一种关于里程参数的性能测量计 本发明涉及的是一种性能测量计，特别是关于一个人靠其肌肉力量进行运动的情况下，对速度和距离进行测量的性能测量计。
下面披露的本发明涉及的是自行车和把本发明应用到其它靠肌肉力量运动的装置的情况，例如关于划艇，或者使用计步器的行走者或跑步者的情况。
在已有技术中，电子测量计，特别是自行车里程表，已经在采用微处理器和存贮器方面有了很大的发展，其中包括测量距离和时间的装置，和由距离和时间得出各种数据的装置，这些数据可以是骑车时间，行程距离，累计距离，平均速度，最大速度等等。这些测量计的一部分还可以和高度传感器联用，从而获得正负高度差的累计数据(升高或下降斜率)。此外，这些仪表的一部分还可以和测量骑自行车者心率的传感器或扭力计连用。
这些仪表的硬件和软件部分，例如测量，计算，编程，存贮和显示部分都是公知地。
本发明的一个目的是制造一种测量计，这种测量计除了能进行上述测量，计算和显示以外，还能一般地检测至少一种关于行程条件的外部环境参数。这个参数例如是高度差，风束，刹车，以及下雨，休息，有关行程的特殊方面等等。如果这个参数处于其静止值时，这种检测可以获得这个参数的函数，即骑自行车者所具有的速度和/或距离。
本发明更适合于骑自行车者的情况。骑自行车者知道如果完成一个行程需要几个小时，他们就必须要调整体力分配以使体力分配基本保持平均。这种体力分配与在平地和无风的情况下的确定的平均速度Vmp相对应，这个速度例如为30km/h。这样，骑自行车者采用一般速度计就可以使其速度保持在30km/h左右，以使骑自行车者在最好条件下完成行程，即不能太慢，也不能太快，以节省体力。但是，当行程的条件与平地和无风的情况不同时，对于同样的体力分配，速度就会发生变化。骑自行车者知道，如果他在爬斜坡，他就必需骑的比在平地的时候慢一些，以节省体力。在这种情况下，骑自行车者不能得知他用均恒的力量所应达到的速度，他自己对所用力量的感觉是主观的并会产生错觉，而且会经常发生一些延误。
如果骑自行车者遇到顶风或顺风，或者如果其它外部参数发生变化，也会发生相同的情况。例如，当道路非常崎岖不平时，无论他是单独一个人，或者是一组人一起骑车，在刹车之后他都必需用更大的力量以使他的速度重新恢复上去。此外，骑自行车者所用的力量也会使温度发生变化。
这样，本发明提供一种测量计，在出现特别关于骑自行车者所正在骑行的这段路程条件的参数时，该测量计能向骑自行车者指示出在所考虑参数处于其静止值(对于斜率参数、斜率为零，对于风速参数，无风，对于刹车参数，没刹车)时，他用均恒的力量所应达到的等效速度。
本发明还提供一种方法和一种测量计，它们能使骑自行车者事前或事后确定在一个预定行程中的在平地上的等效距离。由于骑自行车者知道了他在平地上的平均速度，所以，如果这个距离是在平地和理想条件下的距离，那么，骑自行车者就能预先确定行程需要多长时间并能事后确定他骑的等效距离。
本发明是在对这些外部参数的影响以及骑自行车者的均恒力量引起速度的变化的研究的基础上产生的。
从下面可以更详细的知道，特别是在对坡度影响的举例分析中，可以清楚地知道每个参数都需要专门的研究，这是因为它们的影响一般都是非线性的：对于一个确定的骑自行车者，速度的变化与坡度并不成比例。此外，这些参数对一个骑自行车者或一类骑自行车者的影响也都是特定的：两个在平地行程中具有相同平均速度的骑自行车者在爬一个给定的坡度时所用的力量是不同的。力量的变化取决于骑自行车者的身体形态，体重，训练，技术水平。本发明的一个方面就是提供一种测量计，它能提供计及了一个骑自行车者特定特征的等效速度和距离的数据。
