JP2018505816A - Pedal drive vehicle crank - Google Patents

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ボーア,ウィレム デン
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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.

自転車の形態の例示的なペダル駆動車両を示している。1 illustrates an exemplary pedal-driven vehicle in the form of a bicycle.

クランクアームを含む例示的なクランクアセンブリの1つ又はそれよりも多くのそれぞれの状態のうちの1つを示している。1 shows one of one or more respective states of an exemplary crank assembly including a crank arm. クランクアームを含む例示的なクランクアセンブリの1つ又はそれよりも多くのそれぞれの状態のうちの1つを示している。1 shows one of one or more respective states of an exemplary crank assembly including a crank arm. クランクアームを含む例示的なクランクアセンブリの1つ又はそれよりも多くのそれぞれの状態のうちの1つを示している。1 shows one of one or more respective states of an exemplary crank assembly including a crank arm.

例示的なギアアセンブリのそれぞれの状態を示している。Each state of an exemplary gear assembly is shown. 例示的なギアアセンブリのそれぞれの状態を示している。Each state of an exemplary gear assembly is shown.

例示的なセンサアセンブリを概略的に描いている。An exemplary sensor assembly is schematically depicted.

中空クランクを含む例示的なクランクアセンブリを示している。2 illustrates an exemplary crank assembly that includes a hollow crank.

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 vehicle 100 in the form of a bicycle. However, the pedal-driven vehicle 100 may take any suitable form, including but not limited to forms such as unicycles, tricycles, four-wheelers, rickshaws, pedal-driven boats, pedal-driven aircraft, and the like.

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 vehicle 100 may facilitate converting pedaling motion provided by the rider into vehicle translation in a known manner. For example, the vehicle 100 may include a crank assembly 102 having a crank arm 104, and a pedal 106 may be coupled to the crank arm 104. A rider of the vehicle 100 may apply a force to the pedal 106, which results in the application of torque to the crank arm 104. The application of torque to the crank arm 104 may then cause the chain ring 108 to rotate, and the rotation of the chain ring 108 may be applied to the cog set 110 via the chain 112. The motion of the cog set 110 may be applied to the rear wheel 114 of the vehicle 100, thereby driving the vehicle and allowing translational motion.

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 vehicle 100 may be measured and used to provide feedback to the vehicle rider. To achieve this goal, one or more sensors may be coupled to the crank arm. As described in more detail below, rotation sensors and / or torque sensors are used to determine the angular speed or speed of the pedal 106, the power generated by the crank arm 104, the torque applied to the pedal, and / or others. A measure of the amount may be provided to the rider. Moreover, as described in more detail below, a transceiver may be used to send such measurements to an appropriate output device, in which case the measurements or information derived from the measurements is It may be transmitted to the rider of the vehicle 100. The output device may be, for example, a display device, a speaker, a haptic feedback device, a smartphone, a head unit, or the like.

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 vehicle 100 also includes a second crank arm. The second crank arm may have similar functional features and geometric configuration as the crank arm 104. The second crank arm may be positioned, for example, 180 ° relative to the first crank arm 104, although other relative arrangements of the first and second crank arms are envisioned. Further, the crank arms may be disposed on opposite sides of the vehicle 100, and the crank arms may be referred to as left and right crank arms. Pedaling data may be provided separately for each crank arm, such as averaged between the crank arms.

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 exemplary crank assembly 200 that includes a crank arm 202. The crank arm 202 may be, for example, the second crank arm included in the crank arm 104 and / or the pedal drive vehicle 100 of FIG.

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 crank arm 202 may include a first member 204 that rotates about a crankshaft 206 (eg, of the pedal-driven vehicle 100 of FIG. 1). The crankshaft 206 may extend at least partially through the hollow crank axle 208 (shown in broken lines in FIGS. 2A and 2B, for example, in the direction within the page of FIGS. 2A and 2B). The crank axle 208 may advance to the second crank arm through a chain ring 210, also indicated by a broken line. In some embodiments, one or more of the crankshaft 206, crank axle 208, and chainring 210 may be substantially coaxial. As described in more detail with reference to FIG. 5, the crank axle 208 may provide a space through which electrical conductors carrying power and / or data are passed. In some embodiments, the bolt connecting the left and right crank arms may include a wiring path (eg, a hollow shaft) such that electrical components in the left and right crank arms are communicatively coupled. .

