TW202041406A - 用於改善自行車上的自行車騎士的表現的系統 - Google Patents

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安德莉亞 弗沙格利亞
路卡 史皮薩利
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Abstract

一種用於改善一自行車(100)上的一自行車騎士的表現的系統(1)，包含： 一個以上的感測器，適於感測該自行車(100)的運動學參數且提供代表該自行車(100)的運動學參數的訊號； 一控制單元(5)，係構造成： 在輸入端處接收來自適於感測自行車(100)運動學參數的該一個以上的感測器的該等訊號； 從代表該等自行車運動學參數的該等訊號來判定： 是否存在一自行車(100)下坡狀況； 如果判定為存在該下坡狀況，則判定是否存在一制動動作； 代表自行車騎士下坡表現的一個以上的參數； 將代表該等自行車騎士下坡表現的該一個以上的參數提供給該自行車騎士。

Description

用於改善自行車上的自行車騎士的表現的系統
本發明係有關一種用於改善自行車騎士的表現的系統，尤其係有關一種適於輔助自行車騎士改善在先前的訓練活動之期間獲得的他/她的表現極限的系統。尤其，該系統係有關改善自行車騎士的下坡表現。再者，該系統可以找到用於改善自行車騎士的水平面表現的用途。
已知一種設計成適應自行車騎士行為的輔助自行車騎士制動的系統。
例如，申請人已提交國際專利申請案PCT/IB2018/058767，係有關一種用於藉由觸覺反饋來輔助自行車騎士在自行車上制動的系統，其中，如果感測到滑動狀況及/或前輪的翻轉風險，致動器係以判定的振動頻率振動。此種系統的操作係基於自行車感測器所感測到的有效運動狀況之間的比較，以及基於根據學習系統而更新的參考狀況，該學習系統係基於先前執行的制動的分類來更新這些參考狀況。基於有效狀況與更新後的參考狀況之間的比較來管理致動器振動。由於適應性觸覺反饋，自行車騎士能夠逐漸地改變其制動行為，可能用於獲得更佳的表現。
顯然地，此系統需要適合的儀器，諸如振動產生致動器及用於控制振動產生致動器的單元。
本發明的目的之一在於提供一種系統，該系統既可以輔助自行車騎士改善他/她的表現，尤其是如果他/她要下坡，且在結構上是簡單的，使得不會使自行車的結構變得過重及複雜。
此目的及其他目的藉由根據請求項1之用於改善自行車上的自行車騎士的表現的一種系統來實現。
附屬項界定本發明之可行的有利實施例。
參考圖1，元件符號100概略性地表示自行車。自行車100包含第一車輪101及第二車輪102，例如對應於前輪及後輪。至少第一車輪101係例如藉由置放在把手上的旋鈕與可致動的制動器相關聯。制動系統可以是任何已知的類型，例如由機械系統(例如，纜線)命令的襯墊或盤式制動器，或者可以是液壓類型。
自行車100包含系統1，該系統1用於改善自行車100上的自行車騎士的表現，尤其是在下坡時的表現，如將要說明的，系統1使自行車騎士能夠對他/她的下坡行為執行即時分析及/或「後驗(posteriori)」分析，以便改善他/她的表現。
針對此，系統1包含適於感測自行車100的運動學參數的一個以上的感測器。
根據一個實施例，此種感測器包含感測器2，該感測器2用於量測自行車100的車輪中之一者的角速度，較佳地係為第一車輪101的角速度ω1 ，尤其是前輪的角速度。第一感測器2適於輸出代表第一車輪的此種角速度的訊號。此種第一感測器2傳送代表第一車輪101的角速度ω1 的訊號，較佳地係以無線之方式傳送。替代性地，可以藉由有線之方式來傳送該訊號。藉由代表第一車輪101的角速度ω1 的訊號，可以判定自行車的制動狀況，此將在下述中說明。另外，自行車的線性速度v可以由角速度ω1 藉由公式v＝ω1 ·R1 來計算，其中，R1 係為藉由其來判定角速度ω1 的車輪半徑。
