TWI691725B - 踏板活動感測器、踩踏分析之方法及曲柄總成 - Google Patents

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喬夫 尼可斯
布萊恩 喬丹
莎拉 凡托
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Abstract

一種用於判定自行車踩踏的裝置可包含一感測器，其會檢測該自行車之一驅動輪系或後鏈輪總成的角速度和位置，及一處理器其係組配成能將該等檢測值比較於表示至少一踩踏狀態之值。該裝置可組配成能被容納在該自行車之一組件內，譬如在該心軸或曲柄軸之一中空開孔內。該裝置亦可包含一無線發送器來與另一組件譬如一懸吊控制器通訊。

Description

踏板活動感測器、踩踏分析之方法及曲柄總成
本發明係有關於踏板活動感測器及踩踏分析之方法。
發明背景
傳統的自行車步調感測器係有賴安裝在一自行車曲柄臂上的磁鐵，以產生該曲柄臂旋轉速率所反映的電子訊號。除了需要多數個組件，例如一磁鐵安裝於該曲柄臂及一感測器安裝於該自行車架以外，該等感測器亦可能包含一或更多的導線俾可傳送數據至一控制或顯示元件。此等系統典型每一迴轉最多只會產生一讀數，因為僅有單一個磁鐵安裝於該曲柄臂。雖其係可能增加該回報的頻率，例如藉安裝更多的磁鐵於該曲柄臂，但如此修改會使該系統更複雜，因須要更多的組件，而增加一或更多組件故障、掉落、或變成失準的可能風險，故會打敗任何潛在的利益。此外，該等系統只會回報該車輪因任何理由的旋轉，但不能精確地報告踩踏的實況。
同時，許多現代的山野自行車係配有懸吊器俾可在不平坦的地域上提供一較舒服，較少震動的騎乘。 高級的山野自行車亦可包含懸吊控制器等用以進一步精調該等懸吊器的減震效果。該自行車的踩踏狀態可影響所需的懸吊控制設定。又，該自行車之一踩踏狀態的不實或緩慢指示可能造成不良控制的懸吊。
發明概要
在一實施例中，一種用於分析自行車踩踏判定的裝置包含一感測器安裝於一驅動輪系的一部份並與其一起旋轉。該感測器係組配成能檢測該驅動輪系之一曲柄軸的角速度和位置。一處理器係電耦接於該感測器，且組配成能使該裝置將所檢測的角速度和位置比較於表示至少一踩踏狀態的角速度和位置值，而來判定該驅動輪系之一踩踏狀態。
在一實施例中，一種用於自行車踩踏分析的方法包含如下步驟：使用一安裝於一驅動輪系的一部份並與其一起旋轉的感測器來感測該部份相對於一基準框架的角速度和位置。該方法亦包含如下步驟：以一處理器將該角速度和位置測量值比較於代表至少一踩踏狀態信號之值，而來判定該驅動輪系之一踩踏狀態。
在一實施例中，一種組配成可用於一自行車驅動輪系中的曲柄軸包含一感測器安裝於該曲柄軸並與之一起旋轉，其係組配成能檢測該曲柄軸的角速度和位置。該曲柄軸亦包含一無線發送器組配成能與一設在該曲柄軸外部的自行車組件通訊，至少一記憶體組配成能儲存代表至少一踩踏狀態的角速度和位置值，及至少一處理器可通訊地耦接於該記憶體、該感測器，和該無線發送器。該至少一處理器係組配成能使該裝置將所檢測的角速度和位置比較於至少一踩踏狀態標記，而依據該比較來判定一踩踏狀態，並將該判定傳送至在該曲柄軸外部的自行車組件。
在一實施例中，一種用於檢測一自行車之一驅動輪系之一踩踏狀態的裝置包含一感測器組配成能檢測該驅動輪系之一曲柄軸的角速度和位置。該裝置更包含一殼體組配成能沿該曲柄軸之一旋轉軸線來容納並定位該感測器。
詳細說明 一種裝置包含一感測器可被用來檢測一驅動輪系或一後鏈輪總成之一組件的角速度和位置。又，此一裝置亦可判定一自行車之一踩踏狀態。例如，該裝置可被組配能藉將所檢測的角速度及/或角位置比較於所儲存之表示一踩踏狀態標記的值，而來判定一自行車騎乘者是否正在踩踏。類似地，當一踩踏狀態已被判定後，例如該騎乘者係正主動地踩踏時，該感測器可繼續檢測角速度和位置用以判定該踩踏狀態何時改變，譬如何時該騎乘者停止踩踏。一踩踏狀態可為該驅動輪系的任何特徵化旋轉。例如，某些表示主動踩踏，反向踩踏及/或沒有踩踏之值可被儲存作為各別的踩踏狀態之標記，並用作一比較來判定一自行車之一目前踩踏狀態。不同之值和值的種類(例如旋轉速度、旋轉位置等)或其組合，可被用於不同的踩踏狀態判定。
該裝置可提供緊密的、無線的、敏感的、低延宕、即時的、低功率檢測，及／或與固定於或分開於一自行車的其它組件通訊，包括例如一分開的懸吊控制器。對比於磁性步調感測器，其典型會在該曲柄軸、車輪等的每一廻轉檢測出一訊號一次，本發明的感測器有利地可被組配成能在該曲柄軸、車輪，或其它驅動輪系組件的每一廻轉時，以少於單一廻轉及／或多於一次來檢測出角速度和位置。例如，本發明的感測器可被組配成能在快至一廻轉的大約1/16與大約1/8之間來檢測出角速度和位置。
圖1概括地示出一自行車100，一踩踏感測器可與其一起使用。該自行車100包含一車架102、手把104，及一乘座106耦接於一座柱108。該自行車100亦包含一第一或前輪110及一第二或後輪112可旋轉地附接於該車架102及一驅動輪系114。該自行車100附加地可包含一懸吊系統，其可包括一第一或前懸吊器116及一第二或後懸吊器118之一或更多者。
雖該所示的自行車100是一山野自行車，但於此所揭的實施例亦可與其它類型的自行車，例如道路自行車一起來被實施。該自行車100的前方及／或向前走向係以箭號“A”的方向表示。因此，該自行車的運動之一向前方向係以該箭號A的方向示出。