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 crank arm 202 may further include a second member 212 that is rotationally coupled to the first member 204 and configured to pivot about the first member via a member pivot 214. Member pivot 214 may include any suitable mechanism that allows pivoting movement of second member 212 with respect to first member 204. For example, the member pivot may include a bearing mechanism. The second member 212 may be configured to receive a pedal (e.g., the pedal 106 of FIG. 1) at the pedal interface 216, and the pedal interface has a variety of options that allow for a removable attachment of the pedal thereto. Any suitable mechanism (eg, a threaded bore) may be included.

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 first member 204 and the second member 212 in a default orientation (eg, 0 °). The pedaling force may store energy in the spring over at least a portion of the pedal stroke by overcoming the bias of the spring. The stored energy may be released during other parts of the pedal stroke. Any suitable spring or other energy storage device may be used. Storing and releasing potential energy via a spring or other mechanism reduces (eg, substantially eliminates) dead spots during the crank stroke and makes it more uniform to the drive wheel It is thought that it provides a good torque. As a result, the onset of rider fatigue may be delayed and / or the power output and speed of the pedal driven vehicle may be increased. Furthermore, as the dead spot is attenuated, the traction of the drive wheel that is mechanically coupled to the crank arm may be increased.

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 crank arm 202 that is rotated clockwise about the crankshaft 206, for example, via pedal input from the rider.

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 crank arm 202 are shown simultaneously. The angle 230 of the various positions of the crank arm 202 in the crank stroke may be measured from a vertical axis 232 that extends from the crankshaft 206 to a line 234 that extends from the crankshaft to the member pivot 214. Thus, the angle 230 determines the rotation of the first member 204 relative to the vertical axis 232 (measures). It will be appreciated that the vertical axis may be parallel to the gravity axis.

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 first member 204 from an angle of 0 ° to an angle of 180 ° in the clockwise direction. On the other hand, an upward crank stroke may correspond to a rotation range of the first member 204 from an angle of 180 ° to an angle of 360 ° in the clockwise direction.

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 angle 230 is 90 °, the second member 212 is rotated away from the neutral rotational configuration and thus stores potential energy. At the bottom of the crank stroke when the angle 230 is 180 °, most or all of the energy stored in the spring assembly is released in the leading part of the stroke, so that the spring assembly does not produce potential energy at the bottom of the crank stroke. Do not store or store slightly. This elution of potential energy increases the amount of torque applied by the crank arm 202 near the bottom of the crank stroke. As a result, the magnitude of one of the troughs (eg, so-called “dead spots”) in the crank arm torque curve is reduced.

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 angle 230 of the crank arm 202 is close to 180 ° and 360 ° (eg, 6 o'clock and 12 o'clock). When angle 230 is 180 °, any force on the pedal will be perpendicular to the direction of compression of the spring, allowing the spring to decompress. At this time, since the spring is oriented in the horizontal direction, the energy is released in the rotational direction, increasing the torque.

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 pedal interface 216 during the upward crank stroke. Accordingly, a pedal coupled to the pedal interface 216 is configured to allow a user to apply an upward force against the second member 212 through an upward crank stroke, a toe clip, a clipless pedal, and / Or other suitable device may be included. However, in other embodiments, a downward force may be applied during an upward crank stroke. In this case, the detent prevents the spring assembly from storing counter-effect potential energy. When the angle 230 is 270 °, the second member 212 is again rotated away from the neutral rotational configuration to store energy. This energy is released through the subsequent part of the crank stroke, and when the angle 230 is 360 °, most or all of the energy has been released previously. In this way, the size of other troughs in the torque curve of the crank arm is reduced to provide a more uniform torque curve throughout the crank stroke. This type of torque curve increases the traction of a drive wheel mechanically connected to the crank arm, increases the power output and / or speed of the pedal-driven vehicle and / or delays the onset of rider fatigue. Conceivable.

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 crankshaft 206 and the member pivot 214 is less than the distance between the crankshaft and the pedal interface 216 throughout the downward and upward crank strokes. However, other rotational characteristics of the crank arm 202 are also envisioned.

