ITRM20100588A1 - Corpo per pedale strumentato e procedimento di produzione dello stesso. - Google Patents

Description

"CORPO PER PEDALE STRUMENTATO E PROCEDIMENTO DI PRODUZIONE

DELLO STESSO"

DESCRIZIONE

La presente invenzione à ̈ relativa ad un corpo per un pedale strumentato e ad un procedimento per la sua realizzazione. La presente invenzione à ̈ altresì relativa ad un pedale strumentato, il quale permette, associando a detto corpo un sistema di rilevamento e d'elaborazione di grandezze relative alla pedalata, di disporre in tempo reale di un monitoraggio della potenza e di una valutazione dell'efficienza della pedalata stessa.

Storia della tecnologia

Sono noti nella tecnica sistemi di monitoraggio della potenza e di valutazione dell'efficienza della pedalata accoppiati direttamente al pedale della bicicletta.

Descrizione della tecnica antecedente

Precedenti sistemi presenti in letteratura per la misura della pedalata prevedono l’interposizione di una cella di carico, commerciale o di specifica realizzazione, tra l'attacco rapido dello scarpino del ciclista ed il sistema d'ancoraggio del pedale alla pedivella.

Come noto, la pressione esercitata dal ciclista sul corpo pedale viene scaricata direttamente sulla cella di carico mediante la reazione vincolare offerta appunto dal sistema di ancoraggio sulla cella stessa. Un sistema d'estensimetri disposti opportunamente sulla cella à ̈ in grado di misurarne la deformazione e dunque risalire al carico su di essa applicato.

La misura dell’angolo d'inclinazione tra il corpo pedale ed il sistema di ancoraggio alla pedivella à ̈ solitamente ottenuta mediante un encoder rotativo interposto tra il corpo pedale, solidale allo scarpino, e l’asse di rotazione solidale alla pedivella.

Questi due elementi sono collegati, in un qualsiasi pedale da bicicletta strumentato e non, da cuscinetti volventi o a strisciamento o che comunque ne permettono esclusivamente la rotazione relativa rispetto ad un asse comune, bloccando tutti gli altri gradi di libertà nello spazio.

Svantaggi della tecnica antecedente

Nonostante i sopraccitati sistemi di tecnica nota sono ad oggi comunemente utilizzati, essi presentano notevoli svantaggi.

I sistemi di tecnica nota, che prevedono appunto l'accoppiamento di una cella di carico ad un corpo pedale, non possono in nessun caso essere realizzati mediante un processo di stampaggio in pressofusione, in quanto essi presentano normalmente uno o più sottosquadri che ne renderebbero impossibile l'estrazione dallo stampo.

Inoltre, nei casi in cui il blocco costituente la cella di carico à ̈ posizionato entro una flangia di connessione al sistema albero-pedivella, risulta essere praticamente impossibile praticare in esso un vano passante per ricavare su di esso delle regioni verticali necessarie alla misura delle deformazioni, se non con procedimenti estremamente complicati e quindi costosi.

Infine, tali realizzazioni comportano inevitabilmente un aumento delle dimensioni rispetto ad un pedale non strumentato, con conseguente ed inevitabile aumento del peso dello stesso.

Scopi dell'invenzione

Scopo della presente invenzione à ̈ risolvere i sopraccitati svantaggi fornendo un corpo per pedale strumentato come sostanzialmente definito nella rivendicazione 1, ed un pedale strumentato come sostanzialmente definito nella rivendicazione 13.

Ulteriore scopo della presente invenzione à ̈ quello di fornire un procedimento di produzione del corpo per pedale strumentato come sostanzialmente definito nella rivendicazione 10.

Ulteriori caratteristiche dell'invenzione sono definite nelle corrispondenti rivendicazioni dipendenti.

Vantaggi dell'invenzione

La presente invenzione, superando i citati problemi della tecnica nota, comporta numerosi ed evidenti vantaggi.

Il corpo per pedale strumentato oggetto della presente invenzione presenta una geometria tale da non presentare dei sottosquadri, che altrimenti non permetterebbero la produzione del corpo mediante un procedimento di stampaggio a pressofusione. Tale geometria à ̈ raggiunta, come risulterà chiaro dalla descrizione dettagliata di due sue forme preferite di realizzazione, nonostante il corpo oggetto dell’invenzione comprenda delle porzioni configurate per rilevare i carichi agenti sul pedale.

Vantaggiosamente, la possibilità d'impiego di un processo a pressofusione rende possibile una produzione in serie, diminuendone drasticamente tempi e costi rispetto alla fabbricazione di pedali strumentati di tipo ad oggi conosciuto.

Sarà apprezzato che il corpo oggetto della presente invenzione potrà alternativamente anche essere realizzato mediante una lavorazione per asportazione di truciolo.

