CN103303425A - 自行车曲柄臂 - Google Patents

Abstract

一种自行车曲柄臂，其包括曲柄主体、传感器支撑构件和功率感测装置。曲柄主体包括曲柄轴安装部分和踏板安装部分。传感器支撑构件设置在曲柄主体的腔体内并接附到曲柄主体。功率感测装置支撑在传感器支撑构件上。

Description

自行车曲柄臂

相关申请的交叉引用

本申请是2012年3月7日提交的第13/414,435号美国专利申请的部分继续申请。由此，本文通过引用并入第13/414,435号美国专利申请的全部公开内容。

技术领域

本发明总地涉及自行车曲柄臂。更具体地，本发明涉及带有检测踩踏力的自行车输入力处理设备的自行车曲柄臂。

背景技术

自行车有时装备有各种传感器，用于将信息提供给骑车者和/或将信息提供给控制器，以控制自行车的诸如换挡或悬架刚度的各种方面。一种这样的传感器为转矩或力传感器，用于检测骑车者的踩踏力。已经建议各种感测装置用来检测骑车者的踩踏力。例如，在第7,516,677号美国专利（已经转让给株式会社岛野）中，圆柱形的扭转检测套筒构件（力传感器单元）设置在曲柄轴上，用于检测踩踏期间施加到曲柄轴的踩踏力。在第3047816号日本实用新型专利中公开了用于检测施加到曲柄臂的踩踏力的力传感器的另一个实例（见图3和图4）。在此实用新型专利中，转矩传感器用以检测柔性杆和曲柄臂之间的相对阻力。曲柄臂和柔性杆经由单向离合器轴承围绕曲柄轴可旋转。柔性杆的自由端接触曲柄臂的部分12。

最近，已经使用应变计（strain gauge）来检测踩踏期间的踩踏力。例如，第2010/0282001号美国专利申请公开文件（已经转让给株式会社岛野）中公开了力传感器，其利用应变计来检测踩踏期间施加到曲柄轴的踩踏力。第8,006,574号美国专利中公开了另一个实例，其中应变计用在曲柄臂上以检测骑车者的踩踏力。典型地，应变计需要以高精度安装，以获得精确的测量。由此，当应变计安装在自行车曲柄臂上以检测骑车者的踩踏力时，增加了制造自行车曲柄臂过程中的制造成本和/或制造时间。

发明内容

本发明总地涉及自行车曲柄臂，其设置有检测施加在自行车曲柄臂上的踩踏力或功率的感测装置。

在一个实施例中，自行车曲柄臂设置为基本包括曲柄主体、传感器支撑构件和功率感测装置。曲柄主体包括曲柄轴安装部分和踏板安装部分。传感器支撑构件设置在曲柄主体的腔体内并接附到曲柄主体。功率感测装置支撑在传感器支撑构件上。

以此自行车曲柄臂，功率感测装置可以以相对简单的方式安装到自行车曲柄臂。从结合附图公开了优选实施例的以下详细描述中，所公开的自行车曲柄臂的额外的创造性特征、目的、方面和优点对于自行车领域内的技术人员将是显然的。

附图说明

现在参考形成此原始公开的一部分的附图：

图1是装备有电控制自行车部件和具有一对根据第一实施例的自行车曲柄臂的自行车曲柄组件的自行车的侧面正视图；

图2是图1中图示的自行车手把和手把安装部件的立体图；

图3是图1中图示的自行车曲柄组件的立体图；

图4是图1和图3中图示的自行车曲柄组件的截面图；

图5是图1、图3和图4中图示的左自行车曲柄臂的纵向截面图，其中功率感测装置分解到左自行车曲柄臂之外；

图6是沿着图4的剖面线6-6所看的左自行车曲柄臂的简化的横向截面图；

图7是根据第二实施例图示的可替换的右自行车曲柄臂的内侧正视图；

图8是根据第三实施例的可替换的左自行车曲柄臂的纵向截面图；

图9是沿着图8的剖面线9-9所看的左自行车曲柄臂的简化的横向截面图；

图10是图8的左自行车曲柄臂的可替换构造的与图9类似的简化的横向截面图；

图11是装备有电控制自行车部件和根据第四实施例的自行车曲柄组件的自行车的侧面正视图；

图12是图11中图示的自行车手把和手把安装部件的立体图；

图13是图11中图示的自行车曲柄组件的示意图，其中自行车曲柄组件具有一对自行车曲柄臂和曲柄轴；

图14是用于图11中图示的自行车的可替换的自行车曲柄组件的另一个示意图，其中自行车曲柄组件具有安装到曲柄臂中的每个的测量板和安装到曲柄轴的电源；

图15是图14中图示的测量板中的一个的特定实施例的立体图；

图16是带有接附控制与通信电路的测量板的另一个实施例的立体图；

图17是电源的特定实施例的立体图；

图18是用以测量驱动转矩的测量板的布置方式的示意图；

图19是用以测量平面外力（out-of-plane force）的测量板的布置方式的示意图；

图20是用以测量径向力的测量板的布置方式的示意图；

图21是用以测量扭转力矩力的测量板的布置方式的示意图。

具体实施方式

现将结合附图来解释选定的实施例。本领域技术人员从此公开可以了解，实施例的以下描述仅提供用于示例而不用于限制发明的目的，本发明由所附的权利要求和它们的等同方式来限定。

首先参考图1，图示的自行车10包括具有根据第一实施例的第一（左）自行车曲柄臂14的自行车曲柄轴组件12。这里，自行车10是包括各种电控制部件的公路型自行车。当然，本领域技术人员从此公开可以了解，轴组件12可以用于其它类型的自行车。自行车曲柄轴组件12还包括第二（右）曲柄臂16。自行车曲柄臂14和16的自由端每个都设置有自行车踏板18。骑车者在自行车踏板18上施加踩踏力，然后此力传送到自行车曲柄臂14和16，用于以常规方式移动自行车链条C以推进自行车10。如下文所解释的，自行车曲柄轴组件12设置有自行车输入力处理设备，其检测踩踏力以提供信息（例如传送到自行车曲柄轴组件12的功率），该信息可以传递给骑车者和/或由各种电子部件使用。自行车10设置有电池B，用于将电力供应给自行车10的各种电子部件。

