无线发送器被配置成在三个操作模式的一个中以属于三个不同频率范围的发送速率发送。这允许选择性地以相对高的发送速率、中等发送速率和相对低的发送速率操作。
[0030]在一个附属方面中，第一范围包括低于1Hz的频率。在一个优选的实施方案中，频率的速率是4Hz。
[0031]在一个附属方面中，第二范围包括1Hz到150Hz的频率。
[0032]在一个附属方面中，第三范围包括150Hz以及更大的频率。
【附图说明】
[0033]图1示出曲柄的示意性侧视图。
[0034]图2示出根据本发明的系统的主要部件被纳入到曲柄和框架中的框图。
[0035]图3以框图形式示出曲柄臂的系统。
【具体实施方式】
[0036]图1示出自行车曲柄或自行车曲柄臂I，其包括用于附接到自行车的第一部分2和与所述第一部分隔开、用于附接到踏板的第二部分3。术语踏板将被广义地解释，可以例如包括用于与操作者的身体接合的手柄。在与第一部分2隔开的一部分处，传感器隔室4被设置在曲柄的壳体中。图2中示出的多种曲柄部件可被容纳在隔室4中。尤其，该曲柄隔室在一个优选的实施方案中将含有一个或多个应变仪，用于确定施加到该曲柄的力。在一个优选的实施方案中，一个应变仪被设置和定向在曲柄的纵向方向上(例如，如图1中示出的Fx轴线)以确定由处于拉伸或处于压缩的曲柄造成的纵向力。在另一个优选的实施方案中，设置另一个应变仪，以确定曲柄在受到Fz轴线上的负弯曲或正弯曲时在大体上垂直于纵向轴线(例如，Fz轴线)的方向上的力。在另一个优选的实施方案中，另一个应变仪被设置定向在Fy方向上，以确定由Fy轴线上的正弯曲或负弯曲造成的力。采用应变仪或其它类似的传感器得出大体上整个每次转动期间的力特性。在另一个实施方案中，可以采用单个双轴力测量传感器，该双轴力测量传感器测量向下的力分量和力矩分量，该力矩分量垂直于该向下的力分量。
[0037]在另一个实施方案中，可以采用三轴力测量传感器，该三轴力测量传感器测量向下的力分量(Fx轴线)、力矩分量(Fz轴线)和横向力分量(Fy轴线)，该力矩分量垂直于该向下的力分量，所有的分量彼此垂直。
[0038]除了应变仪或力测量传感器之外，还设置1-轴角速率传感器。此角速率传感器可被称作陀螺仪(还被称作陀螺)。它可以是例如Z轴陀螺。将设置一个处理器来接收例如电压形式的信号。该处理器可被配置成对代表1-轴陀螺感测的角速率的值进行积分以确定角位置。此配置允许在每个转动周期的大体上整个期间确定角位置，而不仅如常规步调传感器那样在每个旋转的单个点处确定角位置。因此，这允许在整个一个旋转期间确定力特性并且力特性与一个旋转期间的任何角度相关联。因此，它允许周期性分析而不是现有技术中步调传感器所呈现的累加分析。
[0039]为了在一致基础上确定一个周期的开始，设有一个开关，诸如簧片开关(reedswitch)。由于该簧片开关靠得很近地经过框架上的磁体，因此该簧片开关使得积分过程重置，从而使从周期到周期的累加的积分误差的风险最小化。为了驱动多种电子部件，设置了一个适当的电源。然后通过无线发送器将已处理的数据发送到适当定位的接收器，该接收器可以是显示器的一部分。设置一个接收器以允许处理器考虑从其他单轴角速率传感器获得的数据。该接收器还可以被用来改变处理器或可能需要远程配置的其它电子部件的设置。
[0040]为了考虑两轮自行车的转动(尤其是转动的俯仰(pitch)模式)，在框架上设置第二单轴角速率传感器。此另一个单轴角速率传感器与发送器和电源一起设置，以允许从该传感器获得的数据被发送到处理器，从而使该处理器使得俯仰在主1-轴角速率传感器的计算中的效果无效。
[0041]为了维持积分的准确性，如果曲柄中设置簧片开关，则可设置一个磁体作为框架的一部分以与该簧片开关相互作用。
[0042]虽然设置簧片开关以用于在旋转附近的固定转位位置处重置是一个选项，但另一些实施方案可以包括光学开关、倾斜开关(tilt switch)以及霍尔效应传感器。光学开关的提供将免去在两轮自行车框架上设置磁体的要求，因此被认为是特别有利的。