如圖1-4中所示，該驅動輪系114包含一曲柄總成或曲柄組120，其則又包含一或更多個鏈環或第一鏈輪122，一曲柄軸或心軸124，及一對曲柄臂126。各曲柄臂126係可操作地耦接於一各別的踏板128。該心軸124係使用一或更多個軸承132同軸地且可旋轉地套裝在一底托架130內。該底托架130係固定於一在該車架102中的底托架殼(未示出)內。該驅動輪系114可被操作地耦接於一後鏈輪總成譬如一鏈輪組134包含一或更多個第二鏈輪136透過一鏈條138與該後輪112同軸地安裝。該自行車亦示出一裝置210裝在該驅動輪系114中，其可被用來判定該自行車100之一踩踏狀態。如圖1中所示，該裝置210係裝在該曲柄軸或心軸124之一驅動側末端上。該裝置210亦可被裝在該曲柄軸或心軸124之一非驅動側上，如在圖3-5中所示。該自行車100及／或驅動輪系114的其它位置亦可提供該裝置210的安裝如於此所述者。
為能促成移換，該自行車100可包含一前齒輪變換機構，譬如一第一或前脫軌器(未示出)，其可被置設在一座管139上鄰近該曲柄組120，俾能使該等前鏈輪122造成齒輪變換。該前齒輪變換機構可為機械式(例如纜線、液壓、氣動的)或電子式(例如有線、無線)控制的。可附加或另擇地，該自行車100可包含一後齒輪變換機構140，譬如一後脫軌器，安裝於該自行車100的車架102之一構件上，譬如一裝座、後垂伸件，及／或一相關的結構等，而在一位置能促成該等後鏈輪134中的齒輪變換。該後齒輪變換機構140亦可為機械式或電子式控制的。
一用於自行車踩踏判定及／或分析的舉例裝置210之方塊圖係示於圖12中。該裝置210可被單獨用來與自行車組件或其它裝置通訊及／或控制它們。該裝置210包含電路28其包含至少一處理器20及一記憶體10。在所示的實施例中，該電路28亦包含一使用者介面82，一感測器介面80，及一通訊介面90。電路28亦可包含組件連接物及／或電連接材料埋設在一基材中。該系統亦包含至少一感測器220會與該感測器介面80通訊。此外，不同或較少的組件亦可能用於該裝置210。例如，該使用者介面82可以不包含在一電路28及／或該裝置210中。且，組件亦可被組合。在一實施例中，該裝置係與一自行車之一傳動系的一組件，譬如一鏈環、鏈環載體、及／或一心軸等形成一體。
圖5示出該可被用來判定該自行車100之一踩踏狀態的裝置210之一分解圖，且圖6和7示出截面圖。該裝置210可包含一外殼或殼體212具有例如一第一殼體部214及一第二殼體部216。該等殼體部可被組配成能耦接在一起，例如藉壓接套合或螺合銜接。附加地，一密封物218例如一O形環或一墊圈，當耦接時可被配設在該等殼體部之間，而來形成一密封的防水隔間以保護其餘的裝置組件免受液體、灰塵或其它外來物的侵擾。
該裝置210包含一感測器220組配成能檢測一或更多個變數。在一實施例中，該感測器220是一加速計。在其它實施例中，該感測器220可為一磁強計，一陀螺儀，或任何其它感測器，其可被用來檢測相對於一基準框架的變化。例如，該基準框架可相對於該裝置210是固定的，譬如一座標系統其會與該裝置210一起旋轉。該等改變可包括例如，位置、直線速度、角速度、直線加速、或角加速等之一或更多者。
該裝置210亦可包含一運算裝置，譬如一處理器20和記憶體10，會針對圖12被描述於後。該處理器20係電耦接於該感測器220，用以分析該感測器220所記錄的數據。在一例中，該感測器220和處理器20各可被配設或固定於一印刷電路板224上，並電耦接或可通訊地耦接於它。一供電器226，譬如一或更多個電池及／或另一電源，亦可被電耦接於該感測器220和處理器20，例如經由該印刷電路板224，而來供電該裝置210。
該裝置210更包含一通訊介面。該通訊介面可包含一天線228，譬如一發送器天線或一晶片天線。該通訊介面係與該處理器20呈電導通。該通訊介面可包括一無線電，並被組配成能無線地傳送數據，例如使用射頻(“RF”)傳輸。該通訊介面可被組配成能使用該天線228來由該裝置210傳送資料至另一組件。該通訊介面可被組配成能與一或更多個控制單元230、230A、230B等通訊，它們係組配成能控制該自行車之一組件，包括例如，一懸吊控制器，一顯示器，及／或另一控制單元230。該一或更多個控制單元230、230A、230B可為運算裝置具有某些組件，譬如一處理器20和記憶體10，以及其它的組件，會針對圖12被描述於後。該一或更多個控制單元230、230A、230B可為分離於或裝在該自行車的另一部份上，後者的選擇係示於圖1中。該一或更多個控制單元230、230A、230B可被組配成能控制該自行車之一相關組件，譬如該等前和後懸吊器的特性或設定。
該裝置210附加地可包含一介面部份或一使用者介面82，譬如一開關總成232電耦接於該處理器20並組配成能進行一或更多種功能，包括例如，啟動及／或關閉該裝置210及／或促發該裝置210與一或更多個外部裝置的配對，譬如與該等控制單元230、230A、230B。該裝置210可被組配成會使該開關總成232的一部份突出穿過該殼體212，例如經由該第一殼體部214中之一開孔234。該開關總成232亦可包含密封細構譬如一或更多個墊圈235，以防止液體、灰塵或其它外來物的侵入。
再者，該裝置210的使用者介面82可包含一指示器236或狀態指示器，譬如一LED(發光二極體)電耦接於該感測器220、處理器20、電路板224、供電器226、天線228及／或開關總成232等之一或更多者。該指示器236可被組配成能提供各種不同的資訊給該使用者，譬如示訊該使用者當時該裝置210是啟動或關閉，該感測器220正在感測運動，該裝置210正與一分開的控制單元230、230A、230B配對，該裝置210正在傳送數據至該分開的控制單元，或該供電器226逐漸減少電量等。例如，壓下並按住該開關總成232上之一按鈕233(例如一人力操作按鈕)可開啟一與另一組件譬如該控制單元230、230A、230B之一配對程序。當按壓一預定的時間量時，該指示器236可提供一獨特訊號，譬如一連續閃光，直到配對成功為止，在此時該指示器236可提供一不同的獨特訊號，譬如一固定亮光。在另一例中，短暫地壓下該開關232上的按鈕233可促發該供電器226中的剩餘電量之一檢查。在此情況下，該指示器236可被組配成能例如藉由使用不同顏色的光，不同的光強度，不同的閃光持續時間等，而來傳送一表示剩餘電量的訊號。
