ITUB20155838A1

ITUB20155838A1 - Dispositivo per la determinazione di una grandezza cinematica di una bicicletta e della cadenza di pedalata esercitata sui pedali di detta bicicletta

Info

Publication number: ITUB20155838A1
Application number: ITUB2015A005838A
Authority: IT
Inventors: Sergio Matteo Savaresi; Simone Formentin; Matteo Corno; Gianmarco Rallo; Fabio Todeschini
Original assignee: E Novia S R L; Milano Politecnico
Priority date: 2015-11-24
Filing date: 2015-11-24
Publication date: 2017-05-24
Also published as: EP3380847A1; JP6720308B2; WO2017089904A1; CA3005008A1; US10989730B2; JP2018536857A; US20180259546A1; EP3380847B1

Description

"Dispositivo per la determinazione di una grandezza cinematica di una bicicletta e della cadenza di pedalata esercitata sui pedali di detta bicicletta"

Campo tecnico dell'invenzione

La presente invenzione riguarda un dispositivo per la determinazione di una grandezza cinematica di una bicicletta, in particolare della velocità di una ruota di una bicicletta, e della cadenza della pedalata esercitata da un utilizzatore sui pedali di detta bicicletta.

Tecnica nota

E' noto applicare sulle biciclette sensori per la determinazione della velocità angolare di una delle ruote, in particolare guella motrice, e sensori per la determinazione della cadenza di pedalata, ossia della frequenza della pedalata impartita sui pedali della bicicletta da parte dell'utilizzatore sui pedali. In generale, la cadenza di pedalata e la velocità della ruota motrice sono proporzionali tra loro di un fattore che dipende dal rapporto del cambio impostato. Se il rapporto è fisso, la conoscenza di una delle due grandezze implica la conoscenza dell'altra quando il pedale è ingaqgiato (ossia quando non è in funzione un eventuale meccanismo a ruota libera che rende momentaneamente indipendenti pedali e ruota). Se invece il rapporto del cambio è variabile, per determinare una delle grandezze a partire dall'altra occorre conoscere anche il rapporto di trasmissione impostato.

In generale, quindi, per misurare entrambe le grandezze, occorre prevedere distinti sensori di rilevazione, rispettivamente della velocità della ruota e della cadenza di pedalata. E' pertanto richiesta un'installazione separata dei due sensori sulla bicicletta ed il loro cablaggio per il collegamento con un'unità di controllo comune. La presenza di due sensori, oltre ad appesantire la bicicletta, risulta anche onerosa in termini di complessità di configurazione e di tempo necessario alla stessa. I sensori di cadenza, peraltro, essendo costituiti normalmente di un primo corpo (tipicamente un magnete) associato al pedale, e da un secondo corpo associato al telaio della bicicletta, risultano molto visibili e dunque esteticamente sgradevoli.

Breve sommario dell'invenzione

Il problema tecnico alla base della presente invenzione è pertanto quello di rendere disponibile un dispositivo per la determinazione di una grandezza cinematica di una bicicletta, in particolare della velocità di una sua ruota, e della cadenza di pedalata, che impieghi un unico sensore anziché due , e che conseguentemente risulti complessivamente leggero, di facile installazione , e ad impatto visivo ridotto .

Questo ed altri scopi sono ottenuti mediante un dispositivo per la determinazione di una grandezza cinematica di una bicicletta e della cadenza della pedalata esercitata da un utilizzatore sui pedali di detta bicicletta secondo la rivendicazione 1.

Le rivendicazioni dipendenti definiscono possibili vantaggiose forme di realizzazione dell' invenzione .

Breve descrizione dei disegni

Per meglio comprendere 1'invenzione ed apprezzarne i vantaggi verranno di seguito descritte alcune sue forme di realizzazione esemplificative non limitative , facendo riferimento alle figure annesse , in cui:

la figura 1 è uno schema a blocchi di un dispositivo secondo una possibile forma di realizzazione dell'invenzione;

la figura 2 è una vista schematica, parzialmente in trasparenza, di un sensore di velocità angolare di una ruota della bicicletta compreso nel dispositivo secondo una possibile forma di realizzazione dell'invenzione;

le figure 3a e 3b mostrano rispettivamente 1'andamento di un possibile segnale analogico in uscita dal sensore di velocità angolare di figura 2 e 1'andamento dello stesso a seguito della sua conversione digitale;

la figure 4a e 4b mostrano un confronto tra i segnali misurato e ottimizzato della velocità angolare della ruota della bicicletta rispettivamente nel tempo e nel dominio delle frequenze;

la figura 5 mostra un possibile andamento di freguenze correlate alla cadenza di pedalata in funzione della velocità della bicicletta e dei differenti rapporti del cambio impostati.

