CN111532363B - 自行车电动装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及自行车电动装置。自行车电动装置基本上被设置于自行车曲柄组件。自行车电动装置包括指示器，该指示器被配置成生成指示自行车曲柄组件的曲柄臂处于预定角位置的使用者信号。

Description

自行车电动装置

本申请是申请号为201810039588.X、申请日为2018 年1月16日且发明名称为“自行车电动装置”的中国发明专利申请的分案申请。

技术领域

本发明大体上涉及一种自行车电动装置。更具体地说，本发明涉及一种辅助确定曲柄臂的角度的自行车电动装置。

背景信息

自行车有时配备有各种传感器，用于向骑行者提供信息和/或向控制器提供信息以控制自行车的各个方面，诸如换挡或悬挂刚度。例如，蹬踏力检测器通常使用应变仪来测量蹬踏期间的蹬踏力。这些蹬踏力检测器有时设置在诸如美国专利号9,581,508（转让给Shimano）中所公开的自行车曲柄组件上。传感器电路可以被配置为处理由应变仪检测到的蹬踏力信息并且传输该信息以便由骑行者接收。

发明内容

大体上，本公开涉及自行车电动装置的各种特征。在一个特征中，自行车电动装置设置有指示器，该指示器被配置成生成用于辅助确定曲柄臂的角度的使用者指示信号。

鉴于已知技术的状态并且根据本公开的第一方面，基本上将自行车电动装置设置于自行车曲柄组件。自行车电动装置包括指示器，该指示器被配置成生成指示自行车曲柄组件的曲柄臂处于预定角位置的使用者信号。

有利地，根据本发明的第一方面，自行车电动装置可以用来将自行车曲柄组件的曲柄臂容易地定位到预定角位置，使得可以测量曲柄臂的曲柄角度。

根据本发明的第二方面，根据第一方面的自行车电动装置被配置成使得自行车电动装置还包括位置传感器。位置传感器被配置成设置在自行车曲柄组件上以检测曲柄臂相对于自行车车架的预定角位置。

有利地，根据本发明的第二方面，通过设置位置传感器，可以在蹬踏期间检测曲柄臂的预定角位置。

根据本发明的第三方面，根据第二方面的自行车电动装置被配置成使得位置传感器被配置成设置在曲柄臂上。

有利地，根据本发明的第三方面，通过在曲柄臂上设置位置传感器，可以利用位置传感器来改装现有的曲柄臂，或者新的曲柄臂可以容易地制造为具有位置传感器。

根据本发明的第四方面，根据第二或第三方面的自行车电动装置被配置成使得自行车电动装置还包括操作地联接到曲柄臂的无线通信装置。

有利地，根据本发明的第四方面，自行车电动装置可以容易地安装在自行车上，而不需要布线。

根据本发明的第五方面，根据第二至第四方面中的任一方面的自行车电动装置被配置成使得所述位置传感器包括簧片开关。

有利地，根据本发明的第五方面，自行车电动装置可以使用相对廉价的簧片开关廉价地制造。

根据本发明的第六方面，根据第二至第五方面中的任一方面的自行车电动装置被配置成使得自行车电动装置还包括配置成安装在自行车车架上的磁体。

有利地，根据本发明的第六方面，可以使用相对廉价的磁体来廉价地制造自行车电动装置。

根据本发明的第七方面，根据第二至第六方面中的任一方面的自行车电动装置被配置成使得指示器是光源。

有利地，根据本发明的第七方面，可以在视觉上检测曲柄臂的预定角位置。

根据本发明的第八方面，根据第二至第七方面中的任一方面的自行车电动装置被配置成使得指示器是声源。

有利地，根据本发明的第八方面，可以可听见地检测曲柄臂的预定角位置。

根据本发明的第九方面，根据第二至第八方面中的任一方面的自行车电动装置被配置成使得自行车电动装置还包括移动装置。移动装置包括处理器，用于基于由位置传感器检测的预定角位置来计算曲柄角度。

有利地，根据本发明的第九方面，自行车电动装置可以与自行车曲柄组件一起使用，该自行车曲柄组件不具有用于相对于水平或垂直平面检测曲柄角度的装置。

根据本发明的第十方面，根据第九方面的自行车电动装置被配置成使得所述移动装置具有倾斜仪。

有利地，根据本发明的第十方面，移动装置可以是包括倾斜仪的常规装置。

根据本发明的第十一方面，根据第十方面的自行车电动装置被配置成使得所述倾斜仪包括加速度计和陀螺仪中的至少一个。

有利地，根据本发明的第十一方面，倾斜仪可以是相对廉价的。

根据本发明的第十二方面，根据第二至第十一方面中的任一方面的自行车电动装置被配置成使得自行车电动装置还包括操作地联接到曲柄臂的存储装置。

有利地，根据本发明的第十二方面，自行车电动装置可以存储各种数据，包括与由位置传感器检测到的曲柄臂的预定角位置相对应的曲柄角度。

根据本发明的第十三方面，根据第二至第十二方面中的任一方面的自行车电动装置被配置成使得自行车电动装置还包括至少一个应变传感器。所述至少一个应变传感器设置在曲柄臂上，并且配置成检测施加到曲柄臂的蹬踏力。

有利地，根据本发明的第十三方面，自行车电动装置可以容易地检测施加到曲柄臂的蹬踏力。

根据本发明的第十四方面，根据第十三方面的自行车电动装置被配置成使得自行车电动装置还包括处理器。处理器被配置为处理由所述至少一个应变传感器检测到的蹬踏力以计算角向力信息。