如图2中所图示的，自行车10具有手把H，其带有自行车计算机20以及一对电子换挡器22A和22B。优选地，电池B将电力供应给电子换挡器22A和22B。自行车计算机20可以具有它自己的电源（优选为内置的），或可以从电池B接收电力。电子换挡器22A和22B构成了换挡命令单元，该换挡命令单元电连接到自行车计算机20，用于响应电子换挡器22A和22B的操作而将换挡信息提供给自行车计算机20。电子换挡器22A电连接到电子后拨链器RD（图1），而电子换挡器22B电连接到电子前拨链器FD（图1）。当然，如果需要和/或期望，电子换挡器22A可以电连接到电子前拨链器FD，且电子换挡器22B可以电连接到电子后拨链器RD。在图1的图示实施例中，电子换挡器22A和22B是包括制动功能的公路型换挡器。但是，本领域技术人员从此公开可以了解，可以使用其它类型的电子换挡器。电子换挡器在自行车领域是已知的，因此本文将不对电子换挡器22A和22B进行详细地讨论和/或图示。如下文所解释的，自行车曲柄轴组件12可操作地连接到自行车计算机20，用于将信息（例如传送到自行车曲柄轴组件12的功率）提供给自行车计算机20。根据需要和/或期望，自行车曲柄轴组件12可以有线连接到自行车计算机20，或者可以无线地与自行车计算机20通信。

如图3中所图示的，自行车曲柄轴组件12还包括曲柄轴24。第一曲柄臂14和第二曲柄臂16固定地联接到曲柄轴24，而使第一曲柄臂14和第二曲柄臂16沿相反的方向从曲柄轴24垂直地延伸。在图示实施例中，第一曲柄臂14以可释放的且可重新安装的方式接附到曲柄轴24的第一端。第二曲柄臂16以常规方式（例如卷压（crimping）、锁定环、粘合等）接附到曲柄轴24的第二端。在第一图示实施例中，第二曲柄臂16具有一对链轮S1和S2。链轮S1和S2以常规方式（例如环形螺母和环形螺栓）固定地安装到第二曲柄臂16。如图3中所看到的，曲柄轴24的纵向中心限定了自行车曲柄轴组件12的旋转轴线A。

现在参考图4和图5，现在将更详细地讨论第一曲柄臂14和第二曲柄臂16。基本地，第一曲柄臂14和第二曲柄臂16每个都设置有支撑在传感器支撑构件28上的功率感测装置26。如下文所解释的，为了测量施加到曲柄臂14或16的转矩或功率，传感器支撑构件28将功率感测装置26安装到曲柄臂14或16。然后，来自功率感测装置26的信息可以用来计算由骑车者施加的作用力和/或用来辅助操作自行车10的部件。

更具体地，第一曲柄臂14包括曲柄主体30，曲柄主体30具有接收功率感测装置26中的一个的腔体32，而第二曲柄臂16包括曲柄主体34，曲柄主体34具有接收功率感测装置26中的另一个的腔体36。虽然曲柄主体30和34具有不同的总体构造，但是曲柄主体30的腔体32和曲柄主体34的腔体36在构造上基本相同，而使功率感测装置26由传感器支撑构件28支撑在腔体32和36内。由此，本文中将仅对第一曲柄臂14进一步详细地讨论。但是，通过传感器支撑构件28将功率感测装置26安装在腔体32内的下述描述也适用于第二曲柄臂16。

如图4和图5中所看到的，传感器支撑构件28设置在曲柄主体30的腔体32内，且不可移动地接附到曲柄主体30。传感器支撑构件28是用来将功率感测装置26轻松且精确地定位在曲柄主体30上的棒状构件，以使来自踏板力的在曲柄主体30内发生的应变经由传感器支撑构件28传送到功率感测装置26。优选地，传感器支撑构件28在曲柄主体30的两个纵向间隔开的位置处不可拆卸地固定到曲柄主体30，用于确保踩踏力经由传感器支撑构件28传送给功率感测装置26。

如图3到图5中所看到的，曲柄主体30还包括曲柄轴安装部分38、踏板安装部分40和臂部分42。腔体32形成在位于曲柄轴安装部分38和踏板安装部分40之间的臂部分42内。臂部分42构成了曲柄主体30的基体构件。在第一图示实施例中，曲柄轴安装部分38、踏板安装部分40和臂部分42一体地形成为在制造曲柄臂过程中典型使用的金属材料的整块的、单体构件。但是，曲柄主体30可以由诸如纤维增强材料（例如碳纤维材料）的非金属材料形成。虽然曲柄主体30通常是非常刚硬的构件，但是曲柄主体30在骑车者踩踏时经受微量的弹性挠曲。换句话说，在骑车者踩踏时，根据经由自行车踏板18施加到踏板安装部分40的踩踏力的施加，曲柄主体30的臂部分42弹性地变形。因此，根据踩踏力的施加，曲柄主体30弹性地变形。

如图4中所看到的，曲柄轴安装部分38具有带花键的孔44。这里，第一曲柄臂14使用锁定环接附到曲柄轴24。但是，第一曲柄臂14可以以任何常规方式接附到曲柄轴24。例如，第一曲柄臂14可以变型为具有从带花键的孔44延伸的径向狭缝，并使用可以螺纹连接到曲柄臂14的端部的两个夹紧螺栓，以将第一曲柄臂14以常规方式固定到曲柄轴24。踏板安装部分40具有用于固定地接附自行车踏板18中的一个的螺纹孔48。左曲柄臂的情况是，螺纹孔48的螺纹是用于接附左自行车踏板的左旋螺纹。另一方面，右曲柄臂的情况是，右旋螺纹典型地用于接附右自行车踏板。