Descrizione di forme di realizzazione dell'invenzione

Con riferimento all'illustrazione schematica di figura 1, un dispositivo per la determinazione di una grandezza cinematica di una bicicletta e della cadenza della pedalata esercitata da un utilizzatore sui pedali della bicicletta stessa è indicato nel suo complesso con il riferimento 1. Nella presente descrizione ci si riferirà a titolo esemplificativo alla velocità angolare di una ruota della bicicletta, in particolare di una sua ruota motrice. Tuttavia, il dispositivo secondo 1'invenzione può alternativamente essere configurato per determinare grandezze cinematiche differenti, guali ad esempio 1'accelerazione longitudinale o 1'accelerazione laterale, e ricavare la cadenza di pedalata a partire da segnali rappresentativi delle stesse resi disponibili da corrispondenti sensori.

Il dispositivo 1 comprende un sensore di velocità 2 angolare destinato ad essere associato alla suddetta ruota della bicicletta, in particolare alla ruota motrice, normalmente la ruota posteriore , collegata ai pedali tramite una trasmissione , comprendente ad esempio una trasmissione a catena e preferibilmente provvista di un meccanismo a ruota libero. La trasmissione è in particolare del tipo a rapporti variabili, tale da consentire al ciclista di modificare il rapporto di trasmissione tra i pedali e la ruota motrice. Il sensore di velocità 2 è idoneo a rilevare la velocità angolare ω della ruota alla quale è associato e a generare un segnale rappresentativo di tale velocità.

Il sensore di velocità 2 può essere variamente configurato. Con riferimento alla figura 2, secondo una possibile forma di realizzazione, il sensore di velocità 2 è un sensore di tipo induttivo, che comprende una ruota fornica 3 destinata ad essere solidale in rotazione alla ruota della bicicletta. Ad esempio, la ruota fonica 3 può essere fissata ad un disco del freno della ruota, se previsto, o ai raggi della stessa. La ruota fonica 3 comprende a sua volta una pluralità di magneti permanenti 4, preferibilmente a polarità alternata (ossia in cui il Nord e il Sud sono alternati), che sono distribuiti in maniera sostanzialmente uniforme lungo la circonferenza della ruota fonica 3, ad esempio fissati in fessure o scanalature ricavate nella stessa. La ruota fonica 3 comprende inoltre un corpo di sensore 5 destinato ad essere fissato al telaio della bicicletta, in particolare ad esempio alla forcella cui è fissata in maniera girevole la ruota motrice. Al corpo di sensore 5 è associato un sensore a effetto Hall 7 che è in grado di rilevare il passaggio di ciascuno dei sopra citati magneti permanenti 4 in prossimità del sensore a effetto Hall 7 stesso e a generare un segnale, in particolare un segnale elettrico, rappresentativo di detti passaggi. L'orientamento a polarità alternata dei magneti permanenti 4, ove previsto, consente al sensore 7 di distinguere i due possibili versi di rotazione della ruota (avanti e indietro). In figura 3a è mostrato un possibile andamento del segnale (analogico) di tensione in uscita generato dal sensore a effetto Hall 7 nel tempo t. Vantaggiosamente, il sensore di velocità 5 comprende inoltre un modulo convertitore analogico/digitale 8 che converte il segnale analogico del sensore a effetto Hall 7 in un segnale di tipo digitale, che può assumere nel tempo t i valori logici 1 e 0, secondo guanto illustrato in figura 3b. Quando il segnale analogico si mantiene al di sotto di un valore di soglia predeterminato (linea tratteggiata in figura 3a), il segnale digitale è pari a 0, mentre guando il segnale analogico supera tale valore, il segnale digitale diventa pari a 1. L'intervallo di tempo ht in cui il segnale digitale si mantiene pari a 1 (e, in maniera del tutto analoga, 1'intervallo di tempo ht in cui il segnale digitale si mantiene pari a 0) indica il tempo che intercorre tra il passaggio di due magneti successivi in corrispondenza del sensore a effetto Hall 7. Il sensore di velocità di figura 2 comprende inoltre un modulo di controllo 6 configurato per de erminare la velocità angolare ω della ruota cui il sensore di velocità 2 stesso è associato mediante la formula seguente :

in cui:

- ω è la velocità angolare della ruota espressa in rad/s;

cinomè la distanza angolare nominale , assunta costante , tra magneti permanenti successivi . Se il numero di magneti permanenti è pari a L (e se , secondo la forma di realizzazione preferita descritta, guesti hanno polarità alternata e 1'intervallo di tempo àt, come precedentemente definito, è acguisito sia guando il segnale digitale è pari a 1, sia guando il segnale è pari a 0), tale distanza angolare nominale , espressa in radianti , è data da:

Il modulo di controllo 6 del sensore di velocità 2 fornisce guindi in uscita il segnale rappresentativo della velocità angolare della ruota ω, determinato con le modalità dette sopra.

In accordo con una possibile forma di realizzazione, il sensore di velocità 2 comprende un induttore 9 in grado di rilevare il passaggio di uno dei magneti permanenti 4 e di generare una corrente indotta conseguente al passaggio, nonché un modulo di accensione 10 configurato per l attivazione del sensore di velocità 2 a seguito del passaggio di un numero predeterminato di magneti permanenti in prossimità dell'induttore 9.

In accordo con una possibile forma di realizzazione, il sensore di velocità angolare 2 comprende una batteria 11 per 1'alimentazione del sensore stesso. Vantaggiosamente, il sensore di velocità 2 comprende inoltre uno o più induttori ausiliari 12 idonei a generare una corrente indotta per effetto del passaggio dei magneti permanenti 4 in loro prossimità, che può essere sfruttata per la ricarica della batteria 11 stessa. 1/induttore 9 precedentemente citato può essere sfruttato anch'esso come induttore ausiliario per la ricarica della batteria. Tra gli induttori ausiliari 12 la batteria 11 può essere previsto un opportuno circuito elettronico 18 per il trattamento della corrente elettrica indotta negli induttori ausiliari 12, tale che questa sia adatta ad essere fornita alla batteria 11. Tale circuito elettronico può comprendere in particolare in rettificatore e un convertitore di potenza. Il sistema di accumulo di energia descritto provocherà naturalmente una leggera coppia resistente sulla ruota stessa, che tuttavia risulterà sostanzialmente trascurabile e pressoché impercettibile dal ciclista.

Si noti, che, in alternativa al sensore di velocità del tipo a ruota fonica e sensore ad effetto Hall, possono essere impiegati differenti sensori di velocità genericamente comprendenti una porzione mobile destinata ad essere solidale in rotazione alla ruota della bicicletta e provvista di una pluralità di elementi di riferimento solidali alla porzione mobile, e una porzione fissa destinata ad essere associata al telaio della bicicletta, che comprende a sua volta mezzi per la rilevazione dei passaggi di tali elementi di riferimento in prossimità della porzione fissa e a generare un segnale rappresentativo di tali passaggi, oltre che un modulo di controllo configurato per determinare la velocità angolare della ruota e a generare il segnale rappresentativo della velocità angolare della ruota in base a tale segnale rappresentativo di tali passaggi. Ad esempio, un sensore di velocità di questo tipo (non mostrato nelle figure) può comprendere un encoder, avente un corpo mobile provvisto di un numero predefinito di tacche, associato alla ruota, ed un sistema ottico per la rilevazione ed il conteggio delle tacche che passano in prossimità del sistema ottico.

Si noti inoltre che possono in ogni caso essere impiegati sensori di velocità di differente natura, quali ad esempio dinamo tachimetriche.

