CN113423636A - 用于改善在自行车上的骑车人的表现的系统 - Google Patents

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Abstract

一种用于改善骑车人在自行车(100)上的表现的系统(1)，包括：一个或多个传感器，适于感测自行车(100)的运动学参数并提供代表该参数的信号；控制单元(5)，被配置为：在输入端接收来自适于感测自行车(100)运动学参数的所述一个或多个传感器的信号；从代表自行车运动学参数的信号中确定：存在还是不存在自行车(100)下坡状况；如果确定下坡状况存在，那么存在还是不存在制动动作；代表骑车人下坡表现的一个或多个参数；使代表骑车人下坡表现的所述一个或多个参数对骑车人可用。

Description

用于改善在自行车上的骑车人的表现的系统
技术领域
本发明涉及一种用于改善骑车人在自行车上的表现的系统，尤其涉及一种适于帮助骑车人改善他/她在之前的训练活动中获得的表现极限的系统。特别地，该系统涉及对骑车人的下坡表现的改善。此外，该系统还可用于改善骑车人的水平表现。
背景技术
为适应骑车人的行为而设计的辅助骑车人制动的系统是已知的。
例如，申请人已经提交了国际专利申请PCT/IB2018/058767，其涉及一种通过触觉反馈辅助在自行车上的骑车人制动的系统，其中如果前轮的滑动状况和/或翻转风险被感测到，致动器就以确定的振动频率振动。这种系统的操作是基于由自行车传感器感测的有效运动状况之间的比较以及作为学习系统的函数而更新的参考状况，该学习系统基于先前执行的制动的分类更新所述参考状况。基于有效状况和被更新的参考状况之间的比较来管理致动器振动。由于自适应触觉反馈，骑车人能够逐渐改变其制动行为，可能用于获得更好的表现。
显然，该系统需要合适的仪器，例如振动发生致动器和用于控制前者的单元。
发明内容
本发明的一个目的是使一种系统可用，该系统既可以帮助骑车人改善他/她的表现，特别是在他/她下坡时，而且结构简单，从而不会使之过重，并且不会使自行车的结构更复杂。
通过根据权利要求1的用于改善自行车上的骑车人的表现的系统来满足该目的和其他目的。
从属权利要求限定了本发明的可能的有利实施例。
附图说明
通过以下将参考附图描述的示例性非限制性实施例将更好地理解本发明，并且其优点将被理解，其中：
图1是根据本发明的可能实施例的设置有用于改善骑车人的表现的系统的自行车的示意图；
图2是说明骑车人遵循的示例路线的地图；
图3是关于自行车沿图2路线的速度随时间变化的趋势图；
图4是图2中地图的详细信息。
具体实施方式
参考图1，附图标记100总体上表示自行车。自行车100包括例如对应于前轮和后轮的第一轮101和第二轮102。至少第一轮101与例如可通过放置在车把上的旋钮致动的制动器相关联。制动系统可以是任何已知类型，例如由机械系统例如缆索控制的垫或盘式制动器，或者可以是液压类型。
自行车100包括用于改善骑车人在自行车100上的表现，特别是下坡表现的系统1。正如将要解释的，系统1使骑车人能够对他/她的下坡行为执行实时分析和/或“后验”分析，以改善他/她的表现。
为此，系统1包括适于感测自行车100的一个或多个运动学参数的传感器。
根据实施例，这种传感器包括用于测量自行车100车轮之一的角速度,优选地是第一轮101特别是前轮的角速度ω1的传感器2。第一传感器2适于输出代表第一轮的这种角速度的信号。这种第一传感器2优选无线地传输代表第一轮101的角速度ω1的信号。或者，信号可以通过有线传输。通过代表第一轮101的角速度ω1的信号，可以确定自行车的制动状况，如将在下面解释的。此外，自行车的线速度v可以通过公式v＝ω1·R1从角速度ω1计算出，其中R1是通过其确定角速度ω1的车轮半径。
此外，观察到，根据进一步的实施例，作为替代，可以通过传感器来确定自行车制动，该传感器用于感测用户(图中未示出)的制动动作、适合提供代表自行车制动的信号。例如，这种传感器可以包括耦合到自行车100制动杆的开关(图中未示出)，该开关能够感测到制动杆何时被骑车人致动。
根据实施例，适于感测自行车的运动学参数的传感器包括惯性测量单元3，其适于测量纵向加速度ax、横向加速度ay和垂直加速度az中的一个或多个，和/或自行车的侧倾角速度ωx，俯仰角速度ωy和偏航角速度ωz中的一个或多个，并输出代表它们的信号。