該指示器236可被設在該殼體212內。且，該殼體212可包含一開孔238能容許該指示器236傳送相關的資訊至該殼體212外。故，該開孔238可包含一半透明或透明的蓋240，以防止液體、灰塵或其它外來物的侵入。亦可想知該蓋240可包含一光管242以協助傳輸來自該指示器236的訊號，穿過該蓋240，而至該殼體212外部。
該裝置210可包含一構件244組配成能將該感測器220、處理器20、電路板224、供電器226、天線228、開關總成232、及指示器236等之一或更多者牢固地扣持於該殼體212內。該裝置210亦可包含或耦接於另一組件譬如一套筒246，用以當安裝於該自行車100上時將該裝置210扣持於定位，如更詳述於後者。如在圖4、6和7中可見，該第一殼體部214、構件244、和套筒246的一或更多者可軸向地疊覆該通訊介面的天線228，故，較好係由射頻(“RF”)可透射材料製成，俾能容許訊號由該通訊介面的天線228穿過該裝置210傳輸至例如該分開的控制單元230、230A、230B。例如，該第一殼體部214和構件244可由一塑膠製成，譬如玻璃填充的尼龍，且該套筒246可由一柔順的材料製成，譬如橡膠。該第二殼體部216亦可由一RF可透射的材料製成，雖若該第二殼體部216並未軸向地疊覆該通訊介面的天線228則可不須要。
在另一實施例中，該通訊介面的天線228可與該處理器20呈電導通，但並非被固定於該電路板224，而可被設在該電路板224及／或該裝置210外部。以此方式，其乃可以將該裝置配設在一位置，於該處RF透射係不成問題(例如離開一中空心軸或曲柄軸之一遠端)，或使該第一殼體部214及／或構件244由無關於RF透射的材料製成。在一實施例中，該天線228可被電耦接於該處理器20，但實體地分開而使該天線228可被設在一自行車組件(例如一心軸或曲柄軸)的外部，而該裝置210的其餘部份可被設在該自行車組件內部。
該裝置210係組配成能被耦接於該自行車100之一組件。較好是，該裝置210係耦接於該驅動輪系114中之一組件。如在圖4中可見，在一實施例中，該裝置210係軸向地耦接於該曲柄組或總成120的心軸124內。但，亦可想知該裝置可被耦接於例如該鏈環122、曲柄臂126、踏板128、或鏈輪組134。更具言之，該裝置210可被耦接於該心軸124之一非驅動側內，即，相反於該前鏈輪122被設置的一側，如圖2-4中所示，雖在另一實施例中該裝置210可被耦接於該心軸124之一驅動側內，如圖1中所示。
該心軸124可包含一不一致而軸向列設的開孔142。具言之，當由該開孔142之一外緣144軸向地朝內移動時，該開孔142可包含一側壁146具有一第一側向尺寸r1 ，在向外擴張至一第三徑向尺寸r3 之前，會向內推拔斜縮至一第二徑向尺寸r2 ，其中r1 和r3 可為相同或不同。更多或較少的徑向尺寸可被使用於另擇的實施例中。該套筒246可包含一或更多個第一扣持構件248，能將該裝置210相對該側壁146固持在沿該第一徑向尺寸的一或更多個位置，及一或更多個第二扣持構件250，能將該裝置210相對該側壁146固持在沿該第二徑向尺寸的一或更多個位置。此外，該套筒246可包含一或更多個第三扣持構件(未示出)，能在沿該第三徑向尺寸的一或更多個位置相對該側壁來固持該裝置210。由於該開孔142和該側壁146從該第二徑向尺寸過渡至該第三徑向尺寸所形成的推拔構形，該等第三扣持構件亦可作為一自行鎖定機構，能在該裝置210完全插入該開孔142中時防止其移除或非刻意的退出。
在各情況下，該等扣持構件可為例如由該套筒246向外延伸一比該套筒246鄰近於該等扣持構件的部份更大尺寸之彈性材料的一部份。該等扣持構件248、250亦可為繞該套筒之一周緣是連續的或實質上連續的。故，在若該套筒係概呈圓筒形的情況下，該等扣持構件當於截面視之可狀似倒鈎，如圖4和7中所示，而當於輪廓視之亦狀似由該套筒246的表面向外延伸的概呈環形突出物，如在圖5和6中可最佳地看出。
一般精習於該技術者將會瞭解該套筒246及／或該等扣持構件248、250並不限制於所示的構形，且它們可針對其它形狀和尺寸的殼體及心軸開孔來被修正而能達到相同的扣持功能。
請回參圖4和6，該天線228可被設成靠近該第一殼體部214之一遠端254，因此，當該裝置210裝在該自行車100上時，該天線228的至少一部份不會被該自行車100之非RF能透射的部份阻礙。例如，當軸向地耦接於該曲柄軸或心軸124內時，該天線228可沿一旋轉軸線148向外延伸至靠近於或在該曲柄軸124之開孔142或外緣144，及該曲柄臂126之位在靠近該曲柄軸124處的至少一部份等之外部。如此，該天線228靠近於該遠端254及／或該曲柄軸124開孔144的構態是一種方式，其中該裝置210可被組配成能以最少之源自該曲柄軸124或該自行車100之其它組件的干擾來傳送無線訊號至該自行車的另一組件。又，該第一殼體部214的遠端254可被組配成能靠抵或實質上靠抵該曲柄軸124的外緣144，俾能最大化一用於騎乘者之腳及／或腿的餘隙。在另一實施例中，該遠端254係組配成能套合於該曲柄軸124的開孔142或外緣144內，而使該遠端254不會沿該旋轉軸線148由該曲柄軸124開孔144突出。
