(57)【要約】自転車といった車両の瞬間的な静圧及び動圧、スピード、及び加速度を測定するための一連のセンサを具える装置が開示されている。マイクロプロセッサが、データをセンサから受信して、車両及びライダーに作用する全ての力のトータルを求め、車両の対地速度を乗算することによって、ライダー又は他の電源によって消費される出力を計算する。ある実施例では、較正法、ユーザによるデータ入力、又はあるファクタの温度補償によって精度を改善する。風速、走行距離、高度、又は路面の勾配といった他のデータをユーザに提供してもよい。ある実施例では、後の解析のためにデータを記憶する。【選択図】図１
2009509830.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
車両にかかる力を検出するための装置であって、
前記車両が少なくとも２のホイールを有しており、
前記装置が、マイクロコントローラと、
アナログ入力ポートを有するアナログデジタル変換器であって、アナログ入力ポート信号のデジタルバージョンを前記マイクロコントローラに与えるアナログデジタル変換器と、
選択可能な複数のアナログ入力及び出力ポートを具えたＭＵＸ（マルチプレクサ）であって、前記ＭＵＸの前記出力ポートが前記アナログデジタル変換器の前記アナログ入力ポートに接続されているＭＵＸと、
複数のアナログセンサであって、各アナログセンサの出力信号が前記ＭＵＸのアナログ入力に独立して接続されており、差圧に応答する差圧モジュールと、前記車両の走行方向の加速に応答する加速モジュールとを有する複数のアナログセンサと、
前記車両の対地速度を検出するための手段と、
前記差圧モジュールに動圧を与えるための手段と、
処理ユニットに接続された表示システムと、
を具えることを特徴とする装置。
【請求項２】
さらに、データを保存するための記憶システムを具えており、
前記記憶システムが前記処理ユニットに接続されていることを特徴とする請求項１に記載の装置。
【請求項３】
前記記憶システムが、電子記憶装置を具えることを特徴とする請求項２に記載の装置。
【請求項４】
前記表示システムが、液晶ディスプレイ装置を具えることを特徴とする請求項１に記載の装置。
【請求項５】
加速度センサがＭＥＭＳであることを特徴とする請求項１に記載の装置。
【請求項６】
加速度センサがチューブ内のボール型であることを特徴とする請求項１に記載の装置。
【請求項７】
さらに、絶対圧力モジュールを具えることを特徴とする請求項１に記載の装置。
【請求項８】
車両に作用するトータルの力を演算するための方法であって、
前記方法が、前記車両にかかる空力を演算するステップと、
前記車両にかかる重力を演算するステップと、
前記車両の走行による前方への加速力を演算するステップと、
前記演算した力の総和と予め設定した一定の摩擦力との和を演算するステップと、
を具えることを特徴とする方法。
【請求項９】
前記車両にかかる空力を演算するステップが、前記車両にかかる動圧と予め設定した空力係数とを乗算するステップを具えることを特徴とする請求項８に記載の方法。
【請求項１０】
前記予め設定した空力係数が、コーストダウン（ｃｏａｓｔ  ｄｏｗｎ）較正手順によって求められることを特徴とする請求項９に記載の方法。
【請求項１１】
前記コーストダウン較正手順が、
（ａ．）所定の最小スピードまで前記車両を加速させるステップと、
（ｂ．）前記車両に加えた全ての動力を除去するステップと、
（ｃ．）動圧を含むセンサ測定値を記録するステップと、
（ｄ．）前記車両のスピードと所定の最小スピードとを比較するステップと、
（ｅ．）前記車両のスピードが前記所定の最小スピードよりも小さくなるまでまでステップ（ｃ．）を繰り返すステップと、
（ｆ．）前記記録されたセンサ測定値をカーブフィッティングすることによって前記空力係数を演算するステップと、
を具えることを特徴とする請求項１０に記載の方法。
【請求項１２】
前記予め設定した一定の摩擦力が、コーストダウン較正手順によって求められることを特徴とする請求項８に記載の方法。
【請求項１３】
前記コーストダウン較正手順が、
（ａ．）所定の最小スピードまで前記車両を加速させるステップと、
（ｂ．）前記車両に加えた全ての動力を除去するステップと、
（ｃ．）動圧を含むセンサ測定値を記録するステップと、
（ｄ．）前記車両のスピードと所定の最小スピードとを比較するステップと、
（ｅ．）前記車両のスピードが前記所定の最小スピードよりも小さくなるまでまでステップ（ｃ．）を繰り返すステップと、
（ｆ．）前記記録されたセンサ測定値をカーブフィッティングすることによって前記一定の摩擦力ファクタを演算するステップと、具えることを特徴とする請求項１２に記載の方法。
【請求項１４】
車両に作用するトータルの力に対抗するのに要する動力を演算するための方法であって、前記方法が、
前記車両にかかる空力を演算するステップと、
前記車両にかかる重力を演算するステップと、
前記車両の走行による前方への加速力を演算するステップと、
前記演算した力の総和と予め設定した一定の摩擦力との和を演算するステップと、
前記演算した力の総和と前記車両の対地速度とを乗算するステップと、
を具えることを特徴とする方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
関連出願の相互参照
本出願は、連邦規則１．５３（ｂ）  ３７の下でＧｌｅｎ  Ｂ．Ｃｕｎｎｉｎｇｈａｍによって２００５年９月２３日に出願され、「ＡＰＰＡＲＡＴＵＳ  ＦＯＲ  ＭＥＡＳＵＲＩＮＧ  ＴＯＴＡＬ  ＦＯＲＣＥ  ＩＮ  ＯＰＰＯＳＩＴＩＯＮ  ＴＯ  Ａ  ＭＯＶＩＮＧ  ＶＥＨＩＣＬＥ  ＡＮＤ  ＭＥＴＨＯＤ  ＯＦ  ＵＳＩＮＧ」と題される、米国特許出願番号第１１／２３４，３３０号の一部継続出願であり、法律が許す範囲でその利益を主張する。
【背景技術】
【０００２】
自転車といった人力の車両は、多くの場合、パフォーマンスの表示器を有しており、それは、簡単な速度計から、距離、平均及び瞬間スピード等のデータを報知する高性能のコンピュータまである。大部分は、ホイールのスピード及び回転数から得られる簡単なデータの操作に依存する。ＧＰＳ製品が、おおよその高度、位置、ナビゲーション、さらには経路の概念を加えている。心拍数モニタといった製品が、車両に動力を与える人間のパフォーマンス又は状態を報知する。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