有利地，根据本发明的第十四方面，自行车电动装置可以为骑行者计算角向力信息。

根据本发明的第十五方面，根据第十四方面的自行车电动装置被配置成使得自行车电动装置还包括自行车计算机。自行车计算机具有显示器，该显示器被配置为接收由处理器计算出的角向力信息，并且该自行车计算机被配置为在显示器上显示该角向力信息。

有利地，根据本发明的第十五方面，自行车电动装置可以在方便的位置处为骑行者显示角向力信息。

根据本发明的第十六方面，用于确定曲柄角度的方法包括在曲柄臂处于预定角位置时使用外部装置测量曲柄臂的角度。该方法还包括将关于曲柄臂的角度的信息从外部装置传输到具有曲柄臂和存储装置的自行车部件。

有利地，根据本发明的第十六方面，当自行车不包括诸如倾斜仪的曲柄角度测量装置时，该方法提供了测量曲柄臂的角度的简单方法。

根据本发明的第十七方面，根据第十六方面的方法还包括将安装在自行车上的曲柄臂旋转到预定角位置。

有利地，根据本发明的第十七方面，曲柄臂可以被容易地放置在预定角位置处。

根据本发明的第十八方面，根据第十七方面的方法还包括接收指示曲柄臂处于预定角位置的指示。

有利地，根据本发明的第十八方面，可以可靠地获得曲柄臂的预定角位置。

根据本发明的第十九方面，在根据第十八方面的方法中，指示包括照明。

有利地，根据本发明的第十九方面，使用者可以在视觉上确定曲柄臂何时处于预定角位置。

根据本发明的第二十方面，在根据第十八或第十九方面的方法中，指示通过设置在曲柄臂上的指示器来执行。

有利地，根据本发明的第二十方面，当确定曲柄臂处于预定角位置时，可以方便地看到视觉指示。

根据本发明的第二十一方面，在根据第十六至第二十方面中的任一方面的方法中，角度的测量包括在曲柄臂处于预定角位置时将外部装置机械地联接到曲柄臂。

有利地，根据本发明的第二十一方面，通过使用外部装置可以可靠地获得曲柄臂的预定角位置。

根据本发明的第二十二方面，在根据第十六至第二十一方面中的任一方面的方法中，曲柄臂的角度的测量包括使用外部装置的软件应用来计算曲柄角度。

有利地，根据本发明的第二十二方面，曲柄臂的角度的计算可以由外部装置执行，使得自行车曲柄组件可以具有更简单的配置，从而更成本有效地进行生产。

根据本发明的第二十三方面，在根据第十六至第二十二方面中的任一方面的方法中，通过设置在曲柄臂上的位置传感器来确定预定角位置的到达。

有利地，根据本发明的第二十三方面，该方法提供了一种确定曲柄臂的预定角位置的简单且廉价的方式。

根据本发明的第二十四方面，用于确定曲柄角度的方法包括测量施加到自行车曲柄组件的蹬踏力和蹬踏转矩中的至少一个。该方法还包括在自行车曲柄组件上没有安装角度检测器的情况下，基于蹬踏力和蹬踏转矩中的所述至少一个来确定曲柄臂的角度。

有利地，根据本发明的第二十四方面，当自行车不包括诸如倾斜仪的曲柄角度测量装置时，该方法提供了测量曲柄臂的角度的简单方法。

根据本发明的第二十五方面，在根据第二十四方面的方法中，测量还包括检测来自至少一个应变传感器的信号，所述至少一个应变传感器被配置为安装到自行车曲柄的自行车部件上。

有利地，根据本发明的第二十五方面，该方法可以容易地检测施加到曲柄臂的蹬踏力。

根据本发明的第二十六方面，在根据第二十四或第二十五方面的方法中，确定还包括将蹬踏力和蹬踏转矩中的所述至少一个与预先存储的关系进行比较，所述预先存储的关系与蹬踏转矩和曲柄臂的曲柄角度有关。

有利地，根据本发明的第二十六方面，该方法可以在不直接测量曲柄臂的曲柄角度的情况下，基于蹬踏力和蹬踏转矩中的至少一个来估计曲柄臂的曲柄角度。

根据本发明的第二十七方面，在根据第二十六方面的方法中，确定还包括通过将由应变传感器检测到的蹬踏力和蹬踏转矩中的所述至少一个与预先存储关系的信息进行比较来计算曲柄角度。

有利地，根据本发明的第二十七方面，该方法可以在不直接测量曲柄臂的曲柄角度的情况下，基于蹬踏力和蹬踏转矩中的至少一个来估计曲柄臂的曲柄角度。

此外，所公开的自行车电动装置的其它目的、特征、方面和优点将从下面的详细描述中变得对本领域技术人员显而易见，下面的详细描述结合附图公开了自行车电动装置的一个说明性实施例。

附图的简要说明

现在参考附图，其形成该原始公开的一部分：

图1是具有自行车曲柄组件的自行车的侧向立视图，该自行车曲柄组件装备有根据一个所示实施例的自行车电动装置；

图2是与自行车计算机无线通信的图1所示的自行车曲柄组件和自行车电动装置的框图；

图3是图1和图2所示的自行车曲柄组件的外部立视图，其中自行车电动装置设置在曲柄臂的链轮安装部分上；

图4是图1所示的自行车的一部分的放大侧向立视图，其中自行车曲柄组件的右曲柄臂处于非检测位置，使得自行车电动装置的指示器不产生使用者信号；

图5是图4所示的自行车的一部分的类似于图4的放大侧向立视图，但是自行车曲柄组件的右曲柄臂处于预定角位置，使得指示器产生使用者信号；

图6是图1至图4所示的自行车电动装置的电路的简化描绘，其中指示器是光源，并且电路是断开的，使得光源（即，指示器）不照亮（即，指示器不产生使用者信号）；

图7是图6中所示的电路的简化描绘，其示出了电路通过邻近位置传感器（即，簧片开关）定位的磁体而闭合，使得光源（即，指示器）照亮（即产生使用者信号）；

图8是图1至图4所示的用于自行车电动装置的修改的电路的简化描绘，其中指示器是声源并且电路是断开的，使得声源（即，指示器）不发出声音（即，指示器不产生使用者信号）；