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 path 236 of the member pivot 214 is also shown in FIG. 2C. The path is substantially circular. In addition, the path 238 of the pedal interface 216 is shown. When the second member 212 is in a non-neutral state, the path of the pedal interface 216 is not circular due to the reduced distance between the pedal interface 216 and the crankshaft 206.

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 crank arm 202 may be measured to provide at least a portion of the pedal data described above in a pedal-driven vehicle that includes the crank arm. To accomplish this goal, the crank arm 202 may include a sensor gear 218. The sensor gear 218 may form part of a rotation sensor, for example. In the depicted example, the sensor gear 218 is configured such that the pivoting movement of the second member 212 relative to the first member 204 actuates the sensor gear, which may allow derivation of at least a portion of the pedaling data described above. is there.

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 crank arm 202 includes a member pivot 214 and a rotation sensor. Numerous pivot configurations and numerous rotation sensor implementations are envisioned. For example, a potentiometer or a Hall effect sensor may be used. In some implementations, the rotation sensor may be concentric with the member pivot point, whereas in other implementations, such as those illustrated in FIGS. 2A and 2B, the rotation sensor and member pivot are eccentric. Good. The embodiments disclosed herein are not in any way limiting. Other types of rotation sensors and / or other pivot configurations can also smooth out dead spots while providing pedaling data.

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 crank assembly 200 includes an arc gear 220 configured to cause rotation of the sensor gear 218 in response to a second member 212 that rotates relative to the first member 204. May include. The arc gear 220 may include a shield 222, shown in dashed lines in FIGS. 2A and 2B, that shields 222 covers the sensor gear 218, thereby protecting the sensor gear from debris and elements and retaining sensing functionality. To do. 2A and 2B show a shield coupled to the second member 212 via a screw 224, other connection mechanisms are envisioned. In some embodiments, the arc gear 220 may be an integral part of the second member 212.

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 crank arm 202 pedaling data collection, the rotation of sensor gear 218 may be mechanically amplified by arc gear 220. To illustrate this configuration, FIG. 2B shows the second member 212 rotated relative to the first member 204 by an angle θ (eg, 10 °). The angle θ may be, for example, an angle between the respective longitudinal axes of the first member 204 and the second member 212. FIG. 2B may represent a state of the crank arm 202 that causes the pedaling force provided by the user to pivot the second member 212 relative to the first member 204, for example. This state of the crank arm 202 may be in contrast to the state of the crank arm depicted in FIG. 2A, for example, the rider is not providing pedaling force and the second member 212 is the first member. Corresponds to a state that is substantially aligned with 204 (eg, θ is about 0 °).

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 arc gear 220, FIGS. 3A and 3B show somewhat schematically the respective states of an exemplary gear assembly 300 that includes sensor gear 218 and arc gear 220. ing. 3A and 3B depict, for example, the undersides of arc gear 220 and sensor gear 218, with the relative orientation of first member 204 and second member 212 shown in FIG. 2A and the relative orientation shown in FIG. 2B, respectively. A corresponding state of the gear assembly 300 is shown.

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, sensor gear 218 is not substantially rotated (eg, 0 °) relative to arc gear 220 because second member 212 is not substantially rotated relative to first member 204. It may be in the direction. Conversely, in FIG. 3B, sensor gear 218 may be rotated through angle β as a result of rotation of second member 212 through angle θ with respect to first member 204. Because of the mechanical amplification provided by the arc gear 220 when the arc gear teeth 303 engage the sensor gear 218, the angle β may be greater than the angle θ so that a larger range of sensor gears is utilized. As a non-limiting example, the angle θ may be 10 °, while the angle β may be 80 °, in which case the arc gear 220 has an 8 mechanical amplification factor. May provide. However, other suitable amplification constants may be utilized.

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 arc gear 220 may engage the sensor gear 218 between the axle 226 and the crankshaft 206 around which the sensor gear rotates. For example, the teeth 302 (FIGS. 3A and 3B) of the arc gear 220 may engage the sensor gear 218 between these points. The sensor gear 218 may be positioned outside a housing 228 included in the first member 204, the housing 228 being substantially sealed to protect components positioned therein from debris and elements. May be. In such a configuration, the sensor gear 218 has a sensing element (inside the housing 228) such that actuation of the sensor gear causes actuation of the sensing element, thereby generating a reading that can be used to derive pedaling data. (Not shown in FIGS. 2A and 2B). In this manner, the housing 228 may allow the arc gear 220 to operate the sensor gear 218 while protecting the sensing element from degradation.