Il pedale strumentato secondo l’invenzione presenta, in definitiva, caratteristiche meccaniche e geometriche tale da essere quanto più vicino possibile ad un pedale di tipo commerciale per forma peso e dimensioni.

Il pedale strumentato à ̈ realizzato, infatti, in maniera tale da minimizzare il peso e le dimensioni: il corpo del pedale, escludendo l’albero di connessione con la pedivella e l’accessorio per l’ancoraggio alla molla dello scarpino, à ̈ stato ideato e realizzato in un unico pezzo, il quale presenta alcune porzioni le cui deformazioni sono associate, mediante una relazione univoca, al carico applicato nella parte di contatto del pedale stesso con lo scarpino.

L’angolo del corpo rispetto all’albero viene preferibilmente misurato mediante un encoder ad effetto hall, che comporta l’utilizzo di un magnete solidale all’albero del pedale ed alloggiato alla sua estremità opposta rispetto alla pedivella, affacciato (non in contatto diretto) ad un componente elettronico integrato solidale al corpo ed in grado di rilevare le variazioni di campo magnetico, cioà ̈ la rotazione relativa tra albero e corpo.

Il corpo secondo l’invenzione à ̈ compatibile con sistemi asse-cuscinetti di tipologia standard, i quali garantiscono il fissaggio alla pedivella in maniera analoga a quanto accade per il fissaggio di pedali non strumentati disponibili in commercio.

Il pedale secondo l’invenzione à ̈ inoltre compatibile con tacchette di tipologia standard, come ad esempio di tipo SPD-SL per scarpini da ciclista, dove la “tacchetta†generalmente individua un elemento in plastica fissato sulla suola dello scarpino che serve per ancorare lo stesso a dei mezzi di aggancio/sgancio ricavati invece sul pedale.

Un altro vantaggio del pedale strumentato oggetto dell’invenzione consiste nella possibilità di alloggiare l’elettronica per il prelievo dei segnali dai sensori, allocati sulle porzioni sensibili sopra citate, per il condizionamento degli stessi e la ritrasmissione in modalità “wireless†integrata sul corpo del pedale stesso.

L’elettronica a bordo à ̈ inoltre in grado di calcolare parametri di sintesi derivati dalle misure di forza ed angolo e di inviarle allo stesso modo ad una stazione ricevente anche in modalità compatibile con standard commerciali per trasmissioni senza fili (ANT/ ANT+).

Il pedale secondo l’invenzione presenta quindi la possibilità di impiegare un albero ed i relativi cuscinetti, necessari ad operare la connessione girevole tra albero e corpo, di dimensioni forma e peso confrontabili con le soluzioni adottate su pedali commerciali ad oggi disponibili ma non strumentati.

Inoltre, la compattezza della geometria definita consente di alloggiare l’elettronica nella parte anteriore del pedale. Anche l’aggancio per la tacchetta à ̈ compatibile con tacchette di tipo standard, consentendo così un maggior uso di componenti commerciali già ben collaudati.

Infine, il pedale strumentato verrà preferibilmente coperto da un carter plastico nella parte sottostante per proteggere dalle sollecitazioni ambientali la zona sensibile, l’albero, il sistema encoder, l’elettronica e le necessarie batterie di alimentazione.

Preferibilmente, sul carter esterno potranno essere presenti uno o più interruttori, necessari all’accensione/spegnimento e alla configurazione del pedale, ed eventuali LED di segnalazione.

Secondo una forma preferita di realizzazione, il corpo oggetto dell’invenzione, realizzato ad esempio in lega d’alluminio, offre un peso di circa 60 g.

Sommando il peso di tutti gli altri componenti necessari, come risulterà più chiaro in seguito, si arriva a circa 175 g. Considerando un peso complessivo di 25g per l’elettronica, batterie e carter plastico, il peso complessivo del pedale strumentato si aggira intorno ai 200g, e quindi molto vicino e di poco superiore ad un peso di un pedale commerciale non strumentato, il cui peso à ̈ pari a circa 175g.

Breve descrizione dei disegni

Ancora ulteriori vantaggi, così come le caratteristiche e le modalità di impiego della presente invenzione risulteranno evidenti dalla seguente descrizione dettagliata di due sue forme di realizzazione preferite, presentate a scopo esemplificativo e non limitativo, facendo riferimento alle figure dei disegni allegati, in cui:

le figure 1-7 raffigurano in vista prospettica un corpo per pedale strumentato oggetto della presente invenzione secondo una prima forma di realizzazione;

le figure 8-9 raffigurano in vista prospettiva un corpo per pedale strumentato oggetto delle presente invenzione secondo una seconda forma di realizzazione;

le figure 10-12 raffigurano varie viste del corpo per pedale strumentato secondo la seconda forma di realizzazione;

la figura 13 raffigura varie viste del corpo per pedale strumentato secondo la prima forma di realizzazione;

la figura 14 raffigura una vista prospettica di un pedale strumentato oggetto della presente invenzione;

le figura 15-20 mostrano un esempio di realizzazione del pedale strumentato di figura precedente.