[0043]在一个两轮自行车的实施方案中，两个曲柄臂被设置成间隔通常180度。该角位置测量系统因此仅需要被包含在所述臂中的一个臂内，因为如果确定了所述臂中的一个臂的角度，则可以轻易地确定另一个臂的角度。然而应变仪或感测代表力的值的其它传感器可以被设置在两轮自行车的两个曲柄臂内。
[0044]陀螺在曲柄中的位置通常会在与曲柄的两轮自行车的接合部分间隔开的位置处，其中该陀螺的有效转动轴线平行于该曲柄的转动轴线。
[0045]该陀螺可被配置成输出与角速度(例如，单位是度/秒)成比例的模拟电压，优选地采样陀螺输出电压并且关于时间对该陀螺输出电压进行积分。
[0046]优选地，通过设置在曲柄内的微控制器或处理器执行该积分。角速度对时间的积分得出角度。通过曲柄内的微控制器，可以每次旋转重置该积分一次。
[0047]优选地，对每次旋转在固定的转位位置处执行重置。为此，将簧片开关装配到该曲柄，在一个优选的实施方案中，同时将磁体装配到脚踏车(bike)框架。当簧片开关扫掠经过该磁体时，通过微控制器检测该簧片开关的动作以重置该积分过程。
[0048]可以采用其它类型的陀螺，诸如双轴陀螺或三轴陀螺，其中如上所述使用一个轴。在一个优选的实施方案中，陀螺具有达2000度/秒的测量范围。此操作范围将允许陀螺舒适地处理预测的五转/秒的最大速度。
[0049]可以通过对来自角速率陀螺的输出进行积分来计算曲柄位置。可以通过簧片开关转位位置输入(如用于平均步调计算)重置积分器，然后积分器可以累加来自角速率陀螺的输出采样以提供位置。优选地，在每次曲柄旋转时重置累加器，以防止累加多次旋转上的误差。
[0050]在此实施方案中，通过在一个旋转上对陀螺输出信号求和来获得曲柄位置:
[0051 ] Σ (ADC_计数陀螺_ β匕螺零偏移)*曲柄位置因子
[0052]陀螺零偏移=(1.35*4096) /3.0 = 1843 (针对步调计算)
[0053]为了从陀螺输出提供准确的测量，将有必要单独校准零偏移(zero offset)和灵敏度值。(对于个体设备，如果零偏移和/或灵敏度是一致的则可以不需要校准一一如果是这种情况则可以在硬件建立时设置零偏移和灵敏度的校准值并且保持不变)。
[0054]考虑曲柄以60rpm转动:
[0055]步调=60rpm
[0056]= (360*60)/60°s_1
[0057]= 360°s_1
[0058]陀螺灵敏度0.5mV / 0S^1
[0059]V 陀螺=360°s-l
[0060]= 1.35+0.5*360
[0061]= 1530mV
[0062]ADC_ 计数陀螺=4096* (1.530/3.0)
[0063]= 2088.96
[0064]在60rpm(l 转 / 秒，360°s O 处:
[0065]Σ (ADC_计数陀螺_ β匕螺零偏移)
[0066]=迭代_速率*(ADC_计数陀螺_ β匕螺零偏移)
[0067]= 250* (2088.96-1843.2) = 250*245.76
[0068]= 61440
[0069]随着速度变化，陀螺输出和每转采样的数目会变化，结果在转动累加器结束是常量值。在默认条件下，这将是上文计算的值。
[0070]为了以度表达:
[0071]曲柄位置s=曲柄位置累加器_#/曲柄位置_子
[0072]现在:61440计数=360°
[0073]因此:曲柄位置因子=61440/360
[0074]= 170.67
[0075]为了保持准确性，同时使用整数运算这可以被表达为17067(即*100)。
[0076]应按下式执行位置计算:
[0077]曲柄位置度=曲柄位置累加器实际*1000/曲柄位置因子
[0078]参数曲柄位置累加器_和曲柄位置Η?应该保留在非易失(NV)存储器(EEPROM)中。通过基于配置/调试连接的ΑΝΤ，设置这些参数应是可能的。参数的默认值应是:
[0079]曲柄位置累加器.= 61440
[0080]曲柄位置因子=17067
[0081]可以使用32位整数运算执行该计算，提供0.1°的分辨率。
[0082]在本发明的另一个实施方案中，提供了一种可共同转动的(co-rotable)曲柄臂的系统，其配备有仪器或传感器来测量两轮自行车的骑手的左腿或右腿分别施加的力矩和力。右手曲柄臂和左手曲柄臂含有若干彼此一样的部件。在优选的实施方案中