阻功率運算單元用以將一空氣阻力乘上該風速值後，則能夠取得風阻功率值。

更具體的說，所述主電路板上更具有一傳輸單元，用以將所運算之風速值和風阻功率值傳輸給一電子載具。

本發明應用於自行車之風速檢測系統，係包含：一車錶裝置，係包含：一殼體，係具有一前方進氣口及一後方進氣口；一前方獨立腔體，係設置於該殼體內部前端，其中該前方獨立腔體朝向該前方進氣口係設置有一與該前方進氣口相連通的前方進氣通道，而該前方獨立腔體內部更具有一第一電路板，該第一電路板上係設置有一前方氣壓感測器及一第一傳輸單元，其中該前方氣壓感測器用以偵測由該前方進氣口進入、並通過該進氣通道之第一氣流氣壓值；一後方獨立腔體，係設置於該殼體內部後端，其中該後方獨立腔體朝向該後方進氣口係設置有一與該後方進氣口相連通的後方進氣通道，而該後方獨立腔體內部更具有一第二電路板，該第二電路板上係設置有一後方氣壓感測器，其中該後方氣壓感測器用以偵測由該後方進氣口進入、並通過該後方進氣通道之第二氣流氣壓值；一電子載具，係至少包含有一主電路板，該主電路板內部係具有一中央處理器晶片及一數據接收單元，該數據接收單元係能夠接收該第一傳輸單元及該第二電路板所偵測的第一氣流氣壓值及該第二氣流氣壓值，而該中央處理器晶片內係儲存有一個或一個以上的演算單元及該數據接收單元所接收的第一氣流氣壓值及第二氣流氣壓值，且該中央處理器晶片能夠運作該演算單元，以進行前方、後方氣壓感測器之差值計算風速值和風阻功率值。

更具體的說，所述前方進氣口之開口寬度係大於該前方進氣通道之開口寬度，而該後方進氣口之開口寬度係小於該後方進氣通道之開口寬度。

更具體的說，所述更具有一設置於該電子載具內部或外部的速度 感測器，用以偵測行進中的車速值並傳送給該中央處理器晶片，而該中央處理器晶片內係儲存有一風速運算單元，該風速運算單元用以將該前方、後方氣壓感測器之差值乘上一轉換常數後，再減掉該車速值後，則能夠取得風速值。 更具體的說，所述主電路板上更具有一風阻功率運算單元，該風阻功率運算單元用以將一空氣阻力乘上該風速值後，則能夠取得風阻功率值。