通过来自惯性测量单元3的信号可以获得更多信息，例如：
-坡度角θ(换言之，是否自行车在水平移动或正在上坡或下坡移动)，换言之，对应于包括在自行车速度矢量v与水平面之间的角；
-自行车直线加速或减速；
-骑车人倾斜在一个弯道上，换句话说，就是自行车的侧倾角。
观察到可以应用不同的标准来通过来自惯性测量单元3的信号来确定坡度角θ。例如，根据M.Corno，P.Spagnol,SM Savaresi S在“Road Slope Estimation in Bicycleswithout Torque Measurements”中所述，例如，可以从代表自行车惯性大小的信号中获得坡度角θ。根据可能的替代实施例，系统1可以包括专用的坡度传感器，其适于提供代表该坡度的信号。
根据本发明的一个可能的实施例，系统1包括适于对自行车100进行地理定位的GPS模块，换言之，能够确定自行车绝对位置并提供代表该绝对位置的信号。GPS模块可以集成在系统1中，或者作为替代，可以包括在系统外部的设备中，该设备连接在系统上。例如，GPS模块可以包含在移动设备4中，例如手机或连接到系统的智能手机。GPS模块包括预存的或可下载的地图。
根据系统1的实施例变型，系统1包括控制单元5，该控制单元5优选无线地或可选地通过有线连接到上述传感器中的一个或多个。控制单元5可以定位在自行车的任何部分中，例如车座或车座管中。控制单元5例如可以容纳在优选防水的外壳中。
根据实施例，控制单元5包括用于对时间进行计数的计数器。具体来说，正如将要示出的，计数器用于确定两个不同事件之间的时间流逝。
根据实施例，系统1包括优选地无线或有线连接到控制单元5的用户接口设备。这种接口设备包括例如输入/输出设备，其使骑车人能够看到由控制单元5提供的信息并向控制单元输入指令。例如，这种用户接口设备可以包括配备有键盘的监视器或触摸屏监视器。根据可能的实施例，先前引用的用户接口设备集成在优选地无线连接到控制单元5的外部移动设备4、手机或智能手机中。为此，控制单元可以包括无线传输模块，例如用于与外部移动设备通信的蓝牙模块，外部移动设备进而将配备有类似的无线传输模块。
根据可能的实施例，系统1包括数据通信模块，诸如例如GSM模块，以便远程传输由控制单元接收和/或处理的数据。数据通信模块可以集成在系统1本身中，例如可以与控制单元5相关联，或者可选地，系统1可以使用移动设备4例如手机或智能手机的数据通信模块，根据前述模式，控制单元5可以连接到移动设备4。GSM模块也可用于接收数据。例如，这种GSM模块可以用于下载GSM模块的地图。
控制单元5被配置为：
-在输入端接收信号，该信号来自系统的所述传感器，特别是来自与自行车运动学参数相关联的一个或多个传感器，以及来自一个或多个其他传感器(特别是GPS模块)(如果提供的话)；
-通过来自所述传感器的信号确定：
○存在还是不存在自行车下坡状况。这种状况可以通过例如来自惯性测量单元的信号来确定；
○如果确定为下坡状况，则存在还是不存在制动。这种状况可以例如基于由速度传感器2提供的角速度ω1的趋势来确定，或者可选地从用于感测用户的制动动作的传感器来确定；
-确定代表骑车人下坡表现的一个或多个参数，例如：
○制动动作开始时自行车的绝对位置。该绝对位置可以例如由GSM模块确定；
○制动动作开始时自行车速度。该速度可由角速度传感器2提供的信号确定；
○制动动作结束时自行车100绝对位置。此外，例如可以通过GPS模块感测该参数。尤其是在弯道附近制动动作结束时的绝对位置对于表现来说是极其重要的；
○制动动作结束时的自行车速度。该速度可以从角速度传感器2提供的信号中确定。此外，在这种状况下，骑车人踩制动的弯道附近的弯道起点处的速度是令人感兴趣的。
○制动距离。该参数可以例如通过GPS模块或者通过对制动开始时刻和制动结束时刻之间的距离进行积分来确定；
○制动时间。该参数可由控制单元5的计数器确定；
○行驶弯道所用的时间。此外，该参数也可由控制单元5的计数器确定，而所考虑弯道的起点和终点可由GPS模块确定；
○弯道期间自行车的倾斜角度。这样的参数可以从惯性测量单元5提供的信号来确定。自行车行驶弯道可以例如由GPS模块确定，或者可选地，从由惯性测量系统提供的信号确定；