这样，本发明总的来讲是提供一种方法，用于测量和安排一个靠其肌肉力量运动的人的力量，这个运动受到多个参数的影响，其包括这些步骤，即在参数处于其静止值和所用力量相同的情况下，关于每一个参数在运动的瞬时速度和所应达到的等效速度之间建立一个对应表；并关于每一个瞬时速度提供相应的等效速度。
根据本发明的一个实施例，这个表与一个比例系数相对应。
本发明还提供一种关于一个靠其自身力量运动的人的测量计。这个测量计包括测量运动特性数据的装置，在至少一个参数影响为运动所用力量的情况下间接或直接测量的装置；提供与参数数值相联系的系数的装置，以及这样一个装置，它计及了这个系数，在所考虑参数处于其静止值时，提供一个与关于这个相同力量的特征数据所应达到的数值相对应的性能显示。
根据本发明的一个实施例，这个系数对于这个人是特定的。
根据本发明的一个实施例，特征数据是速度，性能是等效速度。
根据本发明的这个实施例，这个测量计包括输入关于至少一个参数静止值的常规平均速度的装置，存贮和/或计算作为参数变化一个函数的系数表的装置；和在计及系数表的情况下计算有效速度的装置。
根据本发明的一个实施例，测量计是和一个自行车联用的。
根据本发明的一个实施例，所考虑的参数是高度差，等效速度由下面的关系式确定：
Vie＝Vi(1＋KmP)或Vie＝Vi(1－KdP)
其中Vie是等效瞬时速度，Vi是瞬时速度，P是坡度，Km是取决于坡度和向上爬坡的骑自行车者的系数，Kd是取决于坡度和向下滑坡的骑自行车者的系数。
根据本发明的一个实施例，该测量计包括计算性能指标的装置，性能指标是等效瞬时速度和平地上的平均速度的函数。
根据本发明的一个实施例，该测量计与一个测量骑自行车者心率的传感器联用，该测量计包括计算和显示适合指标F的装置，适合指标F是作为等效瞬时速度和被测心率的函数来计算的，例如：
F＝Vie No/Vmp Ni，其中：
Vie是等效瞬时速度。
Vmp是平地上的平均速度，
No是骑自行车者在行程的平地路段期间常规用力情况下的心率，
Ni是被测心率。
根据本发明的一个实施例，该测量计包括显示适合指标或性能指标高于或低于1的装置。
根据本发明的一个实施例，该测量计包括在预定时间间隔内，当坡度差没有超过门限值时截止坡度值的装置。
根据本发明的一个实施例，参数是坡度，该测量计还包括在高度变化所提供的坡度值与人的速度和系数不配合时，禁止高度变化影响的装置。
根据本发明的一个实施例，参数是风速，等效瞬时速度由下式确定：
Vie＝Vmp±VtX
其中Vie是等效瞬时速度，
Vmp是在平地上无风时的平均速度，
X是与人相关的系数
Vt是风速。
根据本发明的一个实施例，该测量计包括计算等效速度平均值和其所具有的等效距离的装置。
根据本发明的一个实施例，该测量计包括显示所要档数和最佳速率的装置。该测量计最好与一个电控换档装置联用，所考虑的参数的数值用于自动控制换档。
根据本发明的一个实施例，该测量计包括至少一个控制系统，这个控制系统由骑自行车者启动，以在骑行中的特定点上存贮象骑行距离，高度和时间这样的数据。
本发明的上述和其它目的，特征，方面和优点下面通过结合附图对本发明更详细的说明会变得更加清楚。
图1是表示提供作为正负高度差的一个函数的等效瞬时速度的方框图；
图2是表示对确定的骑自行车者修改爬高系数的方框图；
图3是表示计算一个瞬时坡度的方框图；
图4A-4E表示的是根据本发明的测量计的典型实施例。
1.高度差
首先将说明根据本发明的测量计的一个实施例，这个实施例计及了一个外部参数，即行程的正、负高度差。
