CN107421561A - 通用型自行车减震器监测及数据分析系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及监测技术以及监测数据分析与应用领域。具体来说，本发明是一种对自行车减震器工作状态进行监测并对监测数据进行分析和呈现的系统。本发明提供一套硬件设备和一套软件。硬件设备包括：距离传感器、姿态传感器、线控开关、控制模块以及连接各部件之间的线缆。硬件设备采集自行车避震器的行程和姿态数据，并无线传输到个人移动终端上。软件部署于个人移动终端上，接收硬件采集的数据并进行分析和呈现，并且与云端服务器通信。本发明最终目的是帮助人们正确的设置自行车减震器，提高骑行技巧，让人们更安全、更愉悦的驾驭自行车。

Description

通用型自行车减震器监测及数据分析系统

技术领域：

本发明涉及监测技术以及监测数据分析与应用领域。具体来说，本发明是一种对自行车减震器工作状态进行监测并对监测数据进行分析和呈现的系统。

技术背景：

在当代，自行车已经不仅是一种交通工具，更是一种常见的休闲和运动器材。自行车减震器已经普遍存在于一部分自行车上，减震器会分别安置于自行车的前部或后部，从而让自行车具有较好的减震效果。另一个方面，个人移动终端设备已经十分普及，个人移动终端设备具有强大的运算能力和网络功能，更重要的是，个人移动终端设备具有便携性的优点，可以在骑行环境下使用。

随着休闲骑行生活方式和自行车竞技体育的普及和发展，自行车减震器的性能日趋强大，具体表现为自行车减震器上越来越丰富的调节功能，这些调节功能可以改变减震器的各种特性，从而在骑行中来应对不同的状况，比如不同的骑行路面、不同的自行车性能、不同的骑行者体重等，更重要的是减震器的调节功能可以适应不同骑行者的骑行风格和偏好。因此，一种合适的自行车减震器的设置是可以让骑行更快，更安全以至于更愉悦。

然而，如上所述，所有该领域的技术人员都明白，减震器的设置要考虑诸多因素，减震器的设置必然是一个反复调校的过程，这必须建立在骑行者敏感的骑行体验和丰富的骑行经验上。因此，骑行者想在不同骑行环境下都获得一种理想的自行车减震器的设置并非易事。

依据本发明所披露的内容，所有本领域的技术人员都明白，本发明将帮助骑行者更加直观的获取骑行体验和更高效的积累骑行经验，使骑行者始终都能够获得理想的减震器设置，迅速提升骑行技巧，从而让骑行者更加安全、更加愉悦的驾驭自行车。

发明内容：

本发明是一套系统，包括一种自行车减震器监测设备和一种在个人移动终端上运行的软件。本发明总的技术方案是设法通过电子传感器精确监测到自行车减震器乃至整个自行车的相关动态数据，并将监测数据与个人移动终端设备进行通讯。依靠个人移动终端设备对采集到的监测数据进行数据分析，最终在个人移动终端上将监测数据和分析结果以直观的方式进行呈现，从而帮助骑行者获得益处。

本发明特别强调轻量性、袖珍性和通用性，本领域的专业人士都应该能从本发明披露的内容中意识到，本发明在具有减震器的自行车上切实可操作。

具体来说本发明包含如下技术方案：

本发明提供了一种行程传感器以及传感器的安装方式，用于监测减震器内管和外管之间往复滑动。这种安装方式普遍适用于具有减震器的自行车上。

本发明提供了一种姿态传感器以及传感器的安装方式，用于监测自行车头管与水平面的相对关系。这种安装方式普遍适用于具有减震器的自行车上。

本发明提供了一种线控开关以及在车把上的安装方式。线控开关具有固定夹环与开关按键自由组合分离的结构。这种线控开关一方面让骑行者控制设备，另一方面也可以向骑行者反馈设备信息。这一切都是足以方便骑行者在骑行中进行，并不影响骑行。