また、発生する動力及び消費される総エネルギといったパフォーマンス表示を測定するのが望ましい。スポーツ選手のトレーニングは、増々高度なものになり続けており、あるトレーニングは管理状態の下で屋内で行われ、そこでは一般に大きかったり又は固定された器具を使用する。しかしながら、多くのスポーツ選手及びトレーナは、実際の条件の下でリアルタイムでパフォーマンスをモニタしたい。ある製品は、車両を前進させるためにライダーが加える力の直接的又は間接的な測定によって、ペダルのトルク、動力及び消費エネルギを測定する。例として、クランク機構又はホイールのハブに取り付けられ、加えられた力及びスピードを測定するための機械式歪みゲージがあり、このようにして得られる表示は動力及びエネルギに対応する。
【０００４】
従来技術の解決法は、高価なセンサを自転車のクランク又はリヤハブに取り付けるものである。このようなシステムは多くの場合、ユーザが特注のクランク又はハブを使用することを要し、別の自転車に取り付けたり移したりするのが難しく、多くの場合、熟練技術者による取り付けを要する。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明の開示は、ライダーによって発生する動力及び消費するエネルギの量を判定する新たな方法を記載する。ライダーが車両に加える力を測定するのではなく、本発明は、ライダーが打ち勝つべき車両に対抗する力を判定する。ニュートンの第３法則によれば、これらの力の総和は、等しくてライダーが加える力の向きとは反対である。これらの対抗する力は、重力、空力抵抗、慣性力及び摩擦力を有する。
【０００６】
車両の走行に対抗する様々な力を判定するために、本発明は一連のセンサデータを与える。加速度計は、速度変化（車両の加速）及び重力（丘陵）に関連するデータを与える。対地速度の変化とともに使用した場合、車両の経路における坂道を判定及び表示可能である。差圧センサが、車両の前面に加えられる空力的圧力に関する情報を与え、これを使用してトータルの反対方向の空気力学的な力を演算する。ある実施例では、気圧センサを使用して、瞬間高度及び高度の変化を測定する。ある実施例では、気圧及び気温データを使用して空気密度を推定し、風圧測定から推定した相対風速を導く。
【０００７】
ある実施例では、加速度計及び風圧から情報から力を得るための演算を、ユーザの入力又は較正処理によって改良する。例えば、加速度データとを既知又は仮定した車両及びライダーのトータルの重量と組み合わせて、加速（車両の加速及び又は登坂又は降下）による力を判定する。空力抵抗及びエリアの項と組み合わせた空力的圧力の測定値から空気力学的な力を演算するが、ある実施例では、コーストダウン（ｃｏａｓｔ−ｄｏｗｎ）処理による測定値によって改良される。
【０００８】
本発明の本開示で説明したセンサをマイクロコンピュータに使用して、あるパフォーマンス及び状態情報を演算する。結果をユーザに提供、及び／又は後の分析のために記録してもよい。ユニットは、小さくて、軽量、且つ安価である。また、１つの車両から別の車両に便利に移して、ユーザがクランク及びハブといった在庫部品を使用し続けることができるように、それは内蔵型である。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
表１に、詳細な説明に使用する略語及び略称を示す。
表１
ＡＤＣ      アナログ・デジタル・コンバータ
ＡＶＣＣ    アナログ部品に供給される正のＤＣ電圧
ＧＰＳ      全地球測位システム。受信した衛星信号に基づいて位置及び他のデータを提            供する技術
ＬＣＤ      液晶ディスプレイ
ＭＣＵ      マイクロコントローラ又はマイクロプロセッサ
ＭＥＭＳ    微小電気機械システム集積回路
ＭＵＸ      マルチプレクサ
ＶＣＣ      デジタル部品に供給される正のＤＣ電圧
Ｐｉｔｃｈ  水平面に対する車両の走行方向における下面の角度
Ｐｔ        全圧
Ｐｓ        静圧
Ｑ          動圧；（Ｐｔ−Ｐｓ）
Ｒ          気体定数：０．２８６ＫＪ／ｋｇ／Ｋ
Ｒｏｌｌ    車両の走行方向に直交する垂直軸の角度
Ｇ又はｇ    加速度記号で、１Ｇは赤道における地球の引力として定義される
ρ          空気の密度；＝Ｐｓ／（ＲＴ）
Ｔ          絶対温度（Ｋ）
Ｖ又はｖ    車両の速度
【００１０】
本発明は、一例として自転車での実施として記載される。人間又は別の動力源によって動くかどうかに拘わらず、航空機、ボート、又は他の車両に適用できる。本開示にわたって使用される「車両」という用語は、車両を使用する人間を含んでもよい。例えば、自転車「車両」の抗力係数は、ライダーの影響を有するものであろう。
【００１１】
本発明は、ホイールの回転数、クランクアームの回転数、加速度、気温、絶対気圧及び周囲の差圧を測定するためのセンサと、システムの作動を制御して検出データを収集且つ処理するためのＭＣＵと、ユーザに情報を表示するためのＬＣＤと、ユーザ制御の入力に対応するスイッチと、回路及びセンサの作動のためのＤＣ電源を供給するバッテリとを具える。
【００１２】
本開示は、本発明に係る一実施例を説明しており、説明したモジュール全てを採用する。本発明は限定と解すべきではなく、したがって本発明はコスト又は他の理由により、ユーザが特徴、正確性、又はこの双方を減じたサブセットの実施例をも包含する。例えば、ある実施例は、クランクの回転センサを有していないため、そのような方法でリズム情報を提供しない。他の実施例は、当業者にとって明らかである。このような実施例全ては、本発明の実施である。
【００１３】
本発明に係る一実施例を具える機能ブロック間の接続を、図１に示す。ある実施例では、ＭＣＵ２００は、集積多重化１２ビットのＡＤＣ及びＬＣＤドライバ／コントローラを具えた低出力のマイクロコントローラである。ＭＣＵの入力ポートは、スイッチや、タイミング信号を与える閉接点出力を具えるセンサ、気圧及び加速度に関するアナログ出力を具えるセンサからの入力に対応する。ある入力ポートに関するタイマ機能を使用して、スイッチ及び閉接点入力をデバウンスさせて、回転速度を演算する。ＭＣＵは、センサ及び／又はＬＣＤを選択的に有効又は無効にして、電力消費量を減らしてバッテリの寿命を延ばす。また、ある実施例では、ＭＣＵが、内部の温度センサ及び電源電圧センサを有する。ある実施例では、温度の測定値を使用して温度変化に対してドリフトする可能性のあるセンサ測定値を較正して、空気密度を推定する。
【００１４】
産業界には、本発明を実施するのに適した多くのＭＣＵがある。代替例が、多かれ少なかれオンチップ機能を有してよい。本書に記載のＭＣＵ２００は、説明を目的とするものである。当業者は、ＭＣＵに属するいくつかの機能及び態様を、外部ＡＤＣといったオン又はオフチップを分割する異なるシステムに実施してもよいことを理解するであろう。本書に記載の実施例は、ある補足的な態様及び機能の代表例である。本発明は、多かれ少なかれエンドユーザを巻き込んだ代替的な実施例を有する。