参考图4和图5，现在将更详细地讨论功率感测装置26和传感器支撑构件28。当骑车者踩踏曲柄组件12时，由于沿旋转方向踩踏力的施加，曲柄主体30将经受微量的弹性挠曲。换句话说，当骑车者旋转曲柄组件12时，曲柄臂14将基于来自骑车者的踩踏力略微弯曲。以此方式，曲柄主体30的臂部分42将弹性地变形，以使踏板安装部分40将相对于曲柄轴安装部分38偏转。

传感器支撑构件28构造根据施加到踏板安装部分40的踩踏力的施加而变形。特别地，传感器支撑构件28安装到曲柄主体30，以使传感器支撑构件28和曲柄主体30的臂部分42一起根据施加到踏板安装部分40的踩踏力的施加而弹性地变形。在第一图示实施例中，传感器支撑构件28精确和轻松地将功率感测装置26支撑在腔体32内。特别地，曲柄轴安装部分38和踏板安装部分40中的一个的端表面包括入口孔50，该入口孔50与曲柄主体30的腔体32连通，用于将传感器支撑构件28插入到曲柄主体30的腔体32中。在第一图示实施例中，入口孔50形成在踏板安装部分40内。但是，入口孔50可以形成在曲柄轴安装部分38的端表面内。在任一种情况下，入口孔50相对于传感器支撑构件28定尺寸为使传感器支撑构件28经由入口孔50安装到腔体32内。

如图5中所看到的，曲柄主体30还包括形成在曲柄轴安装部分38内并将腔体32连接到带花键的孔44的入口孔52。入口孔52构成了线（wiring）通道，用于使功率感测装置26的线从曲柄主体30的腔体32离开并延伸到曲柄轴24的中空的内部中。优选地，如后面更详细地讨论，固定销54用来将传感器支撑构件28固定到曲柄主体30。此外，插塞56设置以堵塞入口孔50的开口。曲柄主体30还具有横向安装孔58。固定销54可以压配合到横向安装孔58内。可替换地，固定销54可以是螺栓，且横向安装孔58可以部分地具有螺纹，用于接收螺栓以将传感器支撑构件28固定在入口孔50内。

如图4和图5中所图示的，在第一图示实施例中，传感器支撑构件28包括第一部分60、第二部分62和中间部分64。功率感测装置26支撑在传感器支撑构件28的设置在传感器支撑构件28的第一部分60和第二部分62之间的中间部分64上。第一部分60在第一位置处与曲柄主体30接触，该第一位置对应于腔体32处的入口孔50的区段。优选地，第一部分60通过在第一部分60和入口孔50之间使用粘合剂结合和/或在两者之间使用螺纹连接或压连接而固定在入口孔50内。第二部分62在第二位置处与曲柄主体30接触，该第二位置由中间部分64相对于曲柄主体30的纵向轴线与第一位置（在入口孔50处）纵向地间隔开。特别地，第二位置对应于入口孔52，该入口孔52形成在曲柄轴安装部分38内并将腔体32连接到带有花键的孔44。优选地，第二部分62通过在第二部分62和入口孔52之间使用粘合剂结合和/或在两者之间使用螺纹连接或压连接而固定在入口孔52内。以此设置方式，功率感测装置26在曲柄臂14的中间区域内支撑在腔体32内，且第一部分60和第二部分62位于腔体32的相对的纵向端。传感器支撑构件28固定在入口孔50和52中的至少一个内，以使传感器支撑构件28不相对于曲柄主体30移动。

在第一图示实施例中，第一部分60还通过固定销54固定在入口孔50的区段内。优选地，如上文中提到的，第一部分60紧密地接触入口孔50的内表面，并通过在第一部分60和入口孔50之间使用粘合剂结合和/或在两者之间使用螺纹连接或压连接而固定在入口孔50内，以确保将来自曲柄主体30的踩踏力的良好传递经由传感器支撑构件28适当地传送到功率感测装置26。在图示实施例中，第一部分60和入口孔50具有匹配在一起的圆形截面。由此，使用传感器支撑构件28固定销54确保功率感测装置26在曲柄臂14的中间区域内的适当取向。如图4中所图示的，固定销54穿过第一部分60的横向固定孔60a，以固定功率感测装置26相对于曲柄主体30的取向。固定销54可以是压配合或拧入到曲柄主体30的横向安装孔58中。此外，根据需要和/或期望，横向安装孔58可以是通孔或盲孔。

第二部分62紧密地接触入口孔52的内表面，以确保踩踏力从曲柄主体30到第二部分62的良好传递。第二部分62优选地包括管状区段，其限定用于接收电线和/或柔性印刷电路（柔性印刷板）的内部通道。优选地，如上文中提到的，第二部分62紧密地接触入口孔52的内表面，并通过在两者之间使用粘合剂结合和/或在两者之间使用螺纹连接或压连接而固定在入口孔52内，以确保将来自曲柄主体30的踩踏力的良好传递经由传感器支撑构件28适当地传送到功率感测装置26。通过将入口孔50和52以及第一部分60和第二部分62构造为使他们不相对于彼此旋转可以除去固定销54。例如，第一部分60和第二部分62中的至少一个优选地为键接的（keyed）或在横截面上具有非圆形状，以确保传感器支撑构件28相对于曲柄主体30的正确取向。

为了帮助传感器支撑构件28到曲柄主体30中的组装，第二部分62具有等于或小于传感器支撑构件28的第一部分60的最大宽度的最大宽度。同样地，入口孔52具有等于或小于入口孔52的最大宽度的最大宽度，以使第一部分60和第二部分62合体地（snugly）接收在入口孔50和52中。以此方式，第二部分62在传感器支撑构件28经由入口孔50插入到曲柄主体30内期间可以轻松地通过入口孔50。

功率感测装置26包括相对于曲柄主体30的纵向轴线设置在不同角度位置处的四个传感器元件70、72、74和76。优选地，如图6中所示，传感器支撑构件28的中间部分64具有相对于曲柄主体30的纵向轴线为矩形的横截面。由此，传感器支撑构件28的中间部分64限定了四个侧表面，其中传感器元件70、72、74和76中的每个固定到四个侧表面中的每个。传感器元件70和72设置在中间部分64的平行于第一曲柄臂14的旋转轴线A的相对的侧表面上。传感器元件74和76设置在中间部分64的垂直于第一曲柄臂14的旋转轴线A的相对的侧表面上。四个传感器元件70、72、74和76的检测方向沿第一曲柄臂14的纵向方向延伸。

