CN103303428A - 自行车输入力处理设备 - Google Patents

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Abstract

一种自行车曲柄臂设备，包括具有曲柄轴安装部分和踏板安装部分的曲柄臂。电路安装结构设置在曲柄轴安装部分和踏板安装部分之间，其中电路安装结构构造为可拆卸地安装测量板。当测量板安装到电路安装结构时，由此产生的结合形成了自行车输入力处理设备。

Description

自行车输入力处理设备
技术领域
本发明涉及自行车，更具体地，涉及自行车输入力处理设备的各种特征。
背景技术
一些自行车部件具有接附到它们的传感器，以测量该部件的各种操作特性。例如，为了感测操作缆线卷绕构件的当前操作位置，传动装置（transmission）换挡控制装置可以具有接附到操作缆线卷绕机构的位置传感器。操作缆线卷绕构件的位置提供了关于自行车传动装置的当前传动比的信息，并且此信息可以通过显示器传递给骑车者。在另一个实例中，磁体可以安装到自行车车轮的轮辐中的一个，且诸如簧片开关的传感器可以安装到自行车车架，以使磁体在车轮的每次回转时都经过传感器。因此，传感器在每次磁体经过传感器都产生电脉冲，且连续的脉冲之间的时间可以用来确定自行车的速度。在又一个实例中，诸如应变计（strain gauge）的力传感器可以安装到诸如踏板曲柄或者车轮轮毂的部件的表面，以测量施加到该部件的转矩。来自于传感器的信息然后可以用来计算由骑车者施加的作用力。
发明内容
本发明涉及自行车输入力测量设备的各种特征。在一个实施例中，自行车曲柄臂设备包括具有曲柄轴安装部分和踏板安装部分的曲柄臂。电路安装结构设置在曲柄轴安装部分和踏板安装部分之间，其中电路安装结构构造为可拆卸地安装测量板。当测量板安装到电路安装结构时，由此产生的结合形成了自行车输入力处理设备。从下文的描述可以了解额外的创造性特征，并且这些特征可以与上文的特征结合以提供额外的益处。
附图说明
图1是包括电控制自行车部件的特定实施例的自行车的侧视图；
图2是自行车的手把安装部件的特定实施例的细节图；
图3是自行车的曲柄臂和曲柄轴的特定实施例的示意图；
图4是分别安装到曲柄臂和曲柄轴的测量板和电源的特定实施例的示意图；
图5是测量板的特定实施例的立体图；
图6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7是电源的特定实施例的立体图；
图8是用以测量驱动转矩的测量板的布置方式的示意图；
图9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10是用以测量径向力的测量板的布置方式的示意图；以及
图11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
图1是包括电控制部件的特定实施例的自行车4的侧视图，自行车4是诸如山地车的运动型自行车，它包括车架8、可旋转地安装到车架8的前叉12、安装到叉12的上部的手把组件16，可旋转地接附到叉12的下部的前车轮20、可旋转地接附到车架8的后部的后车轮24、前传动装置28、后传动装置32、可操作地联接到前传动装置28和后传动装置32的链条34以及车座38。前车轮制动器42设置用于制动前车轮20，且后车轮制动器46设置用于制动后车轮24。如图2中所示，各自的抓握部50a、50b和制动杆54a、54b设置在手把组件16的两端上。制动杆54a连接到前车轮制动器42，用于制动前车轮20，且制动杆54b连接到后车轮制动器46，用于制动后车轮24。
前传动装置28是接附到车架8的中间下部的机械单元，用于将由骑车者产生的驱动力经由链条34传送到后传动装置32。前传动装置28包括三个不同尺寸的链轮58和前拨链器62。三个链轮58安装在齿轮曲柄66上，该齿轮曲柄66在骑车者推动踏板70和72时旋转。齿轮曲柄66包括水平且可旋转地穿过车架8的底部托架的曲柄轴74、右曲柄臂82和左曲柄臂86。右曲柄臂82的第一端部分包括用于将右曲柄臂82安装到曲柄轴74的轴安装开口82a（图3），且右曲柄臂82的第二端部分包括用于安装踏板70的踏板安装开口82b，。链轮58接附到右曲柄臂82。左曲柄臂86的第一端部分包括用于将左曲柄臂86安装到曲柄轴74的轴安装开口86a，且左曲柄臂86的第二端部分包括用于安装踏板72的踏板安装开口86b。前拨链器62选择性地使链条34与三个链轮58中的一个啮合，且可以由马达（未示出）移动，该马达由安装到手把组件16的控制单元90控制。
后传动装置32将驱动力从链条34传送到后车轮24。后传动装置32包括后链轮组94和后拨链器98。后链轮组94包括与后车轮24的轮毂部分同中心地安装的多个链轮102。后拨链器98使链条34与链轮102中的选定者啮合，并且可以由马达（未示出）移动，该马达由控制单元90控制。
如图2中所示，控制单元90包括盒状的壳体106。显示单元110、电源开关114和模式开关118设置在壳体106的上表面上。换挡命令单元122a、122b分别设置在抓握部50a、50b以及制动杆54a、54b的内侧，并且控制单元90可操作地连接到换挡命令单元122a、122b。换挡命令单元122a、122b分别用于换挡前传动装置28和后传动装置32。控制单元90通过连接器单元126连接到前传动装置28和后传动装置32（图1）。
如图3中所示，在此实施例中，第一电路安装开口82c形成在曲柄臂82的侧向内侧表面82d处，且第二电路安装开口82e形成在曲柄臂82的侧向外侧表面82f处。第一电路安装开口82c和第二电路安装开口82e包括各自的底面82g和82h，以使第一电路安装开口82c和第二电路安装开口82e分别形成为在侧向内侧表面82d和侧向外侧表面82f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82c内，且第二电路安装结构134设置在第二电路安装开口82e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82c和第二电路安装开口82e处将相应的测量板138（图4和图5）可拆卸地安装到曲柄臂82。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82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82的分离的结构。在此实施例中，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5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（wiring）154电连接到传感器146的电连接器150以及通孔形式的安装开口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4中所示，每个测量板138可以使用诸如螺钉162的螺纹紧固件可拆卸地安装到它相应的第一电路安装结构130或第二电路安装结构134，该螺纹紧固件延伸通过基片142中的安装开口158并进入它们相应的第一电路安装结构130或第二电路安装结构134中。如果期望，第一电路安装开口82c和第二电路安装开口82e可以具有阶梯部分82i和82j，以使测量板138设置在它们各自的安装开口82c和82e内，且测量板138的底表面142b与它们相应的曲柄臂82的内侧表面82d和外侧表面82f齐平。如图3中所示，当测量板138没有安装在相应的第一电路安装开口82c或第二电路安装开口82e中时，可拆卸覆盖件166可以覆盖第一电路安装开口82c和第二电路安装开口82e。在此实施例中，安装开口82c和82e可以由它们各自的测量板138密封。