图9是图8所示的修改的电路的简化描绘，其示出了电路通过邻近位置传感器（即，簧片开关）定位的磁体而闭合，使得声源（即，指示器）发出声音（即，指示器产生使用者信号）；

图10是示出在用于获得与图1至图7所示的自行车曲柄组件相关的曲柄角度信息的方法中执行的使用者设置步骤的一个示例的流程图。

图11是示出由自行车电动装置的处理器执行的过程的流程图，该过程用于使用图10中获得的曲柄角度信息获得角向蹬踏力信息并向骑行者或使用者显示信息；

图12是图2中所示的自行车计算机的显示器的立视图，示出了基于来自角向力信息的信息的显示器的一个示例，角向力信息从图11的步骤获得；

图13是修改的自行车曲柄组件的外部立视图，其具有设置在右曲柄臂上的应变传感器和设置在链轮安装部分上的没有指示器的自行车电动装置；

图14是示出图13的修改的自行车曲柄组件的左和右曲柄臂的蹬踏转矩与角向力之间的关系的蹬踏模型曲线；和

图15是示出由图13的自行车电动装置的处理器执行的过程的流程图，该过程用于使用图14中所示的预先存储的信息来确定角向蹬踏力信息。

具体实施方式

现在将参照附图来解释所选择的实施例。根据本公开对自行车领域的技术人员显而易见的是，以下实施例的描述仅提供用于说明，而不是为了限制本发明的目的，本发明由所附权利要求及其等同物限定。

首先参照图1至图3，示出了配备有具有自行车电动装置14的自行车曲柄组件12的自行车10。如图1所示，所示出的自行车10是具有各种电气地控制的部件的道路式自行车。当然，根据本公开对本领域技术人员显而易见的是，根据需要和/或期望，自行车曲柄组件12和/或自行车电动装置14可以用其他类型的自行车来实现。自行车电动装置14被设置于自行车曲柄组件12，并且被构造成辅助确定自行车曲柄组件12的曲柄角度，如下所讨论的。自行车曲柄组件12以常规方式可旋转地安装到自行车车架F。自行车曲柄组件12除了别的之外包括第一或右曲柄臂16A、第二或左曲柄臂16B和曲轴16C。如图2和图3所示，第一和第二曲柄臂16A和16B通过曲轴16C刚性连接。曲轴16C优选地由中空轴构成。自行车踏板P可旋转地附接到每个第一和第二曲柄臂16A和16B。第一曲柄臂16A包括一对自行车链轮SP1和SP2。当骑行者在骑行期间在自行车踏板P2上施加力时，蹬踏力或蹬踏转矩被传输到第一和第二曲柄臂16A和16B。第一和第二曲柄臂16A和16B使自行车链轮SP1和SP2旋转以使自行车链条BC运动并以常规方式推进自行车10。为了简单起见，以下将第一曲柄臂16A简称为“曲柄臂16A”。

自行车电动装置14具有可拆卸地安装到曲柄臂16A的壳体单元17。替代地，壳体单元17可以固定地安装到曲柄臂16A。如下所讨论的，自行车电动装置14包括指示器18，其被配置为生成指示曲柄臂16A处于预定角位置的使用者信号。自行车电动装置14还包括位置传感器20，其被配置为设置在自行车曲柄组件12上以检测曲柄臂16A相对于自行车车架F的预定角位置。在第一实施例中，指示器18是配置成安装在曲柄臂16A上的壳体单元17的一部分，而位置传感器20安装在曲柄臂16A上并电气地连接到设置在壳体单元17内部的印刷电路板PCB。位置传感器20可以永久地安装在曲柄臂16A上，使得自行车曲柄组件12和自行车电动装置14集成在一起。替代地，位置传感器20可以可拆卸地安装在曲柄臂16A上，使得壳体单元17和位置传感器20被改装到曲柄臂16A。位置传感器20可以安装在设置在壳体单元17内部的印刷电路板PCB上。

如图1和图2所示，自行车电动装置14还包括移动装置22。这里，在第一实施例中，移动装置22是“智能”移动蜂窝电话，其是外部装置的一个示例，用于检测曲柄臂16A相对于自行车车架F的预定角位置。在第一实施例中，移动（外部）装置22包括倾斜仪24，用于在曲柄臂16A处于预定角位置时测量曲柄臂16A的曲柄角度，这将在下面进一步讨论。通常，“智能”移动蜂窝电话具有加速度计A和陀螺仪G。下文中，术语“曲柄角度”是指在自行车10在水平（水平面）表面上设置成处于直立位置的情况下曲柄臂16A相对于水平面的角度，并且曲柄臂16A安装在自行车10上。然而，根据本公开对本领域技术人员显而易见的是，当自行车10处于倾斜表面上时可以通过补偿倾斜来计算曲柄角度。该补偿将在下面进一步讨论。

尽管自行车曲柄组件12被示出为包含上述部件，但是根据本公开对本领域技术人员显而易见的是，可以用更简单的系统来实践本发明。例如，自行车电动装置14可以设置于已经配备有曲柄臂16A和位置传感器20的自行车曲柄组件12。因此，本系统可以通过向自行车曲柄组件12提供仅具有指示器18的自行车电动装置14来实施。指示器18可连接到电源（例如，电池26）以及检测预定角位置的位置传感器20。