此外，觀察到的是，根據另一實施例，可以藉由用於感測使用者的制動動作的感測器(附圖中未顯示)來判定自行車制動，作為替代例，該感測器適於提供代表使用者的制動動作的訊號。例如，此種感測器可以包含耦合至自行車100的制動桿的開關(附圖中未顯示)，該開關在之後由自行車由騎士致動它時能夠感測。
根據一個實施例，適於感測自行車的運動學參數的感測器係包含慣性量測單元3，該慣性量測單元3適於量測自行車的縱向加速度ax 、橫向加速度ay 及垂直加速度az 及/或自行車的側傾角速度ωx 、俯仰角速度ωy 及橫擺角速度ωz 中的一者或多者，且輸出代表自行車的縱向加速度ax 、橫向加速度ay 及垂直加速度az 及/或自行車的側傾角速度ωx 、俯仰角速度ωy 及橫擺角速度ωz 的訊號。
可以藉由來自慣性量測單元3的訊號獲得更多資訊，例如： -坡度角θ(換句話說，如果自行車正在水平面移動或正在上坡或下坡移動)，換句話說，對應於包含在自行車速度向量v及水平面之間的角度； -自行車線性加速或減速； -自行車騎士在彎道中傾斜，換句話說，自行車側傾角。
觀察到的是，藉由來自慣性量測單元3的訊號，可以運用不同的標準來判定坡度角θ。例如，可以根據代表自行車慣性大小的訊號來獲得坡度角θ，例如根據M. Corno, P. Spagnol, S.M. Savaresi S在「無扭矩量測的自行車的道路坡度估算」中。根據一個可行的替代性實施例，系統1可以包含專用的坡度感測器，該專用的坡度感測器適於提供代表其之訊號。
根據本發明的可行的實施例，系統1包含GPS模組，該GPS模組適於對自行車100地理定位，換句話說，能夠判定自行車絕對位置且提供代表該自行車絕對位置的訊號。GPS模組可以整合在系統1中，或者作為替代例，可以包括在連接在其上的系統之外部的裝置中。例如，GPS模組可以包含在連接至系統的行動裝置4中，諸如手機或智慧型手機。GPS模組包含預先儲存或可以下載的地圖。
根據系統1的實施例變型，系統1包含控制單元5，該控制單元5較佳地係以無線方式或替代性地以有線之方式連接至一個以上的上述感測器，控制單元5可以定位在自行車的任何零件中，例如鞍座或鞍座管。控制單元5可以例如容納在較佳為水密的殼體中。
根據一個實施例，控制單元5包含用於對時間計數的計數器。具體地，如將要顯示的，計數器用於判定兩個不同事件之間的時間流逝。
根據一個實施例，系統1包含使用者介面裝置，該使用者介面裝置較佳地係以無線或有線方式連接至控制單元5。此種介面裝置係例如包含輸入/輸出裝置，該輸入/輸出裝置使得自行車騎士能夠看到由控制單元5提供的資訊且對其輸入指令。例如，此種使用者介面裝置可以包含設置有鍵盤的螢幕或觸控螢幕。根據可行的實施例，先前引用的使用者介面裝置係整合在外部行動裝置4、手機或智慧型手機中，其較佳地係以無線之方式連接至控制單元5。針對此，控制單元可以包含無線傳輸模組，例如用於與外部行動裝置通訊的藍牙模組，其隨後將被設置有類似的無線傳輸模組。
根據可行的實施例，系統1包含資料通訊模組，諸如例如GSM模組，以便遠端地傳送由控制單元接收及/或處理的資料。資料通訊模組可以整合在系統1本身中，例如可以與控制單元5相關聯，或者，替代性地，系統1可以使用行動裝置4(例如手機或智慧型手機)的資料通訊模組，控制單元5可以根據先前敘述的模式來連接。GSM模組也可以用於接收資料。例如，此種GSM模組可以用於下載GSM模組的地圖。