Con riferimento ora nuovamente alla figura 1, il dispositivo comprende un filtro 13 che riceve in ingresso il segnale rappresentativo della velocità angolare della ruota della bicicletta ω, fornito dal sensore di velocità 2, e lo elabora, con le modalità che verranno descritte, fornendo in uscita un segnale ottimizzato u<opt>della velocità angolare della ruota della bicicletta. In particolare, vantaggiosamente, il filtro 13 è un filtro di tipo adattativo, ossia un sistema con una funzione di trasferimento a parametri variabili che vengono regolati in base ad un algoritmo di ottimizzazione. In letteratura sono noti svariati algoritmi di ottimizzazione di filtri adattativi, in particolare allo scopo di ottenere 1' eliminazioni di rumori o errori, che è 1'applicazione di interesse per la presente invenzione, come verràspiegato di seguito . Il segnale rappresentativo della velocità della ruota della bicicletta ω è soggetto ad errori dovuti a molteplici cause . Una di guest e cause, nel caso in cui il sensore di velocità sia del tipo descritto con ruota fonica e sensore a effetto Hall (o anche di tipo analogo, guaie un sensore a encoder o in generale un sensore con porzione mobile avente una pluralità di elementi discreti) è la non perfetta distribuzione dei magneti permanenti 4 lungo la circonferenza della ruota fonica 3 . In altre parole , la distanza angolare nominale tra magneti permanenti 4 successivi ccnoninon è in realtà costante, ma varia tra coppie di magneti successivi . Ciò può essere dovuto a varie ragioni, tra cui ad esempio : errori dimensionali, usura, eccentricità dell' asse di rotazione della ruota fonica rispetto all'asse di rotazione della ruota della bicicletta . Tali errori possono peraltro variare nel tempo . Inoltre , è possibile che ciascuno dei magneti generi un campo magnetico con differente intensità, il che può determinare nel sensore un errore del tutto eguivalente all'errore geometrico dovuto alla non uniforme distribuzione spaziale dei magneti , precedentemente detta . Pertanto, la distanza angolare effettiva og tra due magneti successivi dell' i-esima coppia di magneti successivi si può esprimere nella maniera seguente :

«i oinom+ di (3)

in cui di è 1'errore rispetto alla distanza angolare nominale anoE1dell'i-esima coppia di magneti successivi . Dalla (3) consegue che la velocità effettiva della ruota a)<opt>, determinata a partire da ciascuna coppia di magneti successivi, è data da:

in cui àti indica il tempo che intercorre tra il passaggio in prossimità ad esempio del sensore a effetto Hall 7 del primo e del secondo magnete permanente dell' i-esima coppia di magneti successivi .

Pertanto, al fine di determinare la velocità angolare di rotazione effettiva, occorre stimare per ogni coppia di magneti successivi il valore dell' errore di. Tale funzione è svolta dal filtro 13.

Il filtro 13 opera nella maniera seguente . Per ogni coppia i di magneti successiva viene stimata una velocità media £ìj? in base al tempo di rivoluzione àfT'<71>', ossia in base al tempo che intercorre tra due passaggi successivi in prossimità del sensore ad effetto Hall :

Conseguentemente, a partire dall'errore tra la velocità media stimata fai? e la velocità angolare di rotazione effettiva ωι rilevata dal sensore di velocità con riferimento all'i -esima coppia di magneti , è possibile stimare un errore rispetto alla distanza angolare nominale anomdell'i-esima coppia di magneti successivi nella maniera seguente:

da cui discende che:

Questi passaggi vengono ripetuti per ogni coppia di magneti successivi (i = 1, 2, ... L). La condizione geometrica è che la somma degli errori stimati di tutte le coppie di magneti successivi sia nullo, data la geometria del sensore . Inserendo 1'errore stimato $! nella (4), è possibile determinare la velocità angolare effettiva della ruota 03<opt>.

Vantaggiosamente , al fine di stimare gli errori di in istanti ulteriori rispetto a quelli in cui avvengono le misurazioni del tempo di rivoluzione &t™<v>/è possibile impiegare un algoritmo ai minimi quadrati ricorsivo (noto in letteratura come "ReLS -Recursive Least Square") ,

In particolare , considerando le misurazioni più recenti degli errori viene determinata una funzione di stima di* tale che lo scarto quadratico tra le grandezze misurate ${- e la stima stessa di* sia minimizzato (algoritmo ai minimi quadrati). Tale stima viene poi aggiornata ricorsivamente ogni volta isponibile una nuova misura dell'errore fi¬che è d<w>i (algoritmo ai minimi quadrati ricorsivo). Preferibilmente, è possibile dare un peso inferiore, ad esempio tramite un opportuno coefficiente, alle misurazioni meno recenti.

