JP2018505816A - Pedal drive vehicle crank - Google Patents
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Abstract
ペダル駆動車両のためのクランクアセンブリが、第1の部材と、第2の部材と、回転センサとを含む。第1の部材は、ペダル駆動車両のクランク軸について回転する。第2の部材は、第1の部材に回転的に連結され、部材ピボットを介して第1の部材について旋回するように構成される。第2の部材は、ペダルインターフェースでペダルを受けるように構成される。回転センサは、第1の部材に連結され、第1の部材に対する第2の部材の回転を測定するように構成される。A crank assembly for a pedal-driven vehicle includes a first member, a second member, and a rotation sensor. The first member rotates about the crankshaft of the pedal drive vehicle. The second member is rotationally coupled to the first member and is configured to pivot about the first member via a member pivot. The second member is configured to receive a pedal at a pedal interface. The rotation sensor is coupled to the first member and is configured to measure the rotation of the second member relative to the first member.
Description
(関連出願の参照)
本出願は、2015年2月18日に出願された米国仮特許出願第62/117,882号の優先権を主張し、その全体を参照として本明細書に援用する。
(Refer to related applications)
This application claims priority to US Provisional Patent Application No. 62 / 117,882, filed February 18, 2015, which is hereby incorporated by reference in its entirety.
ペダル駆動車両(pedal-driven vehicle)を作動させるとき、乗り手は、彼らのエネルギ消費及び結果として得られる車両の性能に関するフィードバックを望むことがある。例えば、電力(power)、トルク(torque)、角速度(angular velocity)のような、ペダリング情報(pedaling information)は、乗り手に彼らのフィットネスレベルを知らせ、ペダリング効率及び/又は技法の改善を容易にすることがある。この目的を達成するために、電力計(power meters)が、ペダリングデータを収集して報告する自転車及び他のペダル駆動車両における使用のために開発されている。 When operating pedal-driven vehicles, riders may desire feedback regarding their energy consumption and resulting vehicle performance. For example, pedaling information, such as power, torque, and angular velocity, informs riders of their fitness level and facilitates improved pedaling efficiency and / or techniques. Sometimes. To achieve this goal, power meters have been developed for use in bicycles and other pedal-driven vehicles that collect and report pedaling data.
ペダル駆動車両のためのクランクアセンブリは、第1の部材と、第2の部材と、回転センサとを含む。第1の部材は、ペダル駆動車両のクランク軸について回転する。第2の部材は、第1の部材に回転的に連結され、部材ピボットを介して第1の部材について旋回するように構成される。第2の部材は、ペダルインターフェースでペダルを受けるようにも構成される。回転センサは、第1の部材に連結され、第1の部材に対する第2の部材の回転を測定するように構成される。 A crank assembly for a pedal drive vehicle includes a first member, a second member, and a rotation sensor. The first member rotates about the crankshaft of the pedal drive vehicle. The second member is rotationally coupled to the first member and is configured to pivot about the first member via a member pivot. The second member is also configured to receive a pedal at a pedal interface. The rotation sensor is coupled to the first member and is configured to measure the rotation of the second member relative to the first member.
上述のように、ペダル駆動車両の乗り手は、彼らのエネルギ消費及び結果として得られる車両の性能に関する情報を望むことがある。例えば、電力出力(power output)、ペダルトルク(pedal torque)、及びペダルスピード(pedal speed)のような、ペダリング情報は、乗り手に彼らのフィットネスレベルを知らせ、ペダリング効率及び/又は技法の最適化を容易にすることがある。この目的を達成するために、電力計を使用して、ペダリングデータを収集し、乗り手に報告することがある。 As noted above, pedal-driven vehicle riders may desire information regarding their energy consumption and resulting vehicle performance. For example, pedaling information such as power output, pedal torque, and pedal speed informs riders their fitness level and optimizes pedaling efficiency and / or techniques. May be easy. To achieve this goal, a wattmeter may be used to collect pedaling data and report it to the rider.