本发明根据坡度P和实际瞬时速度Vi提供一个等效瞬时速度Vie，其可以写成：
当上爬时为Vie＝Vi＋Km·P·Vi (1)
或者
当下滑时为Vie＝Vi－Kd·P·Vi (2)
其中Km和Kd分别是关于上爬或下滑时的系数，总的取决于坡度和骑自行车者。
根据这些公式能够制造出一种显示等效速度的测量计，以使骑自行车者总能保持最佳的用力水平。
为了校准这个测量计，骑自行车者首先要确定平地无风时的平均速度Vmp。这是骑自行车者在行程中的平均速度，是从一个或几个小时的常规速度中获知的(取决于骑自行车者是否需要考虑疲劳系数)。
1.1向上骑
然后，骑自行车者要确定他的等效上爬系数Km，这个系数取决于骑自行车者的身体形态和体力。由于骑自行车者对坡度变化更敏感，所以，系数Km更随坡度变化，以使骑自行车者花费的体力更小，况且骑自行车者并不是一个爬高好手。每个骑自行车者都可以确定自己的系数Km曲线。为此，骑自行车者在一个相对长的期间内，关于一个确定的恒定坡度Pi，在他试图以速度Vmp，使用与行程的平地路段相同的力量的情况下，测量他的瞬时速度。他从公式(1)计算出关于这个坡度他的系数Km的数值：
Km(P)＝[(Vmp/Vi)－1]/P (3)
系数Km基本上作为坡度的一个函数用一条曲线或一个表格来表示。在下面的表1中：
栏1表示从0到16％的连续坡度，
栏2表示关于一个确定的骑自行车者均恒用力，在这些不同的坡度情况中所测到的速度(他在平地上的等效速度仍为30Km/h)，和
在最后的三栏中，表示的是用下面从公式(3)所导出的公式所计算得到的瞬时速度：
Vi＝Vmp/(1＋Km·P) (4)
—在栏3中，Km＝常数＝30。
—在栏4中，Km＝20＋P。
—在栏5中，Km＝23＋P0.9。
从表1中可以看出对于一个确定的骑自行车者总能找到Km接近于其实际变化的规律，在某些情况，Km的实际变化规律与Km的常数值相对应。
这样，一个知道了自己在平地上的平均速度为Vmp和需要建立自己的系数Km表的骑自行车者或者可以进行各种坡度的测试，或者可以从一个具有相似训练水平和身体形态的骑自行车者的系数表开始骑行，而且如果他意识到他会比所期望更容易或更困难地爬高，在实际使用中他就会更准确地设置表中的数值。
1.2向下骑
类似地，当向下骑时，等效瞬时速度可以由下式表示为：
Vi＝Vmp/(1－Kd·P) (5)
公式(5)是从公式(2)推导出来的。对于一给定骑自行车者，关于一个确定坡度的系数Kd(P)由在以这个坡度向下骑时所测量的速度Vi来决定：Kd(P)＝(1－Vmp/Vi)/P。对于在以上爬高例子中所考虑的骑自行车者来说，系数Kd可以例如通过公式Kd＝30×P×0.7来计算。
此外，在以一个坡度向下骑时，道路可能的弯曲是很重要的；所以，当向下骑时，通过计及每公里所具有的转弯的数量可以进行附加的校正。
1.3一个等效速度测量计的制造。
关于一个确定的骑自行车者的系数Km和Kd的表格一旦建立起来，根据本发明这些表格存贮在一个电子测量计中，和一般的测量计一样，这个电子测量计包括一个微处理器，存贮装置，并和测量瞬时速度Vi，高度A，时间t，和距离d的传感器联用。
图1是按照本发明的测量计的简化的方框图。
除了检测和计算瞬时速度Vi，高度A，距离d，正坡度A+，负坡度A-的单元以外，这个测量计还包括由Km和Kd标记的单元。每个Km和Kd单元可以是一个存贮器，这个存贮器可以相应Km或Kd的数值提供坡度的每一个数值，或者可以与计算装置相对应，这些计算装置可以根据上述说明的并合适于骑自行车者的那些公式中的一个公式计算出关于坡度每一个数值的Km或Kd的数值。