本发明提供一种电池以及电池的安装方式。这种电池可以快速拆卸更换，并且电池与设备的连接处具有充分适应于自行车的使用环境的防护能力。

本发明提供一种设备部件与部件之间柔性连接的方式，这种连接方式实现了设备与设备之间的通信以及设备供电，这种连接方式不干涉骑行和自行车的操控。

本发明提供一种控制模块。这种模块的功能包括：实现与传感器的通信、实现与个人移动终端设备的通信、处理数据、接收控制指令、发出控制指令。

本发明提供一种软件。这个软件应用于个人移动终端设备，通过与控制模块通讯，实现软件功能，具体功能包括：接收控制指令、发送控制指令、接收监测数据、分析监测数据、将监测数据用多媒体的方式呈现、给出指导意见、将监测数据和指导意见在联网上共享互动。该软件的核心界面包括：蓝牙设备搜索界面、主菜单界面、开始校准界面、定位和地图界面、开始骑行界面、减震器设定界面、我的骑行记录界面、播放骑行记录界面、指导意见界面和发现搜索界面。

通过下面结合附图的详细描述，本领域的技术人员会明白本发明的其他目的，性能、轮廓和优点，下面的描述中公开了本发明的优选实施例。

附图说明：

图1是一个具有减震器的自行车。

图2是一个单独显示的安装在自行车前部的减震器。

图3是一个单独显示的安装在自行车后部的减震器。

图4是本发明的系统架构图。

图5是一辆安装了本发明设备的自行车。

图6是一个放大观察的红外线收发器。

图7是红外线收发器在减震器上的安装方法。

图8是红外线收发器本体的底视图。

图9是一个放大观察的红外线反射器。

图10是红外线反射器在减震器上的安装方法。

图11是行程传感器的原理图。

图12是一个独立显示的主机盒。

图13是一个独立显示的电池。

图14是一个胀芯机构的透视图。

图15是主机盒以及电池在减震器上的安装方法。

图16是一个安装在减震器上的主机盒、电池以及胀芯机构的透视图。

图17是自行车头管与水平面的几何关系示意图，。

图18是一个放大观察的线控开关。

图19是线控开关在车把上的一种安装方法。

图20-27是线控开关在车把上的8种安装方式

图28是设备部件与部件之间柔性的连接方式。

图29是软件的蓝牙搜索界面。

图30是软件的主菜单界面。

图31是软件的开始校准界面。

图32是软件的定位和地图界面。

图33是软件的开始骑行界面。

图34是软件的减震器设定界面。

图35是软件的我的骑行记录界面。

图36是软件的播放骑行记录界面。

图37是软件的指导意见界面。

图38是软件的发现搜索界面。

具体实施方法：

现在参照附图对本发明选择的实施例进行描述，本领域技术人员应当明白，下面本发明实施例的描述只是用于描述，而不是限定本发明，本发明由附上的权利要求以及其等同物限定。

图1展示了本发明优选的实施例的一个具有减震器的自行车，可见该自行车由传统方式进行组装，包括车架01、前轮02、后轮03、前部减震器04和后部减震器05。

参见图1、2、3。图2、3独立展示了前部减震器和后部减震器，前部减震器的舵管06的顶面与车架的头管01a相连接，舵管06的顶面与车架头管01a的顶面保持同圆心的关系，并且相对做同轴运动。后部减震器以两个孔眼07与车架相对的两个孔眼连接固定。

本发明优选的实施例中的减震器是使用空气弹簧和阻尼调节技术的桶状减震器。这种减震器具有丰富的调节功能，如气嘴08可以调节气压，旋钮09可以调节压缩或者回弹的阻尼系数。桶式减震器具有内管10和外管11，减震器在工作时内管10相对于外管11往复滑动，内管10外露在外管外的行程会发生变化。本领域的技术人员都会明白，以上所述的减震器是当前在自行车上应用性能最佳并且使用最普及的。

图4展示了本发明的技术架构。可见由红外线收发器、红外线反射器组成的行程传感器与姿态传感器采集数据，数据由控制模块进行处理，控制模块通过无线信号与个人移动终端设备保持通信，交互数据信息，最终由个人移动终端设备对数据进行分析和呈现。另外，线控开关对控制模块施加控制，控制模块通过信号指示灯时时显示当前设备状态。电池为行程传感器、姿态传感器、控制模块和线控开关供电。

图5展示了本发明优选的实施例安装在自行车上的实物状态，可见本发明可分为行程传感器的红外线收发器12、行程传感器的红外线反射器13、主机盒14、电池15、线控开关16五个主体部件，另外，还包括连接线17。