図1は、自転車の形態の例示的なペダル駆動車両100を示している。しかしながら、ペダル駆動車両100は、一輪車、三輪車、四輪車、人力車、ペダル駆動ボート、ペダル駆動航空機などの形態を非限定的に含む、任意の適切な形態を取ってよい。
FIG. 1 shows an exemplary pedal-driven
ペダル駆動車両100は、乗り手によって提供されるペダリング運動を車両の並進運動に既知の方法で変換することを容易にすることがある。例えば、車両100は、クランクアーム104を有するクランクアセンブリ102を含んでよく、クランクアーム104には、ペダル106が連結されてよい。車両100の乗り手は、ペダル106に力を加えてよく、それはクランクアーム104へのトルクの適用をもたらす。次いで、クランクアーム104へのトルクの適用は、チェーンリング108を回転させてよく、チェーンリング108の回転は、チェーン112を介してコグセット110に加えられてよい。コグセット110の運動を車両100の後輪114に加え、それにより、車両を駆動し、並進運動を可能にしてよい。
The pedal-driven
ペダル駆動車両100の様々な動作特徴を測定して用いて、乗物の乗り手にフィードバックを提供してよい。この目的を達成するために、1つ又はそれよりも多くのセンサがクランクアームに連結されてよい。以下に更に詳細に記載するように、回転センサ及び/又はトルクセンサを使用して、ペダル106の角スピード又は速度、クランクアーム104で生成される電力、ペダルに適用されるトルク、及び/又は他の量の測定値を乗り手に提供してよい。その上、以下に更に詳細に記載するように、送受信器を使用して、そのような測定値を適切な出力デバイスに送信してよく、その場合、測定値又は測定値から導き出される情報は、車両100の乗り手に伝えられてよい。出力デバイスは、例えば、ディスプレイデバイス、スピーカ、触覚フィードバックデバイス、スマートフォン、ヘッドユニット等であってよい。
Various operational characteristics of the pedal-driven
図1では、単一のクランクアームが特徴とされているが、ペダル駆動車両100は、第2のクランクアームも含む。第2のクランクアームは、クランクアーム104と類似の機能的特徴及び幾何学的構成を有してよい。第2のクランクアームは、例えば、第1のクランクアーム104に対して180°に位置付けられてよいが、第1及び第2のクランクアームの他の相対配置が想定される。更に、クランクアームは車両100の対向する側に配置されてよく、クランクアームを左右のクランクアームと呼ぶことがある。ペダリングデータは、クランクアームの間で平均化される等して、各クランクアームについて別々に提供されてよい。
Although a single crank arm is featured in FIG. 1, pedal-driven
図2A及び2Bは、クランクアーム202を含む例示的なクランクアセンブリ200のそれぞれの状態を示している。クランクアーム202は、例えば、図1のクランクアーム104及び/又はペダル駆動車両100に含められる第2のクランクアームであってよい。
2A and 2B show the respective states of an
クランクアーム202は、(例えば、図1のペダル駆動車両100の)クランク軸206について回転する第1の部材204を含んでよい。クランク軸206は、図2A及び図2Bに破線で示す中空クランク車軸208を少なくとも部分的に通じて(例えば、図2A及び図2Bのページ内の方向に)延びてよい。クランク車軸208は、同様に破線で示すチェーンリング210を通じて、第2のクランクアームに進んでよい。幾つかの実施例において、クランク軸206、クランク車軸208、及びチェーンリング210のうちの1つ又はそれよりも多くは、実質的に同軸であってよい。図5を参照して更に詳細に記載するように、クランク車軸208は、電力及び/又はデータを運ぶ導電体が通される空間を提供してよい。幾つかの実施形態では、左右のクランクアームを接続するボルトが、左右のクランクアーム内の電気コンポーネントが通信的に(communicatively)連結されるように、配線経路(例えば、中空シャフト)を含んでよい。
The
クランクアーム202は、第1の部材204に回転的に連結され、部材ピボット214を介して第1の部材について旋回するように構成される、第2の部材212を更に含んでよい。部材ピボット214は、第1の部材204についての第2の部材212の旋回運動を可能にする、任意の適切な機構を含んでよい。例えば、部材ピボットは、軸受機構を含んでよい。第2の部材212は、ペダルインターフェース216でペダル(例えば、図1のペダル106)を受けるように構成されてもよく、ペダルインターフェースは、そこへのペダルの取り外し可能な取り付けを可能にする様々な適切な機構(例えば、ねじ山付きボア)を含んでよい。
The
バネ又は他の機構を使用して、第1の部材204及び第2の部材212を初期設定向き(例えば、0°)に付勢してよい。ペダリング力は、バネの付勢に打ち勝つことにより、ペダルストロークの少なくとも部分に亘ってバネにエネルギを蓄えてよい。ペダルストロークの他の部分の間に、蓄えたエネルギを放出してよい。任意の適切なバネ又は他のエネルギ貯蔵デバイスが使用されてよい。バネ又は他の機構を介してポテンシャルエネルギを蓄え且つ放出することは、クランクストロークの間のデッドスポット(dead spots)を減少させ(例えば、実質的に排除し)、駆動ホイールに対してより一層均一なトルクを提供すると考えられる。 結果として、乗り手の疲労の開始が遅延されることがあり、及び/又はペダル駆動車両の電力出力及びスピードが増大させられることがある。更に、デッドスポットが減衰されると、クランクアームに機械的に連結される駆動ホイールの牽引力が増大させられることがある。
A spring or other mechanism may be used to bias the
図2Cは、例えば、乗り手からのペダル入力を介して、クランク軸206について時計回りに回転される簡略化された形態のクランクアーム202を示している。
FIG. 2C shows a simplified form of the