【００１５】
図２は、ＭＣＵ２００への接続を示す詳細図である。ラインＳ０からＳ３９は、ＬＣＤ５００のセグメント入力ラインへのＬＣＤセグメント出力駆動信号を与える。ラインＣＯＭ０からＣＯＭ３は、ＬＣＤ５００のコモン（バックプレーン）入力ラインに接続されている。ラインＢＩＡＳ０からＢＩＡＳ３は、セグメント及びコモン信号を生成するのに必要な様々な電圧をＬＣＤに与える。他のディスプレイが、多かれ少なかれセグメント及びコモン信号を有してよい。また、ＬＥＤといった他のディスプレイ技術をＬＣＤの代わりに使用してもよい。ある実施例では、ある語句及び記号がケースに印刷され、１またはそれ以上のＬＥＤｓ又はＬＣＤセグメントを使用してある語句又は記号を表示する。ある実施例では、水晶Ｙ１が３２，７６８Ｈｚの時間基準を作り出し、全てのＭＣＵのシステムクロック及びタイミング機能がそこで生成される。
【００１６】
ユーザスイッチＳＷ１からＳＷ６  ２０２は、ユーザによるコマンド入力及びシステムリセットを与える。スイッチＳＷ１、ダイオードＤ１、抵抗器Ｒ１１及びコンデンサＣ６が、リセットネットワークを与える。端子ＶＣＣへのバッテリ電圧の印加又はスイッチＳＷ１の閉止によりラインＲＳＴ＊がアクティブになって、ＭＣＵを強制的にリセット及び再起動させる。抵抗器Ｒ１１及びコンデンサＣ６の値は、選択したＭＣＵの仕様に従って所望の継続期間リセットパルス幅を実行するよう選択される。ユーザインターフェイスとしての典型的なキーパッド入力構成が、ポート２に接続される。ＭＣＵは、ポート２のターミナルロジック状態を周期的に読み込んで、押し下げられたスイッチに関するシステム機能を実行する。可能な場合、ＭＣＵの入力安全回路が、スイッチの状態の変化を検出してプロセッサに警告する。
【００１７】
いくつかの実施例では、必要なときにだけシステムの様々な部分に選択的に電力供給することによって、電力消費を最小限にする。図示する実施例では、様々な圧力モジュール７００が、信号ｎＤＩＦＦＰＷＲに応じて電力供給され、絶対圧力モジュール６００が信号ｎＡＢＳＰＷＲに応じて電力供給され、加速度計モジュール３００が信号ｎＡＣＣＥＬＰＷＲに応じて電力供給される。
【００１８】
ＭＣＵは、信号ＤＩＦＦＥＮをアクティブにして、差圧力モジュール７００の差動アンプ７０２を有効にして信号ＤＩＦＦＥＮを出力し、低電力モードに差動アンプ７０２をセットする。ラインＤＩＦＦＰＨＩ及びＤＩＦＦＰＬＯが、ＭＣＵのＡＤＣ  ＭＵＸに接続されている。
【００１９】
絶対圧力モジュール６００は、空気密度及び高度の計算のための絶対圧力を測定する。ＭＣＵは、信号ＡＢＳＥＮをアクティブにして、絶対圧力モジュール６００差動アンプ６０２を有効にして信号ＡＢＳＥＮを出力し、低電力モードに差動アンプ６０２をセットする。ラインＡＢＳＰＨＩ及びＡＢＳＰＨＬＯが、ＭＣＵのＡＤＣ  ＭＵＸに接続されている。
【００２０】
ＭＣＵは、信号ＡＣＣＥＬＥＮをアクティブにして、加速度モジュールアンプＵ２Ａ  ３０２を有効にしてＡＣＣＥＬＥＮを出力し、低電力モードにアンプＵ２Ａ  ３０２をセットする。信号ＡＣＣＥＬＢＩＡＳは、後述のようにＭＣＵの制御下で、アンプＵ２Ａ  ３０２へのバイアスを制御する。加速度モジュール３００からのラインＡＣＣＥＬが、ＭＣＵのＡＤＣ  ＭＵＸに接続されている。
【００２１】
ラインＷＨＥＥＬは、ＭＣＵのデジタル入力部に、ホイールの回転センサに応じて閉接点パルス信号を出力する。ＭＣＵは、パルス間の時間を測定して、車両の対地速度を演算する。対地速度の演算は、ＭＣＵを使用して、乗物の速度の変化によって生じるＡＣＣＥＬ信号と乗物のピッチによって生じるＡＣＣＥＬ信号とを区別するものである。ある実施例では、ドップラーレーダ又はＧＰＳ衛星データといったものに基づく対地速度センサが、対地速度データを与える。ある実施例では、位置データが、ＧＰＳサテライトモジュールといったモジュールによって与えられ、データポイント間の移動距離をデータポイント間で経過した時間で除算することによって、対地速度が演算される。
【００２２】
ラインＣＲＡＮＫは、ＭＣＵのデジタル入力部に、クランク回転センサに応じて閉接点パルス信号を出力する。ＭＣＵは、パルス間の時間を測定してペダリング速度（「リズム」）を演算する。
【００２３】
また、図２は、デジタル及びアナログ電源供給に関するノイズ効果を減らすための典型的な方法を示す。特定の構成が、本発明を実施するために選択したＭＣＵ、プリント回路基板の配置、及び他の要因に依存している。
【００２４】
図３は、加速度計モジュール３００の一実施例の詳細を示す。Ｕ１  ３０４は、加速度に対してほぼ線形な電圧信号を出力する集積ＭＥＭＳ回路である。圧電素子、曲線軌道の中のボールベアリング又は水銀といった他の加速度計を利用可能である。センサＵ１  ３０４は、１つの軸（ｘ軸）が車両の走行方向となるよう車両の下の平らな面と平行に取り付けられている。ある出力信号が車両のピッチ（縦揺れ）に応答し、他の出力信号が車両のロール（横揺れ）に応答する。図示する実施例では、ピッチ（又はｘ）軸のみ使用する。ピッチ角を、重力による加速度を測定することによって定義する。システムが水平に静止している場合、センサのＸ軸に沿った重力はないため、加速度信号が０ｇと関連する。加速度計は、加速度がない場合；すなわち０ｇの場合、ほぼＡＶＣＣ／２を出力する。これは、「０ｇバイアス電圧」と称される。斜面又はスピードの変化による正の加速度のケースでは、加速度に比例して電圧が０ｇバイアス電圧を超えて上昇する。下方への傾斜又は車両の減速による負の加速度により、この場合も加速度に比例する０ｇバイアスを下回る電圧が発生する。例えば、０．０５ｇの加速度と、ホイールスピードセンサのデータに基づいて車両が０．０１ｇの割合で減速する場合を考える。傾斜による正味の加速度は：０．０５−（−０．０１）＝０．０６ｇであることが分かる。これは、ａｒｃｓｉｎ（０．０６）＝３．４４°の傾斜角に対応する。センサは、傾斜と加速走行との相違については分からないが、走行成分を演算可能であるため、それらを分離できる。車両が上下にピッチ走行する場合、重力が重力ベクトルの角度（ピッチ角）に従った加速力を加え、センサＵ１が非ゼロのｇ出力を与える。
【００２５】