如图2所示，自行车电动装置14还包括至少一个应变传感器30，其设置在曲柄臂16A上，并且被配置为检测施加到曲柄臂16A的蹬踏力。应变传感器30包括应变仪、半导体应变传感器和压电传感器中的一个。这里，自行车电动装置14还包括多个应变传感器30。应变传感器30可以是曲柄臂16A的不可分离的部分，或者可以被配置为附加部分，该附加部分可拆卸地安装到曲柄臂16A。换句话说，自行车电动装置14的部分（例如，应变传感器30）可以被配置成用于改装曲柄臂16A，或者可以被配置成集成到自行车曲柄组件12中以使得一些部分是可分离的部分，而其他部分是不可分离的部分。

如图2所示，自行车电动装置14还包括操作地联接到曲柄臂16A的存储装置32。如下所讨论的，存储装置32存储各种数据和/或程序，其结合向骑行者或使用者提供蹬踏信息被使用。存储装置32可以是ROM（只读存储器）装置和RAM（随机存取存储器）装置或闪存驱动器。

而且，如图2所示，自行车电动装置14还包括处理器34，其被配置为处理由应变传感器30检测到的蹬踏力，以计算角向力信息。

此外，如图2所示，自行车电动装置14还包括构造成安装在自行车车架F上的磁体36。磁体36致动位置传感器20，如将在下面讨论的。

如图2所示，自行车电动装置14还包括自行车计算机CC。这里，在第一实施例中，自行车计算机CC被配置为与自行车电动装置14无线通信，如下所讨论的。自行车计算机CC具有显示器38，其被配置为接收由处理器34计算的角向力信息，并且自行车计算机CC被配置为在显示器38上显示角向力信息。自行车计算机CC与自行车曲柄组件12和/或外部装置22通信以接收来自自行车曲柄组件12和/或外部装置22的信息并在显示器38上显示蹬踏信息，如将在下面进一步讨论的。

自行车电动装置14还包括无线通信装置40。无线通信装置40设置在印刷电路板PCB上，该印刷电路板设置在壳体单元17中。如上所述，壳体单元17安装到曲柄臂16A。这样，无线通信装置40操作地联接到曲柄臂16A。无线通信装置40可以配备有包括低功耗蓝牙的蓝牙技术，或者包括无线协议ANT +。自行车电动装置14还可以包括天线（未示出）以从自行车电动装置14传输信息并从自行车计算机CC和移动装置22接收信息。

优选地，自行车电动装置14还包括用于向自行车电动装置14的部件供电的电池26。电池26设置在壳体单元17中并且与印刷电路板PCB电气地联接。替代地，电池26可以设置在中空的曲轴16C中。而且，壳体单元17可以包括能够接收充电器部件的充电接收器端口（未示出）。充电接收器端口可以是通用串行总线。充电接收器端口也可以被实施为无线通信装置40的替代方案，用于向自行车电动装置14传输信息和/或信号及从自行车电动装置14传输信息和/或信号。

在所示的实施例中，自行车电动装置14设置在曲柄臂16A的链轮安装部分上。根据本公开对本领域技术人员显而易见的是，根据需要和/或期望，自行车电动装置14可位于曲柄臂16A的各个位置上。

已经发现，骑行者希望在骑行期间获知蹬踏力的角向力分量。为了确定这些角向力分量，可能需要如上所述的曲柄角度。如果自行车10没有配备倾斜仪24，则使用者可以利用具有倾斜仪24的移动（外部）装置22来确定曲柄角度。移动（外部）装置22与自行车电动装置14进行通信，以传输与计算出的曲柄角度相关的信息。然后，自行车电动装置14将信息传输到处理器34，处理器34将处理该信息以产生与蹬踏相关的角向力信息。替代地，自行车计算机CC包括处理器，该处理器从外部装置22接收关于曲柄角度的信息。根据本公开对本领域技术人员显而易见的是，设置在自行车10上的各种电气部件和移动（外部）装置22可以以各种方式和途径进行电通信，其不限于所示的实施例。

现在将参照图4至图10来讨论利用自行车电动装置14的部件来确定曲柄角度的方法。该方法示出了用于使用外部装置22来确定曲柄角度的使用者设置过程。

在步骤S1中，使用者将曲柄臂16A旋转到预定角位置。在所示实施例中，通过设置在曲柄臂16A上的位置传感器20来确定到达预定角位置。例如，使用者可以将曲柄臂16A从图4的位置旋转到图5的位置，图5是预定角位置的图示。如上所述，位置传感器20由安装在自行车车架F上的磁体36致动。尤其，当位置传感器20位于磁体36附近时，指示器18指示已经到达预定角位置。

因此，在步骤S2中，使用者接收指示曲柄臂16A处于预定角位置的指示。该指示可以有多种形式。例如，指示可以包括照明。该指示还可以包括声音指示。该指示还可以包括照明和声音指示二者。指示器18将在下面进一步讨论。在所示的实施例中，指示器18设置在自行车电动装置14的壳体单元17内。因此，指示器18设置在曲柄臂16A上。位置传感器20与磁体36和指示器18的相互作用将在下面进一步讨论。

在步骤S3中，在到达预定角位置时使用者停止曲柄臂16A的旋转。现在，在第一实施例的情况下，指示器18被照亮，并且曲柄臂16A被保持处于预定角位置。

在步骤S4中，且也在图5中看到，如虚线所示，移动（外部）装置22定位在曲柄臂16A上，而曲柄臂16A处于预定角位置以确定曲柄角度。因此，曲柄角度的测量包括如上所述定位移动（外部）装置。为了提高曲柄角度的测量精度，曲柄臂16A可以包括接收移动（外部）装置22的稳定结构。例如，使用者可以将移动（外部）装置22放入夹具42（其安装到或放置在自行车车架F上或曲柄臂16A上）中，以测量曲柄角度，如图5中的实线所示。因此，曲柄角度的测量包括机械地将外部装置22联接到曲柄臂16A，同时曲柄臂16A处于预定角位置。