单元10执行坡度Pi的计算。判断单元11确定坡度是正，还是负。如果坡度为正，当向上骑时，在单元12中计算等效瞬时速度；
Vie＝Vi(1＋KmP)
如果坡度为负，当向下骑时，在单元13中计算等效瞬时速度：
Vie＝Vi(1－KdP)
在以上例子中，各公式在各单元中进行运算。实际上，这些运算可以由一个合适的编程微处理器来执行。
可以随时显示一个或多个计算值。最好总是显示着等效瞬时速度Vie，这是骑自行车者调整其力量的一个基本参数。在本发明的一个实施例中，该测量计还显示和指示骑自行车者的速度是高于，还是低于他在平地上的一般平均速度。这个显示可以由红绿发光二极管(LED)，十号和一号，等等来进行。
如上所述，本发明的目的是提供等效瞬时速度显示和等效距离显示。这个等效距离可以通过对等效瞬时速度的数值进行积分或相加而计算得出(在图1中没有示出)。也可以如单元14所示，用下式计算瞬时等效距离：
de＝d＋Km·A+－Kd·A- (6)
如单元15所示，行程的等效平均速度Vme可以由公式Vme＝de/t来确定。
这样，骑自行车者在骑行中的任何时候都可以知道其骑过的等效距离，即没有坡度的距离。
而且，为了准备一次行程，可以使用包括在本发明的测量计中的计算装置。然后，骑自行车者从地图上读出这次行程的特征特点(平地上的距离，各种增加或减少坡度的高度差)，并根据公式(6)计算出行程中每一段路程的等效距离，而后累加出总的等效距离。由于骑自行车者知道自己在平地上的平均速度，所以，他能够预先确定这次行程一般要花多花多长时间，其中包括行程中一些特殊路段所花的时间。
1.4修改系数
根据本发明的一个方面，Km和Kd单元是由与测量计相关联的键进行编程的。
图2表示的是修改与坡度有关的系数的一种方法。图2表示出一些传感器和一个运算系统21，这些传感器用于检测瞬时速度Vi和瞬时坡度Pi，计算系统21相应于这个坡度Pi提供系数Kmi，例如Kmi＝23＋Pi0.9。
在单元22中，由公式(4)计算出Vi。在单元22中计算得出的瞬时速度与测得的瞬时速度在比较器23中进行比较。比较器23的输出例如与一个门限值进行比较，当超过这个门限值时，如果骑自行车者蹬车的频率似乎对应于他一般的蹬车频率，那么，他就会得知他应该修改他的系数K。而且，还可以提供一个自动调节系统，它能够根据骑自行车者的需要，通过按动其测量计上的特别键来改变计算参数K所用的多个参数中的一个。
等效瞬时速度Vie也可以由数值Kmi来确定，数值Kmi是通过象23＋Pi0.9这样的预先编程而获得的：Vie＝Vi(1＋KmiPi)，这个公式可以确定爬高过程中的等效距离，它是瞬时速度的数值与时间增量的乘积的和，以及行程的平均爬高系数的数值Km＝(dem－dm)/A+的和。
1.5计算坡度
为确定坡度，可以采用例如由图3的方框图所表示的方法。根据这个方法，由单元31分析高度A的变化。当对于一确定的时间间隔δT(例如30秒)，高度值不是增加一个固定的最小值△A(例如4米)时，坡度的变化被视为是零。然后，一旦高度值在不到30秒的时间内就增加了这个固定的最小值(4米)，就马上存贮高度值A1和数值增加时的时间t1，以及在这个时刻的速度V1(单元32)。如果在下一个规定时间间隔(30秒)内，高度值不再增加(单元33)，则系统恢复到其初始状态，而且坡度被认为是零。如果高度值沿同一方向连续增加，一旦达到由A1确定的数值A2时(例如A2＝A1＋4m)，则系统马上存贮高度值A2和时间值t2，以及此刻的瞬时速度V2(单元34)。然后，计算器计算瞬时坡度。