Ｕ１  ３０４の出力は、供給電圧に比例して変化する。ゼロ加速度は、供給電圧のほぼ半分の出力を与える。Ｒ３及びＲ５によって形成される抵抗分配器（図３）が、供給電圧の半分のバイアス電圧を与える。バイアス及びセンサ出力は、差動アンプＵ２Ａ  ３０２によって比較及び増幅される。また、アンプ出力Ｕ２Ａ  ３０２は、供給電圧に比例しており、供給電圧の半分にオフセットしている。例えば、３Ｖのバッテリの供給を受けると、加速度を検出しない場合出力はほぼ１．５Ｖで、正又は負のピッチ角で増減する。
【００２６】
アンプＵ２Ａ  ３０２は、約５．８の異なるゲインを有する。アンプ出力端子は、ＭＣＵのＭＵＸを通ってＡＤＣに接続されている。また、ＡＤＣ入力範囲は、供給電圧に比例して変化するため、供給電圧に拘わらず、ビット当たりのｇの単位で表される本システムによる加速度の分解能は一定である。
【００２７】
アンプＵ２Ａ  ３０２のゲインは、最小及び最大加速度の測定値の許容範囲を可能にしつつ、回路の感度を最適化するよう選択される。所定のＭＥＭＳ加速度計における出力値の範囲の生成変化が顕著な可能性があるため、Ｒ４及びＡＣＣＥＬＢＩＡＳ信号が、反転アンプＵ２Ａ  ３０２ターミナルバイアスを修正するよう出力されて、加速度計のゼロバイアスオフセットに適合させる。ＡＣＣＥＬＢＩＡＳは、ＭＣＵの３つの状態の出力ターミナルによって駆動するため、出力ターミナルはフロート又はＶＣＣに駆動又はグラウンドであってよい。ＡＣＣＥＬＢＩＡＳがフローティングする場合、Ｒ４は効果を有さず、オフセットがＲ３及びＲ５によってＡＶＣＣ／２となる。ＡＣＣＥＬＢＩＡＳがグラウンドに駆動される場合、Ｒ４はＲ５に沿って作動し、（５／１２）＊ＡＶＣＣのバイアス電圧を与える。同様に、ＡＣＣＥＬＢＩＡＳが高く駆動される場合、バイアス電圧は（７／１２）＊ＡＶＣＣに変化する。これにより、図示する実施例で使用する加速度計部品に特有の可能性のあるフルレンジのオフセットに適合する。
【００２８】
図４は、ＬＣＤバイアス４００の詳細を示す。ＭＣＵに組み込まれているＬＣＤドライバは、４つの電圧レベルを特定して見ることのできるＬＣＤ上の部分に表示する。ＬＣＤバイアス調整回路は、抵抗器Ｒ６からＲ９を具えた単純な電圧駆動レジスタラダーを通して電圧レベルを与える。可変抵抗器Ｒ９により、バイアス電圧のユーザ調整が可能となり、温度、バッテリ電圧、又は周辺光によって変わるＬＣＤのコントラスト及び視角を変更する。ある実施例では、Ｒ９をサーミスタのネットワーク及び他の個別部品で置換して、温度及び電圧の自動補償を与える。
【００２９】
図５は、最大１６０の別々のディスプレイ要素用の４０のセグメントライン及び４のコモンラインを具えたＭＣＵからＬＣＤへの接続を示す。ディスプレイ要素を、数字の桁、棒の図形、記号及び／又はテキスト文字に配置してもよい。ＭＣＵは、ＬＣＤ上のディスプレイ要素を制御して、車両のスピード、走行距離、時刻、路面の傾斜、相対風速及び風圧、又は１時間当たりのカロリー、累積消費カロリー、電力の出力ワット等の出力及びエネルギ計算といった、ユーザに関心のある情報を与える。
【００３０】
本発明に係る一実施例が、気圧（Ｐｓ）を出力する絶対圧力モジュール６００を有する。図６は、概要図を示す。ある実施例では、Ｐｓを較正して、加速度計モジュールからのピッチ角のデータと照合し、各センサからのものよりも正確な高度及び高度の変化の測定値を与える。車両に乗っている間に更新した気圧データを収集して空気密度を再計算することで、改良した相対風速の計算のための正確なパラメータを与える。気温を、外部の温度センサとともにＭＣＵの内部温度センサで測定するか、又はユーザが入力してもよい。ある実施例では、ＧＰＳモジュールによって高度情報を提供する。
【００３１】
ある実施例では、絶対圧力モジュールがシステムから省略され、ピッチ及びスピードセンサ及びユーザによる初期高度の入力から得られる温度及び高度の変化から、気圧が推定される。絶対圧力モジュール６００を含めた場合は、気圧に依存する空気密度（ρ）及び他の計算値の精度が高い。
【００３２】
絶対圧力センサＵ６  ６０８が、圧力ゼロ（完全真空）でセンサＵ６の出力端子＋Ｖ及び−Ｖ間が、ほぼ０ボルトの電圧差となり、非ゼロの雰囲気圧力の下で正の電圧差を発生する。周囲の圧力が、高度の実際の上昇又は大気変化に応じて減少し、センサＵ６  ６０８からの差動出力電圧が減少する。圧力が上昇すると、差動電圧が増加する。センサＵ６  ６０８の部品は、可能性のある最大及び最小圧力測定値、システムの最大及び最小設計高度の機能を考慮に入れなければならない。気圧は、センサと筐体の穴との間の狭い空気通路によって、圧力センサＵ６  ６０８に加えられ、この穴は、車両の走行方向に対して直角になるように向いている。代替的に、狭い空気通路によってピトー管の固定ポートを圧力センサＵ６  ６０８に接続してもよい。
【００３３】
センサＵ６  ６０８の端子＋Ｖ及び−Ｖの差動電圧が、２のオペアンプＵ５Ａ及びＵ５Ｂ及び抵抗器Ｒ１６，Ｒ１８，及びＲ１９から成る差動アンプ６０２の高インピーダンスの入力部に印加される。オペアンプＵ５Ａ及びＵ５Ｂの出力信号の差は、図示する抵抗値に対して約２０１のゲインを具えて入力の差にほぼ比例する。差動アンプ６０２の２の差動出力電圧の平均値は、入力の平均値と同じであり、センサの共通モードのバイアス電圧に等しく、一般にＡＶＣＣ／２に近い。差動アンプにより、一方の出力が上昇し、他方の出力が等しい大きさだけ下降する。差動入力がゼロの場合、すなわち、２つの入力が同じである場合、２つの出力もまた同じである。圧力が加わると入力が広がって、共通モード又は２つの平均電圧に対して一方が高くなり他方が低くなる。例えば、２０１のゲインを具えた１．５０１及び１．４９９（２ｍＶの差）の所定の入力により、出力は１．７０１（１．５＋２０１＊．００１）及び１．２９９Ｖとなる。出力の差は、１．７０１−１．２９９＝４０２ｍＶ又は２ｍＶの入力差の２０１倍である。共通モードの電圧又は２の出力の平均電圧は、（１．７０１＋１．２９９）／２＝１．５００Ｖで、入力と同じである。
【００３４】
ＲＣローパスフィルタ６０４及び６０６が、差動アンプ６０２の出力から高周波数のノイズを除去する。フィルタをかけた差動信号が、ラインＡＢＳＰＨＩ及びＡＢＳＰＨＬＯでＭＣＵ２００に接続される。ある実施例では、ローパスフィルタ６０４及び６０６を使用しない（すなわち、ＡＢＳＰＨＩ及びＡＢＳＰＨＬＯは、フィルタをかけていない差動アンプ６０２の出力である）。いずれのケースにおいても、ＭＣＵの中のデジタル信号処理ファームウェアが、信号のフィルタリングを実行してもよい。
【００３５】
図示する実施例では、差動電圧（ＡＢＳＰＨＩ−ＡＢＳＰＨＬＯ）がバッテリ供給電圧に比例して変化する。また、ＡＤＣ入力範囲がバッテリ供給電圧に比例して変化するため、ＡＤＣカウント出力が、供給電圧にかかわらず所定の圧力とほぼ同じになる。ある実施例では、バッテリ供給を調整して、ＡＤＣに基準電圧の電源を与える。