該裝置210可被裝在該驅動輪系114或該後鏈輪總成的任何組件上，如前所述，且該感測器220可被裝在該裝置210內的任何處，所提供的感測器220係與該處理器20呈電導通。但是，可能較好係將該感測器220定位成使當該裝置210安裝於該自行車100時其係設在或靠近於該心軸124之一旋轉軸線148上，如圖1-4中所見。如此而為，則重力向量和x-y座標系統可具有一共同的原點，其會方便該重力向量之相對位置及該裝置210之角速度的判定。此亦會最小化所檢測的角速度和位置由於在一正交於該曲柄軸124旋轉的方向加速度所造成之力引致的任何失真。或者，該感測器220可被組配成能安裝在一不同的位置。此離軸安裝仍可允許該角速度和位置值的判定，但該偏離可能引致一額外的加速度正比於該裝置210正在旋轉的速度，而會複雜化用來判定該等所要值必須的分析。且，因在許多現代自行車上的曲柄是中空的，故將該裝置210置設在該曲柄臂126內會有可用空間的優點，並能消除一需要即修改或更換該自行車之一組件，俾使該組件被組配成能耦接於該裝置，同時亦可方便該感測器被沿該曲柄軸148或於其上來配設。
圖8-10示出該曲柄組或曲柄總成120由該非驅動側所見之一隔離側視圖。一曲柄臂126，及該裝置210，係被示為該曲柄臂126旋轉通過多個位置，譬如在一主動踩踏狀態期間。在該裝置210係嵌設在該曲柄軸124之非驅動側上的實施例中，示於圖8-10中的曲柄臂126典型將會供用於該騎乘者的左腳。緣是，圖1之方向A的向前運動會對應於反時鐘旋轉，即圖8-10中的方向“B”。
如前所述，該感測器220係組配成能檢測出一或更多種變數，即相對於一基準框架的變化。該感測器220可為一類型的感測器，譬如一磁性感測器，一加速感測器，或其它類型的感測器。在該感測器220為一加速計的實施例中，如在圖8-10中，該基準框架可為x-y座標系統其會與該曲柄軸124一起旋轉，且所檢測的變數可為一重力向量“g”的角速度和位置。在另一實施例中，該裝置210可追踪一向量的速度和位置，譬如一對應於地球磁場的磁場向量，例如當該感測器220是一磁強計時。其它的比較性向量亦有可能，乃視該感測器220的選擇而定。
該x軸可被界定為在該曲柄軸124的旋轉軸線148有一原點，並以該曲柄臂126的方向延伸。但是，亦請瞭解該x軸的原點和方向二者亦可由其它的特徵來決定，譬如該裝置210之安裝位置的選擇，及當該裝置210被裝在該自行車100上之該安裝位置時該感測器220的位置和定向。
當該裝置210旋轉時，該感測器220可被組配成能檢測角速度和位置。角位置可被以由一參考基準譬如該x軸至該重力向量的偏差角度θ來代表。角速度可被如下地決定：例如藉計算各取樣週期之間的角度偏差變化，然後將該角度偏差變化除以該等取樣週期之間消逝的時間。
記憶體可被組配成能儲存代表一或多個踩踏狀態標記的角速度和位置值。該處理器20可由該感測器接收該角速度和位置值，並相對儲存於記憶體中之值，即表示一踩踏狀態之值來比較該等檢測值，以判定該驅動輪系114之一踩踏狀態。在一實施例中，可以有兩種可用的踩踏狀態選項，主動踩踏和無踩踏。於此實施例中，一踩踏狀態標記(例如主動踩踏)可被用於該比較，且被發現未顯示該一踩踏狀態之值將會被指定為該另一踩踏狀態(例如無踩踏)。
其它用於其它踩踏狀態標記之值亦可被儲存。例如，表示一反向踩踏狀態之值，其中該騎乘者係正以一相反於該自行車驅動輪系之驅動方向的方向在踩踏，可被儲存作為一反向踩踏狀態標記。在另一實施例中，可以有三種可用的踩踏狀態選項，主動踩踏，反向踩踏，及無踩踏。在此實施例中，兩種踩踏狀態標記(例如主動踩踏和反向踩踏)可被用於該比較，且被發現未顯示該兩種踩踏狀態之值將會被指定為該另一或第三踩踏狀態(例如無踩踏)。
其可能較好係將二變數比對於臨界值，因為單一變數可能對應於多種踩踏狀態。例如，一位置變化可能因主動踩踏或若該曲柄臂126係自由地移動時而發生，譬如當該自行車100被裝載在另一車輛上，並正由一位置運輸至另一處時，或當該騎乘者重定位該等踏板128以避開地形特徵細構及／或準備要轉彎時。類似地，一高角速度可能對應於主動踩踏或該曲柄臂126之一突然顛簸，譬如當一騎乘者正在運行而碰撞到一突起物時。比較多個讀數可能會較佳，因此可過濾出該等不實的正讀數。
該等表示一踩踏狀態之值可被選擇俾使能以合理的確定性來取消不實正數的影響。該等值可為臨界值，其中之值係被選成使當一或多個該等值達到時，則會被判定對應於該等臨界值的踩踏狀態是該自行車的踩踏狀態。在一實施例中，該處理器20可被提供臨界值(例如與一具有儲存的臨界值之記憶體導通)為1旋轉，即2π弧度，及一角速度4.7 rad/s。該感測器220可被組配成能在少於一廻轉內來檢測出踩踏的存在或沒有。例如，該感測器220可被組配成能檢測一主動踩踏狀態具有一廻轉的大約1/2與一廻轉的大約3/4之間的臨界值，雖該感測器220可回應於低至大約18°，即大約π/10弧度的變化。在另一實施例中，一數值範圍可被用作一或多個該等表示一踩踏狀態之值。例如，該處理器20可被提供臨界值(例如與一具有儲存的臨界值之記憶體導通)為1旋轉，即2π弧度，及一角速度值範圍為大約4.7至約14.1 rad/s之間。其它之值亦可被用來判定一踩踏狀態。例如，該角速度上的符號可表示一旋轉方向(即正號用於一主動踩踏狀態的向前轉動，而負號用於一反向踩踏狀態)。在一實施例中，該角速度的符號係被用作一臨界值，可單獨地或與其它之值結合，譬如該角速度值及／或該角位置。例如，用於主動踩踏的臨界旋轉速度符號值可為該旋轉速度值之一正號。