参见5、6、8、9。图6是一个放大观察的红外线收发器12，图9是一个放大的红外线反射器13，红外线收发器12和红外线反射器13组成是行程传感器。红外线收发器12安装在内管10的一端，红外线反射器13安装在减震器的外管11上。图8展示了红外线收发器的底视图，可见红外线发射孔12a1和红外线接收孔12a2。

图7展示了红外线收发器12在减震器上的安装方法和调节方法。可见自行车前部减震器的气室气嘴04a位于减震器的一侧内管顶端，减震器的气室气嘴04a通用为美式气嘴，气嘴具有外螺纹04a1。减震器的气室气嘴04a的纵面平行于内管10与外管11相对滑动的方向，另外，气室螺母的顶面04b是垂直于内管10与外管11相对滑动方向。

参见图6、7、8。本发明提供一种气嘴帽12b，以替代减震器原来自带的气嘴帽(未示出)，本发明的气嘴帽12b具有美式气嘴规格内螺纹12b2。依据图7中安装方向箭头A1所示，本发明提供的气嘴帽内螺纹12b2与减震器的气嘴外螺纹04a1咬合，向下压住红外线收发器固定座12c，使其底面与气室螺母的顶面04b贴合，并且保持红外线收发器固定座12c对气嘴帽12b做同轴旋转，使得红外线收发器固定座12c可以依照调整箭头T1所示方向进行调整。另外，紧钉螺丝12e穿入红外线收发器固定座上相对应的螺纹孔12c2压迫住气嘴帽内侧的槽12b1，使得调整好位置的红外线收发器固定座12c得以固定。依照图中安装箭头A2所示，红外线收发器的本体12a与红外线收发器固定座12c相应位置吻合。参见图8，可见红外线收发器固定座上12c有一个工字槽12c1，沉头螺丝12d穿过该工字槽12c1将红外线收发器本体12a与红外线收发器固定座12c连接起来。显而易见，通过沉头螺丝12d和红外线收发器固定座上的工字槽12c1可以使红外线收发器本体12a依照调整箭头T2的方向进行位置调整。

图9和图10展示了红外线反射器13在减震器上的安装方法和调节方法。可见红外线反射器13以合适的口径，用夹环的方式依照安装箭头A3贴合上减震器外筒11的外径，红外线反射器13可以使用化学合成材料制作，具有一定的弹性和韧性，并且材料表面还需要一定的摩擦力，这样才可以稳固的固定在减震器的外管11上。另外，为了应对不同型号减震器不同的外管11的直径，红外线反射器13可以配合变径套14使用。显而易见，这种安装方法可以使红外线反射器13依照调整箭头T3、T4的方向进行调整。需要强调的是，红外线反射器13上的红外线反射板13a的顶面是垂直于内管10与外管11相对滑动方向的。

图11展示了行程传感器的工作原理：红外线发射器从红外线发射孔12a1发射红外线，红外线垂直照射到红外线反射器的反射板13a上，产生一个红外光点，该光点通过12a2的透镜在光学传感器上形成投影，通过投影中红外光点的位置计算出距离D1。红外线收发器以高频率发射红外线，由此测得红外线发射器的反射孔12a1至红外线反射器的反射板13a之间的行程D2至Dn，并生成监测数据。

图12展示了一个独立显示的主机盒14。可见电池开关14a、据线接口一14b1、数据线接口二14b2、用于与电池连接的内螺纹14c、电池触点负极14d1、电池触点正极14d2、嵌入槽14e、嵌入槽14f。主机盒内包括姿态传感器和控制模块。姿态传感器采集自行车姿态相关数据，控制模块负责实现与传感器的通信、实现与个人移动终端设备的通信、处理数据、接收控制指令、发送控制指令。

图13展示了一个独立显示的电池15。可见用于与主机盒连接的外螺纹15a、电池触片负极15b1、电池触片正极15b2。电池负责给行程传感器、姿态传感器、控制模块和线控开关供电。

图14展示了一个独立显示的胀芯机构，该图是一个透视图。可见胀芯机构包括弹性外轴19、刚性内轴20、夹紧螺丝21，嵌入在弹性外轴里的螺帽22。胀芯机构负责将主机盒14以及电源15固定在前减震器舵管06上。