控制單元5係構造成： -在輸入端處接收來自系統的該等感測器的訊號，尤其是來自與自行車運動學參數相關聯的一個以上的感測器的訊號，以及(如果設置的話)來自一個以上的其他感測器(尤其是GPS模組)的訊號； -藉由來自該等感測器的訊號來判定： 是否存在自行車下坡狀況。此種狀況可以例如藉由來自慣性量測單元的訊號來判定； 如果判定為下坡狀況，則判定是否存在制動。例如，可以基於由速度感測器2所提供的角速度ω1 的趨勢來判定此種狀況，或者，替代性地，可以從用於感測使用者的制動動作的感測器來判定此種狀況； -判定代表自行車騎士下坡表現的一個以上的參數，諸如例如： 在制動動作開始時自行車的絕對位置。絕對位置可以例如藉由GSM模組來判定； 在制動動作開始時的自行車速度。速度可以由角速度感測器2所提供的訊號來判定； 在制動動作結束時自行車100的絕對位置。同樣地，此參數可以例如由GPS模組感測。尤其，在制動動作結束時彎道附近的絕對位置對於表現是極為重要的； 在制動動作結束時的自行車速度。速度可以從角速度感測器2所提供的訊號來判定。同樣地，在此情況下，在彎道起點處的速度是令人關注的，自行車騎士在彎道起點的附近作用在制動器上； 制動距離。此種參數可以例如藉由GPS模組或藉由將制動開始時刻與制動結束時刻之間的距離作積分來判定； 制動時間。此種參數可以由控制單元5的計數器來判定； 行駛彎道所花費的時間。同樣地，此參數可以由控制單元5的計數器來判定，而所考量的彎道的起點及終點可以由GPS模組來判定； 在彎道期間的自行車傾斜角。此種參數可以從慣性量測單元5所提供的訊號來判定。自行車的行駛彎道可以例如由GPS模組來判定，或者，替代性地，從慣性量測系統所提供的訊號來判定； 在彎道末端處的位置。此種參數可以由GPS模組來判定，其代表自行車騎士在彎道中遵循的軌跡； 在彎道末端處的速度。此種參數可以由角速度感測器2所提供的訊號來判定。 在路線起點及終點之間偵測到的一個以上的參數的平均值，諸如例如：平均彎道行駛速度、平均傾斜角。
代表自行車騎士下坡表現的一個以上的參數可以根據不同的模式提供給自行車騎士。
根據可行的實施例，控制單元5係構造成提供代表自行車騎士下坡表現的即時參數，換句話說，當自行車騎士有效地行駛自行車的路線時。根據此種模式，控制單元5將參數傳送到使用者介面裝置，如先前所定義，使用者介面裝置又將參數在螢幕上顯示給自行車騎士。
根據可行的實施例，控制單元5係構造成提供代表自行車騎士下坡表現的「後驗」參數。針對此，控制單元可以構造成將此種參數傳送到外部裝置，使得自行車騎士可以在自行車上的訓練活動之後顯示它們。例如，此種參數可以藉由該等模式傳送到外部行動裝置，例如手機或智慧型手機。作為替代例或附加地，可以藉由資料通訊模組，例如先前敘述的GSM模組，將此種參數傳送到遠端系統，例如遠端電腦或遠端伺服器或雲端系統。
現在將敘述根據本發明之系統1的可行的操作模式。
圖2係在地圖上顯示在訓練自行車時之期間自行車騎士所遵循的路線。藉由偵測由GPS模組獲得的(緯度及經度)座標來獲得路線圖。可以儲存每個連續座標，作為時間的函數。圖3係說明自行車速度的時間趨勢。知道時間座標可以將速度與GPS座標相關聯。為了簡化起見，將整個路線假定為下坡。相反地，可以藉由慣性量測單元所提供的訊號將下坡狀況與上坡狀況區分開。圖2的時間速度圖的點係顯示每個制動動作的結束。當控制單元5在輸入端處接收由先前引用的制動感測器所提供的訊號時，控制單元5可以判定是否發生制動動作。
如果未設置制動感測器，則可以藉由代表第一車輪的角速度ω1 的訊號來判定是否發生制動動作。例如，圖3的示意圖係顯示突然的減速，該突然的減速以制動動作開始及結束。解析地，制動動作可以例如藉由分析第一車輪的角加速度(可以藉由時間推導第一車輪的角速度ω1 獲得)來判定。如果執行制動動作，則第一車輪的角加速度將突然地減小。
對於每個(下坡)制動動作，系統1能夠提供代表自行車騎士表現的參數。例如，參考圖4，其顯示圖2所示的路線的一部分。尤其，特定彎道係由粗線來繪製。當自行車騎士想要分析他/她的表現時，可以由自行車騎士執行選擇特定彎道的此種操作。