【００３６】
ＭＣＵ２００は、ラインＡＢＳＰＨＩ及びＡＢＳＰＨＬＯの信号をデジタルにサンプリングすることによって絶対圧力を演算し、ＡＤＣから得られる２つの数値を減じる。そして、較正の際に判定される回路のゲイン及びセンサの感度のオフセット及び変化を考慮に入れて、得られる差を増減及び補正する。
【００３７】
差動圧力モジュール７００のための回路は、絶対圧力モジュール６００にほぼ等しい。差動アンプ７０２は、１８２０のゲインを有する。センサＵ８  ７０８は、センサＵ６  ６０８が１の圧力ポートに接続されているのに対して、２の圧力ポートに接続されている。
【００３８】
差圧を使用して、車両の前面に対する動的な気圧を測定する。センサは、２つの圧力入力ポート間の差を測定する。圧力入力ポートは、システムの筐体に設けられた穴であり、狭い空気通路によって圧力センサに接続される。第１の圧力入力ポートが走行方向に面しており、気圧（Ｐｔ）が狭い空気通路を介して圧力センサＵ８  ７０８の一方側に加わる。第２の圧力入力ポートが、静圧又は気圧（Ｐｓ）を受けるようにシステムの筐体の一方の側に設けられている。気圧は、狭い通気通路によって圧力センサＵ８  ７０８の他方の側及び圧力センサＵ６  ６０８に加わる。ある実施例では、Ｐｔ及びＰｓがピトー管に接続された狭い通気通路によって圧力センサに加わる。圧力センサＵ８  ７０８は、車両の空気中の走行による「動的圧力」（Ｑ）として定義される、２の圧力値の差を感知する。車両にかかるトータルの力は、動的圧力、抵抗係数、及び前面面積に関連する。車両が空気中を走行するのに要するトータルの力のこのような部分は、このような力及び車両のスピードに基づいて計算される。
【００３９】
図示する実施例では、センサＵ８  ７０８が、２の圧力入力ポートを有しており、直接的に差圧を感知する。別の実施例では、第１のセンサがＰｓを検出し、第２のセンサがＰｔを検出する。各センサの出力信号が、ＡＤＣＭＵＸに接続される。ＡＤＣは、２の出力信号のそれぞれを別々に変換して、ＭＣＵにデジタルの結果を与える。ＭＣＵは、ＰｔからＰｓを減算することによって動的圧力を演算する。差圧測定の他の構成が、当業者によって知られている。
【００４０】
ベルヌイの式によれば、動的圧力は、Ｑ＝（ＰＴ−ＰＳ）＝ρＶ２／２である。空気密度は既知で推定可能であるため、相対風速を動的圧力から計算できる。項を整理すると、風速は、
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となる。圧力システムは対地速度が未知であるため、これは、相対風速を表す。（ホイールの回転から求められる）車両の対地速度と相対風速とを比較すると、風の対地速度を得る。
【００４１】
ある実施例では、差圧モジュール７００が、低圧信号の良好な分解能のために＋／−１０ｋＰａの圧力範囲にわたる作動用に構成される。差圧モジュール７００のゲイン及び感度は、車両の動作スピードの予測範囲にわたる測定範囲及び測定の分解能を最適化する。図７に示す構成及び値を使用して、差圧モジュール７００が、アンプＵ２Ｃ及びＵ２Ｄを飽和させずに、９０ｍｐｈ以上の空気の速さを測定するであろう。異なる動作範囲用に他のセンサを選択してもよい。
【００４２】
ＭＣＵは、ラインＤＩＦＦＰＨＩ及びＤＩＦＦＰＬＯによって与えられる信号をデジタルにサンプリングして、ＡＤＣ変換によって戻される２の数値を減算する。この差は、較正によって判定される回路ゲイン及びセンサの感度のオフセット及び変化を考慮に入れて増減及び補正される。
【００４３】
車両のスピードの変化を使用して、車両の速度の変化から得られる加速度と、車両のピッチから得られる加速度とを区別する。当技術における典型的な方法は、車両のホイールに磁石又は他のターゲットを取り付け、隣接する車両の固定ポイントに磁気スイッチ又は他のターゲットセンサスイッチを取り付けることによって、完全なホイール回転を行う間の時間を測定するものである。ターゲットがスイッチを通過する毎に、最後にスイッチが閉鎖してからの時間周期が注目される。この時間は、単位時間当たりの閉鎖数に変換され、ホイールの円周を見積もることによって車両のスピードを演算する。このスイッチは、リードスイッチ、ホール効果センサ、光センサ又はホイールの回転に関するタイミング信号を出力するセンサでよい。ある実施例では、ホイールスピードの変化を、スイッチによって検出すべきホイールに複数の磁石を設けることによって、より頻繁に測定する。同様に、自転車のフレームに固定されたセンサに接続された自転車のクランクアームの部品が、分当たりのクランク回転数の測定値を与えてもよい。ある実施例では、リズムを使用することで、出力の関数としてクランクの平均トルク又は踏力を求める。ある実施例では、ＭＣＵが、一定時間の間に受信したターゲットのパルスの数をカウントすることによってホイールのスピードを演算する。
【００４４】
図８は、典型的なバッテリ供給８００の詳細を示す。また、ソーラーパワーといった他の携帯型電源を使用してもよい。
【００４５】
図９は、磁気センサを使用した一実施例を示す。ＭＣＵによって信号ＲＥＥＤＰＷＲが増加すると、信号ＷＨＥＥＬ及びＣＲＡＮＫもまた、引き上げられる抵抗値Ｒ２６及びＲ２７を通して引き上げられる。ホイールの磁石が磁気スイッチＪ１を通過するたびに、Ｊ１が一瞬閉止して信号ＷＨＥＥＬがグラウンドに引き下ろされる。信号ＣＲＡＮＫがグラウンドに引かれるたびに、クランクの磁石がスイッチＪ２を通過する。ＭＣＵは、それぞれのローパルス事象の時間をマークして、スピード、距離、又はリズムを計算する。ＷＨＥＥＬパルス事象間の時間の変化が、スピードの変化を示し、これにより加速又は減速を示す。この情報は、加速度計によって読み取られるトータルの加速度から、ピッチによる重力を分離するのに使用する。
【００４６】
車両が走行する際は、ホイール及びクランクスイッチが比較的短い時間閉止するため、引き上げられた抵抗値を通した電流引き込みは、長時間にわたって平均すると小さい。車両が停止して、それぞれのスイッチが閉止した状態でホイール又はクランクが停止すると、スイッチが再び開放されるまで電流引き込みが続くため、バッテリの寿命を短くする。ＭＣＵが、他のセンサラインが動作していない状態で磁気スイッチが長い間閉止していることを判断すると、ＭＣＵは、ラインＲＥＥＤＰＷＲを低く抑えて抵抗器Ｒ２６及びＲ２７を通るバッテリからの電流を除く。ＭＣＵは、ＲＥＥＤＰＷＲを周期的にパルスしてスイッチが依然として閉止しているかどうかを検出するか、又はある実施例では、ユーザがボタンを押してシステムを再開させるのを待つ。別の実施例では、他のセンサが使用のためにポーリング（ｐｏｌｌｅｄ）される。ある実施例では、センサがＭＣＵのある入力部に接続され、この入力部が、変化による割り込みを発生させる。ダイオードＤ２及びＤ３及び抵抗器Ｒ２８及びＲ２９は、ホイール又はクランクスイッチまでの長い配線が捕らえられる可能性のある電圧過渡からＭＣＵの入力部を保護する。