クランクストロークを通じるクランクアームの経路を描くために、クランクアーム202の多数の位置が同時に図示されている。クランクストロークにおけるクランクアーム202の様々な位置の角度230が、クランク軸206から、クランク軸から部材ピボット214に延びる線234まで延びる、垂直軸232から測定されてよい。よって、角度230は、垂直軸232に関する第1の部材204の回転を判定する(measures)。垂直軸は重力軸と平行であってもよいことが理解されるであろう。
In order to depict the path of the crank arm through the crank stroke, multiple positions of the
クランクストロークは、上向きクランクストロークと下向きクランクストロークとに概念的に分割される。 下向きのクランクストロークは、時計回り方向における0°の角度〜180°の角度までの第1の部材204の回転範囲に対応することがある。他方、上向きのクランクストロークは、時計回り方向における180°の角度〜360°の角度までの第1の部材204の回転範囲に対応することがある。
The crank stroke is conceptually divided into an upward crank stroke and a downward crank stroke. The downward crank stroke may correspond to the rotation range of the
上述のように、バネ又は他の機構は、下向きクランクストローク及び上向きクランクストロークの両方の間にエネルギを蓄積し且つ放出するように構成されてよい。例えば、角度230が90°であるとき、第2の部材212は、中立回転構成から離れる方向に回転させられ、従って、ポテンシャルエネルギを蓄える。角度230が180°のときのクランクストロークの底で、バネアセンブリに蓄えられたエネルギの大部分又は全部が、ストロークの先行部分で放出され、従って、バネアセンブリは、 クランクストロークの底でポテンシャルエネルギを蓄えず或いは僅かに蓄える。このポテンシャルエネルギの溶出は、クランクストロークの底付近でクランクアーム202によって適用されるトルクの量を増加させる。その結果、クランクアームのトルク曲線における谷(例えば、いわゆる“デッドスポット”)のうちの1つの大きさが減少させられる。
As described above, the spring or other mechanism may be configured to store and release energy during both the downward and upward crank strokes. For example, when the
具体的には、クランクアーム202の角度230が180°及び360°(例えば、6時及び12時)に近いとき、バネアセンブリ内のポテンシャルエネルギが放出される。角度230が180°であるとき、ペダルに対するあらゆる力は、バネの圧縮方向に対して垂直になり、バネが戻る(decompress)のを可能にする。このとき、バネは水平方向に向けられているので、エネルギは回転方向において解放され、トルクを増加させる。
Specifically, potential energy in the spring assembly is released when the
追加的に、図2Cに描写する実施例において、乗り手は、上向きクランクストローク中にペダルインターフェース216に対して上向きの力を加えている。従って、ペダルインターフェース216に結合されたペダルは、ユーザが上向きクランクストロークを通じて第2の部材212に対して上向きの力を加えるのを可能にするように構成された、トークリップ、クリップレスペダル、及び/又は他の適切なデバイスを含んでよい。しかし、他の実施例では、上向きのクランクストローク中に下向きの力が加えられてよい。この場合には、戻り止めは、バネアセンブリが逆効果ポテンシャルエネルギを蓄えるのを防止する。角度230が270°であるとき、第2の部材212は、再び中立回転構成から離れる方向に回転させられて、エネルギを蓄える。このエネルギは、クランクストロークの後続の部分を通じて放出され、角度230が360°であるとき、エネルギの大部分又は全部は、以前に放出されている。このようにして、クランクアームのトルク曲線における他の谷の大きさが減少させられて、クランクストロークを通じてより一層均一なトルク曲線を提供する。この種類のトルク曲線は、クランクアームに機械的に連結された駆動ホイールの牽引力を増加させ、ペダル駆動車両の電力出力及び/又はスピードを増加させ、且つ/或いは乗り手の疲労の開始を遅延させると考えられる。
Additionally, in the embodiment depicted in FIG. 2C, the rider is applying an upward force against the
更に、図2Cに描写する実施形態において、クランク軸206と部材ピボット214との間の距離は、下向き及び上向きのクランクストロークを通じて、クランク軸とペダルインターフェース216との間の距離よりも小さい。しかしながら、クランクアーム202の他の回転特性も想定される。
Further, in the embodiment depicted in FIG. 2C, the distance between the
部材ピボット214の経路236も図2Cに示されている。経路は、実質的に円形である。加えて、ペダルインターフェース216の経路238が示されている。第2の部材212が非中立状態にあるとき、ペダルインターフェース216の経路は、ペダルインターフェース216とクランク軸206との間の距離が減少することの故に、円形でない。
The
クランクアーム202の動作属性は、クランクアームを含むペダル駆動車両において、上述したペダルデータの少なくとも部分を提供するために測定されてよい。この目的を達成するために、クランクアーム202は、センサギア218を含んでよい。センサギア218は、例えば、回転センサの部分を形成してよい。描写する実施例において、センサギア218は、第1の部材204に対する第2の部材212の旋回運動がセンサギアを作動させるように構成され、それは上述のペダリングデータの少なくとも部分の導出を可能にすることがある。