例如，系統可以提供與由點A及B界定的彎道相關的以下參數： -制動起點及終點； -制動動作開始時的速度； -制動時間； -制動距離； -制動動作結束時的速度； -自行車騎士傾斜開始時的速度； -彎道末端處的速度； -彎道中的傾斜角； -彎道中的平均行駛速度； -彎道中的平均傾斜角； -彎道中的行駛時間。
藉由分析此種資料，自行車騎士可以了解他/她如何改善自己的表現，例如，藉由嘗試延遲制動點或提前結束制動點。
根據一個可行的實施例變型，觀察到的是，該系統也可以用於改善水平面自行車騎士表現。針對此目的，控制單元5有利地更構造成： -從代表自行車運動學參數的訊號來判定水平面狀況； -如果判定為水平面狀況，則判定代表自行車騎士水平面表現的一個以上參數； -將代表水平面表現的該一個以上的參數提供給自行車騎士。
代表自行車騎士水平面表現的參數可以與由系統所提供指示下坡表現的參數實質相同。可以根據與提供代表下坡表現的參數之模式相同的模式(換句話說，根據先前所敘述，即時地或「後驗的」)，將代表自行車騎士水平面表現的此種參數另外提供給自行車騎士。
通常，除了一定的公差外，可以建立水平面狀況。例如，略微的(上坡或下坡)坡度狀況，換句話說，幾乎等於(但不同於)0%的坡度，可以被視為水平面狀況。可以藉由與判定下坡狀況之模式相同的模式來判定水平面狀況，例如藉由慣性量測單元或藉由坡度感測器所提供的訊號。
在本說明書及所附請求項中，觀察到的是，系統1以及表示為「模組」的元件可以由硬體裝置(例如，控制中央單元)、軟體、或其組合來實現。
為了滿足特定的可能發生的需要，熟習此技藝之人士可以利用與用於改善在自行車上的自行車騎士的表現之系統的已敘述實施例在操作上等效的其他元件增加許多添加、修改或替換元件，而不會落入在所附請求項之範圍以外。
1:系統 2:感測器 3:慣性量測單元 4:行動裝置 5:控制單元 100:自行車 101:第一車輪 102:第二車輪
藉由將參考附圖敘述的以下例示性非限制性實施例，將更佳地理解本發明，且其優點將得到理解，其中： 圖1係為自行車的示意圖，該自行車係設置有根據本發明的可行實施例之用於改善自行車騎士的表現的系統； 圖2係為顯示自行車騎士遵循的例示性路線的地圖； 圖3係為關於自行車沿著圖2的路線的速度隨時間變化的因素之趨勢的示意圖； 圖4係為圖2中的地圖的細節。
1:系統
2:感測器
3:慣性量測單元
4:行動裝置
5:控制單元
100:自行車
101:第一車輪
102:第二車輪

Claims (16)

  1. 一種用於改善一自行車(100)上的一自行車騎士的表現的系統(1)，包含： 一個以上的感測器，適於感測該自行車(100)的運動學參數且提供代表該自行車(100)的運動學參數的訊號； 一控制單元(5)，係構造成： 在輸入端處接收來自適於感測自行車(100)運動學參數的該一個以上的感測器的該等訊號； 從代表該等自行車運動學參數的該等訊號來判定： 是否存在一自行車(100)下坡狀況； 如果判定為存在該下坡狀況，則判定是否存在一制動動作； 代表自行車騎士下坡表現的一個以上的參數； 將代表該等自行車騎士下坡表現的該一個以上的參數提供給該自行車騎士。
  2. 如請求項1之系統(1)，其中適於感測自行車(100)運動學參數的該一個以上的感測器包含第一感測器(2)，用於量測該自行車的第一車輪(101)的角速度(ω1 )，該第一感測器(2)適於輸出代表該第一車輪(101)的角速度的訊號。
  3. 如請求項2之系統(1)，其中該控制單元(5)係構造成基於代表該第一車輪角速度(ω1 )的該訊號來判定是否存在一制動動作。
  4. 如請求項1或2之系統(1)，其中適於感測自行車(100)運動學參數的該一個以上的感測器包含一感測器，用於感測該自行車騎士在該自行車的一制動桿上的該制動動作，該感測器適於提供代表該自行車騎士在該自行車的一制動桿上的該制動動作的訊號，其中該控制單元(5)係構造成基於代表該自行車騎士的制動動作的該訊號來判定是否存在一制動動作。