虽然功率感测装置26包括四个传感器元件70、72、74和76，但是功率感测装置26可以构造为只具有传感器元件70、72、74和76中的两个，而使传感器元件设置在传感器支撑构件28的中间部分64的侧表面中的彼此垂直的两个上。但是，优选地，传感器元件70、72、74和76设置在传感器支撑构件28的中间部分64的侧表面中的每个上。传感器元件70、72、74和76由应变计和半导体传感器中的至少一个形成，用于检测曲柄臂14中的应变。

优选地，如图5中所看到的，功率感测装置26还包括设置在中间部分64上的传感器元件78。在图示实施例中，传感器元件78具有设置以形成带有一对检测方向的“X”或“+”形状的两个感测部分。优选地，传感器元件78设置在中间部分64上，而使传感器元件78的检测方向以规定角度与第一曲柄臂14的纵向方向相交，优选地，大约为如图示的45度。此外优选地，传感器元件78的两个检测方向如图示地彼此垂直。传感器元件78由应变计或半导体传感器形成，用于检测曲柄臂14中的应变。

如图4中所看到的，在第一实施例中，第一曲柄臂14和第二曲柄臂16中的每个还包括通信单元80。从此公开可以了解，根据需要和/或期望，通信单元80可以结合为安装在曲柄臂14和16中的任一个或曲柄轴24上的单个的通信单元。通信单元80每个都具有电连接器82。曲柄组件12还包括安装在曲柄轴24的内部中的电池单元84。电池单元84具有与通信单元80的电连接器82匹配的一对电连接器86。

通信单元80使用电导体90以常规方式电连接到功率感测装置26，电导体90例如可以是电线或柔性电导体板。电池单元84将电力供应给通信单元80。第一曲柄臂14和第二曲柄臂16的功率感测装置26经由电导体90可操作地连接到通信单元80，以接收来自功率感测装置26的信号。基于来自功率感测装置26的信号，通信单元80根据需要和/或期望将信息输出给各种自行车部件。虽然通信单元80安装到曲柄臂14和16，但是它们可以位于别处。此外，虽然在图示实施例中电池单元84设置在曲柄轴24的中空内部内，但是电池单元84可以位于别处。

优选地，通信单元80中的每个都包括微处理器和传送器，以使通信单元80将信息无线地传送给一个或多个电自行车部件，诸如图1中所看到的自行车计算机20、电子前拨链器FD和电子后拨链器RD。可替换地，通信单元80可以通过一根或多根电缆可操作地连接到自行车计算机20、电子前拨链器FD和电子后拨链器RD中的一个或多个。

现在参考图7，图示了根据第二实施例的可替换的第二（右）曲柄臂16’。基本地，第二曲柄臂16’取代了图1、图3和图4中图示的曲柄组件12的第二曲柄臂16。这里，第二曲柄臂16’具有凹陷部形式的开放腔体36’，其在安装好时在面向自行车10的侧面上是开放的。腔体36’构造为紧密地保持第一实施例的功率感测装置26。优选地，功率感测装置26通过压配合和/或通过粘合剂结合等不可拆卸地设置在腔体36’内。鉴于第二曲柄臂16’和16之间的相似性，为简洁起见，在功能上与第二曲柄臂16的部分相同的第二曲柄臂16’的部分将不再讨论。除非明确地声明和/或图示为不同，对第二曲柄臂16的部分的描述适用于第二曲柄臂16’。

可选地，覆盖构件（未示出）固定地联接到曲柄主体34’，用于堵塞腔体36’的开口，以隐藏功率感测装置26。覆盖构件可以是功率感测装置26的一体部分或分离的构件。例如，腔体32可以形成为在曲柄主体34的面向自行车车架的侧面上开放，以使功率感测装置26在安装在自行车10上时无法看到。

现在参考图8和图9，图示了根据第三实施例的可替换的第一（左）曲柄臂14’。基本地，第一曲柄臂14’取代了图1、图3和图4中图示的曲柄组件12的第一曲柄臂14。第一曲柄臂14’可以与第二曲柄臂16或16’一起使用。在此第三实施例中，第一曲柄臂14’具有变型的功率感测装置26’，除了变型的传感器支撑构件28’用于将功率感测装置26’安装到第一曲柄臂14’的曲柄主体30’之外，功率感测装置26’在结构上与上文讨论的功率感测装置26相同。功率感测装置26’设置在曲柄主体30’的腔体32’内。

此外在此实施例中，第一曲柄臂14’具有固定地联接到曲柄主体30’的覆盖构件31’，用于堵塞腔体32’的开口，以隐藏功率感测装置26’。曲柄主体30’构成了基体构件，覆盖构件31’接附到曲柄主体30’（即基体构件），以大致封闭腔体32’。但是，从此公开可以了解，覆盖构件31’不是必需的。鉴于第一曲柄臂14’和14之间的相似性，为简洁起见，在功能上与第一曲柄臂14的部分相同的第一曲柄臂14’的部分将不再讨论。除非明确地声明和/或图示为不同，对第一曲柄臂14的部分的描述适用于第一曲柄臂14’。

如图9中所示，传感器支撑构件28’固定到由曲柄主体30’（即基体构件）形成的腔体32’的内部侧。在图8和图9的此实施例中，粘合剂54’用来将传感器支撑构件28’结合到腔体32’的内部侧。当然，根据需要和/或期望，传感器支撑构件28’可以以其他方式固定到曲柄主体30’。