Si noti che, come risulterà chiaro all'esperto del settore, 1'algoritmo ReLS sopra descritto può presentare numerose varianti o essere sostituito da algoritmi alternativi che consentono di arrivare sostanzialmente al medesimo risultato.

Si noti che 1'algoritmo descritto è in grado di determinare gli errori angolari dianche quando questi variano nel tempo, ad esempio per usura dei sensori stessi, come detto in precedenza , grazie alla ricorsività e all'adattamento della stima effettuata dall'algoritmo ReLS.

In figura 4a è mostrato un confronto nel tempo t tra il segnale rappresentativo della velocità ω, come generato dal sensore di velocità 2 in certe condizioni, ed il segnale ottimizzato rappresentativo della velocità u<opt>, ottenuto dal medesimo segnale rappresentativo della velocità ω mediante il filtro adattativo 13 con le modalità precedentemente descritte. Come si può vedere, il segnale ottimizzato rappresentativo della velocità<n<opt>è in generale soggetto ad un rumore inferiore rispetto al segnale rappresentativo della velocità ω, non filtrato nel filtro 13. Quanto detto confermato anche dall'analisi in frequenza dei due segnali (in un piano frequenza f - ampiezza A), mostrata in figura 4b. Come si può vedere, nel segnale rappresentativo della velocità ω sono presenti delle frequenze, per lo più legate a disturbi e non alla velocità angolare misurata, assenti nel segnale ottimizzato rappresentativo della velocità ùj°<pt>, che sono tutte multiple della frequenza fondamentale della velocità della ruota (indicate con dei pallini).

1/eliminazione di tali frequenze consente di stimare in maniera adeguatamente affidabile la cadenza di pedalata a partire dal segnale ottimizzato rappresentativo della velocità oj°<pt>. Con riferimento ancora alla figura 4a, si può osservare che la velocità ottimizzata u<opt>ha un andamento oscillatorio con dei picchi periodici. Ciò è dovuto al fatto che la coppia di pedalata non è applicata in maniera continua a causa della meccanica della pedalata stessa. Infatti, il ciclista pedala esercitando una pressione alternata sui due pedali per una frazione di 360°. Con riferimento nuovamente alla figura 4b, in base a quanto detto sopra, ne consegue che la frequenza indicata con il riferimento 14 non è altro che il doppio della cadenza di pedalata ricercata.

Con riferimento nuovamente alla figura 1, al fine di determinare tale cadenza di pedalata (indicata in figura 1 con il riferimento C), il dispositivo 1 comprende inoltre un modulo 15 per 1'analisi in frequenza del segnale ottimizzato della velocità angolare della ruota della bicicletta M<opt>. Secondo una possibile forma di realizzazione, tale modulo 15 comprende un filtro di Kalman esteso, in grado di ricavare la frequenza ricercata.

Il filtro di Kalman esteso è un'estensione a sistemi non lineari del filtro di Kalman. Il filtro di Kalman è un filtro che realizza un algoritmo ricorsivo che risolve il problema della stima ottima dello stato per sistemi lineari a tempo discreto con rumore bianco gaussiano additivo che agisce sullo stato e sulle osservazioni dell'uscita.

In generale, il filtro di Kalman sfrutta una descrizione del sistema di tipo lineare in forma di stato:

x(k+l) = Ax(k) Bu(k) w(k)

y;(k) = Cx(k)+Du(k)+ v(k) (8)

in cui:

- k è 1'istante discreto considerato;

- x è lo stato del sistema;

- u è 1'ingresso considerato;

- è l'uscita del sistema:

- w è il disturbo sullo stato;

- v è il disturbo di misura.

Il filtro di Kalman è in grado di determinare mediante un algoritmo ricorsivo il valore assunto nell' istante attuale k dallo stato x, in base alla conoscenza dell' ingresso attuale u, dell' uscita attuale e della stima precedente dello stato x. Le uscite y_ sono legate agli ingressi u mediante il modello matematico descrittivo del sistema. E' guindi possibile effettuare ricorsivamente una stima delle grandezze di interesse x.