當一踩踏狀態已被判定時，該處理器20可啟動該通訊介面而來開始轉送數據。該數據可被轉送至一在該曲柄軸外部的組件，例如該一或多個分開的控制單元230、230A、230B。
在一實施例中，一反向踩踏狀態可被判定，且該處理器20係組配成能啟動該通訊介面，假使該通訊介面不是已經啟動，及／或使一表示該反向踩踏為該自行車之目前踩踏狀態的訊號或其它數據傳訊至該自行車之一組件。該組件可為一或多個懸吊組件之一控制單元，譬如圖1中的控制單元230、230A、230B。該控制單元係組配成能回應於接收到該訊號或另一數據而採取一行動。在一實施例中，一前懸吊控制單元可在接收到表示該自行車之一目前，或緊在先前之反向踩踏狀態的訊號或其它數據時，行動來改變該前懸吊器之一特性(例如一限制該懸吊之移程的鎖定可被引入)。
除了判定一踩踏狀態外，該裝置210亦可被組配成能判定何時一踩踏狀態改變，譬如當一騎乘者停止踩踏時。一旦該裝置210已判定一踩踏狀態時，其可繼續測量該等相關變數，例如其基準框架相對於一重力向量的位置和角速度，直到該等變數之一或更多者不再是於該表示範圍內為止。在此時，該裝置210例如藉由該處理器20，可判定該使用者已停止踩踏並可關閉該通訊介面。同時，該裝置210可繼續取樣該一或多個變數直到運動再度被測出，而來判定該騎乘者是否已又再踩踏。當一主動踩踏的踩踏狀態被測出時，該處理器20可啟動該通訊介面。
一或多個組件可為能回應來供判定一踩踏狀態，或當一踩踏狀態被判定後，來判定該踩踏狀態是否已改變。例如，此判定可藉該裝置210內的處理器20，或藉該分開的控制單元230、230A、230B來完成。但較好是，判定係由該處理器20來進行，因為如此可允許該天線228被關閉以保存電力，無論何時當踩踏未被測出時。
在一實施例中，該裝置210可包含一喚醒感測器(例如圖12中所示的喚醒感測器87)，其亦可被用來保存該電力供應226。該喚醒感測器87可被組配成能檢測運動，並在該運動已被測出時能提供電力給該處理器20。該喚醒感測器87可為與該感測器220同一或與其分開。在後者情況下，該喚醒感測器之一例可包含一“球在籠內”式開關，其中在一導電籠內的球之移動會使該球接觸到該籠而完成一電路。在另一例中，該喚醒感測器可為一傾斜感測器。亦可想知其它類型的喚醒感測器也可以被使用。
以此方式，該處理器20可消耗非常少甚至零的電力，除非該裝置210檢測出運動，且該天線可不消耗電力，除非該裝置210相對於某些其它原因而判定運動對應於踩踏。
該裝置210可附加地包含，或可另擇地導通，一第二感測器256固定於該自行車100，並組配成不會與該驅動輪系114或後鏈輪總成一起旋轉。該第二感測器256，可為與該感測器220相同或不同的類型，可被組配成能獨立於驅動輪系組件來檢測該自行車100的角位置。該處理器20可被組配成能接收並比較由該感測器220和第二 感測器256測出的角位置，而來過濾出由該感測器220所測出的某些角速度和位置之讀數，其係對應於該自行車100本身的旋轉，而非該驅動輪系114或後鏈輪總成134的旋轉。
圖11示出一種使用如所述構製的裝置210來作自行車踩踏分析之方法300的流程圖。該方法300可包含該喚醒310的步驟，例如，當檢測到任何運動時。一旦被喚醒，該裝置會檢測320運動，並然後判定330一旋轉方向。若其判定該旋轉是向後，則該方法可回到該檢測步驟320來重複該方法，直到向前運動被判定。
一旦其判定該運動係在向前旋轉方向時，該方法300包含檢測340一旋轉速度的步驟，及檢測350一旋轉之量的步驟。在圖11中，步驟340係被示為步驟350的前一步驟，但請瞭解該等步驟可以倒反或能被同時地進行。
檢測出的旋轉速度和位置值嗣會被與代表主動踩踏狀態的儲存值或範圍比較360。若該等檢測值係在該等儲存值或範圍之外，則該方法可評估370一踩踏狀態是否已被判定，而若否，該方法300會回到該檢測步驟320。若該等檢測值係在儲存值或範圍之內，則一訊號可被傳送380至附加於或取代控制器元230、230A、230B的另一組件，譬如一懸吊控制器，來表示踩踏的存在。
該方法嗣可再度回到該檢測步驟340並可重複，直到該比較步驟顯示某些數值它們係在比較步驟360的儲存值或範圍之外，此時該方法可前進至評估步驟370，然後傳送390一訊號至另一組件以表示踩踏停止。
再請參閱如圖12中所示的裝置210。該處理器20可包含一通用處理器，數位訊號處理器，一特定用途積體電路(ASIC)，場可程式化閘陣列(FPGA)，類比電路，數位電路，及其組合，或其它現今已知或日後研發的處理器。該處理器20可為單一裝置或數裝置的組合，譬如透過共同或平行處理者。
該記憶體10可為一揮發性記憶體或一非揮發性記憶體。該記憶體10可包含一唯讀記憶體(ROM)、隨機存取記憶體(RAM)，一快閃記憶體，一電子可抹除程式唯讀記憶體(EEPROM)，或其它類型的記憶體之一或更多者。該記憶體10可被由該裝置210移除，譬如一安全數位(SD)記憶卡。在一特別的非限制實施例中，一電腦可讀的媒體可包含一固態記憶體，譬如一記憶卡或其它封包其容納一或更多個非揮發性唯讀記憶體。又，該電腦可讀的媒體可為一隨機存取記憶體或其它的揮發性可重寫記憶體。此外，該電腦可讀的媒體可包含一磁光式或光學媒體，譬如一碟片或帶或其它儲存裝置。緣是，本揭露係被視為包含一電腦可讀的媒體和其它等同物及後繼的媒體之任一或更多者，其中可以儲存資料或指令。