功率感测装置26’包括相对于曲柄主体30’的纵向轴线设置在不同角度位置处的四个传感器元件70’、72’、74’和76’。优选地，如图9中所看到的，传感器支撑构件28’的中间部分具有相对于曲柄主体30’的纵向轴线为矩形的管状横截面。传感器元件70’、72’、74’和76’中的每个固定到每个内部侧表面。传感器元件70’和72’设置在中间部分的平行于第一曲柄臂14’的旋转轴线A的相对的内部侧表面上。传感器元件74’和76’设置在中间部分的垂直于第一曲柄臂14’的旋转轴线A的相对的内部侧表面上。四个传感器元件70’、72’、74’和76’的检测方向沿第一曲柄臂14’的纵向方向延伸。除了传感器支撑构件28’的中间部分是中空的并且传感器元件70’、72’、74’和76’接附到传感器支撑构件28’的中间部分的内部侧表面之外，传感器元件70’、72’、74’和76’的设置方式与上文讨论的第一实施例相同。

优选地，功率感测装置26’还包括设置在传感器支撑构件28’的中间部分上的传感器元件78’。优选地，传感器元件78’设置为使传感器元件78’的检测方向以规定角度与第一曲柄臂14’的纵向方向相交，优选地，大约为如图示的45度。此外优选地，传感器元件78’的两个检测方向如图示地彼此垂直。传感器元件78’由应变计或半导体传感器形成，用于检测第一曲柄臂14’中的应变。

如图10中所示，图示了第一（左）曲柄臂14”，除了将功率感测装置26”固定到曲柄主体30”的方式和第一曲柄臂14”的覆盖构件31”之外，该第一曲柄臂14”与上文讨论的第一（左）曲柄臂14’相同。这里，功率感测装置26”通过粘合剂54”和一对螺栓55”接附到曲柄主体30”和覆盖构件31”。除了改变截面形状和增加一对螺纹安装孔用于接收螺栓55”之外，功率感测装置26”与功率感测装置26’相同。鉴于功率感测装置26’和26”之间的相似性，对功率感测装置26”的与功率感测装置26’的部分相同的部分将给出与功率感测装置26’的该部分相同的附图标记，但是用双重的上角标代替单个的上角标。此外，为简洁起见，省略了对功率感测装置26”的与功率感测装置26’的部分相同的部分的描述。

现参考图11，图示了包括自行车曲柄轴组件102的自行车100，该自行车曲柄轴组件102具有第一（左）自行车曲柄臂104和第二（右）曲柄臂106。为简明起见，对自行车100的一些共有部件将给出与自行车10的相同类型的部件相同的附图标记。这里，自行车100是诸如山地自行车的运动自行车，其包括各种电控制部件。自行车曲柄臂104和106的自由端每个都设置有自行车踏板118。骑车者在自行车踏板118上施加踩踏力，然后此力传送到自行车曲柄臂104和106，用于以常规方式移动自行车链条C，以推进自行车100。如下文所解释的，自行车曲柄轴组件102设置有自行车输入力处理设备，其检测踏板力以提供信息（例如传送到自行车曲柄轴组件102的功率），该信息可以传递给骑车者和/或由各种电子部件使用。自行车100设置有电池B，用于将电力供应给自行车100的各种电子部件。

如图12中所图示的，自行车100具有手把H，其带有控制单元或自行车计算机120、一对制动杆BL-L和BL-R以及一对电子换挡器122A和122B。优选地，电池B将电力供应给电子换挡器122A和122B。自行车计算机120可以具有它自己的电源（优选为内置的），或可以从电池B接收电力。电子换挡器122A和122B构成了换挡命令单元，该换挡命令单元电连接到自行车计算机120，用于响应于电子换挡器122A和122B的操作而将换挡信息提供给自行车计算机120。电子换挡器122A电连接到电子后拨链器RD（图11），而电子换挡器122B电连接到电子前拨链器FD（图11）。当然，如果需要和/或期望，电子换挡器122A可以电连接到电子前拨链器FD，且电子换挡器122B可以电连接到电子后拨链器RD。电子换挡器在自行车领域是已知的，因此本文将不对电子换挡器122A和122B进行详细地讨论和/或图示。

如下文所解释的，自行车曲柄轴组件102可操作地连接到自行车计算机120，用于将信息（例如传送到自行车曲柄轴组件102的功率）提供给自行车计算机120。根据需要和/或期望，自行车曲柄轴组件102可以有线连接到自行车计算机120，或者可以无线地与自行车计算机120通信。

右曲柄臂106的第一端部分包括轴安装开口106a（图13），用于将右曲柄臂106安装到曲柄轴124，且右曲柄臂106的第二端部分包括踏板安装开口106b，用于安装踏板118中的一个。三个链轮接附到右曲柄臂106。左曲柄臂104的第一端部分包括轴安装开口104a，用于将左曲柄臂104安装到曲柄轴124，且左曲柄臂104的第二端部分包括踏板安装开口104b，用于安装踏板118。前拨链器FD选择性地使链条C与三个前链轮中的一个啮合，并且可以通过由自行车计算机120控制的马达（未示出）移动。类似地，后拨链器RD选择性地使链条C与几个后链轮中的一个啮合，并且可以通过由自行车计算机120控制的马达（未示出）移动。

如图12中所示，自行车计算机120包括盒状的壳体120a。显示单元120b、电源开关120c和模式开关120d设置在壳体120a的上表面上。电子换挡器122A和122B用来发送命令，以分别操作换挡后拨链器RD和前拨链器FD。优选地，自行车计算机120由设置在电池B（图11）处的连接器单元连接到后拨链器RD和前拨链器FD。

如图13中所示，在此实施例中，第一电路安装开口106c形成在曲柄臂106的侧向内侧表面106d处，且第二电路安装开口106e形成在曲柄臂106的侧向外侧表面106f处。第一电路安装开口106c和第二电路安装开口106e包括各自的底面106g和106h，以使第一电路安装开口106c和第二电路安装开口106e分别形成为在侧向内侧表面106d和侧向外侧表面106f中的凹陷部。