如图3中所示，在此实施例中，第一电路安装开口86c形成在曲柄臂86的侧向内侧表面86d处，且第二电路安装开口86e形成在曲柄臂86的侧向外侧表面86f处。第一电路安装开口86c和第二电路安装开口86e包括各自的底面86g和86h，以使第一电路安装开口86c和第二电路安装开口86e分别形成为在侧向内侧表面86d和侧向外侧表面86f中的凹陷部。第一电路安装结构170设置在第一电路安装开口86c内，且第二电路安装结构174设置在第二电路安装开口86e内。第一电路安装结构170和第二电路安装结构174可以和曲柄臂86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86的分离的结构。在此实施例中，正如在曲柄臂82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4中所示，第一电路安装结构170构造为在第一电路安装开口86c处将测量板178（图6）可拆卸地安装到曲柄臂86的侧向内侧表面86d，且第二电路安装结构174构造为在第二电路安装开口86e处将先前描述的测量板138可拆卸地安装到曲柄臂86的侧向外侧表面86f。如图6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86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、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（Wheatstone）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可以包括微处理器，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82和86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控制单元90。
如图4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，且测量板138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86c和第二电路安装开口86e可以具有各自的阶梯部分86i和86j，以使测量板178和138设置在它们各自的安装开口86c和86e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86的内侧表面86d和外侧表面86f齐平。如图3中所示，当测量板178或138没有安装在它相应的第一电路安装开口86c或第二电路安装开口86e处时，可拆卸覆盖件166可以覆盖第一电路安装开口86c和第二电路安装开口86e。
如图3和图4中所示，第一线束（wiring harness）210至少部分地设置在曲柄臂82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86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82c的底面82g，以使其暴露于第一电路安装开口82c，且第二电连接器234刚性地安装到第二电路安装开口82e的底面82h，以使其暴露于第二电路安装开口82e。第一电路安装开口82c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82e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82c和第二电路安装开口82e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86c的底面86g，以使其暴露于第一电路安装开口86c，且第二电连接器250刚性地安装到第二电路安装开口86e的底面86h，以使其暴露于第二电路安装开口86e。第一电路安装开口86c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86e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86c和第二电路安装开口86e彼此之间可以流体连通（即形成连续的开口）。
如图4和图7中所示，诸如电池单元258的电源设置在曲柄轴74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、通过线274联接到电池壳体266的第一电连接器270以及通过线282联接到电池壳体266的第二电连接器278。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82的第一电路安装开口82c和第二电路安装开口82e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82c和第二电路安装开口82e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86的第一电路安装开口86c和第二电路安装开口86e处的测量板178和138，并且用于将来自右曲柄82的第一电路安装开口82c和第二电路安装开口82e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86的第二电路安装开口86e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8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82的上侧表面82m和下侧表面82n上来检测和处理，以使安装在上侧表面82m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82n上的传感器检测压力（compression）。如图9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82的侧向内侧表面82d和侧向外侧表面82f上来检测和处理，以使安装在内侧表面82d上的传感器检测压力且使安装在外侧表面82f上的传感器检测张力（或者反之亦然）。如图10中所示，沿着曲柄臂82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82的上侧表面82m和下侧表面82n上来检测和处理，以使安装在上侧表面82m上的传感器检测张力且使安装在下侧表面82n上的传感器检测压力。如图11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82的侧向外侧表面82f上来检测和处理，以检测对角朝向的拉力。
虽然上文描述了创造性特征的各种实施例，但在不背离本发明的精神和范围的情况下可以采取进一步的变型。例如，虽然第一线束210和第二线束218分别设置在曲柄臂82的中空腔室214和曲柄臂86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82或第二曲柄臂86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82和第二曲柄臂86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78的外侧。
电路安装开口82c、82e、86c和86e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82和/或左曲柄86，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10），电路安装结构290设置在与右曲柄82有关的链轮安装臂（辐条臂（spider arm））294上。虽然测量板138和178图示为每个都带有一个传感器146和186，但是测量板138和178可以每个都包括多个传感器。
各种部件的尺寸、形状、位置或者取向可以根据期望变化。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。一个元件的功能可以由两个来进行，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，本发明的范围不应该由所公开的具体结构或对特定结构或特征的明显的初始关注所限制。