在步骤S5中，使用外部装置22测量曲柄角度。换言之，曲柄臂16A的曲柄角度的测量包括在曲柄臂16A处于预定角位置时使用外部装置22。优选地，外部装置22包括可以执行曲柄角度的测量的软件应用。因此，曲柄臂16A的曲柄角度的测量还包括使用移动（外部）装置22的软件应用来计算曲柄角度。如上所述，如果自行车10处于倾斜状态，曲柄角度仍然可以通过补偿倾斜来计算。例如，外部装置22的软件应用可以被编程以补偿倾斜。软件应用可以通过测量曲柄臂16A的实际角度以及还测量由倾斜引起的自行车的倾斜角度来执行补偿机制。所需的曲柄角度可以通过测量的实际角度和倾斜角度的差来计算。

替代地，根据本公开对本领域技术人员显而易见的是，替代步骤S5，使用者可以通过使用测量工具（例如量角器）手动测量曲柄角度。移动装置22的软件应用可以包括使得使用者能够将角度信息输入到移动装置22中的使用者输入界面。

在步骤S6中，使用者然后将关于曲柄臂16A的曲柄角度的信息从外部装置22传输到具有存储装置32的曲柄臂16A，该存储装置32将存储曲柄角度信息。如下面将进一步讨论的，曲柄臂16A还具有处理器34，其将处理曲柄角度信息。在所示的实施例中，曲柄臂16A是具有能够接收曲柄角度信息的存储装置32的自行车部件的示例。对于本领域技术人员而言显而易见的是，曲柄角度信息可以被传输到具有存储装置32的另一自行车部件。例如，外部装置22可以将曲柄角度信息传输到自行车计算机CC以在显示器38上显示。而且，如下面进一步解释的，自行车部件的另外的示例可以包括换挡操作装置和/或驾驶辅助单元。

现在将参照图4至图9来讨论位置传感器20和磁体36。位置传感器20被配置为设置在自行车曲柄组件12上，以检测曲柄臂16A相对于自行车车架F的预定角位置。在所示的实施例中，如图所示，位置传感器20被配置成设置在曲柄臂16A上。然而，根据本公开对本领域技术人员显而易见的是，位置传感器20可以被固定到自行车曲柄组件12的任何可旋转部分，诸如曲轴16C。如图所示，磁体36设置在自行车车架F上。优选地，磁体36设置在自行车车架F的后下叉上。根据本公开对本领域技术人员显而易见的是，磁体36可以位于相对于曲柄臂16A静止的自行车车架F的各种位置上。

在所示实施例中，位置传感器20包括簧片开关20A。簧片开关20A被配置为以常规方式与磁体36相互作用。因此，如图4至图9所示，簧片开关20A是由磁体36的磁场致动的磁性开关。簧片开关20A和磁体36是具有指示器18或18'的电路的一部分。在图6至图9中示出了电路的简单示例。即，簧片开关20A与指示器18或18'电气连接，以在致动时向指示器18或18'发送电信号。当使用者将曲柄臂16A从图4所示的位置旋转到图5所示的位置时，簧片开关20A被带动靠近磁体36。磁体36发出致动簧片开关20A的磁场，以关闭簧片开关20A，使得电路闭合，如图7和图9所示。闭合使得电流能够通过电路流到发出指示的指示器18或18'。该指示将在下面进一步讨论。

在所示实施例中，由位置传感器20检测的预定角位置包括当自行车曲柄组件12安装在自行车10上时自行车曲柄组件12的位置，在该位置中，磁体36致动簧片开关20A。也就是说，当自行车曲柄组件12处于预定角位置（图5、图7和图9）时电路闭合。当自行车曲柄组件12未处于预定角位置时（图4、图6和图8），电路是断开的。根据本公开对本领域技术人员显而易见的是，预定角位置可以包括一个位置范围，在该范围中，通过由磁体36所发出的磁场致动簧片开关20A。因此，图5中所示的自行车曲柄组件12的位置是预定角位置的示例。在所示实施例中，预定角位置假定电路被连接、充电且完全可操作。根据本公开对本领域技术人员显而易见的是，可以利用簧片开关20A和磁体36的相互作用来检测曲柄臂旋转的节奏。

在所示实施例中，位置传感器20是接近传感器。也就是说，簧片开关20A由于附近的物体（例如，磁体36）的存在而被致动而没有任何物理接触。尽管所示的电路利用了发出磁场的磁体36和簧片开关20A，但是根据本公开对本领域技术人员显而易见的是，簧片开关20A和磁体36可以用其它类型的感测部件替代。例如，如果需要，则位置传感器20可以被配置为检测电磁辐射、雷达或声纳。位置传感器20也可以是霍尔效应传感器，电感式传感器，超声波传感器或电容式位移传感器，以检测预定角位置。

此外，所示实施例的电路被描绘为通常“断开”的电路。也就是说，当簧片开关20A不接近磁体36的电磁场时，图6和图8中所示的电路各自处于断开位置。在此位置，没有电流流过电路。然而，对于本领域技术人员将显而易见的是，如果需要和/或期望的话，电路可以被修改为通常“闭合”的电路，其中簧片开关20A在附近没有磁体36的情况下闭合。

现在将讨论指示器18。如所陈述的，指示器18被配置成生成指示曲柄臂16A处于预定角位置的使用者信号。优选地，指示器18设置在自行车曲柄组件12上。如图2和图3所示，指示器18被示出为被容纳在自行车电动装置14的壳体单元17中。指示器18可以通过光源或声源指示，光源或声源经由任何电路电连接到位置传感器20。