如本文所使用的，内侧意味着当曲柄臂接附到自行车时曲柄臂的面向自行车车架的侧面，外侧意味着曲柄臂的背对自行车车架的侧面，上侧意味着当曲柄臂大体水平地取向且曲柄臂的外侧面向观察者以及轴安装开口在左边时曲柄臂的面向上的侧面，以及下侧意味着当曲柄臂大体水平地取向且曲柄臂的外侧面向观察者以及轴安装开口在左边时曲柄臂的面向下的侧面。

第一电路安装结构130设置在第一电路安装开口106c内。第二电路安装结构134设置在第二电路安装开口106e内。第一电路安装结构130和第二电路安装结构134构造为在各自的第一电路安装开口106c和第二电路安装开口106e处将相应的测量板138（图14和图15）可拆卸地安装到曲柄臂106。第一电路安装结构130和第二电路安装结构134可以和曲柄臂106形成为连续的、整块的结构，或者它们可以是焊接到或者以其它方式结合或紧固到曲柄臂106的分离的结构。在图13的此实施例中，第一电路安装结构130和第二电路安装结构134构造为圆柱形支柱或者一些其它形式的突出部或凸起。优选地，但不是必须地，第一电路安装结构130和第二电路安装结构134可以进一步包括电路安装开口130a和134a，该电路安装开口130a和134a进一步包含螺纹130b和134b形式的电路安装结构。换句话说，第一电路安装结构130和第二电路安装结构134可以形成为带有螺纹的螺母。

如图15中所示，测量板138可以包括具有顶表面142a和底表面142b的基片142、设置在顶表面142a用于测量输入力的传感器146、通过线154电连接到传感器146的电连接器150以及通孔形式的一对安装开口158。基片142可以是印刷电路板或者半导体、金属或者其它传导性或者非传导性的刚性或柔性片。在此实施例中，传感器146包括应变计（例如构造为惠斯通（Wheatstone）电桥的多个电阻），该应变计可以贴附（affixed）到基片142或者形成为基片142的一部分。传感器146可以至少部分地由半导体材料形成，以检测基片142上的应变。当然，依据所使用的材料，将容易获知传感器146和基片142的其它构造。

如图14中所示，测量板138中的每个可以使用诸如螺钉162的螺纹紧固件可拆卸地安装到第一电路安装结构130或第二电路安装结构134中的它相应的一个，该螺纹紧固件延伸通过基片142中的安装开口158并进入第一电路安装结构130或第二电路安装结构134中的它们相应的一个中。如果期望，第一电路安装开口106c和第二电路安装开口106e可以具有阶梯部分106i和106j，以使测量板138设置在安装开口106c和106e中的它们各自的一个内，且测量板138的底表面142b与它们相应的曲柄臂106的内侧表面106d和外侧表面106f齐平。如图13中所示，当测量板138没有安装在第一电路安装开口106c或第二电路安装开口106e中的相应的一个中时，可拆卸覆盖件166可以覆盖第一电路安装开口106c和第二电路安装开口106e。在此实施例中，安装开口106c和106e可以由它们各自的测量板138密封。

如图13中所示，在此实施例中，第一电路安装开口104c形成在曲柄臂104的侧向内侧表面104d处，且第二电路安装开口104e形成在曲柄臂104的侧向外侧表面104f处。第一电路安装开口104c和第二电路安装开口104e包括各自的底面104g和104h，以使第一电路安装开口104c和第二电路安装开口104e分别形成为在侧向内侧表面104d和侧向外侧表面104f中的凹陷部。曲柄臂104包括两个第一电路安装结构170，其设置在第一电路安装开口104c内。曲柄臂104包括两个第二电路安装结构174，其设置在第二电路安装开口104e内。但是，第一电路安装结构170和第二电路安装结构174的每个可以和曲柄臂104形成为连续的、整块的结构，或者它们可以是焊接到或者以其它方式结合或紧固到曲柄臂104的分离的结构。在此实施例中，正如在曲柄臂106中的第一电路安装结构130和第二电路安装结构134，第一电路安装结构170和第二电路安装结构174构造为进一步带有电路安装开口170a和174a的圆柱形支柱或者一些其它形式的突出部或者凸起，该电路安装开口170a和174a进一步包含螺纹170b和174b形式的电路安装结构。

如图14中所示，第一电路安装结构170构造为在第一电路安装开口104c处将测量板178（图16）可拆卸地安装到曲柄臂104的侧向内侧表面104d。同样地，第二电路安装结构174构造为在第二电路安装开口104e处将先前描述的测量板138可拆卸地安装到曲柄臂104的侧向外侧表面104f。

如图16中所示，测量板178可以包括具有顶表面182a和底表面182b的基片182、设置在顶表面182a用于测量输入力的传感器186、安装到底表面182b的控制与通信部分190以及通孔形式的一对安装开口194。与右侧安装开口194对准的类似的通孔（未示出）设置在控制与通信部分190中。控制与通信部分190包括壳体190a和在壳体190a内侧的控制与通信电路192。壳体190a可以由树脂制成，以使电磁波容易穿过其传送。控制与通信部分190可以设置在基片182的顶表面182a上，在这种情况下，基片182或曲柄臂104可以由非金属材料制成，或者控制与通信部分190可以设置在基片182的底表面182b上。

正如测量板138，基片182可以是印刷电路板或者半导体，其是金属或者其它传导性或者非传导性的刚性或柔性片。传感器186包括应变计（例如构造为惠斯通电桥的多个电阻），该应变计可以贴附到基片182或者形成为基片182的一部分。传感器186可以至少部分地由半导体材料形成，以检测基片182上的应变。传感器186通过线198可操作地联接到控制与通信部分190，且电连接器202通过线206电连接到控制与通信部分190。线198和206穿过基片182中的通孔193。

控制与通信电路192优选地包括微处理器，该微处理器编程为基于从传感器146和186接收的信号以众所周知的方式计算施加到曲柄臂106和104的力或者功率。控制与通信电路192还包括传送器192a，以将传感器信号和/或计算出的数据有线地或者无线地传送到自行车计算机120。