  5. 如請求項1至4中任一項之系統(1)，其中適於感測自行車(100)運動學參數的該一個以上的感測器包含一慣性量測單元(3)，適於量測該自行車的縱向加速度(ax )及/或橫向加速度(ay )及/或垂直加速度(az )，及/或該自行車的側傾角速度(ωx )及/或俯仰角速度(ωy )及/或橫擺角速度(ωz )，且輸出代表該自行車的縱向加速度(ax )及/或橫向加速度(ay )及/或垂直加速度(az )，及/或該自行車的側傾角速度(ωx )及/或俯仰角速度(ωy )及/或橫擺角速度(ωz )的訊號。
  6. 如請求項5之系統(1)，其中該控制單元(5)係構造成基於來自該慣性量測單元(3)的該等訊號來判定是否存在一下坡或水平面狀況。
  7. 如請求項1至5中任一項之系統(1)，其中適於感測自行車(100)運動學參數的該一個以上的感測器包含一坡度感測器，適於提供代表自行車(100)運動學參數的訊號，其中該控制單元(5)係構造成基於來自該坡度感測器的訊號來判定是否存在一下坡或水平面狀況。
  8. 如請求項1至7中任一項之系統(1)，其中該控制單元(5)更構造成： 從代表該等自行車運動學參數的該等訊號來判定一水平面狀況； 如果判定為一水平面狀況，則判定代表該等自行車水平面表現的一個以上的參數； 將代表該等自行車騎士水平面表現的該一個以上的參數提供給該自行車騎士。
  9. 如請求項1至8中任一項之系統(1)，更包含：適於對該自行車(100)地理定位的一GPS模組，其中該控制單元(5)係構造成在該輸入端處接收來自該GPS模組的一地理定位訊號，且提供與由該GPS模組判定的地理定位相關且代表該自行車騎士的下坡及/或水平面表現的該一個以上的參數。
  10. 如請求項1至9中任一項之系統(1)，其中該控制單元(5)更包含用於對時間計數的一計數器，且更構造成提供與該時間相關且代表該自行車騎士的下坡及/或水平面表現的該一個以上的參數。
  11. 如請求項1至10中任一項之系統(1)，包含連接至該控制單元(5)的一使用者介面裝置，其中該控制單元(5)係構造成將代表該自行車騎士的下坡及/或水平面表現的該一個以上的參數傳送至該使用者介面裝置，且藉由該使用者介面裝置將該一個以上的參數提供給該自行車騎士。
  12. 如請求項1至11中任一項之系統(1)，其中該控制單元(5)包含一無線傳輸模組，用於與一外部行動裝置(4)通訊。
  13. 如請求項12之系統(1)，其中該控制單元(5)係構造成藉由該外部行動裝置(4)將代表該自行車騎士的下坡及/或水平面表現的該等參數即時提供給該自行車騎士。
  14. 如請求項1至13中任一項之系統(1)，其中該控制單元(5)係構造成將代表該自行車騎士的下坡及/或水平面表現的該等參數傳送至一遠端裝置，以便之後藉由該遠端裝置將該等參數提供給該自行車騎士。
  15. 如請求項1至14中任一項之系統(1)，其中代表該自行車騎士的下坡及/或水平面表現的該一個以上的參數包含下述中的至少一者：在該制動動作開始時該自行車沿著一路徑的絕對位置；在該制動動作開始時該自行車的速度；在該制動動作結束時該自行車的絕對位置；在該制動動作結束時該自行車的速度；制動距離；制動時間；沿轉彎行走所需的時間；在轉彎期間的自行車傾斜角；在轉彎結束時的自行車位置；在轉彎結束時的自行車速度；在該路徑的起點及終點之間所感測的代表該自行車騎士的下坡及/或水平面表現的一個以上的參數的平均值。
  16. 一種自行車(100)，包含如請求項1至15中任一項之系統(1)。
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