【００４７】
本発明に係る他の実施例を具える機能ブロック間の接続を、図１２に示す。図１０は、図１２の実施例のマイクロコントローラ用の回路接続の詳細を示す。ＬＥＤ  Ｄ２は、低い周辺光の状態でディスプレイを照らす。圧電ブザーＰＴ１が、音響フィードバックを与え、ディスプレイスクリーンの変化；訓練範囲又は目標達成を満たしている、これを超えている、又はこれに失敗している；天候の変化といった事象及び状態をユーザに報知するか、又は盗難を防ぐために警告を与える。
【００４８】
ラインｎＲＯＭＰＷＲ，ＮＲＯＭＥＮ，ＳＩＭＯ、及びＵＣＬＫは、図１７に示すような不揮発性の記憶システム１７００にＭＣＵ  １０００を接続する。不揮発性の記憶システムは、システムの電源が切られた場合に保存すべき、履歴、乗車、較正、カスタマイズ、又は他のデータを記憶する。図１７に示す実施例では、シリアルＥＥＰＲＯＭを、不揮発性の記憶装置として使用する。バッテリバックアップ又は揮発性記憶装置のキープアライブを含む、不揮発性の記憶ソリューションを使用してもよい。
【００４９】
ラインＲＸｌ，ＴＸｌ，及びｎＩＮＶＡＬＩＤ２３２が、ＭＣＵ  １０００から図１８のＲＳ２３２シリアルポート１８００に接続されている。シリアルポートは、乗車データの転送、システムのセットアップ、情報のカスタマイズ、ファームウェアの更新、及びＭＣＵとのデータ交換を要する他の機能のために、外部のコンピュータ又は他の外部装置と通信するよう設けられている。ラインｎＩＮＶＡＬＩＤ２３２は、トランシーバＵ９によってアクティブな状態にされ、有効データがトランシーバの入力ラインに存在していることを表示する。図１８に示すトランシーバＵ９は、トランシーバの入力ラインに有効データが存在しているか否かに拘わらず、オンのままであるよう構成される。コネクタＪ５は、外部装置とのシリアルデータ通信のための任意のＤＢ９インターフェイスを与える。
【００５０】
ある実施例では、ラインＴＤＯ／ＴＤＩ，ＴＤＩ＿ＴＣＬＫ，ＴＭＳ，ＴＣＫ，及びｎＲＳＴ／ＮＭＩが、図１０のＭＣＵ  １０００を図１６のＪＴＡＧインターフェイス１６００のコネクタＪ４に接続する。ＪＴＡＧインターフェイスは、コネクタＪ４を介してＭＣＵのプログラミング、テスト、較正値の入力、又は他の動作を行うための手段を提供する。当業者は、プログラミングやテストのための他の方法について知っているであろうを。例えば、ＭＣＵは、定数、較正、セットアップ、又はプログラムの記憶のための外部記憶装置を有してよい。
【００５１】
ある実施例では、２軸加速度計の双方の出力部が、図１１に示すような加速度モジュール１１００に設けられている。加速度計Ｕ３  １１０２のｘ軸信号を使用して、上記で定義したような車両の傾き及び前方への加速度を判定する。ある実施例では、Ｙ軸信号が、ＭＣＵ１０００でソフトウェアを実行することによってｘ軸信号と相関があり、ペダルのリズムを判定する。いくつかの実施例では、ｙ軸信号が車両の方向の変化に応答し、車両の経路を記録又はガイドするため使用する。また、加速信号を盗難防止の警告入力に使用してもよい。
【００５２】
ＭＣＵ  １０００から図１１の電圧調整器Ｕ２２  １１０４の有効な入力端子ＥＮへのラインＡＣＣＥＬＥＮの信号により、加速度計への出力をオン及びオフする。電圧調整器の使用により、供給電圧の変化による加速度計の感度の変化を減少させる。Ｕ２２の調整供給電圧出力であるラインＡＣＣＥＬＶＳＳは、Ｒ３，Ｒ７５，Ｒ５及びＲ６で形成される抵抗器ドライバネットワークに繋がっている。ラインＡＣＣＬＯＢＩＡＳ及びＡＣＣＭＩＤＢＩＡＳがＭＣＵ１０００から抵抗器ドライバに接続され、別々にフロート制御又は低く駆動されて、３の異なる基準電圧のうちの１を生成する。ＭＣＵは、ゼロｇオフセット電圧が部分によって変わるため、回路に組み込まれた特定のセンサに固有のゼロｇオフセット電圧に最も厳密に適合した基準電圧を選択する。一つの基準電圧を、ｘ軸及びｙ軸の双方の加速度計チャンネルに使用する。また、基準電圧ＡＣＣＥＬＶＳＳは、ＭＣＵ１０００のＡＤＣ電圧基準入力部に接続される。
【００５３】
デュアル４：１差動アナログマルチプレクサＵ２０  １１０６は、アドレス信号ＳＩＧＩＮＶ及びＳＩＧＳＥＬを復号化して、Ｕ３  １１０２からのｘ軸またはｙ軸の加速度計信号が差動アンプ１１０２の入力部に差動信号として接続されているか否かを判断する。差動アンプ１１０２の出力、信号ＡＣＣＥＬ１及びＡＣＣＥＬ２は、ＭＵＸ１０００の内部ＡＤＣのＭＵＸの入力ポートに出力される。また、Ｕ２０  １１０６は、通信スイッチとして機能して、アンプのオフセットエラーを無効にするために、差動アンプ１１０２への入力信号を交換する。アンプのオフセットエラーを無効にするために、ＭＣＵ１０００は、まず、ＳＩＧＩＮＶ及びＳＩＧＳＥＬで選択されるｘ軸信号又はｙ軸信号のいずれかによって駆動されながら差動信号ＡＣＣＥＬ１及びＡＣＣＥＬ２間の差を測定する。そして、ＳＩＧＳＩＮＶ及びＳＩＧＳＥＬが、加速度計差動信号のぺアの高い側が低い側に切り替わるよう変わる。ＭＣＵ１０００は、ＡＣＣＥＬ１及びＡＣＣＥＬ２間の差を再び演算して、ＡＣＣＥＬ１及びＡＣＣＥＬ２について演算した第１の差をこの値に合計する。第１の差に存在するオフセットエラーは、第２の差におけるオフセットエラーと同じ大きさであるが符号が逆であることため、２つの差を合計するとオフセットエラーがキャンセルされる。２つの差の合計は、オフセットエラーのない理想的なアンプに関してはＡＣＣＥＬ１及びＡＣＣＥＬ２間の差の２倍の値である。この方法は、ｘ軸信号及びｙ軸信号に関して独立して実行される。
【００５４】
図１１の信号ＡＣＣＦＩＬＴＥＮにより、１組の両方向スイッチＵ１Ａ及びＵ１Ｂが加速度計Ｕ３  １１０２の出力ラインにローパスフィルタを接続させることが可能となる。コンデンサＣ４及びＣ５は、Ｕ３１１０２センサ出力の内部抵抗とともにローパスフィルタを形成する。静電容量の値を選択することで、フィルタが、連続したサンプルの間の時間において１２ビットのＡＤＣに関して１／２ビットの分解能よりも小さく落ち着くことが可能である。ＡＣＣＦＩＬＴＥＮは、ＭＣＵ１０００によって制御され、加速度計センサが出力を下げている間コンデンサの接続を切るため、コンデンサの電荷を一定に保持し次のサンプルの修正時間を減らす。
【００５５】