参见图12、13、14、15、16，可见夹紧螺丝21依照安装箭头A4方向穿过主机盒14、刚性内轴20、弹性外轴19与螺母22咬合，其中胀芯机构部分深入至减震器舵管内部06a。收紧夹紧螺丝21，夹紧螺丝21的螺丝头沉入嵌入槽14e，使得主机盒14、刚性内轴、弹性外轴19与螺母22紧密贴合，迫使刚性内轴20沿着其锥面20a挤压弹性外轴19，从而让弹性外轴19的摩擦接触面19a与减震器的舵管内部壁06a挤压接触，从而使得主机盒14和整个胀芯机构吊挂固定在减震器上。

防水O型环23依照安装箭头A5方向安装在嵌入槽14f中，电池15依照安装箭头A5方向穿过防水O型环23，以外螺纹15a咬合主机盒14的内螺纹14c，使得电池触片负极15b1接触到主机盒的电池触点负极14d1，电池触片负极15b2接触到主机盒的电池触点负极14d2。

图17展示了自行车头管01a与水平面ABCD的几何关系，本领域的专业人士都明白，自行车的头管01a与水平面ABCD之间的关系对于自行车的整体姿态有着重大意义，直接决定了骑行者对于自行车的操控。图17中仅显示了几何关系中所需的自行车部分，包括车架的前三角01b和前减震器04。可见水平面ABCD上相互垂直的辅助线AX、AY与前减震器舵管06的延长线AZ相交于同一个点，且AY与自行车前进方向平行。

如上所述，因为前减震器的舵管06的顶面与自行车车架的头管01a的顶面同圆心，并且主机盒14的安装位置处于前减震器舵管06的延长线AZ上，所以主机盒14内的姿态传感器可以准确采集自行车头管俯仰倾斜角度∠1、自行车头管倾斜角度∠2、自行车转向角度∠3，以及∠1、∠2、∠3变化的角速度和角加速度。

图18展示了一个在车把上的线控开关16。可见线控开关16由线控开关本体16a、线控开关夹环16b、螺丝16c组成。线控开关本体上有电气开关16a1和信号提示灯16a2。电气开关16a1用于对设备的控制，而信号提示灯16a2用于反馈设备相关信息。

图19展示了线控开关16在车把24上的一种安装方法。螺丝16c穿过线控开关夹环16b，螺丝外螺纹16c1与线控开关本体内螺纹16a3咬合固定。

参见图20-27。在此优选了8种线控开关16在自行车车把24上的安装方法作为示例，依次是：左手靠左下方、左手靠左上方、左手靠右下方、左手靠右上方、右手靠右下方、右手靠右上方、右手靠左下方和右手靠左上方。这样一方面可以使线控开关16避开与车把24上其他设备的干扰，另一方面可以适应不同骑行者的骑行习惯，使得线控开关16的使用足够方便。

图28是安装了本发明设备的自行车的底视图，为了方便观察，隐藏了前轮02。图28中可见设备与设备之间的一种柔性连接方式，图中可见连接线17a和17b。连接线17a是连接红外线收发器本体12a与主机盒14，连接线17b是连接线控开关本体16a与主机盒14。

显而易见，车把24与前减震器04固定连接，因此，车把与前减震器的转向是同轴。参见图28，连接线17a和17b的两端都是随着车把24的转向同时运动，因此连接线17a和17b的长度永恒固定，在骑行过程中不会出现拉扯和干扰。

图29展示了软件的蓝牙搜索界面，可见搜索蓝牙按键、列表和链接按键。点击搜索蓝牙按键，列表会显示或者刷新可连接的蓝牙设备清单。在列表中点击选择蓝牙设备，点击链接按键，即可连接该蓝牙设备。

图30展示了软件的主菜单界面，可见蓝牙设备设置按键、开始校准按键、开始骑行按键、我的骑行记录按键和我的发现按键。点击蓝牙设备设置按键，进入相应界面对蓝牙设备进行设置；点击开始校准按键，进入相应界面，开始对本发明设备进行校准工作；点击开始骑行按键，进入相应界面，开始骑行准备；点击我的骑行记录按键，进入相关界面，查看骑行记录；点击我的发现按键，进入相关界面，开始互联网互动功能。