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 housing 228 may utilize a removable cover to allow access to components located therein. The removable cover may be attached and / or removed by bolts, screws, or other suitable mechanism and may utilize a suitable mechanism such as a gasket that prevents debris from entering the housing. As shown in FIG. 4, the sensor gear 218 may be physically coupled to a sensing element positioned within the housing 228 via an axle routed through an opening in the housing. The opening may be substantially sealed to allow the axle to pass through the opening while preventing debris from entering the housing 228 through the opening. Alternative configurations are envisioned in which the sensor gear 218 is communicatively coupled to the sensing element via an appropriate wireless connection (eg, via inductive or capacitive coupling).

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 crank arm 202 may be one of two crank arms provided in a pedal-driven vehicle (eg, the vehicle 100 of FIG. 1), and at least some sensing functionality is provided by the crank arm. It may be provided on the other side. In such an embodiment, although not shown in FIGS. 2A and 2B, the crank assembly 200 is rotationally coupled to a third member that rotates about the crankshaft 206 of the pedal-driven vehicle and the third member. And a fourth member configured to pivot about the third member via the member pivot, wherein the fourth member is configured to receive a pedal at a pedal interface. In addition, crank assembly 200 includes, in addition to sensor gear 218 and arc gear 220, a second (eg, rotation) sensor coupled to the third member and a second arc gear coupled to the fourth member. It's okay.

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 exemplary sensor assembly 400. Sensor assembly 400 may be used, for example, to collect and report pedaling data in pedal-driven vehicle 100 of FIG. The assembly 400 may include a housing 228 incorporated in the crank arm 202 of FIGS. 2A and 2B. The assembly 400 may also include a sensor gear 218, depicting its operative connection to the sensing element 402. The sensing element 402 may take any suitable form, for example, in the form of a resistance sensor or potentiometer. Due to the rotational actuation of sensor gear 218, sensor gear and sensing element 402 may be designated as rotational sensor 4-4. However, alternative sensor configurations are possible, including sensor configurations that use torque sensors that may or may not be rotation sensors.

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 sensor gear 218 may be used to derive various pedaling data amounts in any suitable manner. Such amounts may include, but are not limited to, crank arm angular velocity / acceleration, crank assembly torque, average or instantaneous output power, left-right torque or power balance. Since the rotation of the sensor gear 218 may be proportional to the movement of the corresponding crank arm (eg, via a physical joint connected thereto), knowledge of the physical characteristics of the crank arm (length, gear ratio of the arc gear) , Spring force, etc.) may allow an accurate calculation of the amount of pedaling data described herein.

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 sensor assembly 400 may include a controller 406 positioned inside the housing 228 and communicatively coupled to the rotation sensor 404. The controller 406 may be configured to provide an output derived from the rotation sensor output. Thus, FIG. 4 shows the sensor output from the sensing element 402 supplied to the controller 406. The sensor output may be processed by the controller 406 in various suitable ways to derive one or more amounts of pedaling data. In some embodiments, the controller 406 may receive sensor output for two or more crank arms, in which case pedaling data may be obtained for each crank arm, or two Or it may be averaged between more crank arms. As an example, the controller 406 may be communicatively coupled to the first and second sensors (eg, may be provided on the first and second crank arms, respectively), and the first and second sensors may be measured. The angular velocity of the first and second crank arms may be derived from the value. Alternatively or additionally, the controller 406 may be configured to output at least one torque of the first and second crank arms from torque measurements of one or both of the first and second sensors. As another example, the controller 406 derives the angular speed or speed of the crank assembly from the total torque of the two crank arms (eg, calculated by adding the individual torque readings of the first and second crank arms). It's okay. The total torque may have a frequency (eg, revolutions per minute) corresponding to twice the angular velocity, allowing easy calculation of the angular velocity. Such an approach may enable angular velocity sensing without the use of accelerometers and / or gyroscopes. As described in further detail below, the controller 406 may perform pedal data processing to varying degrees. For example, the controller 406 may provide precursor (e.g., raw) pedaling data to the computing device, which derives the amount of pedaling data from the precursor pedaling data, or itself determines the amount of pedaling data, For example, it may be reported to the rider.