Il filtro di Kalman esteso, come detto, è 1'estensione del filtro di Kalman a sistemi non lineari , che, in generale, prevede la linearizzazione del sistema per riportarlo alle condizioni del filtro di Kalman non esteso. Nel presente caso, è possibile descrivere il sistema di interesse ad esempio nella maniera seguente :

in cui:

- k è 1'istante considerato;

- X3è la frequenza che si vuole determinare, ossia il doppio della cadenza di pedalata C, ricorsivamente in ogni istante k, k+1...;

- v (k) è il rumore di misurazione, in questo caso il rumore che agisce sul segnale ottimizzato rappresentativo della velocità angolare della ruota della bicicletta to°<pt>, che si assume abbia una andamento gaussiano a media 0 e varianza r, da definire in fase di taratura del filtro;

- w(k) è il rumore che agisce sulla frequenza X3 (k) all'istante k, che si assume abbia una andamento gaussiano a media 0 e varianza q, da definire anch'essa in fase di taratura del filtro;

- c è un ulteriore parametro del filtro da definire anch'esso in fase di taratura, che può essere settato ad esempio pari a 0.

Il filtro di Kalman esteso è in grado di determinare mediante un algoritmo ricorsivo il valore assunto dallo stato x, ossia xl, x2 e x3 a partire dall'uscita y_.

In alternativa al metodo qui sopra, è possibile definire descrivere il sistema nella maniera seguente:

Secondo il modello della (10), la frequenza che si vuole determinare, legata alla cadenza di pedalata C, non è più un parametro di stato. In questo caso, infatti, lo stato X3che si vuole determinare corrisponde al doppio del rapporto di trasmissione del cambio della bicicletta, e 1'ingresso u - che non era invece presente nel sistema (9)- rappresenta la velocità angolare della ruota espressa in rad/s.

La frequenza di interesse viene quindi determinata come prodotto tra lo stato X3e 1'ingresso u. Inoltre, secondo questo modello, è introdotta una ulteriore variabile di stato x4che rappresenta 1'ampiezza del segnale del quale si vuole determinare la frequenza. z rappresenta il rumore che agisce su quest'ultima variabile di stato, mentre eaed sesono parametri di taratura del filtro. Χχ ed χ^, come nel caso del modello (9), rappresentano le componenti in fase e in quadratura del segnale di cui si vuole stimare la frequenza.

Naturalmente , sono possibili modelli ulteriori per descrivere il sistema alla base del filtro di Kalman rispetto ai modelli descritti sopra a livello esemplificativo .

Preferibilmente , il modulo 15 per 1'analisi in frequenza comprende inoltre un filtro passa-banda 16 atto a filtrare il segnale ottimizzato della velocità angolare della ruota della bicicletta in una banda di frequenza predeterminata dipendente dalla velocità rilevata della ruota della bicicletta . Come mostrato in figura 5, infatti, a seconda della velocità della bicicletta, la frequenza ricercata f, pari , come detto, al doppio della cadenza di pedalata C, è compresa in un range predeterminato . Le rette mostrate legano la cadenza di pedalata C alla velocità della bicicletta v (ricavabile a partire dalla velocità angolare della ruota e dal suo raggio) in funzione del rapporto di trasmissione impostato, che è tuttavia sconosciuto . In figura 5 sono inoltre riportate con linee tratteggiate i multipli della frequenza fondamentale della ruota della bicicletta, che è tuttavia possibile eliminare grazie alla presenza del filtro 13.

Con riferimento ancora alla figura 1, in accordo con una possibile forma di realizzazione, il dispositivo 1 comprende un modulo 17 per la rilevazione dell'impiego della bicicletta in modalità di ruota libera . Nelle biciclette normalmente il gruppo di pignoni associati alla ruota motrice , tramite i guali la catena, a sua volta azionata dai pedali, trasmette il moto alla ruota motrice stessa, sono associati a guest'ultima mediante un meccanismo a ruota libera, che consente alla ruota motrice di girare anche guando i pedali sono fermi (ad esempio guando la bicicletta viaggia in discesa) o ruotano all'indietro. In guesta condizione, naturalmente, la velocità della ruota non è correlata alla cadenza di pedalata. Il modulo 17 è configurato in modo tale da determinare la condizioni di ruota libera e di fornire in uscita un valore di cadenza di pedalata nullo, che si sostituisce a guello normalmente determinato dal modulo 15, in tali condizioni di ruota libera. Quando invece la bicicletta è sottoposta a una pedalata, la cadenza di pedalata viene determinata con le modalità dette.