图31展示了软件的开始校准界面，可见校准灯，校准灯用不同的颜色提示当前本发明设备中的红行程传感器是否正常工作。可见减震器最小行程校准、减震器最大行程校准、姿态校准三个按键，这三个按键必须依次循环点击使用：1.当减震器行程处于最小时，点击减震器最小行程校准按键。2.当减震器行程处于最大时，点击减震器最大行程校准按键。3.当减震器头管与水平面关系处于原点时，点击姿态校准按键。可见俯仰角度、倾斜角度和转向角度三个数据显示栏和动态柱状图25，这四处用来显示动态的减震器行程信息和自行车姿态信息。可见预压行程设定编辑栏，此处可以写入所需预压行程数据，单位百分比，写入的预压行程数据将改变动态柱状图25中25a的显示位置。

图32展示了软件的定位与地图界面，可见定位功能键，点击该键，软件开始对骑行者当前位置进行卫星定位。可见地图窗口，此处显示地图画面信息。可见骑行地点编辑栏，可以写入骑行地点信息。可见坐标数据显示栏，此处显示骑行者卫星定位坐标信息。

图33展示了软件的开始骑行界面，可见开始和结束两个按键，这两个按键必须依次循环点击使用：1.点击开始按键，软件开始读取控制模块发送的数据信息。2.点击结束按键，软件停止读取控制模块发送的数据信息。可见俯仰角度、倾斜角度和转向角度三个数据显示栏和动态柱状图26，这四处用来显示动态的减震器行程信息和自行车姿态信息。可见自行车3D动画窗口，窗口显示虚拟的自行车动画，该动画展示自行车的姿态和减震器工作情况。可见线控开关按键，该按键的功能是决定本发明设备中线控开关16是否可以控制开始骑行界面，具体来说，就是线控开关16是否可以实现上述开始和结束两个按键的功能。

图34展示了软件的减震器设定界面，可见锁死设定、低速压缩阻尼设定、高速压缩阻尼设定、低速回弹阻尼设定和高速回弹阻尼设定五个编辑栏，五个编辑栏内可以写入当前使用的减震器的设定参数。可见其他备注编辑栏，此处可以写入与当前使用的减震器相关的其他信息。

图35展示了软件的我的骑行记录界面，可见骑行记录列表窗口，显示已有的骑行记录文件，可点击选择一个骑行记录。可见查阅按键，点击按键可以查阅在骑行记录列表窗口中选择的一个骑行记录文件。

图36展示了软件的播放骑行记录界面，可见骑行地点和坐标两个信息显示栏，分别显示骑行记录的地点和坐标信息。可见开始播放和暂停播放两个按键，这两个按键必须依次循环点击使用：1.点击开始播放按键，软件开始输出骑行记录中的数据信息。2.点击暂停播放按键，软件停止输出骑行记录中的数据信息。可见俯仰角度、倾斜角度和转向角度三个数据显示栏和动态柱状图27，这四处用来显示动态的减震器行程信息和自行车姿态信息。可见自行车3D动画窗口，窗口显示虚拟的自行车动画，该动画展示自行车的姿态和减震器工作情况。

图37展示了软件的指导意见界面，可见数据分析和指导意见文本窗口，窗口内显示针对骑行记录数据进行的分析以及减震器调整设置的建议信息。

图38展示了软件的发现搜索界面，可见发现列表窗口，显示云端服务器上共享的骑行记录文件，可点击选择一个骑行记录。可见地点搜索、时间搜索和减震器搜索三个按键，通过这三个按键可以对发现列表窗口中的骑行记录进行不同条件的筛选搜索。可见播放按键，点击按键可以播放在发现列表窗口中选择的一个骑行记录文件。

需要强调的是，根据上文的描述和展示对本发明的多重变形和修改是可能的。因此，可以理解本发明可以在所附的权利要求的范围内而非如本文所详细说明的那样实行。

Claims (20)

1.一种自行车减震器监测以及监测数据分析系统，包括一个自行车减震器监测设备和一种在个人移动终端上运行的软件。

2.根据权利要求1所述的自行车减震器监测设备，这种设备是安装在具有减震器的自行车上，其部件包括：行程传感器、姿态传感器、控制开关、电池、控制模块以及连接各部件的线缆。