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 sensor assembly 400 may include a transceiver 408 positioned inside the housing 228. As shown in FIG. 4, the transceiver 408 is communicatively coupled to the controller 406 to enable reporting of raw pedaling data and / or pedaling data derived by the controller. The transceiver 408 may transmit pedaling data to any suitable computing and / or output device (eg, a smartphone or cockpit computer, external or peripheral computing device). The transceiver 408 may be integrated with the controller 406 or may be separate from the controller 406. The transceiver 408 may utilize any suitable communication protocol (eg, low energy Bluetooth® and / or ANT +). By using a low energy antenna, power consumption in the computing system can be reduced, thereby improving system efficiency, for example.

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 controller 406 may be configured to perform on-controller calculations and / or transmit precursor information to an external computing device (eg, a computer installed in a smartphone or vehicle cockpit) for off-controller calculations. It may be constituted as follows. To achieve this goal, FIG. 4 shows a computing device 409 that may be operable to receive output from the transceiver 408. In both scenarios, the computing device (eg, controller, smart phone or other mobile device, head unit, or other external / peripheral computer) will calculate any appropriate pedaling parameters based on the particular crank arm implementation. May be programmed.

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 computing device 409, the cost of the system can be reduced due to the fact that the computing power of the rider's existing mobile device is utilized. However, many suitable computing devices have been considered, such as smart watches, tablets, laptops, dedicated pedal-driven computing devices, and the like. Thus, it will be appreciated that any data generation functionality may be provided in the form of a mobile application.

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 computing device 409 includes a memory and a processor. It will be appreciated that various functionality corresponding to the computing devices discussed herein may be stored as code in memory executable by the processor.

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 computing device 409 is configured to generate various pedal-driven vehicle data based on digital signals provided by the controller. Pedal-driven vehicle data includes cranks such as power (eg average power, instantaneous power), left / right power balance, left / right torque effectiveness, left / right pedal smoothness, left / right torque profile Contains data corresponding to the arm sensor. Additional data that can be generated by the computing device includes calories burned, speed, travel distance, elapsed time, climb gain, temperature, and cadence. Measuring power in such a manner allows riders to know how much power has been transferred from their legs to the power train of the pedal-driven vehicle. Moreover, the abundant data generated by the computing device from the sensor input allows the rider to track progress, training schedule and improve riding style. It will be appreciated that the foregoing data may be presented to the rider in the form of graphical plots.

(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 crank arm 202 using a spring or other mechanism (eg, in the configuration described above with reference to FIG. 2C), the energy stored in the spring due to rotation of the crank arm is given by the following equation: May be determined using.

Figure 2018505816
Figure 2018505816

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:

Figure 2018505816
Figure 2018505816

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:

Figure 2018505816
Figure 2018505816

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:

Figure 2018505816
Figure 2018505816

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).

Figure 2018505816
Figure 2018505816

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.

Figure 2018505816
Figure 2018505816

ave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.

Figure 2018505816
Figure 2018505816

Figure 2018505816
Figure 2018505816

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 computing device 409 may use equations relating to torque, energy output, and torque effectiveness to generate pedal-driven vehicle data. Measuring power in such a way allows riders to know how much power is transmitted from their feet to the pedal-driven vehicle powertrain to improve the ride.

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 controller 406 and / or the computing device 409 may not provide long-term accuracy of data generated by the computing system. Thus, the controller and / or computing device may be configured for periodic calibration. System calibration is discussed for a vehicle with two crank arms arranged at 180 ° relative to each other. However, it will be appreciated that calibration of vehicles with alternative crank arm configurations is envisioned. In one example, the system may calibrate the system using the weight when the rider's weight is accurately known. Thus, the user may enter their weight into the computing device. Initially, riders can stand on the pedals of pedal-driven vehicles with their full weight. When the rider stands on the pedal in this way, the system is substantially balanced. The forward pedal sees a positive productive torque corresponding to about half the rider's weight. The reverse pedal sees a negative counter-effect torque corresponding to half of the rider's weight that counteracts the positive torque. Therefore, when the rider stands on the pedal without rotating the pedal, the angular velocity and the total torque of the crank arm are zero, and are expressed by the following equations.