The operational attributes of the
従来的なクランクアームと異なり、クランクアーム202は、部材ピボット214と、回転センサとを含む。数多くのピボット構成及び数多くの回転センサ実施が想定される。例えば、ポテンショメータ又はホール効果センサが使用されてよい。幾つかの実施において、回転センサは、部材ピボット地点と同心であってよいのに対し、図2A及び図2Bに例示される実施のような他の実施において、回転センサ及び部材ピボットは、偏心してよい。本明細書で開示する実施形態は、如何様にも限定的でない。他の種類の回転センサ及び/又は他のピボット構成も、ペダリングデータを提供しながら、デッドスポットを平滑化することができる。
Unlike a conventional crank arm, the
図2A及び図2Bに例示する実施例において、クランクアセンブリ200は、第1の部材204に対して回転する第2の部材212に応答してセンサギア218の回転を引き起こすように構成されたアークギア220を含んでよい。アークギア220は、図2A及び図2Bに破線で示すシールド222(shield)を含んでよく、シールド222は、センサギア218を覆い、それにより、センサギアを破片及び要素から保護して、検知機能性を保持する。図2A及び図2Bは、ネジ224を介して第2の部材212に連結されたシールドを示しているが、他の接続機構が想定される。幾つかの実施形態において、アークギア220は、第2の部材212の一体部品であってよい。
In the example illustrated in FIGS. 2A and 2B, the
他の想定される電力計設計の潜在的な欠点は、限定的な範囲のセンサ−例えば、回転センサの限定的な角度範囲の使用に起因する、検知の不正確性である。この欠点に対処し、クランクアーム202のペダリングデータ収集の精度を増大させるために、センサギア218の回転は、アークギア220によって機械的に増幅させられてよい。この構成を例示するために、図2Bは、角度θ(例えば、10°)だけ第1の部材204に対して回転させられた第2の部材212を示している。角度θは、例えば、第1の部材204及び第2の部材212のそれぞれの長手方向軸の間の角度であってよい。図2Bは、例えば、ユーザによって提供されるペダリング力が第2の部材212を第1の部材204に対して枢動させるクランクアーム202の状態を表すことがある。このクランクアーム202の状態は、図2Aに描写するクランクアームの状態と対照的であってよく、それは、例えば、乗り手がペダリング力を提供しておらず、第2の部材212が第1の部材204と実質的に位置合わせされている(例えば、θが約0°である)、状態に対応する。
Another potential drawback of the envisaged wattmeter design is inaccuracy of detection due to the use of a limited range of sensors—for example, a limited angular range of rotation sensors. To address this drawback and increase the accuracy of
アークギア220によって与えられる潜在的な機械的増幅を更に例示するために、図3A及び図3Bは、センサギア218とアークギア220とを含む例示的なギアアセンブリ300のそれぞれの状態を幾分概略的に示している。図3A及び3Bは、例えば、アークギア220及びセンサギア218の下面を描写し、図2Aに示す第1の部材204及び第2の部材212の相対的な向き並びに図2Bに示す相対的な向きにそれぞれ対応する、ギアアセンブリ300の状態を示している。
To further illustrate the potential mechanical amplification provided by
図3Aにおいて、センサギア218は、第2の部材212が第1の部材204に対して実質的に回転させられないので、アークギア220に対して実質的に回転させられない(例えば、0°)の向きにあってよい。逆に、図3Bにおいて、センサギア218は、第1の部材204に対する角度θを通じた第2の部材212の回転の結果、角度βを通じて回転させられてよい。アークギアの歯303がセンサギア218と係合するときにアークギア220によって提供される機械的増幅の故に、角度βは、より大きな範囲のセンサギアが利用されるよう、角度θよりも大きくてもよい。非限定的な実施例として、角度θは、10°であってよいのに対し、角度βは、80°であってよく、その場合、アークギア220は、8の機械的増幅定数(amplification factor)を提供してよい。しかしながら、他の適切な増幅定数が利用されてよい。
In FIG. 3A,
図2A及び図2Bに戻ると、アークギア220は、センサギアが回転する車軸226とクランク軸206との間でセンサギア218と係合してよい。例えば、アークギア220の歯302(図3A及び図3B)は、これらの点の間でセンサギア218と係合してよい。センサギア218は、第1の部材204に含められる筐体228(enclosure)の外側に位置付けられてよく、筐体228は、その中に位置付けられるコンポーネントを破片及び要素から保護するために実質的にシールされてよい。そのような構成において、センサギア218は、センサギアの作動が検知要素の作動を引き起こし、それにより、ペダリングデータを導き出すために用い得る読取りを生成するよう、筐体228の内側に位置付けられた検知素子(図2A及び図2Bには示されていない)に動作的に連結されてよい。このようにして、筐体228は、検知要素を劣化から保護しながら、アークギア220によるセンサギア218の作動を可能にしてよい。
Returning to FIGS. 2A and 2B, the
