技术领域
[0001] 本
发明涉及用于
自行车的骑车训练装置(CTD)。
背景技术
[0002]
虚拟现实或地形模拟骑车装置可用于以固定方式使用或在室内使用，并且通常在室外天气不好的时候使用。然而，当室外天气很好但地形不适合期望的训练类型时，这些装置中很多用于地形模拟或骑程复现。
[0003] 为了获得提高，运动员必须压迫自身达到最大耗
氧量的较高百分比，从而获得成绩提升。当处于人口密集的区域时，为提高生理机能而训练的骑车人可能会面临很多问题。
[0004] 随着技术和训练方法的改进，运动员开始达到这样的速度：以该速度进行训练，在人口密集区域不安全或不可行。为此，很多运动员在开始训练之前来往于远郊或山区范围。保持成绩提升的压
力产生的弊端包括增加行进至所需地形区域所花费的时间，或者更极端的情况是不安全的骑行练习。
[0005] 已注意到，最近发生了多起在自行车道上高速行驶的骑车人碰撞并致死行人的事故。其他已经发生的改变命运的意外事件的实例是在相对方向上高速行驶的骑车人互相碰撞，导致骑车人中的一人或两人都处于四肢瘫痪状态。为追求成绩而超速行驶为上述两种情况的一个因素。
[0006] 室外活动的不利地形和文化与追求运动卓越相冲突，这具有不太理想的
副作用。
[0007] 已经有之前的装置试图通过增加强迫作用在自行车上的
摩擦力来增加
滚动阻力或降低自行车速度。这造成很明显的工程限制和不理想的用户体验。已被改造用于室外应用的当前室内应用被发现是有
缺陷的，因为它们都需要摩擦轮。经验表明，当摩擦轮暴露于室外条件下出现的沙地、泥地或
水洼时，其易于失效。
[0008] 其他为了训练目的而试图减慢自行车运动的方法有其自身的较大缺陷。这些包括：不可测量的阻力等级、不能改变和接通或关闭阻力、以及可能会对运动员造成伤害的最终不理想的阻力曲线。
[0009] 之前一种为了训练目的而降低自行车速度的尝试包括已知被称为“慢轮”的装置。该装置存在很多设计缺陷和限制，最大缺陷和限制是通过机械摩擦实现阻力，仅具有几个等级的机械阻力。
[0010] 本发明试图至少部分地克服前述自行车阻力装置的上述缺点。
发明内容
[0011] 根据本发明的一方面，提供一种骑车训练装置，其包括
电子控制单元和可变阻力单元，可变阻力单元与自行车
车轮相接合或安装在自行车车轮上，使得自行车的有效滚动阻力根据训练程序而变化。
[0012] 优选地，电子控制单元包括中央逻辑处理器、显示器和按钮。
[0013] 甚至更优选地，显示器和按钮结合到
触摸屏中。
[0014] 优选地，电子控制单元还包括通信装置。
[0015] 优选地，通信装置还包括与可变阻力单元通信的无线装置。
[0016] 优选地，通信装置还包括与个人计算机通信的无线装置。
[0017] 优选地，为电子控制单元提供底座，使其能够设置在自行车把手上。
[0018] 优选地，电子控制单元为移动计算设备。
[0019] 甚至更优选地，移动计算装置为智能手机。
[0020] 优选地，骑车训练装置还包括被布置为捕捉来自用户的
生物数据的至少一个
传感器装置。
[0021] 甚至更优选地，传感器装置被布置为检测用户心率。
[0022] 甚至更优选地，传感器装置被布置为检测用户呼吸率。
[0023] 优选地，可变阻力单元包括传递能够影响车轮滚动阻力的电磁力(EMF)的装置。
[0024] 优选地，传递电磁力的装置包括交流发
电机。
[0025] 优选地，传递电磁力的装置为
涡流制动器。
[0026] 优选地，可变阻力单元还包括用于对交流
电流整流的装置。
[0027] 优选地，可变阻力单元还包括直流
滤波器。
[0028] 优选地，可变阻力单元还包括直流变换器。
[0029] 优选地，可变阻力单元还包括
脉宽调制(PWM)
控制器。
[0030] 优选地，可变阻力单元还包括电力负载。
[0031] 更优选地，电力负载包括热沉。
[0032] 甚至更优选地，电力负载包括用于存储
电能的装置。
[0033] 优选地，可变阻力单元被布置在自行车后轮上。
[0034] 优选地，可变阻力单元还包括被布置为测量可变阻力单元的物理特性和电学特性的传感器装置。
[0035] 更优选地，传感器装置被布置为测量
电阻、电阻抗、
电压输出、电流输出中的至少一个。
[0036] 甚至更优选地，传感器装置被布置为测量
温度、旋转速度和旋转力矩中的至少一个。
[0037] 优选地，可变阻力单元被布置为在其部分正常操作期间发电。
[0038] 优选地，可变阻力单元布置为在其部分正常操作期间作为
电动机使用。
[0039] 优选地，传感器装置连续计算负载的电阻，然后将负载的电阻传送至电子控制单元，以确保可变阻力单元的正确操作。