Descrizione dettagliata dei disegni

Con riferimento alla figura 1, Ã ̈ mostrato in vista prospettica un corpo 1 per pedale strumentato secondo una prima forma preferita di realizzazione.

Il corpo 1 presenta una porzione superiore d'appoggio 11 la quale definisce una base piana sulla quale in uso il ciclista pone il suo scarpino per effettuare la pedalata. La porzione d'appoggio 11 presenta un vano passante 111 che ne delimita un'area periferica 112. In particolare, in questa prima forma di realizzazione il vano 111 Ã ̈ tale da conferire all'area periferica 112 una forma sostanzialmente a "C".

Preferibilmente, il corpo 1 comprende dei mezzi d'aggancio/sgancio dello scarpino. Tali mezzi comprendono un attacco a "C" 12 per l'aggancio anteriore, ed una sede per il fissaggio di un elemento mobile di ancoraggio della parte posteriore della tacchetta dello scarpino realizzata mediante una coppia di tasselli 13 tra loro affacciati.

Facendo riferimento alle successive figura 2 e 3, che mostrano il corpo 1 in vista prospettica dal basso, esso comprende un blocco inferiore 14, rigidamente connesso alla porzione superiore 11.

In particolare, il blocco inferiore 14 comprende una coppia d'elementi 141 presentanti ciascuno una forma sostanzialmente ad "U". In particolare, ciascun elemento ad U comprende una traversa longitudinale 1411, disposta parallelamente rispetto alla base piana individuata dalla porzione d'appoggio 11, ed una coppia di porzioni verticali 1412 connesse alla porzione d'appoggio superiore 11 in corrispondenza dell'area periferica sopra introdotta.

I due elementi ad "U" 141 definiscono lungo le porzioni verticali 1412 quattro regioni di misura di deformazione associate ad un carico di pedalata, applicato da ciclista sulla porzione d'appoggio 11 del corpo 1.

Il blocco inferiore 14 comprende inoltre un componente centrale 142, interposto tra i due elementi 141 e connesso ad essi lungo le rispettive traverse longitudinali 1411. Il componente 142 à ̈ necessario, come sarà meglio chiarito in seguito, per l'alloggiamento di un albero associato ad una pedivella di bicicletta.

Come visibile dalle figure 1-3, le traverse longitudinali 1411 ed il componente centrale tra esse interposto sono configurate in maniera da essere contenuti entro una luce definita dal vano passante 111.

Tale geometria, oltre a conferire al corpo peso e dimensioni notevolmente ridotti rispetto a pedali strumentati nonostante il fatto che esso comprenda delle porzioni configurate per poterne rilevare le deformazioni le quali comportano un notevole ingombro, rende possibile la produzione del pezzo anche mediante un processo di stampaggio a pressofusione.

Infatti, tale configurazione non presenta dei sottosquadri, i quali impedirebbero l'estrazione del corpo dallo stampo una volta eseguita la colata ed il successivo raffreddamento.

Il componente centrale 142 à ̈ preferibilmente spaziato dalla base piana definita dalla porzione superiore, ed à ̈ dunque disposto rispetto alla base piana individuata dalla porzione di appoggio ad un livello inferiore. In particolare, esso presenta una superficie superiore che affaccia su di essa ed à ̈ a questa parallela.

In questo modo si assicura che il carico applicato alla superficie d'appoggio 11 sia scaricato unicamente sulle porzioni verticali 1412 e quindi misurato. Altrimenti, se il carico fosse impresso anche sul componente, una sua parte non sarebbe più rilevata perchà ̈ scaricata direttamente sull'albero in esso alloggiato.

E' anche oggetto della presente invenzione quello di fornire un procedimento di produzione per la realizzazione di un corpo per pedale strumentato, comprendente un primo passo di realizzare il corpo 1 come illustrato nelle precedenti figure. Come prima evidenziato, il corpo 1 à ̈ preferibilmente realizzabile mediante un processo di stampaggio per pressofusione. Alternativamente, il corpo 1 potrà essere realizzato mediante una lavorazione per asportazione di truciolo.

Tali tipologie di lavorazioni sono in se ben note agli esperti del settore, e quindi non ne verrà data una descrizione dettagliata.