該記憶體10是一非暫時性電腦可讀的媒體，且被描述為單一媒體。但是，該“電腦可讀的媒體”乙詞包括單一媒體或多個媒體，譬如一集中或分散的記憶結構，及／或相關的高速緩衝儲存器等，它們係可操作來儲存一或更多組的指令和其它資料。該“電腦可讀的媒體”乙詞亦應包括任何的媒體，其係能夠儲存、編碼、或承帶一組指令以供被一處理器執行，或其會使一電腦系統來進行於此所揭的方法或操作之任一或更多者。
在一另擇的實施例中，專用的硬體設備，譬如特定用途的積體電路，可程式化邏輯陣列，和其它的硬體裝置等，可被構建來實施所述的方法之一或更多者。可包含各種不同實施例之裝置和系統的應用可廣泛地包括各種電子和電腦系統。於此所述的一或更多實施例可使用二或更多個特定的互接硬體模組或裝置以相關的控制和資料訊號等來執行功能，該等訊號能在該等模組之間被傳訊並通過，或作為一特定用途積體電路的一部份。緣是，本系統包含軟體、韌體、和硬體設備。
該供電器84是一可攜式供電器。該供電器可包括電力的產生，例如使用一機械式電力產生器，一燃料電池裝置，光伏電池，或其它的電力產生裝置。該供電器可包含一電池，譬如一由二或更多個電化學胞元所組成的裝置，其會將所儲存的化學能轉變成電能。該供電器84可包含一電池，或多個電池之一組合，或其它的電力提供裝置。特別配製或構製的電池種類，或標準的電池種類譬如CR2012、CR2016、及／或CR2032可被使用。
該通訊介面90會提供來自該裝置210的數據及／或訊號傳訊至該自行車的另一組件，譬如一或多個懸吊控制器，或一外部裝置比如一行動電話或其它的運算裝置。該通訊介面90會使用任何可操作的連接物來傳訊該數據。一可操作的連接物可為一種裝置，其中訊號、實體通訊、及／或邏輯通訊可被發送及／或接收。一可操作的連接物可包括一實體介面，一電介面，及／或一資料介面。該通訊介面90可被組配成能無線地通訊，而譬如包含一或更多的天線。該通訊介面90會以任何現今已知或日後研發出的格式來提供無線通訊。雖本說明書描述的組件和功能可參照特定的標準和協定來被實施於特定的實施例中，但本發明並不受限於該等標準和協定。例如，用於網際網路和其它包裹轉換網路傳輸(如TCP/IP, UDP/IP, HTML, HTTP, HTTPS)等的標準係代表該技術的現況之例。該等標準會週期性地被實質上具有相同功能之更快或更有效率的等同物取代。Bluetooth®, ANT+TM , ZigBee, WiFi,及／或AIREATM 標準亦可以或擇代地被使用。因此，具有和於此所揭者相同或類似功能的替代標準及協定等係被視為其等同物。在一實施例中，該通訊介面90可被組配成能傳送一表示一自行車驅動輪系之經判定及／或檢測的踩踏狀態之訊號。且，該經判定的踩踏狀態可被無線地傳送。
該感測器介面80會提供來自一或多個感測器220的數據及／或訊號傳訊至該電路28。該介面80會使用有線及／或無線的通訊技術來傳訊。例如，該介面80會使用一系統滙流線，或其它的通訊技術，來與該等感測器220通訊。該感測器介面80可包含附加的電阻件及／或電子組件，譬如一附加的處理器及／或記憶體用於檢測、通訊及／或該等感測器220的訊號之其它處理。
該使用者介面82可為一或多個按鈕、亮光，或其它用以在一使用者與該裝置210之間傳訊數據的裝置或組件。該使用者介面82可包含一液晶顯示(“LCD”)面板，發光二極體(“LED”)，LED螢幕，薄膜電晶體螢幕，或另一類型的顯示或發光裝置。該使用者介面82亦可包含音響功能，或擴音器等。
在一實施例中，該使用者介面82包含一LED指示器。該LED指示器會發光來表示該裝置210的命令或其它行動的輸入。
依據本揭露的各種不同實施例，於此所述的方法可被以能由一電腦系統譬如該電路28執行的軟體程式來實施。又，在一舉例的非限制性實施例中，實施可包括分散處理，組件／物件分散處理，及平行處理。或者，虛擬電腦系統處理能被構建來實施所述的方法或功能之一或更多者。
一電腦程式(亦習稱為一程式、軟體、應用軟體、字符或編碼)可被以任何程式化語言的形式寫入，包括編輯或解說的語言，且其能以任何形式來被使用，包括作為一單獨的程式或作為一模組、組件、子程序，或適合用於一運算環境的其它單元。一電腦程式不一定對應於一檔案系統中之一檔案。一程式可被儲存於一檔案的一部份中，該檔案收納其它的程式或資料(例如以一標示語言文件儲存的一或更多字符)，或在一專屬於該相關程式的單獨檔案中，或在多個同格檔案中(例如儲存一或多個模組、子程式或部份編碼的檔案)。一電腦程式能被佈設來在一個電腦或多個電腦上執行，它們係位在一處或散佈多處而以一通訊網路互接。
在本說明書中所述的程序和邏輯流能被以一或多個執行一或更多電腦程式的可程式化處理器來進行，而藉在輸入資料上操作並產生輸出來完成功能。該等程序和邏輯流亦可藉特定目的的邏輯電路來進行，例如一場可程式化閘陣列(FPGA)或一特定用途的積體電路(ASIC)，且該裝置亦可被實施為如所述者。
若被用於本申請案中，該“電路”乙詞係指以下全部：(a)只有硬體的電路設施(譬如只有類比及／或數位電路的設施)及(b)電路和軟體(及／或韌體)的組合，譬如(若可適用)：(i)處理器等之一組合，或(ii)處理器／軟體(包括數位訊號處理器)、軟體、及記憶體等之某些部份，其會一起工作以使一裝置和一行動電話或伺服器來進行各種功能，及(c)電路等，譬如一微處理器或一微處理器的一部份，其需要軟體或韌體來操作，即使若該軟體或韌體並不實體地存在。
此“電路”的定義適用於本申請案中全部使用的該語詞，包括在任何請求項中者。又如一例，若被用於本申請案中，該“電路”乙詞亦可涵蓋僅有一處理器(或多個處理器)的設施，或一處理器的一部份且其(或它們)伴附著軟體及／或韌體，以及其它的電子組件。例如且若適用於特定的請求元件，該“電路”乙詞亦會涵蓋一基帶積體電路或應用處理器積體電路可用於一行動運算裝置，或在伺服器，一單元網路裝置或其它網路裝置中之一類似的積體電路。