筐体228は、取外し可能なカバーを利用して、その中に位置付けられるコンポーネントへのアクセスを可能にしてよい。取外し可能なカバーは、ボルト、ネジ、又は他の適切な機構によって装着され且つ/或いは取り外されてよく、筐体内への破片の侵入を防止するガスケットのような適切な機構を利用してよい。図4に示すように、センサギア218は、筐体にある開口を通じて経路指定される車軸を介して筐体228内に位置付けられる検知要素に物理的に連結されてよい。開口を実質的に封止して、開口を通じる筐体228内への破片の侵入を防止しながら、車軸が開口を通過するのを可能にしてよい。センサギア218が適切な無線接続を介して(例えば、誘導結合又は容量結合を介して)検知要素に通信的に連結される代替的な構成が想定される。
The
上述のように、クランクアーム202は、ペダル駆動車両(例えば、図1の車両100)内に設けられる2つのクランクアームのうちの1つであってよく、少なくとも何らかの検知機能性が、クランクアームの他方に設けられてよい。そのような実施形態では、図2A及び図2Bには示されていないが、クランクアセンブリ200は、ペダル駆動車両のクランク軸206について回転する第3の部材と、第3の部材に回転的に連結され、部材ピボットを介して第3の部材について旋回するように構成される、第4の部材とを更に含んでよく、第4の部材は、ペダルインターフェースでペダルを受けるように構成される。更に、クランクアセンブリ200は、センサギア218及びアークギア220に加えて、第3の部材に連結された第2の(例えば、回転)センサと、第4の部材に連結された第2のアークギアとを含んでよい。
As described above, the
図4は、例示的なセンサアセンブリ400を概略的に描写している。センサアセンブリ400を使用して、例えば、図1のペダル駆動車両100におけるペダリングデータを収集して報告してよい。アセンブリ400は、図2A及び図2Bのクランクアーム202に組み込まれた筐体228を含んでよい。アセンブリ400は、センサギア218も含んでよく、検知要素402へのその動作的な連結が描写されている。検知要素402は、例えば、抵抗センサ又は電位差計の形態のような、任意の適切な形態を取ってよい。センサギア218の回転作動の故に、センサギア及び検知要素402は、回転センサ4−4として指定されてよい。しかしながら、回転センサであってもなくてもよいトルクセンサを使用するセンサ構成を含む、代替的なセンサ構成も可能である。
FIG. 4 schematically depicts an
センサギア218の回転は、任意の適切な方法で様々なペダリングデータ量を導出するために使用されてよい。そのような量は、クランクアームの角速度/加速度、クランクアセンブリのトルク、平均又は瞬間出力パワー、左右トルク又はパワーバランス等を含んでよいが、これらに限定されない。センサギア218の回転は、(例えば、それに連結される物理的継手を介して)対応するクランクアームの運動と比例することがあるので、クランクアームの物理的特性の知識(長さ、アークギアの歯車比、バネ力等)は、本明細書に記載するペダリングデータ量の正確な計算を可能にすることがある。
The rotation of the
センサアセンブリ400は、筐体228の内側に位置付けられ、回転センサ404に通信的に連結される、コントローラ406を含んでよい。コントローラ406は、回転センサ出力から得られる出力を提供するように構成されてよい。よって、図4は、コントローラ406に供給される検知要素402からのセンサ出力を示している。コントローラ406によって様々な適切な方法においてセンサ出力を処理して、1つ又はそれよりも多くのペダリングデータ量を導出してよい。幾つかの実施例において、コントローラ406は、2つ又はそれよりも多くのクランクアームのためにセンサ出力を受け取ってよく、その場合、ペダリングデータは、各クランクアームについて得られてよく、或いは2つ又はそれよりも多くのクランクアームの間で平均化されてよい。一例として、コントローラ406は、第1及び第2のセンサに通信的に連結されてよく(例えば、第1及び第2のクランクアームにそれぞれ設けられてよく)、第1及び第2のセンサの測定値から第1及び第2のクランクアームの角速度を導き出すように構成されてよい。代替的又は追加的に、コントローラ406は、第1及び第2のセンサの一方又は両方のトルク測定値から第1及び第2のクランクアームの少なくとも1つのトルクを出力するように構成されてよい。他の例として、コントローラ406は、(例えば、第1及び第2のクランクアームの個々のトルク読取りを加算することによって計算される)2つのクランクアームの総トルクからクランクアセンブリの角速度又はスピードを導き出してよい。総トルクは、角速度の2倍に対応する周波数(例えば、毎分回転数)を有してよく、角速度の容易な計算を可能にする。そのようなアプローチは、加速度計及び/又はジャイロスコープを用いずに角速度検知を可能にすることがある。以下に更に詳細に記載するように、コントローラ406は、ペダルデータ処理を様々な程度で実行してよい。例えば、コントローラ406は、計算デバイスに前駆(例えば、未処理)ペダリングデータを提供してよく、計算デバイスは、前駆ペダリングデータからペダリングデータ量を導き出し、或いは、それ自体がペダリングデータ量を決定し、例えば、それを乗り手に報告してよい。
The
センサアセンブリ400は、筐体228の内側に位置付けられる送受信器408を含んでよい。図4に示すように、送受信器408は、コントローラ406に通信的に連結されて、生ペダリングデータ及び/又はコントローラによって導出されたペダリングデータの報告を可能にする。送受信器408は、任意の適切なコンピューティング及び/又は出力デバイス(例えば、スマートフォン又はコックピットコンピュータ、外部又は周辺コンピューティングデバイス)にペダリングデータを送信してよい。送受信器408は、コントローラ406と一体であってよく、コントローラ406と別体であってよい。送受信器408は、任意の適切な通信プロトコル(例えば、低エネルギBluetooth(登録商標)及び/又はANT+)を利用してよい。低エネルギアンテナを使用することによって、コンピューティングシステムにおける電力消費を低減することができ、それにより、例えば、システム効率を向上させることができる。
The