如图14中所示，测量板178可以使用诸如螺钉162的螺纹紧固件可拆卸地安装到第一电路安装结构170，该螺纹紧固件延伸通过基片182中的安装开口194（以及通过控制与通信部分190中的对准的开口）并进入第一电路安装结构170中。如所图示的，测量板138也可以使用诸如螺钉162的螺纹紧固件可拆卸地安装到第二电路安装结构174，该螺纹紧固件延伸通过基片142中的安装开口158并进入第二电路安装结构174。如果期望，第一电路安装开口104c和第二电路安装开口104e可以具有各自的阶梯部分104i和104j，以使测量板178和138设置在各自的安装开口104c和104e内，且各自的测量板178和138的底表面182b和142b与它们相应的曲柄臂104的内侧表面104d和外侧表面104f齐平。如图13中所示，当测量板178或138没有安装在第一电路安装开口104c或第二电路安装开口104e中的它相应的一个处时，可拆卸覆盖件166可以覆盖第一电路安装开口104c和第二电路安装开口104e。

如图13和图14中所示，第一线束（wiring harness）210至少部分地设置在曲柄臂106中的中空腔室214内，且第二线束218至少部分地设置在曲柄臂104中的中空腔室222内。第一线束210包括线簇（wiringbundle）226、第一电连接器230、第二电连接器234和第三电连接器238。在此实施例中，第一电连接器230刚性地安装到第一电路安装开口106c的底面106g，以使其暴露于第一电路安装开口106c，且第二电连接器234刚性地安装到第二电路安装开口106e的底面106h，以使其暴露于第二电路安装开口106e。第一电路安装开口106c处的测量板138的电连接器150连接到第一电连接器230，且第二电路安装开口106e处的测量板138的电连接器150连接到第二电连接器234。如果期望，第一电连接器230和第二电连接器234可以单独地或者与它们各自的第一电路安装结构130和第二电路安装结构134结合来形成第一电路安装结构和第二电路安装结构，尤其如果电连接器150中的一个或者两个都刚性地安装到它们相应的基片142。中空腔室214、第一电路安装开口106c和第二电路安装开口106e彼此之间可以流体连通（即形成连续的开口）。

类似的，第二线束218包括线簇242、第一电连接器246、第二电连接器250和第三电连接器254。在此实施例中，第一电连接器246刚性地安装到第一电路安装开口104c的底面104g，以使其暴露于第一电路安装开口104c，且第二电连接器250刚性地安装到第二电路安装开口104e的底面104h，以使其暴露于第二电路安装开口104e。第一电路安装开口104c处的测量板178的电连接器202连接到第一电连接器246，且第二电路安装开口104e处的测量板138的电连接器150连接到第二电连接器250。如果期望，第一电连接器246和第二电连接器250可以单独地或者与它们各自的第一电路安装结构170和第二电路安装结构174结合来形成第一电路安装结构和第二电路安装结构，尤其如果电连接器202刚性地安装到它相应的基片182和/或如果电连接器150刚性地安装到它相应的基片142。中空腔室222、第一电路安装开口104c和第二电路安装开口104e彼此之间可以流体连通（即形成连续的开口）。

如图14和图17中所示，诸如电池单元258的电源设置在曲柄轴124中的中空腔室262内。电池单元258包括容纳多个个体电池（未示出）的圆柱形电池壳体266。第一电连接器270通过线274联接到电池壳体266。第二电连接器278通过线282联接到电池壳体266。第一电连接器270连接到第一线束210的第三电连接器238，用于将操作电力传递到在右曲柄臂106的第一电路安装开口106c和第二电路安装开口106e处的测量板138，并且用于通过电池壳体266中的旁路线（bypass wiring）（未示出）传递来自第一电路安装开口106c和第二电路安装开口106e处的测量板138上的传感器146的传感器信号。第二电连接器278连接到第二线束218的第三电连接器254，用于将操作电力传递到在左曲柄臂104的第一电路安装开口104c和第二电路安装开口104e处的测量板178和138，并且用于将来自右曲柄臂106的第一电路安装开口106c和第二电路安装开口106e处的测量板138上的传感器146的传感器信号传递到控制与通信部分190。线束218也将来自左曲柄臂104的第二电路安装开口104e处的测量板138上的传感器146的传感器信号传递到控制与通信部分190。

本文公开的传感器安装布置方式具有很多用途。例如，如图18中所示，驱动转矩Fθ可以通过将测量板138（或178）如所示地安装在曲柄臂106的上侧表面106m和下侧表面106n上来检测和处理，以使安装在上侧表面106m上的传感器检测张力（tension）（如箭头所指示）且使安装在下侧表面106n上的传感器检测压力（compression）。如图19中所示，平面外力Fz可以通过将测量板138（或178）如所示地安装在曲柄臂106的侧向内侧表面106d和侧向外侧表面106f上来检测和处理，以使安装在内侧表面106d上的传感器检测压力且使安装在外侧表面106f上的传感器检测张力（或者反之亦然）。如图20中所示，沿着曲柄臂106的纵向轴线径向向外地指向的力Fr可以通过将测量板138（或178）如所示地安装在曲柄臂106的上侧表面106m和下侧表面106n上来检测和处理，以使安装在上侧表面106m上的传感器检测张力且使安装在下侧表面106n上的传感器检测压力。如图21中所示，扭转力矩力M（由踏板轴286导致的）可以通过将测量板138（或178）如所示地对角地安装在曲柄臂106的侧向外侧表面106f上来检测和处理，以检测对角朝向的拉力。

可替换地，虽然第一线束210和第二线束218分别设置在曲柄臂106的中空腔室214和曲柄臂104的中空腔室222内，但是第一线束210和第二线束218可以直接成型到相应的第一曲柄臂106或第二曲柄臂104内。可替换地，第一线束210和第二线束218可以部分地或者整个地设置在第一曲柄臂106和第二曲柄臂104的外侧，且连接器150和202不必刚性地贴附到它们各自的电路安装开口的底面。同样的，电池单元258可以部分地或者整个地设置在曲柄轴124的外侧。