適合用於執行一電腦程式的處理器包括，例如，通用和特殊目的的微處理器，及任一種數位電腦的任一或更多個處理器。一般而言，一處理器會由一唯讀記憶體或一隨機存取記憶體或兩者來接收指令和資料。一電腦的必要元件係為一處理器用以執行指令，及一或多個記憶置用以儲存指令和資料。一般而言，一電腦亦包含或可操作地耦接於一或多個用以儲存資料的大量儲存裝置，例如磁碟、磁性光碟、或光碟等，以由之接收及／或傳送資料給它。但是，一電腦不必具有該等裝置。且，一電腦可被埋設在另一裝置中，例如一行動電話，一個人數位助理(PDA)，一行動音響播放器，一全球定位系統(GPS)接收器，或一上述的裝置210中。適合用於儲存電腦程式指令和資料的電腦可讀媒體包括所有形式的非揮發性記憶體，媒體和記憶裝置，舉例包括半導體記憶裝置，如EPROM、EEPROM和快閃記憶裝置；磁碟例如內部硬碟或可移除碟片；磁性光碟；及CD-ROM和DVD-ROM碟片等。該處理器和記憶體能被以特定目的的邏輯電路補充，或併入其中。
於此所述實施例的圖式係意圖要提供對各種實施例的結構之一概括瞭解。該等圖式並非要作為利用所述的結構或方法之裝置和系統的全部各元件及特徴之一完整描述。精習於該技術者在參閱本揭露後將可輕易得知許多其它的實施例。其它實施例可被利用並由本揭露獲得，因此結構性和邏輯性的替代及變化可被作成而不偏離於本揭露的範圍。此外，該等圖式係僅為代表性的，且可能未依比例繪製。該等圖式中的某些比例可能被誇大，而其它的比例可能被減小。因此，本揭露和該等圖式係被視為說明性而非限制性的。
雖本說明書含有許多特定細節，但其不應被視為本發明的範圍或可被請求範疇的限制，而應視為本發明的特定實施例之具體特徴的描述。在本說明書的分開實施例之內容中所述的某些特徴亦可在單一實施例中組合地被實施。相反地，在單一實施例的內容中所描述的不同特徴，亦可在多個實施例中分開地或以任何適當的次組合來被實施。又，雖有些特徴於前可能被描述為在某些組合中運作，且甚至最初如此請求，但來自一請求的組合之一或多個特徴在某些情況下能被由該組合實施，且該請求的組合可能導至一次組合或一次組合的變化。
類似地，雖某些操作及／或行為係以一特定順序被示於該等圖中並被描述於此，但此不應被瞭解為該等操作必需被以該所示的特定順序或依序地來進行，或全部所示的操作皆必需被進行，才能達到所要的結果。在某些情況下，多任務操作和平行處理可能較有利。又，在上述實施例中不同系統組件的分開不應被瞭解為在所有實施例中皆需要該分開，且應請瞭解任何所述的程式組件和系統通常可在單一軟體產品中被整合在一起，或封裝於多個軟體產品中。
本揭露的一或更多個實施例於此可能個別地及／或一起地被以“發明”乙詞稱之係僅為了方便，而無意將本申請案的範圍自願地限制於任何特定發明或發明概念。又，雖特定的實施例已被示出並描述於此，但請瞭解任何被設計成能達到相同或類似目的的後續措施皆可替代所示的特定實施例。本揭露係意圖要涵蓋各種不同實施例之任何及全部的後續調修和變化等。上述實施例的組合，及未被具體描述於此的其它實施例，係可被精習於該技術者在參閱本說明時所易得知。
本揭露的摘要說明係遵照37C,F,R§1.72(b)來被提供，且係依從所瞭解者，其不會被用來解釋或限制各請求項的範圍或意義。而且，在以上詳細說明中，不同的特徴可能被群組在一起或描述於單一實施例中，為了該揭露流暢的目的。本揭露當反映一意圖時並非要被解釋為該等所請求的實施例需要比在各請求項中被明白載述者更多的特徴。倒是，若以下的請求項反映時，發明標的物可被指為少於任何所揭實施例的全部特徵。故，以下的請求項係併入於詳細說明中，而每一請求項獨自成為分開地界定所請求的標的物。
意圖使以上的詳細說明被視為說明性而非限制，並請瞭解以下的請求項包括所有等同物係意圖要界定本發明的範圍。該等請求項不應被釋為限制於所述的順序或元件，除非有明確的表示。因此，所有在以下請求項及其等同物之範圍和精神內的全部實施例係被請求作為本發明。
10:記憶體
20:處理器
28:電路
80:感測器介面
82:使用者介面
84、226:供電器
87:喚醒感測器
90:通訊介面
100:自行車
102:車架
104:手把
106:乘座
108:座柱
110:前輪
112:後輪
114:驅動輪系
116:前懸吊器
118:後懸吊器
120:曲柄總成
122:第一鏈輪
124:曲柄軸
126:曲柄臂
128:踏板
130:底托架
132:軸承
134:鏈輪組
136:第二鏈輪
138:鏈條
139:座管
140:後齒輪變換機構
142、234、238:開孔
144:外緣
146:側壁
148:旋轉軸線
210:裝置
212:殼體
214:第一殼體部
216:第二殼體部
218:密封物
220:感測器
224:印刷電路板
228:天線
230、230A、230B:控制單元
232:開關總成
233:按鈕
235:墊圈
236:指示器
240:蓋
242:光管
244:構件
246:套筒
248:第一扣持構件
250:第二扣持構件
254:遠端
256:第二感測器
300:分析方法
310-390:各步驟
A:前方
B:旋轉方向
g:重力向量
r1、r2、r3:徑向尺寸
θ:角位置
圖1為一自行車之一側視圖，其可被用來配設一踏板檢測感測器；
圖2示出一驅動輪系的曲柄總成，譬如用於圖1的自行車之驅動輪系者；
圖3為圖2的曲柄總成之一頂視圖；
圖4為該驅動輪系的一部份之一截面圖，譬如用於圖1的自行車之驅動輪系者，包含一裝置耦接於該驅動輪系以供踏板檢測；
圖5為圖4中所示之可供踏板檢測的裝置之一分解圖；