Pi＝2(A2－A1)/[(V1＋V2)(t2－t1)] (单元35)这个数值Pi用在图1的单元10中。
这个方法的优点在于忽略了不明显的坡度变化，例如在坡度变化的时间非常短的情况(在路上有颠簸)。
此外，该装置避免了例如由风的变化所导致的不稳定的压力变化的影响。一般的测量计是计及这种压力变化的，从而导致高度差的计算错误。该测量计根据本发明消除了任何突变的压力变化的影响，这种影响所提供的坡度与骑自行车者的速度和特定系数是不相容的。这种不相容性由例如一系列等效速度的极限值来表示，并作为坡度和骑自行车者的特定系数的函数。
可以采用各种一般的压力传感器测量高度差。
可以采用一种装置来代替上述系统以直接测量坡度，这种装置例如由与部分充有液体的元件的水平器相联用的传感器构成，部分充有液体的元件安装在自行车的车架内。
1.6另一个实施例
根据本发明的测量计能够象一般测量计那样，获得和显示各种测量值，平均值，累加值等等。
而且，由测量计确定的坡度可以用来显示所要选择的最佳档位(链轮和齿之比)。在测量计中可以任意建立和存贮一个对应表。但是，对应表最好是由使用者自己输入，或者可以任意输入，然后提供修改表的装置。由于已有的采用电控装置改变齿数比和/或链轮的系统是公知的，所以，由测量计提供的信息可以用来自动改变档位。
根据进一步的改进，本发明可以根据需要，提供一个性能指示的计算和显示，这个性能指标与等效速度和在平地上的平均速度之比，或者和这两个变量的其它函数相对应。
根据进一步的改进，本发明可以根据需要提供适合系数F的计算和显示。为此，根据使用者的瞬时心率Ni(其正常心率为No)向测量计提供显示，并且例如根据公式F＝VieNo/VmpNi进行计算。一般来说F＝1。低于1的数值表示骑自行车者疲劳并很快减小于力量。高于1的数值表示骑自行车者感觉良好并很快增加力量。测量计也可用仅表示骑自行车者是否在规定的范围以外来代替这种适合指标的显示。
2其它参数
在以上说明中，已经假定影响骑自行车者性能的参数是高度变化。当然，其它参数也会影响骑自行车者的行程，如此，刹车等等。
2.1风
如果用Vv来表示风在骑自行车者行进方向上正或负的轴向分量，那么在有风情况下的等效速度可以确定为Vie＝Vi＋F(Vv)。当然，安装在自行车上的风速测量传感器会确定实际风速与骑自行车者速度之间的差别。相应的计算可以由一个微处理电路很容易地进行。
在顶风的情况下，公式F(Vv)＝Vv0.96可以提供满意的结果。
和关于坡度的情况一样，可以确定与风相关联的系数Kv，以使用公式dev＝Kvd来表示等效距离与实际距离的关系。在上述例子的顶风的情况下，这个系数Kv被表示为：Kv＝1/[(Vmp/Vv0.96)－1]。 2.2刹车
在骑行中的刹车需要骑自行车者使用附加的力量来使速度恢复到正常的平均速度。这样，刹车会影响等效距离的准确估算，刹车可以由一个安装在自行车刹车把上的传感器来检测。
2.3有几个参数共同存在的情况
当有几个参数例如风和坡度共同产生影响时，可组合上述的多种计算来计及它们的影响。
3.典型实施例
图4A以举例的方式表示了一个根据本发明的测量计的前表盘。该测量计包括例如一个显示窗口F和3个控制键A，B和C。一般来说，该测量计包括一个编程的微处理器，以便可以输入参数，或者可以根据键的按动来显示多个测量和计算值中的一个。
已知许多用键来控制微处理器各种功能的方法。例如，键B一开始可以作为一个开/关键，以打开测量计，并在显示窗口中显示瞬时速度Vi和等效瞬时速度Vie。键A可以是一个选择键，用来选择工作方式以改变窗口下显示的数据。于是就可以获得例如图4A到4E中的任何一个显示。