コントローラ406は、オンコントローラ計算を実行するように構成されてよく、且つ/或いは、オフコントローラ計算のために前駆情報を外部コンピューティングデバイス(例えば、スマートフォン又は車両コックピットに搭載されたコンピュータ)に送信するように構成されてよい。この目的を達成するために、図4は、送受信器408から出力を受信するよう動作可能であってよい計算デバイス409を示している。両方のシナリオにおいて、計算デバイス(例えば、コントローラ、スマートフォン又は他のモバイルデバイス、ヘッドユニット、又は他の外部/周辺コンピュータ)は、特定のクランクアーム実施に基づく任意の適切なペダリングパラメータを計算するようにプログラムされてよい。
The
例えば、スマートフォンを計算デバイス409として使用する場合には、乗り手の既存のモバイルデバイスのコンピューティングパワーが活用されるという事実の故に、システムのコストを低減させることができる。しかしながら、スマートウォッチ、タブレット、ラップトップ、専用ペダル駆動コンピューティングデバイス等のような、数多くの適切な計算デバイスが考慮されてきている。従って、あらゆるデータ生成機能性をモバイルアプリケーションの形態において提供し得ることが理解されるであろう。
For example, when a smartphone is used as the
計算デバイス409は、メモリと、プロセッサとを含む。本明細書で議論する計算デバイスに対応する様々な機能性がプロセッサによって実行可能なメモリ内のコードとして格納されてよいことが理解されるであろう。
The
計算デバイス409は、コントローラによって提供されるデジタル信号に基づいて様々なペダル駆動車両データを生成するように構成される。ペダル駆動車両データは、電力(例えば、平均電力、瞬間電力)、左右の電力バランス、左右のトルク有効性(effectiveness)、左右のペダルの円滑性(smoothness)、左右のトルクプロファイルのような、クランクアームセンサに対応するデータを含む。計算デバイスによって生成することができる追加的なデータは、消費カロリー、スピード、旅行距離、経過時間、上昇利得、温度、及びリズム(cadence)を含む。このような方法において電力を測定することは、乗り手が、彼らの脚からペダル駆動車両のパワートレインにどれだけの電力が伝達されたかを知るのを可能にする。その上、センサ入力から計算デバイスによって生成される豊富なデータは、乗り手が、進行状況、トレーニングスケジュールを追跡するのを可能にし、乗車様式を向上させるのを可能にする。前述のデータは、図式的プロット(graphical plots)の形態において乗り手に提示されてよいことが理解されるであろう。
The
(例えば、図2Cを参照して上述した構成において)バネ又は他の機構を使用してクランクアーム202にエネルギを蓄える実施において、クランクアームの回転によってバネに蓄えられるエネルギは、以下の等式を使用して決定されてよい。
In implementations that store energy in the
第1の部材に対するトルク(Nm)は、(第2の部材に対して垂直なトルクについて)以下によってもたらされる。 The torque (Nm) for the first member is given by (for torque normal to the second member) by:
kは、ねじりバネ定数(Nm/ラジアン)であり、θは、ラジアンにおける偏向角である。 k is a torsion spring constant (Nm / radian), and θ is a deflection angle in radians.
電力(ワット)は、以下によってもたらされてよい。 Power (watts) may be provided by:
ここで、ωは、角スピード(ラジアン/秒)である。Ρ、τ、及びωは、通常、1回転内で、より長い時間枠内で、全て時間と共に変化する。τは、左右のクランクアームのトルクの和である。 Here, ω is the angular speed (radians / second). Ρ, τ, and ω all vary with time, usually within one revolution and within a longer time frame. τ is the sum of the torques of the left and right crank arms.
角スピードωは、以下によるリズム(rmp)に関連する。 The angular speed ω is related to the rhythm (rmp) by:
トルク有効性(TE)及びペダリング平滑度(PSは以下のように定義されることがある)。 Torque effectiveness (TE) and pedaling smoothness (PS may be defined as follows).
P+は、ペダルを前方に押して、正のトルクを発生させる電力(power)であり、P−は、反対方向のパワーであり、負又はゼロである。 P + is the power that pushes the pedal forward to generate a positive torque, and P − is the power in the opposite direction, either negative or zero.
Paveは、フルストローク中にペダルに加えられる平均電力であり、Pmaxは、ストローク中にペダルに加えられる最大電力である。 P ave is the average power applied to the pedal during a full stroke, and P max is the maximum power applied to the pedal during the stroke.
更に、クランクの角速度及びトルクは、通常、1つの回転から次の回転まで並びに1回転内で、時間に依存する。従って、以下の等式を使用してクランクの電力及びトルクを計算してよい。 Furthermore, the angular speed and torque of the crank are usually time dependent from one rotation to the next and within one rotation. Thus, the following equation may be used to calculate crank power and torque.