附图说明
[0040] 下面将参照附图以示例的方式对本发明进行说明，其中：
[0041] 图1是根据本发明一个方面的电子控制单元和相关联的显示器的俯视图。
[0042] 图2是根据本发明另一方面的可变阻力单元的电气元件的方
块图。
[0043] 图3是根据本发明优选
实施例的骑车训练装置的方块图。
具体实施方式
[0044] 参照附图，其示出用于自行车的骑车训练装置(CTD)10。CTD10包括电子控制单元14和可变阻力单元16。
[0045] 电子控制单元14优选被布置为安装在自行车上，其易于被看到并易于与骑车人互动。根据本发明的一个优选实施例，电子控制单元14提供有底座，使其安装在自行车的车把上。
[0046] 电子控制单元14优选包括显示器18、用于用户输入的多个按钮19和用于控制CTD操作的电子控制器。
[0047] 电子控制单元14优选还包括电子通信装置，优选该通信装置可以进行无线的和/或有线形式的通信。优选无线形式的通信可包括但不限于Ant+、蓝牙、或802.11X网络。优选有线形式的通信可包括USB、
串联或并联连接。
[0048] 根据本发明的另一优选实施例，电子控制单元可以为诸如智能手机等移动计算设备。通过在移动计算设备上运行的应用程序(app)或其他
软件可实现控制或
访问控制。
[0049] 根据本发明另一优选实施例，显示器18和按钮19可以结合到触摸屏设备。
[0050] 通信装置可被布置为与多个
生物传感器装置38通信。生物传感器装置38被布置为提供来自骑车人的生物信息。传送至电子控制单元14的生物信息类型包括但不限于心率、血压、呼吸率和体内水含量等。
[0051] 图2示出根据本发明优选实施例的可变阻力单元16的方块图。可变阻力单元16包括传递电磁力(EMF)的装置，在该示例中，包括
交流发电机25、三相
整流器26、直流滤波器28、直流/直流变换器30、脉宽调制控制器32和负载34。可变阻力单元16经由通信装置连接至电子控制单元14，可变控制单元16的操作受到电子控制单元14的影响。
[0052] 优选地，可变阻力单元16还包括多个传感器装置36。传感器装置36被布置为能够确定可变阻力单元16的物理特性和电学特性。传感器装置36优选被布置为感测可变阻力单元的电阻、电阻抗、温度、电压输出、电流输出、旋转速度和旋转力矩中的至少一个。
[0053] 传感器装置36可进一步包括至少一个应变仪，应变仪被布置为由用户测量所产生的瞬时
扭矩或力矩。可变阻力单元16的瞬时扭矩和旋转速度可用于确定用户的瞬时输出功率。
[0054] 可变阻力单元16优选在其部分正常操作期间能够用作发电机，并且在其其他部分操作期间能够用作电动机。
[0055] 可变阻力单元16优选被布置在自行车
轮毂内。然而，任意已知的电
驱动轮的设置都是适当的。可变阻力单元16可布置在自行车前轮或后轮上。
[0056] 应该理解，交流发电机可由用于传递能够影响车轮滚动阻力的电磁力的任意可控装置代替，该可控装置与车轮接合。该装置包括但不限于磁制动、直流电机、涡流制动器、单极发电机、节流设备、或开槽电机或无槽电机。
[0057] 根据本发明的又一优选实施例，可变阻力单元16包括涡流制动器。涡流制动器与安装至车轮的盘状物协调操作。通电时涡流制动器作用为通过制动器禁止盘状物运动，其中有效地控制安装有盘的车轮的滚动阻力。
[0058] 在使用中，将CTD安装至自行车，优选地可变阻力装置16被布置在前轮毂上。电子控制单元14被布置为使得用户能够看到显示器18并可使用通常在自行车把手上的多个按钮19。
[0059] 然后，用户可使用按钮19选择CTD10的操作模式，以从显示器18上示出的各种菜单选项中选择。用户首先选择与各分别的CTD用户相关联的用户配置。然后用户将从设备上目前可用的训练程序进行选择。根据所选训练程序，电子控制单元14与可变驱动单元16通信，以控制其操作，改变自行车的有效滚动阻力。
[0060] 根据本发明的优选实施例，根据用于间隔训练程序的用户配置而改变可变阻力单元16的有效滚动阻力。可根据间隔时间、间隔梯度、恢复时间、恢复梯度、重复次数而改变训练程序。
[0061] 优选地，将响应于由生物传感器装置38检测的生物参数而改变训练程序。例如，如果用户的心率或呼吸率被检测为在可接受范围之外，将改变有效滚动阻力以确保用户在目标区域内锻炼。
[0062] 优选地，将根据训练程序被完成的次数而改变它。
[0063] 根据本发明的另一优选实施例，根据用于地形轮廓训练程序的用户配置而改变可变阻力单元16的有效滚动阻力。改变有效滚动阻力使得用户经历与其沿着配置中代表的地形骑车时将实际经历的相同
踏板负载。