Il procedimento oggetto dell'invenzione prevede quindi un passo di praticare un foro, preferibilmente passante, entro il componente centrale e ricavato lungo una direzione sostanzialmente parallela alle traverse longitudinali. Nel foro viene successivamente alloggiato in maniera girevole un albero, associabile ad una pedivella della bicicletta. Tale alloggiamento à ̈ solitamente realizzato mediante l'interposizione tra componente ed albero di uno o più cuscinetti ad esempio del tipo a sfera.

Il foro passante viene preferibilmente ricavato nel componente centrale mediante una lavorazione per asportazione di truciolo.

Facendo riferimento alle successive figure 4-7, Ã ̈ mostrato il corpo 1 in cui nel componente centrale 142 Ã ̈ ricavato il foro, denotato in figura con il riferimento numerico 1421.

Sempre con riferimento alla figure 4-7, anche nei tasselli 13 sono ricavati rispettivi fori passanti, necessari per la definizione di una sede entro la quale viene disposto il perno necessario al fissaggio di un elemento mobile, basculante rispetto al corpo pedale, a ritorno elastico ed a forma tale da ancorare la tacchetta dello scarpino nella sua parte posteriore. Si omettono i dettagli di quest’ultimo elemento essendo disponibile commercialmente e quindi da considerarsi tecnica nota.

Entro il foro 1421 Ã ̈ girevolmente alloggiato un albero (non raffigurato), per la connessione ad una pedivella della bicicletta.

Con riferimento alla figura 8, Ã ̈ mostrato un corpo 1' oggetto della presente invenzione, secondo una seconda forma preferita di realizzazione.

In tale forma di realizzazione, l'unica differenza consiste nel fatto che il vano passante 111 definisce in questo caso sulla porzione d'appoggio 11 una forma sostanzialmente a parallelogramma, per mezzo della presenza di una traversa di raccordo 115. Le porzioni verticali 1412 sono qui connesse rigidamente alla porzione superiore di appoggio sostanzialmente in corrispondenza dei quattro vertici del parallelogramma. La successiva figura 9 illustra il corpo 1' oggetto dell'invenzione, e questa volta à ̈ raffigurato l'albero per la connessione ad una pedivella, denotato in figura con il riferimento numerico 2. Inoltre, il corpo 1' comprende una piastrina 3 di trasmissione carico, posizionata sul vano passante e connessa alla porzione di appoggio in corrispondenza della sua area periferica.

Rimane inteso che l'albero 2 à ̈ alloggiato nel corpo secondo la prima forma di realizzazione preferita in maniera del tutto analoga, così come in maniera del tutto analoga anche la piastrina 3 sarà posizionata su di esso, nonché l’elemento di ancoraggio basculante nella parte posteriore.

Sempre con riferimento alla figura 9, l'albero 2 à ̈ preferibilmente alloggiato entro il componente centrale mediante l'impiego di due ghiere circolari 4, 5. La ghiera esterna 5 presenta un fondello di chiusura ed à ̈ filettata in parte su un suo mantello esterno. La ghiera interna 4 à ̈ invece costituita solo da un elemento cilindrico cavo ed à ̈ anche questa filettata in parte sul mantello esterno. Esse sono avvitate sulla parete cilindrica nella zona interna del componente centrale al fine di bloccare il cuscinetto in esso riposto e quindi l'albero 2.

Le figure 10-12 mostrano in varie visuali il corpo 1' secondo la seconda forma preferita di realizzazione, mentre la figura 13 offre le stesse visuali relativamente al corpo 1 di detta prima forma di realizzazione.

Con riferimento ora alla successiva figura 14, à ̈ mostrato un pedale strumentato anch'esso oggetto della presente invenzione, denotato con il riferimento numerico 100. Rimane inteso che ciascuna bicicletta verrà equipaggiata con una coppia di pedali strumentati 100. La descrizione dell'invenzione à ̈ comunque rivolta solo ad un pedale, dato che l'altro pedale della coppia à ̈ uguale in ogni aspetto.

In particolare, il pedale strumentato 100 comprende il corpo 1' completo d'albero 2 in esso girevolmente alloggiato. Il pedale comprende inoltre dei mezzi di rilevamento di una grandezza relativa ad una pedalata effettuata dal ciclista, accoppiati al corpo 1', e dei mezzi d'elaborazione (non riportati in figura) associati ai mezzi di rilevamento, alloggiati sul pedale 100 e configurati per restituire una grandezza indicativa della potenza ed una grandezza indicativa dell'efficienza di pedalata. In particolare, i mezzi di rilevamento comprendono primi mezzi di misurazione configurati per rilevare una posizione angolare dell'albero 2 rispetto al corpo 1'.