1:殼體

11:前方進氣口

12:前方獨立腔體

121:前方進氣通道

122:第一電路板

1221:前方氣壓感測器

13:後方獨立腔體

131:第二電路板

1311:後方氣壓感測器

132:後方進氣通道

14:主電路板

141:中央處理器晶片

1411:風速運算單元

1412:風阻功率運算單元

142:數據接收單元

143:速度感測器

144:傳輸單元

15:後方進氣口

2:殼體

20:螢幕

21:前方進氣口

22:前方獨立腔體

221:前方進氣通道

222:第一電路板

2221:前方氣壓感測器

2222:第一傳輸單元

23:後方獨立腔體

231:第二電路板

2311:後方氣壓感測器

2312:第二傳輸單元

232:後方進氣通道

24:後方進氣口

3:電子載具

4:電子載具

41:中央處理器晶片

42:數據接收單元

43:速度感測器

[第1A圖]係本發明應用於自行車之風速檢測系統之第一實施外部結構示意圖。

[第1B圖]係本發明應用於自行車之風速檢測系統之第一實施內部剖面結構示意圖。

[第2A圖]係本發明應用於自行車之風速檢測系統之第一實施之電路架構示意圖。

[第2B圖]係本發明應用於自行車之風速檢測系統之中央處理器晶片之架構示意圖。

[第3A圖]係本發明應用於自行車之風速檢測系統之第二實施外部結構示意圖。

[第3B圖]係本發明應用於自行車之風速檢測系統之第二實施內部剖面結構示意圖。

[第4圖]係本發明應用於自行車之風速檢測系統之第二實施之電路架構示意圖。

[第5圖]係本發明應用於自行車之風速檢測系統之前方氣壓感測器之原始資料波形圖。

[第6圖]係本發明應用於自行車之風速檢測系統之壓差波形圖。

[第7圖]係本發明應用於自行車之風速檢測系統之風速波形圖。

[第8圖]係本發明應用於自行車之風速檢測系統之風速功率波形圖。

有關於本發明其他技術內容、特點與功效，在以下配合參考圖式之較佳實施例的詳細說明中，將可清楚的呈現。

請參閱1A、1B、2A、2B圖，為本發明應用於自行車之風速檢測系統之第一實施外部結構示意圖、第一實施內部剖面結構示意圖、第一實施之電路架構示意圖及中央處理器晶片之架構示意圖，於第一實施例中，係具有一車錶裝置，該車錶裝置係具有一殼體1，該殼體1上係具有一前方進氣口11及一後方進氣口15，其中該前方進氣口11用以使外部氣流能夠灌入該殼體1內部，且該後方進氣口15並沒有讓外部氣流能夠主動灌入該殼體1內部、但內外氣流能夠流通(其中前方進氣口11是於殼體1前側朝前的表面上設計、而該後方進氣口15是於殼體1後側朝斜下方表面上設置，因此當自行車行走時，風帶來的氣流會直接灌入該前方進氣口11，但由於後方進氣口15是朝斜下方設置，故當風帶來的氣流並無法直向直接灌入該後方進氣口15，但由於後方進氣口15與該後方獨立腔體13相連通，故內外氣流仍能夠流通)，該殼體1內部更具有一前方獨立腔體12、一後方獨立腔體13及一主電路板14。

該前方獨立腔體12係設置於該殼體1內部前端，其中該前方獨立腔 體12朝向該前方進氣口11係設置有一與該前方進氣口11相連通的前方進氣通道121，而該前方獨立腔體12內部更具有一第一電路板122，該第一電路板122上係設置有一前方氣壓感測器1221，其中該前方氣壓感測器1221用以偵測由該前方進氣口11進入、並通過該前方進氣通道121之第一氣流氣壓值，而該前方進氣口11之開口寬度係大於該前方進氣通道121之開口寬度。

該後方獨立腔體13係設置於該殼體1內部後端，其中該後方獨立腔體13朝向該後方進氣口15係設置有一與該後方進氣口15相連通的後方進氣通道132，而該後方獨立腔體13內部更具有一第二電路板131，該第二電路板131上係設置有一後方氣壓感測器1311，其中該後方氣壓感測器1311用以偵測由該後方獨立腔體13內部之第二氣流氣壓值，而該後方進氣口15之開口寬度係小於該後方進氣通道132之開口寬度(如此設計若是有外部氣流要由後方進氣口15強行灌入該後方進氣通道132，也會因為該後方進氣通道132之上寬下窄的漸縮設計，以達到減少氣流直接灌入該後方獨立腔體13內部之目的)。

該主電路板14係設置於該殼體1內部、並與該前方氣壓感測器1221及後方氣壓感測器1311電性連接，如第2A及2B圖所示，該主電路板14內部係具有一中央處理器晶片141、一數據接收單元142、一速度感測器143及一傳輸單元144，其中該速度感測器143用以偵測行進中的車速值並傳送給該中央處理器晶片141(該速度感測器143亦能夠單獨設置於該殼體1外部、並能夠以無線或有線傳輸方式將車速值透過該數據接收單元142傳送給該中央處理器晶片141)，該中央處理器晶片141內係具有：(1)一風速運算單元1411，該風速運算單元1411用以將該前方氣壓感測器1221及之後方氣壓感測器1311差值乘上一轉換常數後，再減掉該速度 感測器143所偵測之車速值後，則能夠取得一風速值；(2)一風阻功率運算單元1412，該風阻功率運算單元1412用以將一空氣阻力乘上該風速值後，則能夠取得一風阻功率值(這裡的空氣阻力=阻力常數x體重係數x空氣密度係數)。