計算装置409によって、トルク、エネルギ出力、及びトルク有効性に関する方程式が使用して、ペダル駆動車両データを生成してよいことが理解されるであろう。このような方法において電力を測定することは、乗り手がどれぐらいの電力を彼らの足からペダル駆動車両パワートレインに伝達して乗車を向上させるかを知るのを可能にする。
It will be appreciated that the
バネアセンブリ内のバネのバネ定数は、時間の経過に伴い変化することがある。従って、コントローラ406及び/又は計算デバイス409の工場較正(キャリブレーション)は、計算システムによって生成されるデータの長期精度を提供しないことがある。従って、コントローラ及び/又は計算デバイスは、定期的な較正のために構成されてよい。システム較正は、互いに対して180°で配置された2つのクランクアームを備える車両に関して論じられている。しかしながら、代替的なクランクアーム構成を備える車両の較正が想定されることが理解されるであろう。1つの実施例において、システムは、乗り手の体重が正確に知られているときの体重を用いてシステムを較正されてよい。よって、ユーザは、彼らの体重を計算デバイスに入力してよい。初期的に、乗り手は彼らの全体重でペダル駆動車両のペダルの上に立つことができる。乗り手がこのような方法においてペダルの上に立つとき、システムは実質的にバランスがとられる。前進ペダルは、乗り手の体重の約半分に対応する正の生産的なトルクを見る。後進ペダルは、正のトルクを打ち消す、乗り手の体重の半分に対応する負の逆効果トルクを見る。従って、ペダルを回転させることなく乗り手がペダルの上に立つと、クランクアームの角速度及び総トルクはゼロであり、以下の式によって表現される。
The spring constant of the spring in the spring assembly may change over time. Accordingly, factory calibration of the
τLは、左クランクにおけるトルクであり、τRは、右クランクにおけるトルクであり、よって、以下である。 τ L is the torque in the left crank, and τ R is the torque in the right crank, and thus:
kL及びkRは、それぞれ、左右のクランクアームについてのねじりバネ定数であり、ΘL及びΘRは、それぞれ、サイクリストの体重の下での、左右の偏向角(deflection angle)である。換言すると、左足を前進させると、乗り手の体重の半分が左クランクに対して正のトルク(ΘL正)をもたらし、他の半分は、右クランクに対して負のトルク(ΘR負)をもたらして、総トルクを打ち消す。バネは、正方向及び負方向の両方に回転し得る。次に、乗り手がペダルの上に立つ間に、両方のクランクアームのバネたわみ(spring deflection)が記録される。各クランクアームが実質的に反対のトルクを見るよう、クランクアームを180°だけ回転させた後に、この手順を繰り返すことができる。次に、計算デバイス409は、これらの測定値から左右クランクの有効バネ定数を決定するように構成されてよい。このようにして、バネ定数が時間の経過に伴い変化する場合には、計算システムの使用中にバネ定数を更新することができる。較正の精度は、較正時の乗り手の体重の精度に比例することが理解されるであろう。幾つかの実施では、センサ(例えば、異なる温度で異なるばね抵抗について較正された回転センサ)における抵抗の温度係数についてデータを補正することができる。従って、温度センサはリアルタイムの温度計算のために利用されてよい。
k L and k R are the torsion spring constants for the left and right crank arms, respectively, and Θ L and Θ R are the left and right deflection angles under the weight of the cyclist, respectively. In other words, when the left foot is advanced, half of the rider's body weight provides positive torque (Θ L positive) with respect to the left crank, and the other half has negative torque (Θ R negative) with respect to the right crank. Bring and counter the total torque. The spring can rotate in both positive and negative directions. Next, while the rider stands on the pedal, the spring deflection of both crank arms is recorded. This procedure can be repeated after rotating the crank arm by 180 ° so that each crank arm sees substantially opposite torque. The
センサアセンブリ400は、筐体228の内側に位置付けられる電源410を含んでもよい。電源410は、検知要素402、コントローラ406、及び無線送受信器408のうちの1つ又はそれよりも多くに電力を提供するように構成されてよい。例えば、電源410は、コイン電池の形態のような、任意の適切な形態を取ってよい。
The
図5は、中空のクランク車軸502を含む例示的なクランクアセンブリ500を概略的に示している。第1のクランクアーム504及び第2のクランクアーム506は、クランク車軸502に連結されてよく、それらのうちの1つは、例えば、図2A及び図2Bのクランクアーム202であってよい。図5は、コントローラ508(例えば、図4のコントローラ406)や、筐体510内の第1のクランクアーム504に連結されたトルクセンサ509も示しており、第1の導電体511は、コントローラを第1のトルクセンサに通信的に連結している。図5を続けると、第2のトルクセンサ512が、筐体513内の第2のクランクアーム506に連結されてよく、第2の導電体514が、コントローラ508を第2のトルクセンサに通信的に連結してよい。第2の導電体514は、中空のクランク車軸502又は左右のクランクアームを接続する中空のボルトのような、他の適切な経路を通じて通されてよい。電源516(例えば、図4の電源410)が、筐体510内の第1のクランクアーム504に連結されてよく、第1及び第2のトルクセンサ509及び512に並びにコントローラ508に電力を供給するように構成されてよい。第3の導電体518が、電源516を第1のトルクセンサ509に動作的に連結してよく、第4の導電体520が、動源を第2のトルクセンサ512に動作的に連結してよい。第4の導電体520は、中空のクランク車軸502又は他の適切な経路を通じて通されてよい。幾つかの実施において、クランクセットの金属は、接地としての機能を果たすことができ、2つのクランクワイヤが、左右のクランクアームの間に通されてよく、1つは可変抵抗器への3V接続のためにあり、1つは抵抗器のワイパへの接続のためにある。
FIG. 5 schematically illustrates an exemplary crank
図5に示すように、重複するコンポーネント(例えば、コントローラ及び電源)が排除されてよい。具体的には、第2のトルクセンサ512をコントローラ508及び電源506に連結することによって、クランクアセンブリ500では、さもなければ第2のトルクセンサ512に連結されることがあるコントローラ508及び電源516を省略することができる。このようにして、コスト、複雑さ、及び潜在的な劣化源を減少させることができる。幾つかの実施において、電力及びデータの伝送は、共通の導電体に提供されてよく、その場合、第1及び第3の導電体511及び518が組み合わされてよく、第2及び第4の導電体514及び520が組み合わされてよい。
As shown in FIG. 5, overlapping components (eg, controllers and power supplies) may be eliminated. Specifically, by connecting the
上記で紹介したクランクアームは、本開示の範囲内の実施例に過ぎない。 The crank arm introduced above is only an example within the scope of this disclosure.