如图6和图7所示，指示器18是光源，优选地是发光二极管。因此，当曲柄臂16A处于预定角位置时，指示器18可以发光。指示器（光源）18还可以包括颜色变化的指示。例如，当曲柄臂16A不处于预定角位置时，指示器18可以发出红光。当曲柄臂16A处于预定角位置时，指示器18可以发出绿光。替代地，指示器（光源）18可以增大或减小强度，以指示曲柄臂16A处于预定角位置。此外，指示器18可以以不同的频率闪烁以指示预定角位置。如图8和图9所示，代替指示器18或除指示器18之外，可以替代地使用指示器18'。这里，指示器18'包括生成指示曲柄臂16A处于预定角位置的声信号（例如，嘟嘟声）的声源。指示器18和/或18'电连接到自行车电动装置14的电池26。用于控制指示器18和/或18'的处理器、存储器和电路也可以设置在自行车电动装置14的印刷电路板PCB上。

现在将主要参考图2来讨论移动（外部）装置22。如上所述，移动装置22包括倾斜仪24，其测量曲柄臂16A在预定角位置处的曲柄角度。倾斜仪测量物体相对于重力的角度。诸如快速运动、振动或震动之类的外部加速度会在倾斜仪24的倾斜测量中引入误差。因此，倾斜仪24包括加速度计A和陀螺仪G中的至少一个以克服该问题。移动装置22包括外部装置处理器44，该外部装置处理器44被编程以使用由加速度计A和陀螺仪G产生的信号中的一个或两个来获得曲柄角度的值。

移动装置22的示例包括智能电话、平板电脑或个人计算机。优选地，如上所述，外部装置22包括至少一个软件应用，其被安装以检测、测量和/或发送关于曲柄角度的信息。

作为替代方式，代替使用倾斜仪24，外部装置22可以包括测量装置46，该测量装置46检测曲柄臂16A的测量的角度。然后测量的角度由外部装置处理器44处理，以基于测量数据计算曲柄角度。例如，外部装置22可以包括摄像机（即，测量装置46）以用于基于图像数据测量曲柄臂16A的检测的角度。在曲柄臂16A处于预定角位置时，外部装置处理器44可以处理图像（一个或复数个）以提取曲柄臂16A相对于自行车车架F的相对位置，且然后计算曲柄臂16A在预定角位置处的曲柄角度。

优选地，外部装置22与自行车电动装置14和自行车计算机CC中的任一者或两者无线通信。例如，外部装置22可以将测量的曲柄角度和/或相对于水平面的曲柄角度传输到自行车电动装置14，其将信息传输到处理器34。设置在曲柄臂16A上的处理器34也可以基于从外部装置22接收的曲柄角度信息来计算曲柄角度。处理器34还可以计算角向力信息，其然后被传输到自行车计算机CC以进行显示。替代地，自行车计算机CC可以配备有处理器（未示出），其被编程以计算曲柄角度和/或角向力。

现在将参考图2和图3来讨论应变传感器30。应变传感器30被配置成检测施加到曲柄臂16A的蹬踏力。应变传感器30可以设置在自行车曲柄组件12上的各种位置处以检测蹬踏力。例如，应变传感器30可以使用常规技术设置在曲柄臂16A上，以检测在蹬踏期间作用在曲柄臂16A上的不同转矩分量。应变传感器30可以以与美国专利申请公开号2014/0060212中教导的类似的方式被设置和使用，该专利也教导了安装到曲柄臂的应变传感器的各种配置。应变传感器30可以以各种布置安装在第一和第二曲柄臂16A和16B二者上，以获得第一和第二曲柄臂16A和16B二者的蹬踏力。

替代地，应变传感器30可以设置在曲轴16C上。例如，美国专利申请公开号2015/0120119公开了将应变传感器或转矩传感器安装到曲轴上。作为另一种替代方式，应变传感器30可以设置在设置有自行车曲柄组件12的自行车踏板P上。也就是说，指示器18可以与自行车曲柄组件12和自行车踏板P上预先安装有应变传感器的自行车踏板P一起使用。例如，美国专利申请公开号2016/0052583公开了设置在踏板心轴上的应变传感器的各种配置。

在所示的实施例中，曲柄臂16A包括多个应变传感器30。应变传感器30连接到用于测量施加到曲柄臂16A的蹬踏力的传感器电路48。传感器电路48可以包括放大器电路（未示出）以放大由应变传感器30接收的信号。传感器电路48可以包括模拟数字转换器（未示出），以将由应变传感器30接收的模拟信号转换为数字信号。无线通信装置40电连接到传感器电路48，以用于接收表示施加到曲柄臂16A的蹬踏力的信号。换句话说，传感器电路48被配置为解释应变信号（一个或复数个）以生成蹬踏力信息，其经由无线通信装置40传输到自行车计算机CC。优选地，第二曲柄臂16B包括多个应变传感器和类似于曲柄臂16A的传感器电路。第二曲柄臂16B可以包括多个应变传感器和类似于曲柄臂16A的传感器电路，而不包括处理器34和存储装置32。在这种情况下，多个应变传感器和第二曲柄臂16B的传感器电路电连接到第一曲柄臂16A的处理器34和存储装置32。

现在将参考图2和图11讨论处理器34。在所示实施例中，以下功能被描述为设置在曲柄臂16A上的处理器34的功能。然而，如上所述，这些功能可以由外部装置处理器44和/或自行车计算机CC的处理器执行。以下步骤涉及使用关于在使用者设置期间获得的曲柄角度的信息来获得蹬踏期间的角蹬踏信息。如上所述，应变传感器30检测蹬踏力或蹬踏转矩。在步骤S10中，处理器34从应变传感器接收蹬踏力信号。处理器34从应变传感器30接收蹬踏力信号并将数据存储在存储装置32中。存储装置32还可以包括预先存储的数据，如将在下面讨论的。因此，存储装置32操作地联接到曲柄臂16A。