Tali primi mezzi di misurazione comprendono preferibilmente un encoder (non visibile) posizionato entro la ghiera esterna 5, posta in corrispondenza di una estremità dell'albero 2. Tale componente elettronico à ̈ noto allo stato della tecnica, e pertanto gli accorgimenti tecnici necessari ad una sua implementazione pratica non saranno nel seguito discussi.

I mezzi di rilevamento comprendono inoltre secondi mezzi di misurazione, configurati per poter rilevare una deformazione del blocco inferiore 14.

I secondi mezzi di misurazione comprendono una pluralità d'estensimetri 6 posizionati sulle quattro porzioni verticali , in modo da poter risalire in funzione della deformazione prodotta su tali porzioni, al carico applicato dal ciclista sulla porzione di appoggio superiore.

In particolare, l'insieme degli estensimetri 6 comprende più gruppi d'estensimetri, gli estensimetri di ciascun gruppo essendo tra loro collegati elettricamente mediante uno schema a ponte di Wheatstone, in maniera che ciascun gruppo sia atto alla misura di una rispettiva componente della forza esercitata sulla porzione di appoggio rispetto ad un sistema di riferimento predefinito.

Una volta rilevate tali grandezze comprendenti il vettore della forza applicata ed l'angolo relativo esistente tra la porzione d'appoggio e l'albero, i mezzi di elaborazione sono appunto configurati per acquisire tali grandezze, processarle e restituire delle informazioni utili a stabilire la potenza e l'efficienza di pedalata.

Tali mezzi, realizzati mediante dei componenti elettronici disposti sul pedale preferibilmente entro una sede 7 delimitata superiormente dall'attacco a "C" 12, trasmettono tali informazioni preferibilmente mediante una connessione di tipo wireless ad una stazione ricevente, ad esempio una centralina di visualizzazione posta sul manubrio della bicicletta stessa. In questo modo, il ciclista ha la possibilità di monitorare e valutare in tempo reale quale sia la potenza e l'efficienza della sua pedalata.

In particolare, i segnali ottenuti mediante gli elementi sensori solidali al pedale, vengono di seguito amplificati e opportunamente condizionati per essere digitalizzati da un sistema integrato al pedale.

I componenti elettronici sono in grado di acquisire i dati provenienti dai sensori integrati sul pedale e dall'encoder, di elaborare questi segnali in maniera tale da ottenerne valori di forza totale applicata e tangente alla pedivella, di calcolare il contributo di coppia utile per ogni singola gamba ottenuta come prodotto della forza tangente per il braccio di pedivella e di calcolare la potenza istantanea ottenuta moltiplicando la coppia per la velocità angolare, dato quest’ultimo derivato dalla variazione nel tempo della posizione angolare misurata.

Inoltre i componenti elettronici a bordo del pedale sono provvisti di memoria locale sulla quale cumulare i dati misurati e calcolati su un ciclo di pedalata, che vengono utilizzati alla fine dello stesso per calcolare i dati di sintesi, come la potenza utile ed efficace mediate sul ciclo di pedalata. I dati di sintesi vengono infine inviati mediante un sistema ricetrasmettitore, anch’esso installato a bordo, alla centralina esterna, preferibilmente mediante un protocollo proprietario o mediante uno dei più utilizzati protocolli standard per la trasmissione di dati di potenza relativi ad una bicicletta.

Come detto, una centralina di visualizzazione dati che completa il sistema à ̈ montata sul manubrio della bicicletta ed à ̈ preferibilmente configurata per ricevere, oltre ai dati dai pedali necessari a fornire il dato di potenza, anche dati da sensori di altro tipo, quali fascia cardio-frequenzimetrica, misuratore di cadenza, tachimetro, ecc...

Rimane inteso che quanto detto per il pedale strumentato 100, vale in maniera assolutamente equivalente nel caso in cui esso comprenda il corpo secondo la prima forma di realizzazione preferita.

Con riferimento alle figure 15-20, s'illustra a titolo esemplificativo e non limitativo una modalità di applicazione di estensimetri al blocco inferiore del pedale strumentato per la misura delle deformazioni.

Come spiegato in precedenza, la forza esercitata dal piede del ciclista viene trasferita mediante la tacchetta alla superficie di appoggio che a sua volta provvede a distribuire il carico sul blocco inferiore. Da queste ultime, la forza si trasmette sulle porzioni verticali che costituiscono la parte sensibile del pedale, ovvero le zone la cui deformazione deve essere monitorata; esse sono solidali nella parte inferiore al componente centrale che alloggia albero e cuscinetto.

Per monitorare la deformazione in corrispondenza di alcuni tratti di tali porzioni vengono utilizzati estensimetri la cui resistenza varia con la deformazione e quindi con la forza applicata.

Gli estensimetri vengono fissati sui tratti sensibili in maniera e posizione opportuna e collegati secondo uno schema a ponte di Wheatstone. Questo tipo di circuito permette di misurare variazioni di resistenza elettrica come tensione in uscita dallo stesso. La relazione che intercorre tra forza applicata e la tensione Vout misurata all’uscita del circuito può essere approssimata in linea del tutto generale secondo la legge:

F = A × Vout

dove A à ̈ un coefficiente di proporzionalità tra forza applicata e tensione misurata. Poiché à ̈ necessario misurare tre componenti di forza, saranno necessari tre set di estensimetri ognuno deputato alla misurazione di una delle componenti Fx, Fy,Fz. Naturalmente, ne segue che saranno necessari tre circuiti indipendenti a ponte di Wheatstone, ognuno sensibile solo ed esclusivamente all’applicazione di una delle componenti di forza citate.

Per quanto riguarda la componente di forza Fx, ovvero diretta lungo l’asse anteroposteriore del pedale con verso concorde con la direzione di marcia della bicicletta a pedale parallelo al terreno, sono necessari otto estensimetri posizionati sui tratti sensibili del corpo pedale come illustrato in figura 15.

Gli estensimetri sono disposti a coppie di due, ognuna su un elemento sensibile diverso dei quattro disponibili, in particolare sono posizionati sulle zone che affacciano verso la parte anteriore del pedale e verso la faccia posteriore.

Gli estensimetri sono altresì fissati con la loro direzione principale di deformazione giacente lungo la perpendicolare del piano di carico del pedale sulla faccia del tratto sensibile considerato.

Gli otto estensimetri vengono connessi tra loro secondo la configurazione riportata nella figura figura 16.

Alimentando il ponte di Wheatstone con una tensione d'ingresso V si ottiene una tensione in uscita dal circuito pari a:

Essendo (1X, 2X, 3X, 4X, 5X, 6X, 7X, 8X) i valori delle resistenze elettriche degli estensimetri a riposo, (∆1X, ∆2X, ∆3X, ∆4X, ∆5X, ∆6X, ∆7X, ∆8X) i valori delle corrispondenti variazioni di resistenza elettrica sotto l’effetto della componente Fx, V la tensione d'alimentazione del ponte, Vout la tensione misurata in uscita dal circuito e k una costante di proporzionalità.

Poiché, per come à ̈ stato disegnato e progettato il corpo del pedale, sotto l’azione di una componente Fx le zone sensibili tenderanno a deformarsi in maniera tale che come conseguenza gli estensimetri 1X, 4X, 5X e 8X si deformano in maniera uguale ed opposta agli estensimetri 2X, 3X, 6X e 7X, ne risulta un valore del secondo termine dell’espressione complessivamente diverso da zero e pertanto Vout sarà non nullo e proporzionale a V.

Sotto l’azione di tutte le altre componenti di forza e di momento nello spazio applicabili al piano pedale, il contributo al secondo termine sarà invece nullo e pertanto Vout sarà pari a zero. Ne risulta un canale sensibile esclusivamente alla grandezza Fx.

Per quanto riguarda la componente di forza Fy, ovvero diretta lungo l’asse mediolaterale del pedale verso il centro della bicicletta, con la direzione di marcia della bicicletta a pedale parallelo al terreno, sono necessari otto nuovi estensimetri posizionati sui tratti sensibili del corpo pedale come illustrato in figura 17.

Gli estensimetri sono disposti a coppie di due, ognuna su un elemento sensibile diverso dei quattro disponibili, in particolare sono posizionati sulle zone che affacciano verso i lati destro e sinistro del pedale. Gli estensimetri sono altresì fissati con la loro direzione principale di deformazione giacente lungo la perpendicolare del piano di carico del pedale sulla faccia del tratto sensibile considerato.

Gli otto estensimetri vengono connessi tra loro secondo la configurazione riportata nella figura 18.

Alimentando il ponte di Wheatstone con una tensione di ingresso V si ottiene una tensione in uscita dal circuito pari a:

Essendo (1Y, 2Y, 3Y, 4Y, 5Y, 6Y, 7Y, 8Y) i valori delle resistenze elettriche degli estensimetri a riposo, (∆1Y, ∆2Y, ∆3Y, ∆4Y, ∆5Y, ∆6Y, ∆7Y, ∆8Y) i valori delle corrispondenti variazioni di resistenza elettrica sotto l’effetto della componente Fy, V la tensione di alimentazione del ponte, Vout la tensione misurata in uscita dal circuito e k una costante di proporzionalità.

Poiché, per come à ̈ stato disegnato e progettato il corpo del pedale, sotto l’azione di una componente Fy le zone sensibili tenderanno a deformarsi in maniera tale che come conseguenza gli estensimetri 1Y, 4Y, 5Y e 8Y si deformano in maniera uguale ed opposta agli estensimetri 2Y, 3Y, 6Y e 7Y, ne risulta un valore del secondo termine dell’espressione complessivamente diverso da zero e pertanto Vout sarà non nullo e proporzionale a V. Sotto l’azione di tutte le altre componenti di forza e di momento nello spazio applicabili al piano pedale, il contributo al secondo termine sarà invece nullo e pertanto Vout sarà pari a zero. Ne risulta un canale sensibile esclusivamente alla grandezza Fy.

Per quanto riguarda la componente di forza Fz, ovvero diretta lungo l’asse perpendicolare al piano di carico del pedale verso il terreno a pedale parallelo al terreno stesso, sono necessari ulteriori otto estensimetri posizionati sui tratti sensibili del corpo pedale come illustrato in figura 19.

Gli estensimetri sono disposti a coppie di due ognuna su un elemento sensibile diverso dei quattro disponibili, in particolare sono posizionati sulle zone che affacciano verso la parte interna del pedale. Gli estensimetri 1Z, 3Z, 5Z e 7Z sono fissati con la loro direzione principale di deformazione giacente lungo la perpendicolare del piano di carico del pedale sulla faccia del tratto sensibile considerato, mentre gli estensimetri 2Z, 4Z, 6Z e 8Z sono fissati con la loro direzione principale di deformazione giacente in maniera perpendicolare ai precedenti.

Gli otto estensimetri vengono connessi tra loro secondo la configurazione riportata nella figura 20.

Alimentando il ponte di Wheatstone con una tensione di ingresso V si ottiene una tensione in uscita dal circuito pari a:

Essendo (1Z, 2Z, 3Z, 4Z, 5Z, 6Z, 7Z, 8Z) i valori delle resistenze elettriche degli estensimetri a riposo, (∆1Z, ∆2Z, ∆3Z, ∆4Z, ∆5Z, ∆6Z, ∆7Z, ∆8Z) i valori delle corrispondenti variazioni di resistenza elettrica sotto l’effetto della componente Fz, V la tensione d'alimentazione del ponte, Vout la tensione misurata in uscita dal circuito e k una costante di proporzionalità.

Poiché, per come à ̈ stato disegnato e progettato il corpo del pedale, sotto l’azione di una componente Fz le zone sensibili tenderanno a deformarsi in maniera tale che come conseguenza gli estensimetri 1Z, 3Z, 5Z e 7Z si deformano in maniera uguale tra loro e gli estensimetri 2Z, 4Z, 6Z e 8Z si deformano in maniera uguale tra loro ma opposta e proporzionale ai precedenti, ne risulta un valore del secondo termine dell’espressione complessivamente diverso da zero e pertanto Vout sarà non nullo e proporzionale a V.

Sotto l’azione di tutte le altre componenti di forza e di momento nello spazio applicabili al piano del pedale, il contributo al secondo termine sarà invece nullo e pertanto Vout sarà pari a zero. Ne risulta un canale sensibile esclusivamente alla grandezza Fz.

La presente invenzione à ̈ stata fin qui descritta con riferimento a due sue forme di realizzazione preferite. È da intendersi che possono esistere altre forme di realizzazione che afferiscono al medesimo nucleo inventivo, tutte rientranti nell’ambito di protezione delle rivendicazioni qui di seguito riportate.

Claims (19)

1. RIVENDICAZIONI 1. Corpo (1, 1') per pedale strumentato (100) da bicicletta o simili comprendente: • una porzione superiore (11) di appoggio piede atta a definire una base piana e presentante un vano passante (111) tale da delimitarne un'area periferica (112); • un blocco inferiore (14) comprendente: - una coppia di elementi (141) presentanti ciascuno una forma sostanzialmente ad "U", ciascun elemento (141) presentando una traversa longitudinale (1411) disposta parallelamente a detta base piana ed una coppia di porzioni verticali (1412) rigidamente connesse ad essa sostanzialmente in corrispondenza di detta area periferica (112); dette porzioni verticali (1412) definendo quattro regioni di misura di deformazione associate ad un carico di pedalata, dette traverse longitudinali (141) essendo tra loro parallele e configurate in maniera da essere contenute entro una luce definita da detto vano passante (111); - un componente centrale (142) interposto tra detta coppia di elementi ad "U" (141) e connesso ad essi lungo le rispettive traverse longitudinali (1411), detto componente centrale (142) essendo anch'esso contenuto entro la luce definita da detto vano passante (111).
2. 2. Corpo (1') per pedale strumentato (100) secondo la rivendicazione precedente, in cui detto vano passante (111) definisce su detta porzione d'appoggio (11) una forma sostanzialmente a parallelogramma.
3. 3. Corpo (1') per pedale strumentato (100) secondo la rivendicazione precedente, in cui ciascuna porzione verticale (1412) Ã ̈ connessa a detta porzione d'appoggio (11) sostanzialmente in corrispondenza di un rispettivo vertice del parallelogramma.
4. 4. Corpo (1) secondo la rivendicazione 1, in cui detto vano passante (111) conferisce a detta area periferica (112) una forma sostanzialmente a "C".
5. 5. Corpo (1, 1') per pedale strumentato (100) secondo una delle rivendicazioni precedenti, in cui detto componente centrale (142) Ã ̈ spaziato da detta base piana.
6. 6. Corpo (1, 1') per pedale strumentato (100) secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, in cui detta porzione superiore (11) d'appoggio comprendente mezzi d'aggancio/sgancio (12, 13) per uno scarpino.
7. 7. Corpo (1, 1') per pedale strumentato (100) secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, inoltre comprendente una piastrina (3) di trasmissione carico, posizionata su detto vano passante (111) e connessa a detta porzione d'appoggio (11) in corrispondenza di detta area periferica (112).
8. 8. Corpo (1, 1') per pedale strumentato (100) secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, in cui detto componente centrale (142) presenta un foro passante (1421) ricavato lungo una direzione sostanzialmente parallela a dette traverse longitudinali (1411).
9. 9. Corpo (1, 1') per pedale strumentale (100) secondo la rivendicazione precedente, inoltre comprendente un albero (2) alloggiato girevolmente entro detto foro (1421), detto albero (2) essendo associabile ad una pedivella di una bicicletta.
10. 10. Procedimento di produzione di un corpo (1, 1') per pedale strumentato associabile ad una pedivella di una bicicletta, comprendente i passi di: • realizzare un corpo (1, 1') secondo una qualsiasi delle rivendicazioni da 1 a 7; • praticare un foro (1421) entro detto componente (142) lungo una direzione sostanzialmente parallela a dette traverse longitudinali (1411). • alloggiare entro detto foro (1421) un albero (2) in maniera girevole.
11. 11. Procedimento di produzione secondo la rivendicazione precedente, in cui detto corpo (1, 1') Ã ̈ realizzato mediante stampaggio.
12. 12. Procedimento di produzione secondo le rivendicazioni 8 o 9, in cui detto foro (1421) Ã ̈ praticato su detto componente (14) mediante una lavorazione per asportazione di truciolo.
13. 13. Pedale strumentato (100) per bicicletta o simili, comprendente: • un corpo (1, 1') secondo la rivendicazione 9; • mezzi di rilevamento (5, 6) di una grandezza relativa ad una pedalata effettuata da un ciclista, detti mezzi (5, 6) essendo accoppiati a detto corpo (1, 1'); • mezzi di elaborazione associati a detti mezzi di rilevamento (5, 6), alloggiati su detto pedale (100) e configurati per restituire una grandezza indicativa della potenza ed una grandezza indicativa dell’efficienza di pedalata.
14. 14. Pedale strumentato (100) secondo la rivendicazione precedente, in cui detti mezzi di rilevamento (5, 6) comprendono primi mezzi di misurazione (5) configurati per rilevare una posizione angolare di detto albero (2) rispetto a detto corpo (1, 1').
15. 15. Pedale strumentato (100) secondo la rivendicazione precedente, in cui detti primi mezzi di misurazione (5) comprendono un encoder (5) posizionato in corrispondenza di una estremità di detto albero (2).
16. 16. Pedale strumentato (100) secondo una delle rivendicazioni da 13 a 15, in cui detti mezzi di rilevamento (5, 6) comprendono secondi mezzi di misurazione (6) configurati per rilevare una deformazione di detto blocco inferiore (14).
17. 17. Pedale strumentato (100) secondo la rivendicazione precedente, in cui detti secondi mezzi di misurazione (6) comprendono una pluralità d'estensimetri (6) posizionati su dette quattro regioni di misura in modo da rilevare una forza esercitata dal ciclista su detta porzione superiore d’appoggio (11).
18. 18. Pedale strumentato (100) secondo la rivendicazione precedente, in cui detta pluralità d'estensimetri (6) comprende più gruppi d'estensimetri, gli estensimetri (6) di ciascun gruppo essendo tra loro collegati mediante uno schema a ponte di Wheatstone, ciascun gruppo essendo atto a misurare una rispettiva componente della forza esercitata rispetto ad un sistema di riferimento predefinito.
19. 19. Pedale strumentato (100) secondo una delle rivendicazioni da 13 a 18, in cui detti mezzi d'elaborazione sono configurati per restituire detta grandezza indicativa della potenza e detta grandezza indicativa dell’efficienza di pedalata ad una centralina remota in modalità wireless.