电路安装开口106c、106e、104c和104e可以省略，测量板138和/或178可以安装到诸如凸起的电路安装结构、设置在曲柄臂的侧面的电路安装开口中的电路安装结构（例如螺纹）、设置在安装到曲柄臂的连接器处的电路安装结构等。虽然测量板138和/或178安装到右曲柄臂106和/或左曲柄臂104，但是测量板138和/或178可以安装到任何这样的带有或者不带有相应的凹陷部的电路安装结构290（图20），电路安装结构290设置在与右曲柄臂106有关的链轮安装臂（辐条臂（spiderarm））294上。虽然测量板138和178图示为每个都带有传感器146和186中的一个，但是测量板138和178可以每个都包括多个传感器。

虽然仅选择选定的实施例来图示本发明，但是本领域技术人员从此公开可以了解，在不脱离如所附权利要求中限定的本发明的范围的情况下，可以做出各种改变和变型。此外，如果大致不会改变其想要的目的，例如各种部件的尺寸、形状、位置或者取向可以根据需要和/或期望改变。示出为相互直接连接或接触的部件可以具有设置在它们之间的中间结构。如果大致不会改变其想要的目的，一个元件的功能可以根据需要和/或期望由两个来进行，反之亦然。一个实施例的结构和功能可以在另一个实施例中采用。在特定实施例中所有优点并非必须同时存在。从现有技术看是独特的每个特征，无论单独地或与其它特征相结合，也应当看作申请人的进一步发明的单独的说明，包括由这种特征所体现的结构性和/或功能性构思。因此，根据本发明的实施例的上述描述仅提供用于示例而不用于限制发明的目的，本发明由所附权利要求及其等同方式所限定。

Claims (20)

1.一种自行车曲柄臂，包括：

曲柄主体，其包括曲柄轴安装部分和踏板安装部分；

传感器支撑构件，其设置在所述曲柄主体的腔体内并接附到所述曲柄主体；以及

功率感测装置，其支撑在所述传感器支撑构件上。

2.如权利要求1所述的自行车曲柄臂，其中

所述传感器支撑构件不可拆卸地固定到所述曲柄主体。

3.如权利要求1所述的自行车曲柄臂，其中

所述传感器支撑构件构造为根据施加到所述踏板安装部分的踩踏力的施加而变形。

4.如权利要求1所述的自行车曲柄臂，其中

所述曲柄轴安装部分和所述踏板安装部分中的一个的端表面包括与所述曲柄主体的所述腔体连通的入口孔，所述入口孔相对于所述传感器支撑构件定尺寸为使得所述传感器支撑构件经由所述入口孔安装到所述腔体内。

5.如权利要求4所述的自行车曲柄臂，其中

所述传感器支撑构件包括固定在所述入口孔的区段内的第一部分。

6.如权利要求5所述的自行车曲柄臂，其中

所述传感器支撑构件包括第二部分，所述第二部分具有等于或小于所述传感器支撑构件的所述第一部分的最大宽度的最大宽度。

7.如权利要求1所述的自行车曲柄臂，其中

所述传感器支撑构件包括在第一位置处与所述曲柄主体接触的第一部分和在第二位置处与所述曲柄主体接触的第二部分，所述第二位置相对于所述曲柄主体的纵向轴线与所述第一位置纵向地间隔开。

8.如权利要求7所述的自行车曲柄臂，其中

所述功率感测装置支撑在所述传感器支撑构件的中间部分上，所述中间部分设置在所述传感器支撑构件的所述第一部分和所述第二部分之间。

9.如权利要求1所述的自行车曲柄臂，其中

所述功率感测装置包括多个传感器元件，所述传感器元件相对于所述曲柄主体的纵向轴线设置在不同的角度位置处。

10.如权利要求9所述的自行车曲柄臂，其中

所述传感器支撑构件的所述中间部分具有相对于所述曲柄主体的所述纵向轴线的矩形横截面，所述矩形横截面限定四个侧表面，以及

所述传感器元件设置在所述传感器支撑构件的所述中间部分的所述侧表面中的彼此垂直的至少两个上。

11.如权利要求10所述的自行车曲柄臂，其中

所述传感器元件设置在所述传感器支撑构件的所述中间部分的所述侧表面中的每个上。

12.如权利要求11所述的自行车曲柄臂，其中

所述传感器元件由应变计和半导体传感器中的至少一个形成，用于检测应变。

13.如权利要求1所述的自行车曲柄臂，其中

所述曲柄主体包括基体构件和覆盖构件，所述覆盖构件接附到所述基体构件，以大致封闭所述腔体。

14.如权利要求1所述的自行车曲柄臂，其中

所述传感器支撑构件固定到所述曲柄主体的所述腔体的内部侧。

15.如权利要求14所述的自行车曲柄臂，其中

所述曲柄主体包括基体构件和覆盖构件，所述覆盖构件接附到所述基体构件，以大致封闭所述腔体。

16.如权利要求15所述的自行车曲柄臂，其中

所述传感器支撑构件固定到所述曲柄主体的所述腔体的由所述基体构件形成的所述内部侧。

17.如权利要求1所述的自行车曲柄臂，其还包括：

通信单元，其可操作地连接到所述功率感测装置，以接收来自所述功率感测装置的信号，并基于来自所述功率感测装置的所述信号输出信息。

18.如权利要求17所述的自行车曲柄臂，其中

所述通信单元无线地传送所述信息。

19.一种自行车曲柄组件，其包括根据权利要求17所述的自行车曲柄臂，所述自行车曲柄组件还包括：

曲柄轴，其具有固定到所述曲柄轴安装部分的第一端；以及

额外的自行车曲柄臂，其包括额外的曲柄主体、额外的传感器支撑构件和额外的功率感测装置，所述额外的曲柄主体固定到所述曲柄轴的第二端，所述额外的传感器支撑构件设置在所述额外的曲柄主体的腔体内，所述额外的功率感测装置支撑在所述额外的传感器支撑构件上，并可操作地连接到所述通信单元。

20.如权利要求19所述的自行车曲柄组件，还包括

电池单元，其设置在所述曲柄轴内，并电连接到所述通信单元。

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