图4A的显示表示的是等效瞬时速度Vie和瞬时速度V1。
图4B的显示表示的是打开测量计后所出现的等效瞬时速度Vie的距离D。
图4C的显示表示的是与打开测量计的总的累计时间相对应的距离：“2615”(英里或公里)，和与这次行程开始后所走过的距离相对应的距离D＝98.5(英里或公里)。符号十表示骑自行车者骑车的速度高于其平均速度。
图4D表示的是等效瞬时速度Vie和瞬时坡度Pi。
图4E表示的是高度值：“0728”表示的是以米为单位的高度，数值A＝1480米表示的是骑自行车者在开始其行程后所骑过的正坡度的总和。符号＋表示等效瞬时速度高于骑自行车者在平地上的平均速度。
当然，上述显示只是例举并不局限于这些显示。
键C使测量计处于编程状态，然后再交替按A和B键进行编程。
根据本发明的一个方面，用C键进行编程，以便当测量计工作者，即当计算出的瞬时速度高于一个不连续的门限值时，C键所产生的一个脉冲使当前的f数据，特别是骑过的距离，高度和时间长度存贮进测量计中。这样，当一个骑自行车者完成行程后，他就可以查阅其行程中键入点的数据，例如建立其性能统计曲线。
此外，根据本发明的测量计可以包括各种装置，用于计算和显示各种指示数值，或它们的总和或部分和，以及它们总的或部分平均值。除了这些特别提到的参数以外，本发明的测量计还可以计及其它参数，并还可以给测量计装备各种设备，例如存贮保存装置，该装置具有一个双电池箱和一个充电指示器。
通过计及为克服各种运动阻力人所需要的体力，本发明可以确定如等效速度，等效距离，性能比等等的性能显示。
本发明还可以确定象有用功这样的性能显示，有用功即表示克服运动阻力所需的功。一个普通的测量计可以测量人所作的功(或所加的力矩和频率)，但是不能把这个功的有用部分(即表现为获得效能)与其无用部分区分开，无用部分例如关于一个骑自行车者来说是由其错误的蹬车方式，其腿部在提起脚蹬时的重量，在自行车上的错误位置等等引起的。
为确定这些性能显示，表征运动的粗糙数据(如速度或所产生的功)要由与行程参数(高度差，风....)相关的系数进行修正，这些参数会向骑自行车者施加阻止其运动的外力，并相应地影响运动所需的力量。
在骑自行车者需要比较其性能方面，本发明还可以通过校准其性能测量计来使其系数个性化，其系数是其自己有用的平均性能或一组人的有用平均性能的函数。
最后，如前文所述，这种测量计还可以用于自行车以外的运动装置上，例如，划艇，所要计及的参数例如为流速，波浪，风....。这种测量计还可以是一个步程器的一个部件；所计及的主要参数是坡度和风。
表1 p(％) v(km/h) vi＝Vmp/(1＋km.p) km＝30 km＝20＋p km＝23＋p0.9 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 30.0 25.0 21.0 17.0 15.0 13.0 11.0 10.0 8.8 8.0 7.3 6.7 6.2 5.7 5.4 5.0 4.7 30.0 23.1 18.8 15.8 13.6 12.0 10.7 9.7 8.8 8.1 7.5 7.0 6.5 6.1 5.8 5.5 5.2 30.0 24.8 20.8 17.8 15.3 13.3 11.7 10.4 9.3 8.3 7.5 6.8 6.2 5.7 5.2 4.8 4.4 30.0 24.2 20.0 16.9 14.6 12.7 11.2 10.0 8.9 8.1 7.3 6.7 6.1 5.7 5.2 4.9 4.5