在步骤S11中，处理器34根据从应变传感器30接收的蹬踏力信号来计算蹬踏力。

处理器34被配置为处理由应变传感器30检测到的蹬踏力，以计算角向力信息，这在步骤S12中发生。可以由处理器34计算的角向力信息的示例包括切向力Fθ和径向力Fr。切向力Fθ是在曲柄的旋转方向上施加的力并且径向力Fr是在曲柄的法线方向上施加的力。实际的蹬踏力是切向力Fθ和径向力Fr的合成向量。

处理器34可以包括定时器电路（未示出），使得处理器34可以基于预设的采样时间连续计算蹬踏期间的角向力信息。处理器34可以被编程以使用如在美国专利号9,010,201中所教导的类似方法基于蹬踏力来计算角向力。然后，在步骤S13中，通过无线通信装置40将角向力信息传输到自行车计算机CC。

现在将参考图2和图12来讨论自行车计算机CC。如前所述，自行车计算机CC具有显示器38。自行车计算机CC被配置为接收由处理器34计算的角向力信息。自行车计算机CC被配置为在显示器38上显示角向力信息。下面将进一步讨论显示器38。

在第一示出的实施例中，自行车计算机CC包括双向无线通信器52（即，无线接收器- 无线发射器）和控制器54。控制器54是微型计算机，其包括中央处理单元（CPU）或处理器和其他常规部件诸如输入接口电路、输出接口电路、以及诸如ROM（只读存储器）装置和RAM（随机存取存储器）装置的存储装置。通常，除了显示器38之外，自行车计算机CC还包括使用者界面56和扬声器58。另外，控制器54被编程为在显示器38上显示蹬踏力信息。控制器54可以根据需要/或期望包括其他程序。例如，控制器54可以包括自动换挡程序，以基于蹬踏力信息和/或由其他传感器（未示出）检测到的其它自行车骑行条件来使自行车10自动换挡。

现在将参考图12来讨论显示器38。显示器38显示各种信息。例如，显示器38可以显示自行车10的速度、位置信息、（平均）动力、（平均）损失量等等。这里，“动力”是指由于在曲柄的旋转方向上施加的力而导致的每单位时间的能量的量。自行车10由该动力驱动。同时，“损失量”是指沿与曲柄臂16A的旋转方向不同的方向施加的力。该力是对自行车10的驱动没有贡献的废力。因此，使用者可以通过增加动力并尽可能减少损失量来更有效地驱动自行车10。

倒踏脚踏板效率可以与表示曲柄臂16A的图形一起显示，以指示沿曲柄臂16A的正向旋转方向和反向旋转方向施加的成比例的力。例如，在右曲柄臂16A的正向旋转方向上施加的成比例的力是96％，并且在反向旋转方向上施加的成比例的力是4％。峰值转矩曲柄角度表示曲柄角度转矩处于最大值。图12所示的显示信息仅仅是示例。根据本公开对本领域技术人员显而易见的是，根据需要和/或期望，显示器38可以包括不同的、额外的或更简单的信息。

另外，图1的自行车10可以还设置有第一和第二传动装置60A和60B（例如前抜链器和后抜链器）。抜链器60A和60B可以通过自行车计算机CC的自动换挡程序被电气地控制。控制器54可以被编程以在确定曲柄角度处于预定曲柄角度时使抜链器60A和60B运动。

额外地，自行车10可以还配备具有辅助马达的驱动辅助单元（未示出）。辅助马达可以配置成通过使曲轴16C旋转的手动驱动力来辅助推动自行车10。驱动辅助单元可以通过自行车计算机CC的控制器54电气地操作。控制器54可以被编程以基于手动驱动力、曲柄角度和曲柄臂旋转的节奏中的至少一个来增加或减少来自辅助马达的输出。控制器54可以被编程以在曲柄角度变成预定角度时增大或减小来自辅助马达的输出。

现在参考图13和图15，现在将讨论用于在不使用外部装置22和倾斜仪24的情况下确定曲柄角度的方法。该方法可以与自行车曲柄组件112一起使用。自行车曲柄组件112除了别的之外包括第一或右曲柄臂116A、第二或左曲柄臂116B和曲轴116C。曲柄臂116A设置有多个应变传感器130和一传感器电路148以用于测量施加到曲柄臂116A的蹬踏力。自行车曲柄组件112还可以包括存储装置132和处理器134，其以与上述自行车曲柄组件12相同的方式安装在曲柄臂116A上。优选地，曲柄臂116B具有类似的配置，其带有多个应变传感器（未示出）和一传感器电路（未示出）以用于测量施加到曲柄臂116B的蹬踏力。此外，自行车电动装置114设置在自行车曲柄组件112上。自行车电动装置114包括自行车电动装置14的无线通信装置40和电池26。自行车曲柄组件112的曲柄臂116A与上述的曲柄臂16A相同，除了其上安装有较少的电气部件，且因此将不在此详细讨论。

在所示的实施例中，用于确定曲柄角度的方法可以如下进行。如上所述，应变传感器130被配置成检测施加到自行车曲柄组件112的蹬踏力或蹬踏转矩。因此，在步骤S100中，处理器134从应变传感器130接收施加到自行车曲柄组件112的蹬踏转矩，应变传感器130用以测量施加的蹬踏力和蹬踏转矩中的至少一个。因此，蹬踏力的测量包括检测来自应变传感器130的信号。应变传感器130被配置成安装到曲柄臂116A的自行车部件上。