而上述運算所取得的風速值及風阻功率值，能夠透過該傳輸單元144傳輸給該電子載具3，本案之電子載具係能夠為智慧型手機、平板電腦、桌上型電腦、伺服器設備等等一類的電子裝置。

而本案亦能夠設計成如第3A、3B及4圖所示，於第二實施例中，係具有一車錶裝置及一電子載具4，該車錶裝置係具有一殼體2，該殼體2上係具有一前方進氣口21，用以使外部氣流能夠進入該殼體2內部，而該殼體2內部更具有一前方獨立腔體22、一後方獨立腔體23。

該前方獨立腔體22係設置於該殼體2內部前端，其中該前方獨立腔體22朝向該前方進氣口21係設置有一與該前方進氣口21相連通的前方進氣通道221，而該前方獨立腔體22內部更具有一第一電路板222，該第一電路板222上係設置有一前方氣壓感測器2221，其中該前方氣壓感測器2221用以偵測由該前方進氣口21進入、並通過該前方進氣通道221之第一氣流氣壓值，而該前方進氣口21之開口寬度係大於該前方進氣通道221之開口寬度。

該後方獨立腔體23係設置於該殼體2內部後端，其中該後方獨立腔體23內部更具有一第二電路板231，該第二電路板231上係設置有一後方氣壓感測器2311，其中該後方氣壓感測器2311用以偵測由該後方獨立腔體23內部之第二氣流氣壓值，而該後方進氣口24之開口寬度係小於該後方進氣通道232之開口寬度(如此設計若是有外部氣流要由後方進氣口24強行灌入該後方進氣通道 232，也會因為該後方進氣通道232之上寬下窄設計，以達到減少氣流直接灌入該後方獨立腔體23內部之目的)。

與第一實施例不同之處在於，第二實施例的運算是透過電子載具4來進行，如第4圖所示，該前方氣壓感測器2221所偵測之第一氣流氣壓值與該後方氣壓感測器2311所偵測之第二氣流氣壓值，分別通過該第一傳輸單元2222及第二傳輸單元2312傳送給該電子載具4，該電子載具4內部係具有一中央處理器晶片41、一數據接收單元42及一速度感測器43，其中該速度感測器43用以偵測行進中的車速值並傳送給該中央處理器晶片41(該速度感測器43亦能夠單獨設置於該電子載具4外部、並能夠以無線或有線傳輸方式將車速值透過該數據接收單元42傳送給該中央處理器晶片41)，該中央處理器晶片41內係具有一風速運算單元及一風阻功率運算單元，其單元運作方式與前述相同，故不重複贅述。

而該第二實施例之殼體2更設置有一螢幕20，該螢幕20係能夠進行顯示數據，而該螢幕20係具有一電路板，用以接收該前方氣壓感測器2221所偵測之第一氣流氣壓值與該後方氣壓感測器2311所偵測之第二氣流氣壓值，並能夠進行顯示之，若是該殼體2內部亦設置有風速運算單元及風阻功率運算單元，亦能夠將運算完的數據顯示於該螢幕20上。

而本案運算風速與風速功率會先取得前、後氣壓感測器的原始資料，再運算以取得前、後氣壓差值(風造成之氣壓變化)，之後再運算以取得風速值，並再以濾波處理後，則能夠運算以取得風速功率值。

而本案運算風速之原理為騎乘自行車時車錶內因風吹入該前方進氣口21處，以造成前方獨立腔體22內壓力變大、氣壓值上升，然而騎乘時的高度變化同時也會對前方獨立腔體22的氣壓值造成影響，因此扣除後方獨立腔體 23的氣壓值，排除高度變化的因素，則能得知純粹由風所產生的氣壓值，再將其氣壓值與實際測得之風速換算，即能獲得車錶換算風速之常數，而後算出估計之風速值。