最後に、上述の物品及びシステムは、数多くの変形及び拡張が想定される非限定的な実施例であることが理解されるであろう。従って、この開示は、本明細書で開示する物品及びシステムのすべての新規で自明でない組合せ及び部分組合せ(サブコンビネーション)並びにそれらのありとあらゆる均等物を含む。 Finally, it will be appreciated that the articles and systems described above are non-limiting examples that envision many variations and extensions. Accordingly, this disclosure includes all novel and non-obvious combinations and subcombinations of articles and systems disclosed herein and any and all equivalents thereof.
クランクアーム202は、第1の部材204に回転的に連結され、部材ピボット214を介して第1の部材について時計回りに及び反時計回りに旋回するように構成される、第2の部材212を更に含んでよい。部材ピボット214は、第1の部材204についての第2の部材212の旋回運動を可能にする、任意の適切な機構を含んでよい。例えば、部材ピボットは、軸受機構を含んでよい。第2の部材212は、ペダルインターフェース216でペダル(例えば、図1のペダル106)を受けるように構成されてもよく、ペダルインターフェースは、そこへのペダルの取り外し可能な取り付けを可能にする様々な適切な機構(例えば、ねじ山付きボア)を含んでよい。
The
Claims (20)
前記ペダル駆動車両のクランク軸について回転する第1の部材と、
該第1の部材に回転的に連結され、部材ピボットを介して前記第1の部材について旋回するように構成される、第2の部材であって、ペダルインターフェースでペダルを受けるように構成される、第2の部材と、
前記第1の部材に連結される回転センサであって、前記第1の部材に対する前記第2の部材の回転を測定するように構成される、回転センサとを含む、
クランクアセンブリ。 A crank assembly for a pedal-driven vehicle,
A first member that rotates about a crankshaft of the pedal-driven vehicle;
A second member rotationally coupled to the first member and configured to pivot about the first member via a member pivot, the second member configured to receive a pedal at a pedal interface A second member;
A rotation sensor coupled to the first member, the rotation sensor configured to measure rotation of the second member relative to the first member;
Crank assembly.
当該クランクアセンブリは、
前記ペダル駆動車両の前記クランク軸について回転する第3の部材と、
該第3の部材に回転的に連結され、第2の部材ピボットを介して前記第3の部材について旋回するように構成される、第4の部材であって、ペダルインターフェースでペダルを受けるように構成される、第4の部材とを更に含む、
請求項1に記載のクランクアセンブリ。 The member pivot is a first member pivot;
The crank assembly is
A third member that rotates about the crankshaft of the pedal-driven vehicle;
A fourth member rotationally coupled to the third member and configured to pivot about the third member via a second member pivot for receiving a pedal at a pedal interface And further comprising a fourth member,
The crank assembly according to claim 1.
当該クランクアセンブリは、
前記第3の部材に連結される第2の回転センサを更に含む、
請求項6に記載のクランクアセンブリ。 The rotation sensor is a first rotation sensor;
The crank assembly is
A second rotation sensor coupled to the third member;
The crank assembly according to claim 6.
第1のクランクアームと、
該第1のクランクアームに連結されるコントローラと、
前記第1のクランクアームに連結される第1のトルクセンサと、
前記コントローラを前記第1のトルクセンサに通信的に連結する第1の導電体と、
第2のクランクアームと、
該第2のクランクアームに連結される第2のトルクセンサと、
前記コントローラを前記第2のトルクセンサに通信的に連結する第2の導電体とを含み、
該第2の導電体は、前記第1のクランクアームから前記第2のクランクアームに通される、
クランクアセンブリ。 A crank assembly for a pedal-driven vehicle,
A first crank arm;
A controller coupled to the first crank arm;
A first torque sensor coupled to the first crank arm;
A first conductor that communicatively couples the controller to the first torque sensor;
A second crank arm;
A second torque sensor coupled to the second crank arm;
A second conductor communicatively coupling the controller to the second torque sensor;
The second conductor is passed from the first crank arm to the second crank arm;
Crank assembly.
前記電源を前記第2のトルクセンサに動作的に連結する第4の導電体とを更に含み、
該第4の導電体は、前記第1のクランクアームから前記第2のクランクアームに通される、
請求項16に記載のクランクアセンブリ。 A third conductor operatively connecting the power source to the first torque sensor;
A fourth conductor operatively connecting the power source to the second torque sensor;
The fourth conductor is passed from the first crank arm to the second crank arm;
The crank assembly according to claim 16.
クランク車軸と、
該クランク車軸に連結される第1のクランクアームと、
該第1のクランクアームに連結される第1のトルクセンサと、
前記クランク車軸に連結される第2のクランクアームと、
該第2のクランクアームに連結される第2のトルクセンサと、
前記第1のトルクセンサ及び前記第2のトルクセンサに通信的に連結されるコントローラとを含み、
該コントローラは、前記第1及び第2のトルクセンサのトルク測定値を出力するように構成される、
クランクアセンブリ。 A crank assembly for a pedal-driven vehicle,
A crank axle,
A first crank arm coupled to the crank axle;
A first torque sensor coupled to the first crank arm;
A second crank arm coupled to the crank axle;
A second torque sensor coupled to the second crank arm;
A controller communicatively coupled to the first torque sensor and the second torque sensor;
The controller is configured to output torque measurements of the first and second torque sensors;
Crank assembly.
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2016
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