如上所述，曲柄臂116A具有存储装置132。存储装置132具有与右曲柄臂116A和左曲柄臂116B的蹬踏转矩或蹬踏力以及角向力相关的预先存储的关系。例如，预先存储的关系是蹬踏模型曲线，如图14所示。

在步骤S102中，处理器134基于蹬踏力信号来计算蹬踏力。处理器134被配置成基于预先存储的关系和蹬踏力来估计曲柄臂116A的曲柄角度。蹬踏力优选地为切向力Fθ。在步骤S103中，处理器134通过将蹬踏力和蹬踏转矩中的所述至少一个与预先存储的与曲柄臂116A的蹬踏转矩和曲柄角度相关的关系进行比较来计算曲柄角度。具体而言，处理器134将由应变传感器130检测到的蹬踏力和蹬踏转矩中的所述至少一个与预先存储的关系的信息进行比较。在所示实施例中，处理器134被配置成附接到曲柄臂116A。处理器134可以利用美国专利号5,027,303所教导的方法来计算上述内容。以此方式，基于蹬踏力和蹬踏转矩中的所述至少一个的曲柄臂116A的角度在自行车曲柄组件112上没有安装角度检测器的情况下被确定。

在步骤S104中，如上所述，处理器134基于计算出的曲柄角度的信息来计算角向蹬踏力。在步骤S105中，计算出的角向力信息被传输到自行车计算机CC进行显示。

在理解本发明的范围时，当在本文中使用时，术语“包括”及其派生词旨在为开放式术语，其明确说明所述特征、元件、部件、组、整体和/或步骤的存在，但不排除其他未述特征、元件、部件、组、整体和/或步骤的存在。上述解释也适用于具有相似意思的词，诸如术语“包含”、“具有”和它们的派生词。并且术语“部分”、“段”、“部”、“构件”或“元件”当以单数使用时，可以具有单个部分或多个部分的双重含义，除非另作声明。

当在本文中使用，下列方向术语“面向车架侧”、“非面向车架侧”、“向前”、“向后”、“前”、“后”、“上”、“下”、“上面”、“下面”、“向上”、“向下”、“顶部”、“底部”、“侧”、“竖直”、“水平”、“垂直”和“横向”以及任意其他相似的方向术语指代自行车处于直立骑行位置且装备有自行车电动装置时的那些方向。因此，这些方向术语当被用于描述自行车电动装置时应该相对于在水平面上处于直立骑行位置且装备有自行车电动装置的自行车进行解释。术语“左”和“右”被用于指示在涉及“右”时是从自行车后面观察时的右侧，并且在涉及“左”时是从自行车后面观察时的左侧。

还将理解尽管在本文中可能使用术语“第一”和“第二”来描述各部件，但是这些部件不应该受到这些术语限制。这些术语只是用于将一个部件与另一个部件区分开。因此，例如在不脱离本发明的教导的情况下，上文所讨论的第一部件可被称作第二部件并且反之亦然。当在本文中使用时，术语“被附接”或“附接”包含其中一个元件通过将该元件直接附连到另一个元件而被直接固定到另一个元件的配置；其中一个元件通过将该元件附连到中间构件（或多个中间构件）（其继而附连到另一个元件）而被间接固定到另一个元件的配置；以及其中一个元件与另一个元件形成为整体、即一个元件是另一个元件的基本上一部分的配置。该定义也适用于具有相似意思的词，例如，“被连结”、“被连接”、“被联接”、“被安装”、“被粘结”和“被固定”以及它们的派生词。最后，当在本文中使用时，程度术语诸如“基本上”、“大约”和“近似”意味着被修饰术语的偏离量，使得最终结果不被显著改变。

虽然仅选择了选定的实施例来说明本发明，但是根据本公开对本领域技术人员显而易见的是，在不脱离如所附权利要求限定的本发明范围的情况下，在本文中可以作出各种改变和变更。例如，除非另作具体声明，否则各部件的大小、形状、位置或定向可以根据需要和/或期望被改变，只要改变不显著地影响其预期功能。除非另作具体声明，否则示出为直接互相连接或接触的部件可以具有设置在它们之间的中间结构，只要改变不显著影响其预期功能。一个元件的功能可以由两个来执行，并且反之亦然，除非另外具体声明。一个实施例的结构和功能可以在另一个实施例中采用。不需要将所有优点都同时展现在特定实施例中。对于与现有技术相比独特的每个特征，单独地或与其他特征组合，也应该被认为是申请人的进一步的发明的单独描述，包括由这样的特征（或多个特征）体现的结构和/或功能构思。因此，根据本发明的实施例的前述描述仅提供用于说明，而不是为了限制本发明的目的，本发明由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (3)

1.一种用于确定自行车曲柄臂的角度的方法，所述方法包括：

测量施加到自行车曲柄组件的蹬踏力和蹬踏转矩中的至少一个；

将所述蹬踏力和所述蹬踏转矩中的所述至少一个与预先存储的关系进行比较，所述预先存储的关系与所述蹬踏转矩和所述自行车曲柄臂的曲柄角度有关，由此，在所述自行车曲柄组件上没有安装角度检测器的情况下，基于所述蹬踏力和所述蹬踏转矩中的所述至少一个来确定所述自行车曲柄臂的角度。

2.根据权利要求1所述的方法，其中，

所述测量还包括检测来自至少一个应变传感器的信号，所述应变传感器被配置成安装到所述自行车曲柄臂的自行车部件上。

3.根据权利要求2所述的方法，其中，

所述确定还包括通过将由所述应变传感器检测到的所述蹬踏力和所述蹬踏转矩中的所述至少一个与所述预先存储的关系的信息进行比较，来计算所述曲柄角度。

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