如第5圖所示，則是前方氣壓感測器2221所偵測之第一氣流氣壓值的數據波形圖，而當要運算如第7圖的氣壓差計算之風速值數據時(其中包含了風速計讀取之風速值(WIND REF)及氣壓差計算之風速值(WIND_EST))，則必須取得如第6圖所示的壓差數據，而氣壓差計算之風速值的運算舉例如下：(1)某時間點之前方氣壓感測器的氣壓計值為101720帕(pa)、後方氣壓感測器的氣壓計值為101660帕、轉換常數為0.6(其中轉換常數是將長時間所收集之風速值與氣壓差資料，兩者間進行回歸分析後所得之固定值)，又該時間點之車速為25公里/小時；(2)則能夠透過公式((後氣壓計值-前氣壓計值)x轉換常數-車速)，以計算出風速為11公里/小時，更由第7圖中可知，實際由風速計讀取之風數值會與本案計算之風速值非常接近，故本案透過氣壓差運算風速值是非常有效的。

如第8圖所示，是風阻功率的數據圖(包含了功率計讀取之功率值(PWR_REF)、本裝置計算之總功率值(PWR_SIM)、本裝置氣壓差計算之風阻功率值(PWR_WIND))，而風阻功率的運算舉例如下：(1)取得該地之空氣密度係數為1.05、騎乘者之體重係數為1.0、阻力常數為4.0；(2)則能夠透過公式計算風阻功率(風阻功率=風速x空氣阻力，空氣阻力=阻力常數x體重係數x空氣密度係數，其中阻力常數為線性回歸一 類的數據分析方法推導而來，其中體重係數是以70kg為起始值，其中空氣密度係數是以101325Pa為起始值)，而該時間點之風速為11公里/小時，因此則能夠計算出風阻功率為46.2瓦；(3)針對上述三個數據詳述如下：(a)體重係數：本裝置能允許使用者輸入自身體重，如：一使用者輸入體重為100公斤，則體重係數為1.0(100÷100=1.0)；(b)空氣密度係數：本裝置之後獨立腔體氣壓計測得該地為106391帕，並以一大氣壓101325帕為基準，則該地之空氣密度係數為1.05。(106391÷101325≒1.05)；(c)阻力常數：阻力常數為長時間所收集之功率計數值(PWR_REF)與本裝置計算之總功率值(PWR_SIM)間之差值，除以風速、體重係數和空氣密度係數後，進行迴歸分析後所得到的固定值。

本發明所提供之應用於自行車之風速檢測系統，與其他習用技術相互比較時，其優點如下：

1.本發明能夠於車錶內部設計兩個獨立腔體，其中前端腔體具有一開口之外徑大於內徑，並透過前後兩個獨立腔體的氣壓差值來計算風速，並於測得風速後，能夠進一步運算出順風/逆風變化所產生的功率輸出值。

2.本發明能夠將前後腔體所偵測之氣壓值變化換算高度變化，再透過演算法計算位能變化、騎乘者因位能變化所產生之功率輸出。

3.本發明已透過上述之實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明，任何熟悉此一技術領域具有通常知識者，在瞭解本發明前述的技術特徵及實施例，並在不脫離本發明之精神和範圍內，當可作些許之更動與潤飾， 因此本發明之專利保護範圍須視本說明書所附之請求項所界定者為準。

1:殼體

11:前方進氣口

12:前方獨立腔體

121:前方進氣通道

122:第一電路板

1221:前方氣壓感測器

13:後方獨立腔體

131:第二電路板

1311:後方氣壓感測器

132:後方進氣通道

14:主電路板

15:後方進氣口

Claims (9)