Al fine di determinare la condizione di ruota libera possono essere sfruttati vari approcci. Secondo un possibile approccio, vengono determinati con le modalità dette in precedenza con riferimento alla (9) e alla (10) la cadenza di pedalata o il rapporto di trasmissione, che tenderanno a zero in condizione di ruota libera. Fissando un valore di soglia predefinito per tali grandezze (o per la loro variazione) è possibile individuare un confine tra la condizione di ruota libera e la condizione di pedalata.

Dalla descrizione sopra fornita la persona esperta potrà apprezzare come il dispositivo secondo 1'invenzione consenta di determinare velocità e cadenza di pedalata impiegando solo un unico sensore, ossia il sensore di velocità. Questo comporta pesi ridotti della componentistica e una maggiore semplicità di assemblaggio rispetto alle soluzioni note che prevedono 1'impiego di due sensori distinti.

Si noti che, sebbene il funzionamento del dispositivo 1 secondo l<f>invenzione sia stato descritto con riferimento all'impiego di un sensore per la rilevazione della velocità angolare della ruota motrice della bicicletta, il dispositivo 1 può alternativamente comprendere un sensore, destinato ad essere associato alla bicicletta stessa, configurato per rilevare una grandezza cinematica della bicicletta di differente natura rispetto alla velocità angolare della ruota, e a fornire un segnale rappresentativo della stessa. Ad esempio, il dispositivo 1 può comprendere un sensore di accelerazione longitudinale o laterale idoneo a generare un segnale rappresentativo della stessa. Tale segnale può essere trattato in un filtro 13 idoneo ad individuarne eventuali errori , così da ricavarne un segnale ottimizzato . Quest' ultimo può essere sfruttato come ingresso del modulo 15 che ne effettua un' analisi in frequenza dalla guaie ottenere la cadenza di pedalata con le modalità già descritte con riferimento alla velocità angolare della ruota.

Alle forme di realizzazione descritte del dispositivo secondo 1'invenzione, la persona esperta, allo scopo di soddisfare esigenze contingenti specifiche , potrà apportare numerose aggiunte , modifiche , o sostituzioni di elementi con altri funzionalmente equivalenti , senza tuttavia uscire dall' ambito delle annesse rivendicazioni.