Claims (30)

1.一种自行车曲柄臂设备，包括：
曲柄臂，其具有曲柄轴安装部分和踏板安装部分；以及
电路安装结构，其设置在所述曲柄轴安装部分和所述踏板安装部分之间，其中所述电路安装结构构造为可拆卸地安装测量板。
2.如权利要求1所述的设备，其中所述电路安装结构具有开口。
3.如权利要求2所述的设备，还包括可拆卸地安装到所述开口的覆盖件。
4.如权利要求2所述的设备，还包括设置在所述开口处的电连接器。
5.如权利要求4所述的设备，其中所述电连接器设置在所述开口内。
6.如权利要求5所述的设备，其中所述电连接器在所述开口内紧固到所述曲柄臂。
7.如权利要求4所述的设备，还包括接附到所述电连接器的电线。
8.如权利要求7所述的设备，其中所述电线设置在所述曲柄臂内。
9.如权利要求1所述的设备，其中所述曲柄臂包括链轮安装臂，且其中所述电路安装结构设置在所述链轮安装臂上。
10.一种自行车输入力处理设备，包括：
曲柄臂，其具有曲柄轴安装部分和踏板安装部分；以及
第一测量板，其具有安装在其上用于测量第一输入力的第一传感器；
其中曲柄臂包括第一电路安装结构，其设置在所述曲柄轴安装部分和所述踏板安装部分之间，且构造为可拆卸地安装所述第一测量板。
11.如权利要求10所述的设备，其中所述第一传感器包括应变计。
12.如权利要求10所述的设备，其中所述第一测量板包括面向所述曲柄臂的表面，且其中所述第一传感器设置在所述表面和所述曲柄臂之间。
13.如权利要求10所述的设备，其中所述电路安装结构具有开口。
14.如权利要求13所述的设备，其中所述第一测量板安装在所述开口内。
15.如权利要求14所述的设备，其中所述开口包括底面，以使所述开口形成为在所述曲柄臂中的凹陷部。
16.如权利要求10所述的设备，还包括将所述第一测量板安装到所述第一电路安装结构的紧固件。
17.如权利要求16所述的设备，其中所述紧固件包括螺纹紧固件。
18.如权利要求10所述的设备，还包括可操作地联接到所述第一传感器用于传送传感器信号的传送器。
19.如权利要求18所述的设备，其中所述传送器无线地传送所述传感器信号。
20.如权利要求18所述的设备，其中所述传送器安装到所述第一测量板。
21.如权利要求10所述的设备，其中所述第一测量板包括第一电连接器，且其中所述曲柄臂包括构造为可拆卸地连接到所述第一电连接器的第二电连接器。
22.如权利要求21所述的设备，其中所述第二电连接器设置在所述开口处。
23.如权利要求21所述的设备，还包括接附到所述第二电连接器的电线。
24.如权利要求23所述的设备，其中所述电线设置在所述曲柄臂内。
25.如权利要求23所述的设备，还包括连接到所述电线的电源。
26.如权利要求25所述的设备，还包括构造为安装到所述曲柄轴安装部分的曲柄轴，其中所述曲柄轴包括中空部分，且其中所述电源设置在所述中空部分内。
27.如权利要求26所述的设备，其中所述电源构造为在所述曲柄轴的两端可拆卸地连接到所述电线。
28.如权利要求10所述的设备，其中所述曲柄臂包括第二电路安装结构，且还包括第二测量板，其具有安装在其上用于测量第二输入力的第二传感器，其中所述第二电路安装结构构造为可拆卸地安装所述第二测量板。
29.如权利要求28所述的设备，其中所述第一测量板设置在所述曲柄臂的侧向内侧，且其中所述第二测量板设置在所述曲柄臂的侧向外侧。
30.如权利要求28所述的设备，其中所述第一测量板设置在所述曲柄臂的上侧，且其中所述第二测量板设置在所述曲柄臂的下侧。
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