1. 一種應用於自行車之風速檢測系統，係包含：一車錶裝置，係包含：一殼體，係具有一前方進氣口及一後方進氣口；一前方獨立腔體，係設置於該殼體內部前端，其中該前方獨立腔體朝向該前方進氣口係設置有一與該前方進氣口相連通的前方進氣通道，而該前方獨立腔體內部更具有一第一電路板，該第一電路板上係設置有一前方氣壓感測器，其中該前方氣壓感測器用以偵測由該前方進氣口進入，並通過該前方進氣通道之第一氣流氣壓值；一後方獨立腔體，係設置於該殼體內部後端，其中該後方獨立腔體朝向該後方進氣口係設置有一與該後方進氣口相連通的後方進氣通道，而該後方獨立腔體內部更具有一第二電路板，該第二電路板上係設置有一後方氣壓感測器，其中該後方氣壓感測器用以偵測由該後方進氣口進入、並通過該後方進氣通道之第二氣流氣壓值；一主電路板，係設置於該殼體內部、並與該前方氣壓感測器及後方氣壓感測器電性連接，而該主電路板內部係具有一中央處理器晶片，該中央處理器晶片內係儲存有一個或一個以上的演算單元及該前方氣壓感測器與該後方氣壓感測器所傳送的第一氣流氣壓值及第二氣流氣壓值，而該中央處理器晶片能夠運作該演算單元，以進行前方、後方氣壓感測器之差值計算風速值和風阻功率值。
2. 如請求項1所述之應用於自行車之風速檢測系統，其中該前方進氣口之開口寬度係大於該前方進氣通道之開口寬度，而該後方進氣口之開口寬 度係小於該後方進氣通道之開口寬度。
3. 如請求項1所述之應用於自行車之風速檢測系統，其中更具有一設置於該殼體內部或外部的速度感測器，用以偵測行進中的車速值並傳送給該中央處理器晶片，而該中央處理器晶片內係儲存有一風速運算單元，該風速運算單元用以將該前方、後方氣壓感測器之差值乘上一轉換常數後，再減掉該車速值後，則能夠取得風速值。
4. 如請求項3所述之應用於自行車之風速檢測系統，其中該主電路板上更具有一風阻功率運算單元，該風阻功率運算單元用以將一空氣阻力乘上該風速值後，則能夠取得風阻功率值。
5. 如請求項1所述之應用於自行車之風速檢測系統，其中該主電路板上更具有一傳輸單元，用以將所運算之風速值和風阻功率值傳輸給一電子載具。
6. 一種應用於自行車之風速檢測系統，係包含：一車錶裝置，係包含：一殼體，係具有一前方進氣口及一後方進氣口；一前方獨立腔體，係設置於該殼體內部前端，其中該前方獨立腔體朝向該前方進氣口係設置有一與該前方進氣口相連通的前方進氣通道，而該前方獨立腔體內部更具有一第一電路板，該第一電路板上係設置有一前方氣壓感測器及一第一傳輸單元，其中該前方氣壓感測器用以偵測由該前方進氣口進入，並通過該前方進氣通道之第一氣流氣壓值；一後方獨立腔體，係設置於該殼體內部後端，其中該後方獨立腔體朝向該後方進氣口係設置有一與該後方進氣口相連通的後方進氣通道，而該後方獨立 腔體內部更具有一第二電路板，該第二電路板上係設置有一後方氣壓感測器，其中該後方氣壓感測器用以偵測由該後方進氣口進入、並通過該後方進氣通道之第二氣流氣壓值；一電子載具，係至少包含有一主電路板，該主電路板內部係具有一中央處理器晶片及一數據接收單元，該數據接收單元係能夠接收該第一傳輸單元及該第二電路板所偵測的第一氣流氣壓值及該第二氣流氣壓值，而該中央處理器晶片內係儲存有一個或一個以上的演算單元及該數據接收單元所接收的第一氣流氣壓值及第二氣流氣壓值，且該中央處理器晶片能夠運作該演算單元，以進行前方、後方氣壓感測器之差值計算風速值和風阻功率值。
7. 如請求項6所述之應用於自行車之風速檢測系統，其中該前方進氣口之開口寬度係大於該前方進氣通道之開口寬度，而該後方進氣口之開口寬度係小於該後方進氣通道之開口寬度。
8. 如請求項6所述之應用於自行車之風速檢測系統，其中更具有一設置於該電子載具內部或外部的速度感測器，用以偵測行進中的車速值並傳送給該中央處理器晶片，而該中央處理器晶片內係儲存有一風速運算單元，該風速運算單元用以將該前方、後方氣壓感測器之差值乘上一轉換常數後，再減掉該車速值後，則能夠取得風速值。
9. 如請求項8所述之應用於自行車之風速檢測系統，其中該主電路板上更具有一風阻功率運算單元，該風阻功率運算單元用以將一空氣阻力乘上該風速值後，則能夠取得風阻功率值。

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