絶対圧力センサモジュール１３００に関する圧力センサの接続を図１３に、差圧センサモジュール１４００に関する圧力センサの接続を図１４に示す。図１３において、信号ｎＡＢＳＰＷＲにより、センサＵ６  １３０２への出力を有効にする。センサＵ６  １３０２は、ラインＡＢＳＨＩ及びＡＢＳＬＯに大気圧に対してほぼ比例する差動信号を出力する。信号ｎＤＩＦＦＰＷＲは、図１４に示すのと同じような方法で、センサＵ８１４０２への出力を制御する。センサＵ８  １４０２は、ラインＤＩＦＦＨＩ及びＤＩＦＦＬＯに差圧にほぼ比例する差動信号を出力する。絶対圧及び差圧信号は、フィルタをかけていない状態でアンプブロック１５００に与えられる。
【００５６】
図１５は、アンプ回路の実施例を示しており、そこに動圧信号及び絶対圧の増幅が与えられる。１の圧力モード（差圧または絶対圧）のみが、一度に調整及び測定される。絶対圧力センサラインＡＢＳＨＩ及びＡＢＳＬＯ及び差圧センサラインＤＩＦＦＩ及びＤＩＦＦＬＯが、デュアル４：１アナログ差動マルチプレクサＵ２３  １５１０の別々の入力部のセットに接続されている。ＭＣＵ１０００は、アドレスラインＳＩＧＩＮＶ及びＳＩＧＳＥＩを制御して、マルチプレクサＵ２３  １５２０によって、差動アンプ１５０２の反転及び非反転入力部にＡＢＳＨＩ及びＡＢＳＬＨＤＩＦＦＩ又はＤＩＦＦＨＩ及びＤＩＦＦＬＯのうちのいずれを出力するのかを選択する。
【００５７】
また、Ｕ２３  １５２０は、通信スイッチとして機能し、アンプのオフセットエラーを無効にする目的で、差動アンプ１５０２への入力信号を切り換える。ＭＣＵ１０００は、アンプ１５０２への反転及び非反転入力の切り換えを制御して、差動アンプ１１０２におけるアンプのエラーを無効にするための上記の方法と同様に、ＰＲＥＳＳｌ及びＰＲＥＳＳ２間の得られた差を演算する。
【００５８】
絶対圧及び差圧センサは、様々な感度を有してよいため、アンプの様々なゲイン要求を有する。図１５の２：１アナログマルチプレクサＵ２４は、入力段階の１つの非反転入力を、Ｒ６７からＲ７０から成る抵抗ネットワーク上の２つの場所のうちの１の異なるアンプ１５０２に接続するため、アンプ全体の有効差動ゲインを変える。ゲインは、ＭＣＵ１０００がラインＳＩＧＳＥＬを高く駆動する場合、高い値にセットされる。ゲインは、ＭＣＵ１０００がラインＳＩＧＳＥＬを低く駆動する場合、低い値にセットされる。抵抗Ｒ６７からＲ７０の値が、アンプ１５０２のゲイン差が、差圧センサに関してほぼ２３００となり、絶対圧力センサに関してほぼ１７５となるように、選択される。アンプ１５０２の差動出力信号は、ローパスフィルタ１５０４及び１５０６を通過して、ラインＰＲＥＳＳｌ及びＰＲＥＳＳ２に接続される。ラインＰＲＥＳＳｌ及びＰＲＥＳＳ２は、ＭＣＵ１０００の内部ＡＤＣの入力ポートに接続される。
【００５９】
ＭＣＵ１０００は、ラインｎＡＭＰＰＷＲを制御することによって、断続的にアンプ１５００への出力を変える。ラインｎＡＭＰＰＷＲの信号をアクティブにすると、マルチプレクサＵ２３  １５１０及びＵ２４  １５１２  及びオペアンプＵ２１Ｃ  １５１４及びＵ２１Ｄ  １５１６への出力をオンにする。
【００６０】
ホイール及びクランクリードスイッチ入力回路の別の実施例を図１９に示す。ラインＲＥＥＤＰＷＲ，ＷＨＥＥＬ，及びＣＲＡＮＫがＭＣＵ１０００に接続される。ある実施例では、回路が、ＭＣＵの入力ピンの過渡保護のためのダイオードクランプに依存する。抵抗器Ｒ４７及びＲ４８の値が、ＭＣＵのダイオードクランプを通る電流が過剰にならないよう選択される。ＲＥＥＤＰＷＲ，ＷＨＥＥＬ，及びＣＲＡＮＫに関する信号の定義及び機能は、本明細書の前のセクションで規定されたのと同じままである。
【００６１】
ある実施例では、いくつかのセンサ回路が較正されて、システム全体の精度を改善する。圧力、加速度、及び温度センサのゲイン及びオフセット値は、２又はそれ以上の制御圧、加速度、及び温度にシステムをそれぞれさらす較正方法によって決定される。圧力及び加速度に関して、較正データを延ばして「ゼロオフセット」値を見つける演算によって、非圧力（真空）及び非加速（停止、垂直）状態を判断する。較正の結果によりＡＤＣの測定値がメモリに記憶される。より多くの条件を任意に較正し、センサの作動範囲全体の較正曲線を決定してもよい。精度の低い低コストシステムを、較正又は較正しないが部品のデータシート及び設計として１のポイントに使用してもよい。
【００６２】
他の情報をシステムが必要とする。例えば、ユーザは車両及びユーザ自身のホイールに対する重量を入力する。ある実施例では、ユーザの入力により周囲圧力、高度、又は温度といったファクタに関してシステムを更新する。
【００６３】
ある実施例では、ユーザが傾斜検出回路を再較正する。このような処理により、ユーザが正確に地面と平行にユニットを取り付けなかったり、センサユニットが時間とともに変化してしまう可能性による影響を除く。ユーザは、加速度信号がＡＤＣによって変換されるわずかの間、ユニットを動かさない。そして、ユーザは、車両を水平に１８０°回転させた後同じ場所に車両を置いて、再び測定値を得る。２の測定値の平均は、加速なしの値、又はゼロｇである。
【００６４】
ある実施例では、平均転がり摩擦、前面面積に関するスケール因子、及び動圧に対する抗力係数を推定する。これらの値は、ある実施例では、「ｃｏａｓｔ−ｄｏｗｎ較正」処理によって改善される。これは、ある最小（高い）スピードに車両を加速させ、その後全てのペダリング又は入力を停止させ、ライダーが通常の乗車位置を維持しながら所定の最大（低い）スピードまで車両を惰走させることを必要とする。惰走期間の間、カーブフィッティング法を使用することによってシステムが測定値を記録する。カーブフィッティングのステップを、静的な力（転がり摩擦）及び動的な力（風）を判断するのに行う。空力ファクタは、Ｑを抗力と関連付ける定数全体である。空力ファクタは、いずれも単独で既知ではないが、（抗力係数）＊（前面面積）から成る積である。重量及び加速度を使用して、ｃｏａｓｔ−ｄｏｗｎ較正処理の際の坂道の影響を除く。
【００６５】
傾斜及びｃｏａｓｔ−ｄｏｗｎ処理のある実施例の詳細を付録１に示す。まず傾斜が較正され、次にｃｏａｓｔ−ｄｏｗｎが較正される。ｃｏａｓｔ−ｄｏｗｎの間、データを収集し、そしてｃｏａｓｔｉｎｇのステップが終わった後にデータを解析する。図示する実施例では、線形回帰法を使用してデータをフィッティングする。当業者は、使用される他のカーブフィッティング法を知っているであろう。
【００６６】
ＭＣＵのファームウェアは、センサ、タイミング、スケール及び較正データを処理して、判定、記録、又はビューワに何らかの情報を提供する。図２０は、ファームウェアの論理流れの考え方を表すものである。「センサ」と表示されている部分では、瞬間絶対圧力、差圧、加速度、及びホイールの回転センサの測定値が取り込まれる。較正又はスケール因子が考慮される（図示せず）。