Claims

Rivendicazi oni 1. Dispositivo (1) per la determinazione di una grandezza cinematica di una bicicletta e della cadenza della pedalata esercitata da un utilizzatore sui pedali di detta bicicletta, detto dispositivo (1) comprendendo : - un sensore (2) di detta grandezza cinematica della bicicletta destinato ad essere associato a detta bicicletta , idoneo a rilevare detta grandezza cinematica della bicicletta (ωι) e a generare un segnale rappresentativo di detta grandezza cinematica della bicicletta; - un filtro (13) collegato a detto sensore (6) della grandezza cinematica della bicicletta, configurato per ricevere in ingresso detto segnale rappresentativo della grandezza cinematica della bicicletta (ωι) e a fornire in uscita un segnale ottimizzato della grandezza cinematica della bicicletta (co°<pt>) ottenuto eliminando dal segnale rappresentativo della grandezza cinematica della bicicletta ((3⁄4) errori stimati (di) correlati alla struttura di detto sensore della grandezza cinematica della bicicletta; - un modulo (15) per 1'analisi in freguenza di detto segnale ottimizzato della grandezza cinematica della bicicletta (ω<ορί>) collegato a detto filtro (13), configurato per determinare detta cadenza di pedalata in base all'analisi in freguenza di detto segnale ottimizzato della grandezza cinematica della bicicletta (cj<opt>) e a fornire un segnale rappresentativo di detta cadenza di pedalata (C).
2. Dispositivo (1) secondo la rivendicazione 1, in cui detto sensore della grandezza cinematica della bicicletta comprende un sensore (2) della velocità angolare di una ruota della bicicletta (ωι), destinato ad essere accoppiato a detta ruota della bicicletta e a fornire in uscita un segnale rappresentativo di detta velocità angolare della bicicletta (ωι).
3. Dispositivo (1) secondo la rivendicazione 2, in cui detto sensore (2) della velocità angolare della ruota della bicicletta comprende : una porzione mobile destinata ad essere solidale in rotazione alla ruota della bicicletta e provvista di una pluralità di elementi di riferimento solidali alla porzione mobile; una porzione fissa destinata ad essere associata al telaio della bicicletta, comprendente mezzi per la rilevazione dei passaggi di detti elementi di riferimento in prossimità dei mezzi di rilevazione stessi e a generare un segnale rappresentativo di detti passaggi ; un modulo di controllo configurato per determinare detta velocità angolare della ruota della bicicletta ((3⁄4)e a generare detto segnale rappresentativo della velocità angolare della ruota della bicicletta in base a detto segnale rappresentativo di detti passaggi.
4. Dispositivo (1) secondo la rivendicazione 2 o 3, in cui detto sensore (2) della velocità angolare della ruota della bicicletta è un sensore di tipo induttivo comprendente una ruota fornica (3) destinata ad essere solidale in rotazione alla ruota della bicicletta e provvista di una pluralità di magneti permanenti (4) distribuiti in maniera sostanzialmente uniforme in direzione circonferenziale della ruota fonica (3), e un corpo di sensore (5), destinato ad essere fissato al telaio della bicicletta, comprendente un sensore a effetto Hall (7) atto a rilevare i passaggi di detti magneti permanenti (4) in prossimità del sensore a effetto Hall stesso e a generare un segnale rappresentativo di detti passaggi.
5. Dispositivo (1) secondo la rivendicazione 4, in cui detto sensore (2) della velocità angolare della ruota della bicicletta comprende una batteria (il) e almeno un induttore ausiliario (12) atto a fornire una corrente indotta di alimentazione di detta batteria (11) generata per effetto del movimento di detti magneti permanenti (4) rispetto a detto induttore ausiliario (12) .
6. Dispositivo (1) secondo la rivendicazione 1, in cui detto sensore della grandezza cinematica della bicicletta comprende un sensore dell'accelerazione longitudinale o laterale della bicicletta, destinato ad essere accoppiato al telaio di detta bicicletta, e a fornire in uscita un segnale rappresentativo di detta accelerazione longitudinale o laterale della bicicletta .
7. Dispositivo (1) secondo una gualsiasi delle rivendicazioni da 3 a 5, in cui detto filtro (13) è configurato per stimare un errore angolare (U l) di ciascuna coppia di elementi di riferimento di detta pluralità di elementi di riferimento solidali alla porzione mobile del sensore (2) di velocità angolare a partire da detto segnale rappresentativo della velocità angolare della ruota (ωι) e da una velocità media (Ù){) stimata in base al tempo di rivoluzione Λ i-Tev . . . . (Ut^j ) di detta coppia di elementi di riferimento.
8. Dispositivo (1) secondo la rivendicazione 7, in cui detto filtro è un filtro adattativo (13) che realizza un algoritmo ai minimi guadrati ricorsivo per la stima ricorsiva di detto errore angolare (di*).
9. Dispositivo (1) secondo una qualsiasi delle rivendicazioni da 1 a 8, in cui detto modulo (15) per 1'analisi in frequenza comprende un filtro di Kalman esteso per la determinazione della cadenza di pedalata (C) in base a detto segnale ottimizzato della grandezza cinematica della bicicletta (co°<pt>).
10. Dispositivo (1) secondo una qualsiasi delle rivendicazioni da 1 a 8, in cui detto modulo (15) per 1'analisi in frequenza comprende un filtro di Kalman esteso per la determinazione del rapporto di trasmissione della bicicletta in base a detto segnale ottimizzato della grandezza cinematica della bicicletta (ω<ορί>), detta cadenza di pedalata (C) essendo determinata in base a detto rapporto di trasmissione determinato dal filtro di Kalman esteso.
11. Dispositivo (1) secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, in cui detto modulo (15) per 1'analisi in frequenza comprende un filtro passabanda (16) atto a filtrare il segnale ottimizzato della grandezza cinematica della bicicletta (u<opt>) in una banda di frequenza predeterminata.
12. Dispositivo (1) secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti , comprendente inoltre un modulo (17) per la determinazione della condizione di ruota libera, configurato per fornire un segnale rappresentativo della cadenza di pedalata nullo, che si sostituisce al segnale rappresentativo della cadenza di pedalata fornito dal modulo (15) per 1'analisi in frequenza di detto segnale ottimizzato della grandezza cinematica della bicicletta, in presenza di dette condizione di ruota libera.
13. Bicicletta comprendente un dispositivo (1) secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti.