CN112407132B - 一种高安全性的自行车踏板系统 - Google Patents

Abstract

一种用于将鞋子连接到自行车踏板的踏板系统包括防滑板和踏板本体。防滑板用于安装到鞋子的鞋底上踏板本体具有第一表面和与第一表面相对的相同形状的第二表面以及在其中的多个槽，并且防滑板具有与踏板本体相互匹配的多个连接件，多个连接件选择性地与踏板本体连接从而将鞋子固定到踏板本体上。

Description

一种高安全性的自行车踏板系统

本发明主张于2020年8月2号在美国专利局申请的美国临时申请号为US62882130，发明名称“一种高安全性的自行车踏板系统”的发明的优先权。

技术领域

本发明涉及一种用于将鞋连接到自行车踏板或类似设备的踏板系统。

本发明还涉及踏板系统中固定在踏板以及鞋子上的结构。

背景技术

自行车踏板是骑行者用脚推动从而推动自行车的结构。它提供了骑车人的脚或鞋子与曲柄之间的连接，使腿部可以带动底支架主轴旋转并推动自行车的车轮。

早期的自行车使用主轴拧入曲柄的端部，并使曲柄在轴承上相对于主轴自由旋转。

现有一种增加踏板的踩踏力的踏板。所述踏板包括与心轴连接的踏板本体，所述踏板本体增加了骑行者的鞋子与用于踏脚的平台的接触面积，从而增加了鞋子与踏板之间的牵引力，同时，由于鞋子与踏板之间接触面积变大，鞋子与踏板之间的动力传递也随之变大。但是，这种踏板并不能防止鞋子或是脚在骑行过程中因意外滑离踏板的问题。

美国专利号为US546412的专利文件公开了一种脚趾夹，能够将鞋固定到踏板上以防止鞋子从踏板上滑落。然而，当骑行者在停车期间需要将脚踩在地面上或在任何紧急情况下需要将脚与踏板脱离时，由于脚趾夹系统使用夹子和皮带形成一个封锁空间，鞋子无法迅速脱离。

美国专利号为US550409的专利公开了一种通过闩锁系统将鞋子连接到踏板的方法。这种无夹式的设计要求用户准确地将他的鞋子固定或解开到踏板上正确的位置，然后将鞋子旋转以完成/解除锁定。这种脚的旋转不是自然运动，并且增加了骑行者将鞋子固定到踏板上时从自行车上掉落的风险。同时，它给踏板增加了很大的重量，因此骑行者需要使用更大的力才能转动曲柄。

美国专利号为US4662090和US5211076的专利文件公开了一种系统，无需将鞋子锁定或夹紧在踏板上，而是使用与踏板形状互补的一个或多个矩形凹槽将鞋子固定到踏板。但是所述系统的弊端在于，它需要较大的鞋底，但是整个鞋底上的凹口在每个鞋子的位置是不固定的，鞋子与曲柄的距离也是不固定的，可能更近也可能更远。因此，用户需要低头将鞋子放置在正确的位置。同时，由于没有侧向固定，鞋子仍然可以从侧面滑下踏板。

美国专利号为US625742的专利文件公开了具有足球鞋钉的鞋和具有凹槽的踏板的另一种非锁定连接系统。它的缺点是要求用户低头看并将其鞋子小心地放置在踏板上正确的位置。由于鞋钉的形状与凹槽的几何形状不完全匹配，鞋子与踏板的相对位置是不固定的。同时，鞋钉的使用进一步减小了踏板和鞋子之间的接触面积。

上面提到的无夹式设计已经被改进，从而减轻踏板和防滑板系统的重量并提高了踏板和防滑系统的可用性。

这种改进包括为大致相同的踏板引入了具有不同浮动角的防滑钉。浮标以度为单位，是脚从踏板上移开之前可以移动的量，从而用户在骑行时可以调整他的脚，脚踝和膝盖的位置。

进一步的改进方案是在防滑钉和公路骑行鞋之间使用3螺栓连接，从而用户可以在安装防滑钉时将防滑钉固定到被动力传递的最佳位置，如,趾关节的轴线与踏板的旋转轴对齐。

目前，使用最广泛的连接装置是上述无夹式防滑钉/踏板系统无夹式踏板指的是将安装在自行车上的踏板和固定在鞋上的防滑钉进行匹配的踏板。然后，使用者踏入踏板，并利用垂直力克服弹簧机构的阻力，将防滑钉卡入踏板，然后将鞋牢固地固定到位。因此，这些系统被称为踩入式踏板或夹入式踏板。

这些夹入式踏板的缺点是与鞋子与踏板的接合和脱离非常复杂。用户必须将鞋子放置在正确的位置以卡入踏板并横向旋转脚以脱离踏板。并且，由于鞋子脱离踏板必须采用特定的角度和力度，因此用户必须专门练习如何使鞋子脱离踏板。

这种必需的分离过程是目前的无夹式踏板的主要缺点和安全隐患。在紧急情况下，用户的自然反应是将鞋子垂直拉出，而不是水平转动脱出。

使用无夹式踏板的用户在紧急情况下常常无法脱开踏板，容易失去平衡，并连带着自行车一同跌倒。或者，如果用户由于其他原因导致撞车时(例如被汽车撞到)，由于他们的脚无法脱离踏板，也就无法脱离自行车，很有可能和自行车一起被拖拽。

另一弊端是用于用户需要穿戴适于在踩入式踏板中使用的鞋子。这些踩入式踏板的形状与常规的鞋子或赤脚不匹配。也就是说，即使是短暂的休闲骑行，用户也必须穿专门的骑行鞋。由于这些骑行鞋的鞋底和从鞋底延伸的防滑钉都很坚硬，在穿戴骑行鞋和行走的过程中，用户体验不好。

无夹式踏板系统的另一个缺点是“浮动”选项的局限性以及将浮动选项应用到这些踏板系统时复杂性的增加。骑行者将鞋子连接到踏板时的旋转或枢转的自由度称为“浮动”，如果鞋子没有浮动，则称为“固定”。固定连接或不同程度的浮动连接是用户的个人喜好决定。

将浮子应用于无夹式踏板系统增加了鞋子与踏板分离的复杂性。由于用户需要扭转鞋子以断开和踏板的连接，并且浮子在保持接合时也具备特定的旋转自由度，因此，用户必须进一步旋转鞋子使鞋子超出浮子的旋转自由度才能使鞋子与踏板分离。即，在紧急情况下，鞋子与这种踏板系统更难分离。

美国专利号为US8794105的专利文件公开了一种使用互补形状的附件将鞋子与踏板连接的装置。它的缺点是鞋子无法浮动调节在踏板上的位置，同时它也不能与市面上的骑行鞋一起使用，也无法使用户的跖趾关节轴与踏板旋转轴对齐。

因此，在本领域中，需要一种能够防止骑行者的鞋子从踏板上滑脱，无需用眼也能完成鞋子与踏板的定位，能够同时满足固定和浮动使用，以及使用户的跖趾关节与足弓与踏板的旋转轴对齐，还可以骑行鞋，常规鞋和赤脚一起使用的踏板系统。

附图说明

图1为一种踏板，防滑板和鞋子的立体爆炸图。

图2为在相互连接之前的鞋子、绑带组件和踏板的立体爆炸图。

图3为与踏板连接的鞋子及防滑板组件的侧视图。

图4A为踏板本体的俯视图。

图4B为图4A中的所述踏板本体沿着线A-A的截面图。

图4C为所述踏板本体的立体图。

图4D为图4B中B区域的所述踏板本体的放大图。

图5A为所述防滑板的俯视图。

图5B为所述防滑板的立体图。

图5C为所述防滑板的侧视图。

图6A为与所述踏板本体连接的所述防滑板的正视图。

图6B为图6A中沿着线A-A的截面图。

图7为连接到三个可选踏板本体的所述防滑板的侧视图。

图8为连接到一个可选踏板本体的所述防滑板的仰视图。

具体实施方式

本发明提供了一种踏板系统。为了使本发明的目的，技术方案和效果更加清楚，下面将结合附图和实施例对本发明进行进一步详细描述。应当理解，本发明所述的具体实施例仅用于解释本发明，并不用于限制本发明。

请整体参考图1至3，具体地，在图1中，示出了用于在组装的各个阶段期间将骑行鞋3连接至踏板1的踏板系统。众所周知，所述骑行鞋3具有由刚性材料制成的鞋底4。所述鞋底4具有由三个螺纹孔5、6和7构成的三角形图案。

防滑板2具有用于与垫圈8、9和10的匹配的凹槽式的图案。

所述防滑板2通过螺钉11和垫圈8安装到所述螺纹孔5。所述防滑板2通过螺钉12和所述垫圈9安装到所述螺纹孔6。所述防滑板2通过螺钉13和所述垫圈10安装到所述螺纹孔7。

所述防滑板2在沿着与所述鞋子接合的一侧向连接至脚蹬的一侧从前向后凹入，从而与所述鞋底4和所述踏板1的相应凸起相匹配，并具有三个弧形突出的防滑钉元件14、15和16。

所述防滑钉14位于所述防滑板2的前部，所述防滑钉15位于所述防滑板2的后部。并且所述防滑钉14和所述防滑钉15都具有近似相同的圆弧直径和钉厚度。所述防滑钉16的直径较小，位于所述防滑钉14和所述防滑钉15之间。

所述踏板1包括待接合在曲柄臂(未示出)中的铰接轴17和踏板本体18，所述踏板本体18包括四个弧形槽19、20、21和22。所述四个弧形槽19、20、21和22对称设置在所述踏板本体18的顶侧和底侧，且所述四个弧形槽19、20、21和22的几何形状与所述防滑板2的所述防滑钉14、15和16相匹配。

图2示出了在与所述踏板1连接前安装到所述鞋3的防滑板2。当用户踩踏所述踏板1时，所述防滑板2可以连接到所述踏板1的任一侧。即，用户无需用眼就能够完成所述鞋3与所述踏板1的连接。由于所述踏板本体18具有所述弧形槽19、20、21和22，如图4D所示，所述弧形槽19、20、21和22的过渡边缘呈具有均匀尺寸的倒角CH1，CH2，CH3，以及CH4，从而能够与所述防滑钉14、15和16的几何形状相匹配。因此，凸出的所述踏板本体18能够和凹入的所述防滑板2连接组合，将用户的骑行鞋3引导到唯一的连接位置。

图3示出了用户将脚踏入所述踏板1后，所述防滑板2连接到所述鞋3上。

如图4A，4B和4C所示，所述踏板本体18相对其旋转轴线具有双重对称性。如图4A所示，所述槽19和22具有大致相同的弧尺寸，相同的外弧半径R1，相同的内半径R2，相同的中心点C1和相同的弧角A1，所述槽20和22也是以C1为中心点的形成的弧，所述槽20和22具有相同的弧角A3，相同的外半径R3和相同的内半径R4。R3小于R2，R4与R2相等，弧角A1和弧角A3相同。如图4B所示，所述槽19、20、21和22的形状垂直于轴线A-A且所述踏板本体18在前后方向上都向外凸出，并且在两侧上均具有半径R5。因此，所述踏板本体18具有两个对称的侧面，每个侧都面具有四个弧形的槽，从而用户能够从踏板的两侧踩入。垂直设置的所述槽19、20、21和22使用户可以在使用时简单地踩踏踏板，并且，由于所述防滑钉14,15和16与所述槽19,20,21和22相匹配，所述防滑钉14、15和16上掉落的灰尘和石头可以在穿戴过程中迅速便捷地除去。如图4D所示，所述槽19,20,21和22具有均匀尺寸的倒角CH1，CH2，CH3和CH4，能够在所述防滑钉14、15和16滑入所述槽19、20、21和22时为所述防滑钉14、15和16提供过渡边缘。

图5A，5B和5C示出了具有所述防滑钉14、15和16的所述防滑板2。图5A和5B很好地示出了用于与所述垫圈匹配的的三个凹槽23、24和25。所述凹槽23、24和25与常见的骑行鞋的三角形螺纹图案匹配，并用于固定所述防滑钉11、12和13以及用于固定将所述防滑板2连接到所述鞋3的所述垫圈8、9和10(见图1)。

非常重要的是，所述槽19、20、21和22以及所述防滑板2的所述防滑钉14、15、16具有相互匹配的形状和尺寸，从而能够以很小的间隙嵌套。图5A示出了所述防滑钉14和15是弧形的，与所述槽19和22的形状互补，所述防滑钉14和15的外半径等于所述槽19和22的外半径R1减去小间距CL，并且所述防滑钉14和15的内半径等于所述槽19和22的内半径R2加上小间距CL。所述防滑钉16是弧形的并且与所述槽20和21互补，所述防滑钉16的外半径等于所述槽20和21的外半径R3减去小间距CL，并且所述防滑钉16内半径等于所述槽20和21的内半径R4加上所述小间距CL。对应地，所述防滑板2的中心点C2是中心点C1的直接投影(请参见图4A和5A)。

图5C示出了所述防滑板2为从前向后凹入。且所述防滑板2具有在朝向所述踏板本体18的一侧上的匹配半径R5和近似的与所述鞋3的所述鞋底4的凸起形状匹配的半径R6(见图1)。

图5A示出了一个实施例，其中所述防滑钉14的弧角A2等于所述槽19和22的弧角A1减去小间距CL。所述防滑钉15的弧角A1小于或等于小间距CL减去弧角A1，并且所述防滑钉16的弧角等于所述槽20和21的弧角A3减去小姐间距CL。连接时，所述防滑钉14、15和16嵌套在相应的相互抵接的槽中。在本发明的这种形式中，所述防滑钉不能绕中心点C2旋转，因此，鞋也不能旋转。骑行者将旋转或枢转鞋的自由度称为“浮动”，并且如果没有浮动，则如本发明所示，其被称为“固定”连接。固定连接或具有不同浮动程度的浮动连接是用户的个人喜好。

图6B示出了另一种实施方式，其中所述防滑钉14的弧角A4小于所述槽19和22的弧角A1。所述防滑钉15的弧角小于或近似等于所述防滑钉14的弧角。所述防滑钉16的弧角A5小于所述槽20和21的弧角A3，弧角A3与弧角A5的差优选为与弧角A1和弧角A4之间的差相同。这种配置使得所述防滑钉能够绕C1旋转。弧角A1与A4的差，或是弧角A3与A5的差为浮动角。

所述浮动为对称的，所以弧角和弧边之间的差也是相同的，所以所述防滑板2和所述鞋3能够顺时针和逆时针均等旋转。当然，当顺时针方向或逆时针方向旋转时，通过对接触槽壁的防滑钉边缘设置不同程度的弧角差，可以将浮动设置为不对称的。

图7示出了本发明的另一创新性的实施例，具有相同的几何形状的系统可以用于生产各种尺寸的踏板，这些踏板均与所述防滑板2兼容。所有三个踏板本体25、26、26均具有相同的半径R5，从而所述踏板25,26,27两侧从前往后凸起，所述踏板本体25具有厚度T1，所述踏板本体26具有厚度T2，所述踏板本体27具有厚度T3。因此，能够生产具有相同的弧形槽和与防滑钉几何形状匹配的大尺寸踏板和小尺寸踏板。其中，小尺寸，薄且轻的踏板可以应用于高性能自行车。具有较大表面积的大尺寸踏板能够应用于休闲自行车。因此，使用者能够使用安装有所述防滑板2的骑行鞋3来配合不同尺寸的踏板使用，从而使用不同类型的自行车。

本发明的另一实施例中，可以在保持上述所有优点的同时，进一步修改所述踏板系统的几何形状以减小踏板本体的尺寸。图8示出了踏板本体28，所述踏板本体28移除了所述槽19和22的外边界。所述防滑钉14、15连接到半弧形槽29和30，所述防滑钉16连接到槽20或21，从而完成踏板与所述防滑板2的抵接。

在特定实施例中，所述踏板系统包括具有弧形槽的凸形踏板本体和与具有所述弧形槽匹配的垂直突出的防滑钉的凹形的防滑板，使得骑行鞋能够准确定位，同时使用在系统几何形状范围内变化的用于顺时针和逆时针运动的不同的浮动角的防滑板，能够实现所述踏板系统从固定连接朝向浮动连接转变。

此外，所述踏板本体相对于其旋转轴线具有双重对称性。因此，所述踏板具有两个对称的侧面，每个侧面都有四个所述弧形槽，允许用于从踏板的任意一侧踩入。

在一个实施例中，相互配合的弧形的所述防滑钉和所述弧形槽，凸起的所述踏板本体和相应的凹形防滑钉板提供了多维引导件，该引导件即使在无需用眼的情况下也便于鞋与踏板的连接。

所述踏板系统不需要特定的骑行鞋，且可以安装在市面上常见的具有三角形图案的螺纹鞋底的骑行鞋上。

此外，应用这种构造的踏板系统可以使用大致相同的系统几何形状来生产各种尺寸的踏板，这些踏板都与系统兼容。比如，小尺寸，轻薄且重量轻的踏板能够应用于高性能自行车。具有大的表面积的大尺寸踏板能够应用于休闲自行车。

此外，踏板本体的形状能够允许用户在穿戴常规鞋或赤脚的情况下使用。用户并不需要穿戴特定的骑行鞋也可以使用，从而扩展了自行车的可用性。

应当理解的是，本领域普通技术人员可以根据本发明的技术方案和构思进行等同替换或变化，所有这些变化和替换均应包含在权利要求的保护范围之内。

Claims (12)

1.一种自行车踏板系统，包括：

踏板本体，为从前到后的凸形体，包括第一槽，第二槽，第三槽和第四槽，其中所述第一槽，所述第二槽，所述第三槽和所述第四槽都是弧形的且共用所述踏板本体的公共中心点，公共中心点由所述踏板本体的宽度定义，并且还包括可枢转地与自行车的曲柄臂连接的铰接轴；以及

防滑板，为从前到后的凹形体，与所述踏板本体可连接地接合，所述防滑板包括第一防滑钉，第二防滑钉，第三防滑钉和三个凹槽；所述凹槽呈三角形排列，其中所述第一防滑钉，所述第二防滑钉和所述第三防滑钉都是弧形的，并且共用所述防滑板的公共中心点，所述防滑板通过所述凹槽与骑行鞋螺纹连接；

其特征在于，所述踏板本体沿两侧对称，所述踏板本体朝向所述防滑板一侧凸出，所述防滑板朝向所述踏板本体一侧内凹，且凸出的所述踏板本体与内凹的所述防滑板配合连接，在向下的力作用下，所述防滑板通过插入所述踏板本体的所述第一槽或所述第二槽的所述第一防滑钉或所述第二防滑钉和插入所述踏板本体的所述第三槽或所述第四槽的所述第三防滑钉与所述踏板本体连接，从而使所述踏板本体的公共中心点直接投影在所述防滑板的公共中心点上;

其中，以所述踏板本体的公共中心点为起点，所述踏板本体的所述第一槽和所述第二槽的半径大于所述踏板本体的所述第三槽和所述第四槽的半径；或者从所述踏板本体的公共中心点起，所述踏板本体的所述第一槽和所述第二槽的弧长大于所述踏板本体的所述第三槽和所述第四槽的弧长。

2.根据权利要求1所述的自行车踏板系统，其特征在于，所述第一槽沿所述踏板本体的公共中心点与所述踏板本体的所述第二槽对称设置，所述踏板本体的所述第三槽沿所述踏板本体的公共中心点与所述踏板本体的所述第四槽对称设置。

3.根据权利要求1所述的自行车踏板系统，其特征在于，所述防滑板的三个所述凹槽沿所述凹槽的内边缘倒角。

4.根据权利要求1所述的自行车踏板系统，其特征在于，所述第一防滑钉，所述第二防滑钉分别与所述踏板本体的所述第一槽和第二槽相匹配，所述第三防滑钉的形状和尺寸与所述踏板本体的所述第三槽或所述第四槽相匹配。

5.根据权利要求1所述的自行车踏板系统，其特征在于，所述防滑板的凹形体的凹度与鞋底的凸度匹配。

6.根据权利要求1所述的自行车踏板系统，其特征在于，所述防滑板与所述踏板本体的连接使得所述第一防滑钉，所述第二防滑钉分别抵在所述第一槽，所述第二槽内，所述第三防滑钉抵在所述第三槽或所述第四槽内。

7.根据权利要求1所述的自行车踏板系统，其特征在于，所述第一防滑钉的弧角与所述第一槽和所述第二槽的弧角相同，所述第二防滑钉的弧角小于或等于所述第一槽和所述第二槽的弧角，所述第三防滑钉的弧角与所述第三槽和所述第四槽的弧角相同。

8.根据权利要求1所述的自行车踏板系统，其特征在于，所述第一防滑钉的弧角小于所述第一槽和所述第二槽的弧角，所述第二防滑钉的弧角小于或等于所述第一防滑钉的弧角，并且所述第三防滑钉的弧角小于所述第三槽和所述第四槽的弧角。

9.根据权利要求1所述的自行车踏板系统，其特征在于，所述第一防滑钉设置在所述防滑板的上半部，所述第二防滑钉设置在所述防滑板的下半部，所述第三防滑钉设置在所述第一防滑钉和所述第二防滑钉之间且设置在三个所述凹槽之间。

10.一种踏板，其特征在于，包括：

铰接轴，与自行车的曲柄臂连接；

踏板本体，为从前到后的凸形体，包括第一槽，第二槽，第三槽和第四槽，其中所述第一槽，所述第二槽，所述第三槽和所述第四槽都是弧形的且共用所述踏板本体的公共中心点，公共中心点由所述踏板本体的宽度定义；

其中，所述第一槽沿所述踏板本体的公共中心点与所述踏板本体的所述第二槽对称设置，所述踏板本体的所述第三槽沿所述踏板本体的公共中心点与所述踏板本体的所述第四槽对称设置；

其中，从所述踏板本体的公共中心点起，所述踏板本体的所述第一槽和所述第二槽的弧长大于所述踏板本体的所述第三槽和所述第四槽的弧长；

其中，以所述踏板本体的公共中心点为起点，所述踏板本体的所述第一槽和所述第二槽的半径大于所述踏板本体的所述第三槽和所述第四槽的半径。

11.一种防滑板，其特征在于，包括：

从前向后凹的板体，与踏板本体可分离地连接；

第一防滑钉；

第二防滑钉；

第三防滑钉；和

三个凹槽,三个所述凹槽呈三角形排列，其中所述第一防滑钉，所述第二防滑钉和所述第三防滑钉都是弧形的，并且共用所述防滑板的公共中心点，所述板体通过所述凹槽与骑行鞋螺纹连接；

其中，所述第一防滑钉，所述第二防滑钉和所述第三防滑钉的形状和尺寸与所述踏板本体的槽匹配，所述踏板本体包括第一槽，第二槽，第三槽和第四槽，所述第一槽，所述第二槽，所述第三槽和所述第四槽都是弧形的且共用所述踏板本体的公共中心点；

所述第一防滑钉的弧角与所述第一槽和所述第二槽的弧角相同，所述第二防滑钉的弧角小于或等于所述第一槽和所述第二槽的弧角，所述第三防滑钉的弧角与所述第三槽和所述第四槽的弧角相同；或者所述第一防滑钉的弧角小于所述第一槽和所述第二槽的弧角，所述第二防滑钉的弧角小于或等于所述第一防滑钉的弧角，并且所述第三防滑钉的弧角小于所述第三槽和所述第四槽的弧角；

其中，所述板体与所述踏板本体连接时，所述踏板本体朝向所述防滑板一侧凸出，所述防滑板朝向所述踏板本体一侧内凹，且凸出的所述踏板本体与内凹的所述防滑板配合连接，所述第一防滑钉，所述第二防滑钉和所述第三防滑钉与所述踏板本体的槽相抵；

其中，所述第一防滑钉设置在所述板体的上半部，所述第二防滑钉设置在所述板体的下半部，所述第三防滑钉设置在所述第一防滑钉和所述第二防滑钉之间，所述第三防滑钉设置在三个所述凹槽之间。

12.根据权利要求11所述的防滑板，其特征在于，所述防滑板的三个所述凹槽沿所述凹槽的内边缘倒角。

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