[0064] 随着骑车人完成对地形轮廓的选择，其沿地形轮廓的相对
位置显示在显示器单元18上。
[0065] 优选地，地形轮廓可与真实世界位置的地形轮廓一致，使得用户可通过模拟地形轮廓骑行例如环法自行车赛的第一阶段。
[0066] 根据本发明又一优选实施例，可变阻力单元16的有效滚动阻力根据用于计算机所生成的训练程序的用户配置而改变。在为他们生成计算机生成程序之前，骑车人能够输入其成绩目标和当前能力。
[0067] 根据本发明的另一优选实施例，可变阻力单元16的有效滚动阻力根据用于用户心率的用户配置而改变。生物传感器装置38提供关于用户当前心率和呼吸率的生物数据。控制装置14改变可变阻力单元16的有效滚动阻力，以确保用户心率和呼吸率在目标范围内。
[0068] 根据本发明的又一优选实施例，可变阻力单元16的有效滚动阻力根据用于阻力曲线的用户配置而改变。阻力曲线可由用户编程，并可依据瓦数、速度、方法图、线性图参数、对数图参数、指数图参数、多项式图参数中的至少一项。
[0069] 根据本发明的另一优选实施例，可变阻力单元16的有效滚动阻力根据用户配置和旋转扫描分析而变化。传感器装置36用于确定在整个自行车踏板转动中产生的瞬时功率。骑车人中普遍存在的问题是蹬车优势，其中一只腿变得比另一只腿更加有力，这导致骑行中的
不平衡。
[0070] 通过在蹬车期间改变有效滚动阻力，可改变蹬车优势以确保用户在其骑行中提供均匀的力量。有利地，这样可以降低对骑车人的伤害。
[0071] 然后，用户将接合CTD并开始其训练课程。用户经控制单元14上的多个按钮19触发CTD的操作。一旦CTD被启动，电子控制单元14将控制可变阻力单元16的操作。
[0072] 可变阻力单元16通过使交流发电机发电而操作。交流发电机通过在其内部部件中的运动而产生交流电流(AC)。交流发电机的AC输出流经三相整流器26，其将交流电转换为直流电流(DC)。然后所产生的直流电由直流滤波器28过滤。直流电中的一些被传递至直流/直流变换器30，并最终传递至电控电子控制单元14。剩余的直流电被传递至PWM控制
电路32并最终至负载34。
[0073] 对于本领域技术人员明显的是，由交流发电机
抽取的功率值根据负载34电特性的变化而改变。
[0074] 根据本发明的一个优选实施例，负载34包括热沉，当产生过多电荷时，所产生的额外电流“沉入”热沉中。
[0075] 由交流发电机抽取的功率会使CTD用户经历增大的阻力，该增大的阻力超过在自行车正常操作期间所经历的阻力并在其之上。在使用CTD的自行车操作期间，用户所遇到的有效滚动阻力将与根据地形轮廓或用户训练计划的输出配置相匹配。
[0076] 根据本发明的优选实施例，负载34的有效阻力由负载34内的传感器装置36连续计算。负载34的有效阻力具有温度依赖性，因此必须连续被确定，以确保能够正确计算有效滚动阻力和有效功率。
[0077] 根据本发明的优选实施例，负载34还包括用于存储电能的装置。根据需要，用于存储电能的装置可构造作为可变阻力单元16的电源。
[0078] 本领域技术人员能够理解，将会出现如下情形，其中，在自行车正常操作期间，用户经历的实际滚动阻力大于在地形轮廓或训练计划中该地点所需要的有效滚动阻力。
[0079] 在这些实例中，从负载34抽取功率，以向作为电动机的可变阻力单元供电。电动机有效地起作用以降低CTD10的用户所经历的有效阻力。
[0080] 以该方式，CTD10用户所经历的有效滚动阻力根据上传至控制单元的地形轮廓或训练计划而变化，CTD10能够改变有效阻力，而与用户按实际行驶地形而实际遇到的有效阻力无关。
[0081] 根据本发明的优选实施例，如果它们满足根据装载进电子控制单元的地形轮廓或训练计划所需的输出，电子控制单元14将向用户显示。如果他们的现有输出匹配所要求的输出从而满足他们的训练计划，则电子控制单元14(更具体的是显示器18)向用户显示。
[0082] 显示单元18也可以显示关于用户成绩的其他指标。根据本发明的其他优选实施例，电子控制单元14可包括其他传感器38，其允许显示来自用户的生物反馈，诸如用户心率、呼吸率或在当前训练课程中已经消耗的卡路里量。
[0083] 根据本发明的一个实施例，关于前述训练课程的信息也可以传递至个人电脑，以允许对用户之前成绩的分析。一旦所需信息传递至CTD10，用户可终止通信装置与个人电脑之间的连接。
[0084] 根据本发明的优选实施例，CTD10可经由通信装置连接至个人电脑。附加的训练程序可下载至CTD10。此外，可基于用户之前成绩使用个人电脑生成训练程序。
[0085] 对本领域技术人员来说明显地变化和
变形被认为落在本发明的范围内。