Figure 2018505816
Figure 2018505816

τは、左クランクにおけるトルクであり、τ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:

Figure 2018505816
Figure 2018505816

及びk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、Θ及びΘ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(Θ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(Θ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 computing device 409 may then be configured to determine the left and right crank effective spring constants from these measurements. In this way, if the spring constant changes over time, the spring constant can be updated while the computing system is in use. It will be appreciated that the accuracy of the calibration is proportional to the accuracy of the rider's weight at the time of calibration. In some implementations, data can be corrected for the temperature coefficient of resistance in a sensor (eg, a rotation sensor calibrated for different spring resistances at different temperatures). Thus, the temperature sensor may be used for real-time temperature calculation.

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 sensor assembly 400 may include a power source 410 that is positioned inside the housing 228. The power source 410 may be configured to provide power to one or more of the sensing element 402, the controller 406, and the wireless transceiver 408. For example, the power source 410 may take any suitable form, such as a coin battery.

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 assembly 500 that includes a hollow crank axle 502. The first crank arm 504 and the second crank arm 506 may be coupled to the crank axle 502, one of which may be, for example, the crank arm 202 of FIGS. 2A and 2B. FIG. 5 also shows a controller 508 (eg, controller 406 in FIG. 4) and a torque sensor 509 coupled to the first crank arm 504 in the housing 510, and the first conductor 511 includes a controller. The first torque sensor is communicatively coupled. Continuing with FIG. 5, the second torque sensor 512 may be coupled to the second crank arm 506 in the housing 513, and the second conductor 514 communicates the controller 508 to the second torque sensor. You may connect to. The second conductor 514 may be routed through other suitable paths such as a hollow crank axle 502 or hollow bolts connecting the left and right crank arms. A power supply 516 (eg, power supply 410 in FIG. 4) may be coupled to the first crank arm 504 in the housing 510 and provides power to the first and second torque sensors 509 and 512 and to the controller 508. It may be constituted as follows. A third conductor 518 may operably couple the power source 516 to the first torque sensor 509 and a fourth conductor 520 may operably couple the source of motion to the second torque sensor 512. Good. The fourth conductor 520 may be passed through a hollow crank axle 502 or other suitable path. In some implementations, the crankset metal can serve as a ground, and two crankwires can be passed between the left and right crank arms, one with a 3V connection to the variable resistor. One is for the connection of the resistor to the wiper.

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 second torque sensor 512 to the controller 508 and the power source 506, the crank assembly 500 allows the controller 508 and the power source 516 that may otherwise be connected to the second torque sensor 512. Can be omitted. In this way, cost, complexity, and potential sources of degradation can be reduced. In some implementations, power and data transmission may be provided on a common conductor, in which case the first and third conductors 511 and 518 may be combined, and the second and fourth conductors. The bodies 514 and 520 may be combined.

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 crank arm 202 is rotationally coupled to the first member 204 and includes a second member 212 configured to pivot clockwise and counterclockwise about the first member via a member pivot 214. Further, it may be included. Member pivot 214 may include any suitable mechanism that allows pivoting movement of second member 212 with respect to first member 204. For example, the member pivot may include a bearing mechanism. The second member 212 may be configured to receive a pedal (e.g., the pedal 106 of FIG. 1) at the pedal interface 216, and the pedal interface has a variety of options that allow for a removable attachment of the pedal thereto. Any suitable mechanism (eg, a threaded bore) may be included.