圖6為圖4中所示之可供踏板檢測的裝置之一立體截面圖；
圖7為圖4中所示之可供踏板檢測的裝置以圖4的截面之相反方向所採的截面圖；
圖8為圖2的鏈輪及一曲柄臂之一側視圖，示於一第一曲柄位置；
圖9為圖8的鏈輪及一曲柄臂之一側視圖，示於一第二曲柄位置；
圖10為圖8的鏈輪及一曲柄臂之一側視圖，示於一第三曲柄位置；
圖11為一踏板檢測方法之流程圖；及
圖12為一控制單元之一實施例的方塊圖。
於此所揭實施例的其它態樣和優點等在參閱以下詳細說明時將可輕易得知，其中類似或相同的結構物具有類似或相同的標號。
124:曲柄軸
126:曲柄臂
130:底托架
132:軸承
142:開孔
144:外緣
146:側壁
148:旋轉軸線
210:裝置
214:第一殼體部
216:第二殼體部
220:感測器
226:供電器
228:天線
244:構件
246:套筒
248:第一扣持構件
250:第二扣持構件
254:遠端
r1,r2,r3:徑向尺寸

Claims (30)

  1. 一種用於自行車踩踏判定的裝置，包含：一殼體，其係組配成可附接至一驅動輪系之一曲柄軸於該曲柄軸之一旋轉軸處；一感測器，其係組配成可使該曲柄軸旋轉，該感測器組配成能檢測該曲柄軸的角速度；一處理器，其電耦接於該感測器；及一無線發送器，其電耦接於該處理器，該無線發送器經組配成可利用一天線來傳送一基於所檢測到的角速度之訊號，其中該殼體包含由一射頻(“RF”)透明材料形成的一部分，且該部分經組配成可沿著該旋轉軸自該曲柄軸中之一開口突出並覆蓋該天線。
  2. 如請求項1之裝置，其中該感測器係組配成能檢測一重力向量相對於一與該曲柄軸一起旋轉之基準框架的該角速度或一位置。
  3. 如請求項1之裝置，其中該感測器係被設置成能使所檢測到的角速度和位置之失真最小化，該失真係由在一正交於該曲柄軸之旋轉的方向上加速所造成之力所致。
  4. 如請求項3之裝置，其中該感測器係組配成會被設置靠近於該曲柄軸之該旋轉軸線。
  5. 如請求項1之裝置，其中該感測器係組配成能檢測一磁場向量相對於一與該曲柄軸一起旋轉之基準 框架的該角速度。
  6. 如請求項1之裝置，其中該感測器係為一種選自一加速計、一磁強計、或一陀螺儀的感測器中之一者。
  7. 如請求項1之裝置，其中該無線發送器係組配成能與該自行車之一組件通訊。
  8. 如請求項7之裝置，其中該組件為一懸吊控制器。
  9. 如請求項1之裝置，其中該感測器係組配成能在少於該曲柄軸之單一廻轉內來測量角速度。
  10. 如請求項1之裝置，其中該感測器係一第一感測器且更包含：一第二感測器，其固定於一自行車，該第二感測器組配成能檢測該自行車的角位置；及一控制器，其組配成能接收並比較來自該感測器和該第二感測器所檢測到的角位置，俾能過濾出由該感測器所檢測到之對應於該自行車的旋轉之角速度和位置的讀數。
  11. 如請求項10之裝置，其中該第一感測器係位在該驅動輪系上在該自行車之一第一位置處，且該第二感測器係位在該自行車上之一第二位置處，該第一位置和第二位置為不同的位置。
  12. 如請求項11之裝置，其中該第二位置係為一由該自行車的該驅動輪系移離的位置。
  13. 如請求項10之裝置，其中該感測器和第二 感測器係為相同類型的感測器。
  14. 如請求項1之裝置，其中該殼體包括一介面部份，該介面部份係設置成可被該自行車之一騎乘者搆及。
  15. 如請求項14之裝置，更包含一曲柄軸，其中該介面部份係設置在該曲柄軸的一端上。
  16. 如請求項1之裝置，更包含：一供電器；及一喚醒感測器，其中該處理器係更組配成能使該曲柄軸回應於來自該喚醒感測器之一訊號，而由該供電器提供電力至該感測器。
  17. 如請求項1之裝置，其中該殼體係更組配成可插入並固定於該曲柄軸內。
  18. 如請求項1之裝置，更包含：一使用者介面，其包括該裝置的至少一狀態指示器。
  19. 如請求項18之裝置，其中該狀態指示器包含一發光二極體(“LED”)。
  20. 如請求項18之裝置，其中該使用者介面更包含一人力操作的按鈕。
  21. 如請求項19之裝置，其中該發光二極體可透過該殼體經組配成自該曲柄軸中之該開口突出之該部分而看見。
  22. 如請求項1之裝置，其中該殼體經組配成自該曲柄軸中之該開口突出之該部分覆蓋該曲柄軸中之該 開口。
  23. 如請求項1之裝置，其中該感測器係設置在該殼體內。
  24. 一種用以附接至自行車驅動輪系之曲柄軸之殼體，該殼體包含：一第一殼體部，其由一射頻(“RF”)透明材料所形成並經組配成可沿著旋轉軸自該曲柄軸中的一開口突出；其中該第一殼體部經組配成容納：一感測器，其經組配成繞該曲柄軸旋轉，該感測器經組配成檢測該曲柄軸之角速度；一處理器，其與該感測器電氣耦接；以及一無線發送器，其與該處理器電氣耦接，該無線發送器經組配成可利用一天線來傳送一基於所檢測到的角速度之訊號。
  25. 如請求項24之殼體，其中一第二殼體部被組配成至少部分地配置在該曲柄軸內。
  26. 如請求項25之殼體，其中該第二殼體部進一步包含一扣持構件，其經組配成抵靠該開口之一側壁固持該第二殼體部。
  27. 如請求項25之殼體，其中該第二殼體部經組配成容納一構件，該構件經組配成扣持一供電器。
  28. 如請求項25之殼體，其中該第一殼體部之一徑向尺寸大於該開口之一徑向尺寸。
  29. 如請求項28之殼體，其中該第二殼體部之 一徑向尺寸小於該開口之該徑向尺寸。
  30. 如請求項24之殼體，其中該第一殼體部經組配成密封以保護經容納的組件。
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