【００６７】
付録２は、図２０で「分離」部として称される、（調整した）センサの測定値を使用するためのファームウェアの一実施例を示す。ホイールの回転データを使用してスピードを判定し、累積距離に加える。回転速度の変化を使用して前方への加速度を判定し、それが加速度データから減算されて重力の寄与を判定する。上記のように、対地速度を判定するための他の手段から得られるデータを、ホイールの回転のタイミングの代わりに使用してよい。「力」と表示されている部分では、付録３に詳述されているように、４つの力の要素を判定する。（付録３にも含まれている）「結合」と表示されている部分では、４つの力（空力抗力、高度の変化、転がり摩擦、及び加速度）を組み合わせる。因子「ＤｒｉｖｅＥｆｆ」が駆動系の効率に関係することに注目されたい。このような効率は、チェーン摩擦、ハブ摩擦、潤滑の質、等に関連する。良好な状態で良く整備された良質の自転車は、約９７％の効率を有するであろう。質の悪い又は劣悪な条件の自転車は、約８５％であろう。
【００６８】
前方への加速度を計算する際に、「ＴｏｔａｌＥｆｆＭａｓｓ」という用語を使用するが、この用語は、線形表示に変換される場合、ホイール及びタイヤの角度モーメントによる「ＴｏｔａｌＭａｓｓ」とはわずかに異なる。これは、車両とライダー（及び付属品）の総重量と比較するとかなり小さい因子である。リム、タイヤ、及びスポークの３分の１の重量を推定するが、このような推定における大きなエラーは、全体に対して依然として小さいパーセントである。
【００６９】
最後に、図２０の「結果」部については、トータルの力と車両のスピードとを掛けてトータルの出力を得る。
【００７０】
付録に表されている擬似コードは、説明を目的とするものである。当業者は、擬似コードから適切なプログラミング言語を使用して、適切なＭＣＵに関するコードを開発できるであろう。
【００７１】
当業者は、本発明が任意の数の様々な組み合わせ又は検出、演算、及び記憶素子のサブセットに拡張できることを、上記から認識するであろう。従って、本開示は、上記で請求されている発明の範囲、性質、又は精神を限定するのではなく、一例に過ぎないものであると捉えるべきである。多くの修正及びバリエーションが、本書に記載の要素に相当する機能上及び／又は構造上の代わりとなるものの使用、本書に記載の組み合わせに相当する機能上の組み合わせの使用、及び／又は本書に記載のステップに相当する機能上のステップの使用を含め、本開示を検討した後に当業者にとって明らかとなろう。このような実体のないバリエーションは、本書が意図する範囲内であると考えるべきである。さらに、複数の実施例が、特定の手段、ステップのために与えられる場合、このような所定の実施例間及び／又はこれを越えるものが本開示を考慮して明らかであり、本開示が効果的に開示し、これにより少なくともこのような推定をカバーすると見なすべきである。
【００７２】
発明以外の権利の留保、紛争の解決、及び用語の説明
本開示が法律に従って公開された後に、本発明の出願人は、他人による複製が本発明の開示を理解しこれにより有用な技術及び科学的知識を促進するための限定的な目的である場合、本書に含まれる文章及び図面資料の他人によるこのような複製に対して異議を有しない。しかしながら、出願人は、プログラムリスト又はアート作品又は本書で提供された他の作品の著作権、及び本書で提供された造語又はアート作品に関する商標権又はトレードドレスに関する権利、及び本書に含まれ又はそうでなければ本書から導き出せる他のそれ以外の保護可能な発明を含むが、これらに限定されない開示された資料に対して法律に従って関連する他の権利の請求権を放棄するものではない。
【００７３】
参照することにより何らかの開示が本書に盛り込まれており、このような盛り込まれた開示が、部分的又は全体として本開示と矛盾する場合、矛盾点、及び／又はより広い開示、及び／又はより広い用語の定義について、本発明が支配する。このように盛り込まれた開示が、部分的又は全体として互いに矛盾する場合、矛盾点について後の日付での開示が支配する。
【００７４】
本書において明示的に別段の定めをした場合を除き、普通の用語がそれが表現するそれぞれの文脈内でそれに対応する普通の意味を有し、普通の専門用語がそれに対応する正規の意味を有する。
【図面の簡単な説明】
【００７５】
【図１】図１は、本発明に係る一実施例の主要な機能ブロック間の接続を示す、トップレベルの概略図である。
【図２】図２は、本発明におけるマイクロコントローラへの接続を示す概要図である。
【図３】図３は、車両の加速度に関連する信号を与えるモジュールの概要図である。
【図４】図４は、液晶ディスプレイ装置にバイアス電圧を与える回路の概要図である。
【図５】図５は、液晶ディスプレイ装置とのインターフェイスの概要図である。
【図６】図６は、絶対圧力に関する信号を与えるモジュールの概要図である。
【図７】図７は、差動圧に関する信号を与えるモジュールの概要図である。
【図８】図８は、本発明に係るシステムへのバッテリ供給の概要図である。
【図９】図９は、クランク又はホイールからタイミングデータを出力する回路の概要図である。
【図１０】図１０は、本発明に係る別の実施例におけるマイクロコントローラへの接続の概要図である。
【図１１】図１１は、車両の加速度に関する信号を与えるモジュールの概要図である。
【図１２】図１２は、本発明に係る一実施例の主要な機能ブロック間の接続を示す、トップレベルの概要図である。
【図１３】図１３は、絶対圧力に関連する信号を与えるモジュールの概要図である。
【図１４】図１４は、差動圧に関する信号を与えるモジュールの概要図である。
【図１５】図１５は、差分信号を増幅してフィルタにかけるモジュールの概要図である。
【図１６】図１６は、ＭＣＵとのＪＴＡＧインターフェイスの概要図である。
【図１７】図１７は、不揮発性の記憶システムの概要図である。
【図１８】図１８は、ＭＣＵとのシリアル通信インターフェイスの概要図である。
【図１９】図１９は、自転車といった乗物のクランク又はホイールからタイミングデータを与える回路の概要図である。
【図２０】図２０は、ファームウェアの論理流れ図の概念的提示である。
【００７６】
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【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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