Claims (20)

ペダル駆動車両のためのクランクアセンブリであって、
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.
前記回転センサは、センサギアを含み、当該クランクアセンブリは、前記第2の部材に連結されるアークギアを更に含み、該アークギアは、前記第1の部材に対して回転する前記第2の部材に応答して前記センサギアの回転を引き起こすように構成される、請求項1に記載のクランクアセンブリ。   The rotation sensor includes a sensor gear, and the crank assembly further includes an arc gear coupled to the second member, the arc gear responsive to the second member rotating relative to the first member. The crank assembly of claim 1, wherein the crank assembly is configured to cause rotation of the sensor gear. 前記センサギアの回転は、前記アークギアによって機械的に増幅される、請求項2に記載のクランクアセンブリ。   The crank assembly of claim 2, wherein rotation of the sensor gear is mechanically amplified by the arc gear. 前記センサギアは、車軸について回転し、前記アークギアは、前記車軸と前記クランク軸との間で前記センサギアと係合する、請求項2に記載のクランクアセンブリ。   The crank assembly according to claim 2, wherein the sensor gear rotates about an axle, and the arc gear engages the sensor gear between the axle and the crankshaft. 前記アークギアは、前記センサギアを覆うシールドを含む、請求項2に記載のクランクアセンブリ。   The crank assembly according to claim 2, wherein the arc gear includes a shield that covers the sensor gear. 前記部材ピボットは、第1の部材ピボットであり、
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.
前記回転センサは、第1の回転センサであり、
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.
前記第1の部材に連結され、前記第1の回転センサに通信的に連結される、コントローラを更に含み、該コントローラは、前記第1の部材と前記第3の部材との間の配線経路を介して前記第2の回転センサにも通信的に連結される、請求項7に記載のクランクアセンブリ。   A controller coupled to the first member and communicatively coupled to the first rotation sensor, the controller including a wiring path between the first member and the third member; The crank assembly of claim 7, wherein the crank assembly is also communicatively coupled to the second rotation sensor. 前記コントローラは、前記第1及び第2の回転センサのトルク測定値から前記第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る、請求項8に記載のクランクアセンブリ。   The crank assembly of claim 8, wherein the controller is configured to derive angular velocities of the first and second crank arms from torque measurements of the first and second rotation sensors. 前記第1の部材に連結され、前記第1の回転センサに通信的に連結される、電源を更に含み、該電源は、前記第1の部材と前記第3の部材との間の配線経路を介して前記第2の回転センサにも通信的に連結される、請求項7に記載のクランクアセンブリ。   A power source coupled to the first member and communicatively coupled to the first rotation sensor, the power source having a wiring path between the first member and the third member; The crank assembly of claim 7, wherein the crank assembly is also communicatively coupled to the second rotation sensor. 前記第1の部材は、実質的に封止された筐体を含み、前記回転センサは、前記筐体の内側に位置付けられる検知要素を含む、請求項1に記載のクランクアセンブリ。   The crank assembly of claim 1, wherein the first member includes a substantially sealed housing and the rotation sensor includes a sensing element positioned inside the housing. 前記筐体の内側に位置付けられ、前記回転センサに通信的に連結される、コントローラを更に含み、該コントローラは、回転センサ出力から導き出される出力を提供するように構成される、請求項11に記載のクランクアセンブリ。   The controller of claim 11, further comprising a controller positioned inside the housing and communicatively coupled to the rotation sensor, wherein the controller is configured to provide an output derived from the rotation sensor output. Crank assembly. 前記筐体の内側に位置付けられる電源を更に含む、請求項11に記載のクランクアセンブリ。   The crank assembly of claim 11, further comprising a power source positioned inside the housing. 前記筐体の内側に位置付けられる無線送受信器を更に含む、請求項11に記載のクランクアセンブリ。   The crank assembly of claim 11, further comprising a wireless transceiver positioned inside the housing. ペダル駆動車両のためのクランクアセンブリであって、
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.
前記第1のクランクアームに連結される電源を更に含み、該電源は、前記第1及び第2のトルクセンサ並びに前記コントローラに電力を供給するように構成される、請求項15に記載のクランクアセンブリ。   The crank assembly of claim 15, further comprising a power source coupled to the first crank arm, the power source configured to supply power to the first and second torque sensors and the controller. . 前記電源を前記第1のトルクセンサに動作的に連結する第3の導電体と、
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.
前記第1及び第2のトルクセンサは、回転センサである、請求項15に記載のクランクアセンブリ。   The crank assembly according to claim 15, wherein the first and second torque sensors are rotation sensors. ペダル駆動車両のためのクランクアセンブリであって、
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.
前記第1及び第2のトルクセンサは、回転センサである、請求項19に記載のクランクアセンブリ。   The crank assembly of claim 19, wherein the first and second torque sensors are rotation sensors.
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