3.根据权利要求2所述的行程传感器，包括红外线收发器和红外线反射器，行程传感器监测减震器行程工作并生成行程数据信号发送到所述控制模块中。红外收发器是依托减震器气室打气嘴的螺纹进行固定安装的，并且可以水平旋转调节，红外发射器发射的红外线平行于内管和外管相对滑动的方向。红外反射器是贴合减震器外管固定安装的，并且可以水平旋转调节。红外反射器的红外反射板是垂直于内管与外管相对滑动的方向。

4.根据权利要求2所述的姿态传感器监测车架头管与水平面的位置关系数据，并将数据发送到所述控制系中。姿态传感器是安装在减震器的舵管上，与舵管保持同轴。

5.根据权利要求2所述的控制开关与所述控制模块通讯，控制开关向控制模块发出控制信号，控制模块执行该信号。控制开关是安装在自行车的车把上，所述控制开关具有固定夹环与开关按键自由组合分离的结构，使其可以在自行车车把上自由调节，使用所述控制开关不会影响骑行。

6.根据权利要求2所述的电池是为所述行程传感器、姿态传感器、控制开关和控制模块供电，电池可以拆卸更换，并且可以充电。

7.根据权利要求2所述的控制模块与所述行程传感器、姿态传感器、控制开关通信，将所述行程传感器、姿态传感器、控制开关的发出的信号集中运算处理，另外控制模块与个人移动终端进行无线通信。

8.根据权利要求11所述的控制模块，是安装在减震器的舵管上的。

9.根据权利要求2所述的自行车减震器监测设备，其中所述连接各部件的线缆，用于个部件之间的通信和供电，线缆为柔性，并且具有各种不同长度，可以适应不同的自行车选择使用，线缆本身和线缆接头的防护能力能够适应恶劣骑行环境。

10.根据权利要求1所述的在个人移动终端上运行的软件，这个软件是基于所述自行车减震器监测设备所获取的数据进行分析和呈现的软件。这个软件通过与自行车减震器监测设备进行交互通讯，实现软件功能。具体功能包括：接受控制指令、发出控制指令、接受监测数据、分析监测数据、将监测数据用多媒体的方式呈现、给出指导意见、将监测数据和指导意见在联网上共享互动。

11.根据权利要求14所述的在个人移动终端上运行的软件，这个软件具有蓝牙设备搜索界面。

12.根据权利要求14所述的在个人移动终端上运行的软件，这个软件具有主菜单界面，该界面包括蓝牙设备设置、开始校准、开始骑行、我的骑行记录和我的发现五个按键。

13.根据权利要求14所述的在个人移动终端上运行的软件，这个软件具有开始校准界面，该界面包括减震器最大行程校准、减震器最小行程校准、姿态校准三个依次循环使用的按键和一个校准灯。该界面提供动态的减震器行程信息和自行车姿态信息。

14.根据权利要求14所述的在个人移动终端上运行的软件，这个软件具有定位和地图界面，该界面包括定位功能按键以及实时地图和坐标信息。

15.根据权利要求14所述的在个人移动终端上运行的软件，这个软件具有开始骑行界面，该界面包括开始骑行和结束骑行两个功能按键。该界面提供动态的减震器行程信息和自行车姿态信息。

16.根据权利要求14所述的在个人移动终端上运行的软件，这个软件具有减震器设定界面，该界面可以编辑减震器的相关设定。

17.根据权利要求14所述的在个人移动终端上运行的软件，这个软件具有我的骑行记录界面，该界面提供我的骑行记录并且可以选择查阅我的骑行记录。

18.根据权利要求14所述的在个人移动终端上运行的软件，这个软件具有播放骑行记录界面，该界面包括播放和暂停两个按键。该界面提供动态的减震器行程信息和自行车姿态信息。

19.根据权利要求14所述的在个人移动终端上运行的软件，这个软件具有指导意见界面，该界面给出骑行数据的分析和指导意见。

20.根据权利要求14所述的在个人移动终端上运行的软件，这个软件具有发现界面，该界面依据地点搜索、时间搜索和减震器搜索等途径来筛选搜索互联网上别人分享的骑行记录。