○弯道末端的位置。这样的代表了骑车人在弯道中所遵循的轨迹的参数可以由GPS模块确定；
○弯道末端的速度。该参数可由角速度传感器2提供的信号确定；
○在路线起点和终点之间感测到的一个或多个参数的平均值，诸如例如：平均弯道行驶速度、平均倾斜角度。
可以根据不同的模式使代表骑车人下坡表现的一个或多个参数对骑车人可用。
根据可能的实施例，控制单元5被配置为提供代表骑车人下坡表现的实时参数，换言之，何时骑车人有效地骑自行车在路线上行驶。根据这种模式，控制单元5将参数传输到用户接口设备，如上文所定义的，用户接口设备进而在其监视器上将参数显示给骑车人。
根据可能的实施例，控制单元5被配置为提供代表骑车人下坡表现的“后验”参数。为此，控制单元可以被配置为将这些参数传输到外部设备，以便骑车人可以在自行车上的训练活动之后显示它们。例如，这些参数可以通过所述模式传输到外部移动设备，例如手机或智能手机。作为替代或附加，这些参数可以通过数据通信模块例如上文描述的GSM模块传输到远程系统，例如远程计算机或远程服务器或云系统。
现在将描述根据本发明的系统1的可能操作模式。
图2在地图上显示了骑车人在进行自行车训练时期间所遵循的路线。路线图是通过检测GPS模块获得的(经纬度)坐标得到的。每个连续坐标都可以存储为时间的函数。图3示出了自行车速度的时间趋势。知道时间坐标可以将速度与GPS坐标相关联。为简单起见，假设整个路线为下坡。相反，可以通过惯性测量单元提供的信号将下坡状况与上坡状况区分开来。图2的时间-速度图的点显示了每个制动动作的结束。控制单元5可以在其在输入端接收由先前引用的制动传感器(如果提供)提供的信号时确定制动动作的发生。
如果没有提供制动传感器，则可能通过代表第一轮的角速度ω1的信号来确定制动动作的发生。例如，图3的图表显示了以制动动作开始和结束的速度突然降低。分析上，制动动作可以例如通过分析第一轮的角加速度(可通过第一轮的角速度ω1对时间求导数来获得)来确定。如果进行制动动作，第一轮的角加速度会被迫突然下降。
对于每个(下坡)制动动作，系统1能够提供代表骑车人表现的参数。例如，参考图4，它示出了图2所示路线的一部分。特别地，用粗线绘制了特定弯道。这种选择特定弯道的操作可以由骑车人在他/她想要分析他/她的表现时执行。
例如，系统可以提供与由点A和B界定的弯道相关联的以下参数：
-制动起点和终点；
-制动动作开始时的速度；
-制动时间；
-制动距离；
-制动动作结束时的速度；
-骑车人倾斜开始时的速度；
-弯道末端处的速度；
-弯道中的倾斜角度；
-弯道中的平均行驶速度；
-弯道中的平均倾斜角度；
-弯道中的行驶时间。
通过分析这些数据，骑车人可以了解他/她如何可以改善他/她的表现，例如，通过尝试延迟制动点或提前结束制动点。
根据可能的实施例变型，观察到该系统还可用于改善水平骑车人的表现。为此，控制单元5有利地进一步被配置为：
-从代表自行车运动学参数的信号中确定水平状况；
-如果水平状况被确定，则确定代表骑车人水平表现的一个或多个参数；
-向骑车人提供代表水平表现的所述一个或多个参数。
代表骑车人水平表现的参数可以与系统提供的指示下坡表现的参数基本相同。可以根据提供代表下坡表现的参数的相同模式(换言之，根据上文描述的内容，实时或“后验”)将代表骑车人水平表现的此类参数进一步提供给骑车人。
通常，除了一定的公差外，水平状况可以被确立。例如，轻微(上坡或下坡)坡度状况，换句话说，坡度几乎等于(但不同于)0％，可以被视为水平状况。水平状况可以通过与确定下坡状况相同的模式来确定，例如通过由惯性测量单元或坡度传感器提供的信号来确定。
在本说明书和所附权利要求中，观察到系统1以及指示为“模块”的元素可以通过硬件设备(例如控制中央单元)、通过软件或通过它们的组合来实现。
本领域的技术人员为了满足特定的偶然需要，可以添加许多增加、修改或替换元素，其他元素可操作地等同于所描述的用于改善在自行车上的骑车人的表现的系统的实施例，而不会偏离所附权利要求的范围。

Claims (16)

1.一种用于改善骑车人在自行车(100)上的表现的系统(1)，包括：
-一个或多个传感器，适于感测自行车(100)的运动学参数并提供代表该参数的信号；
-控制单元(5)，被配置为：
-在输入端接收来自适用于感测自行车(100)的运动学参数的所述一个或多个传感器的信号；
-从代表自行车运动学参数的信号中确定：
-存在还是不存在自行车(100)下坡状况；
-如果确定下坡状况存在，则存在还是不存在制动动作；
-代表骑车人下坡表现的一个或多个参数；
-使代表骑车人下坡表现的所述一个或多个参数对骑车人可用。
2.根据权利要求1所述的系统(1)，其中，适于感测自行车(100)运动学参数的所述一个或多个传感器包括用于测量该自行车的第一轮(101)的角速度(ω1)的第一传感器(2)，其适于输出代表第一轮(101)的角速度的信号。
3.根据权利要求2所述的系统(1)，其中，所述控制单元(5)被配置为基于代表第一轮角速度(ω1)的所述信号来确定制动动作的存在。
4.根据权利要求1或2所述的系统(1)，其中，适于感测自行车(100)运动学参数的所述一个或多个传感器包括用于感测骑车人对自行车制动杆的制动动作的传感器，其适于提供代表该制动动作的信号，其中所述控制单元(5)被配置为基于代表骑车人的制动动作的所述信号来确定存在制动动作。
5.根据前述权利要求中任一项所述的系统(1)，其中，适于感测自行车(100)运动学参数的所述一个或多个传感器包括惯性测量单元(3)，其适于测量纵向加速度(ax)和/或横向加速度(ay)和/或垂直加速度(az)，和/或自行车的侧倾角速度(ωx)和/或俯仰角速度(ωy)和/或偏航角速度(ωz)，并输出代表它们的信号。
6.根据权利要求5的系统(1)，其中所述控制单元(5)被配置为基于来自惯性测量单元(3)的所述信号确定存在下坡或水平状况。
7.根据权利要求1至5中任一项所述的系统(1)，其中，适于感测自行车(100)运动学参数的所述一个或多个传感器包括适于提供代表坡度的信号的坡度传感器，其中所述控制单元(5)被配置为基于来自所述坡度传感器的信号确定存在下坡或水平状况。
8.根据前述权利要求中任一项所述的系统(1)，其中，所述控制单元(5)进一步被配置为：
-从代表自行车运动学参数的信号中确定水平状况；
-如果确定了水平状况，则确定代表骑车人水平表现的一个或多个参数；
-使代表骑车人水平表现的所述一个或多个参数对骑车人可用。
9.根据前述权利要求中任一项所述的系统(1)，还包括适于对自行车(100)进行地理定位的GPS模块，其中所述控制单元(5)被配置为在输入端接收来自所述GPS模块的地理定位信号并且提供代表骑车人的与由GPS模块确定的地理位置相关的下坡和/或水平表现的所述一个或多个参数。
10.根据前述权利要求中任一项所述的系统(1)，其中，所述控制单元(5)还包括用于对时间进行计数的计数器，并且还被配置为提供代表骑车人的与时间相关的下坡和/或水平表现的所述一个或多个参数。
11.根据前述权利要求中任一项所述的系统(1)，包括连接到所述控制单元(5)的用户接口设备，其中所述控制单元(5)被配置为传输代表骑车人的下坡和/或水平表现的所述一个或多个参数到所述用户接口设备，并通过所述用户接口设备使所述一个或多个参数对骑车人可用。
12.根据前述权利要求中任一项所述的系统(1)，其中，所述控制单元(5)包括用于与外部移动设备(4)通信的无线传输模块。
13.根据前一权利要求所述的系统(1)，其中所述控制单元(5)被配置为通过外部移动设备(4)使代表骑车人的下坡和/或水平表现的所述参数实时地对骑车人可用。
14.根据前述权利要求中任一项所述的系统(1)，其中，所述控制单元(5)被配置为将代表骑车人的下坡和/或水平表现的所述参数传输到远程设备，以便随后通过所述远程设备使所述参数对骑车人可用。
15.根据前述权利要求中任一项所述的系统(1)，其中，代表骑车人的下坡和/或水平表现的所述一个或多个参数包括以下至少一个：制动动作开始时自行车沿路径的绝对位置；制动动作开始时自行车的速度；制动动作结束时自行车的绝对位置；制动动作结束时自行车的速度；制动距离；制动时间；转弯所用的时间；转弯期间自行车倾斜角度；转弯结束时自行车位置；转弯结束时自行车速度；在路径的起点和终点之间感测的代表骑车人的下坡和/或水平表现的一个或多个参数的平均值。
16.一种自行车(100)，包括根据前述权利要求中任一项所述的系统(1)。
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