TWI537174B - 自行車力感測總成 - Google Patents

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TWI537174B TW100138897A TW100138897A TWI537174B TW I537174 B TWI537174 B TW I537174B TW 100138897 A TW100138897 A TW 100138897A TW 100138897 A TW100138897 A TW 100138897A TW I537174 B TWI537174 B TW I537174B
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佐佐木文吾
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Description

自行車力感測總成
本發明概括而言相關於自行車力感測總成。更明確地說，本發明相關於用來感測正被施加於曲柄軸的踩踏力(pedaling force)的自行車力感測總成。
自行車有時配備有用來偵測作用在自行車曲柄軸上的力的力感測器。舉例而言，在美國專利第7,516,677號(讓渡給島野股份有限公司(Shimano Inc.))中，圓柱形的扭力偵測套筒構件(力感測器單元)被設置在曲柄軸上，以用來偵測施加於曲柄軸的轉矩。用來偵測作用在自行車曲柄軸上的力的力感測器的另一個例子被揭示在歐洲專利公告第1,361,822號中。在此專利公告中，感測器被定位在底部托架管件的徑向內部表面與環繞曲柄軸軸承中的一個的環狀構件的徑向延伸的外部表面之間。以這些配置，應變(strain)感測器只偵測從一條腿作用在自行車曲柄軸上的踩踏力。因此，以這些配置，計算所得的踩踏力有時可能不準確。
本發明的一個目的為提供一種自行車力感測總成，其可較為準確地測量作用在自行車曲柄軸上的踩踏力。
上述目的基本上可藉著提供一種自行車力感測總成而達成，此自行車力感測總成基本上包含第一附著構件、第二附著構件、第一平移(translation)感測裝置、及第二平移感測裝置。第一附著構件被建構成被安裝於自行車底部托架懸架(bottom bracket hanger)的第一側，且被建構成接收及可旋轉地支撐曲柄軸。第二附著構件被建構成被安裝於自行車底部托架懸架的第二側，且被建構成接收及可旋轉地支撐曲柄軸。第一平移感測裝置被耦接於第一附著構件，使得第一平移感測裝置感測第一附著構件上的應變。第二平移感測裝置被耦接於第二附著構件，使得第二平移感測裝置感測第二附著構件上的應變。
對於熟習此項技術者而言，本發明的這些及其他目的、特徵、方面、及有利點從以下連同所附的圖式揭示較佳實施例的詳細敘述會顯明。
以下會參考所附的形成此原始揭示的一部份的圖式。
以下參考圖式說明本發明的選定的實施例。對於熟習此項技術者而言從此揭示很明顯，以下的本發明的實施例的敘述只是被提供來舉例說明，而非要限制由附隨的申請專利範圍及其等效物所界定的本發明。
首先參考圖1至3，圖中顯示具有曲柄軸總成12的自行車10，其中曲柄軸總成12配備有根據第一實施例的自行車力感測總成14(顯示在圖2及3中)。如圖2及3所示，力感測總成14被建構成當騎車者(未顯示)經由一對曲柄臂20及22在一對自行車踏板18(顯示在圖1中)上施力時，感測由騎車者所施加在曲柄軸總成12的曲柄軸16(顯示在圖2中)的兩側的力。自行車踏板18包含傳統的束縛(binding)裝置，其被建構成以傳統方式可釋放地扣持騎車用鞋(未顯示)上的扣片(cleat)。明確地說，當配合的騎車用鞋被自行車踏板18扣持時，由騎車者(未顯示)所產生的旋轉動力在向下的踩踏循環運動及向上的踩踏循環運動二者的期間從騎車用鞋被傳遞至自行車踏板18。
如在圖2及3中所見的，曲柄軸總成12被安裝於自行車10的自行車車架24。特別是，曲柄軸總成12被安裝於車架24的底部托架懸架26。底部托架懸架26被建構成將曲柄軸16接收於內部，以可旋轉支撐曲柄軸16。曲柄軸16為中空圓柱形構件，其被可旋轉地安裝成延伸通過底部托架懸架26，如圖2所示。右曲柄臂20被固定於曲柄軸16的右側端部，而左曲柄臂22被可拆卸地固定於曲柄軸16的左側端部。曲柄軸16被建構成繞延伸通過曲柄軸16的中心的旋轉軸線A旋轉。因此，旋轉軸線A也是曲柄軸16及底部托架懸架26的中心軸線。雖然曲柄軸16被顯示成為中空的圓柱形構件，但是曲柄軸16不限於中空圓柱形構件。舉例而言，也可接受的是曲柄軸為實心桿件，而曲柄臂藉著螺栓而被固定於曲柄軸。車架24可由熔接在一起的金屬管件區段製成，或者是可由複合材料製成，使得車架24的管件藉著樹脂及/或碳纖維材料而被彼此固定。因為車架24為自行車10的傳統特徵，所以為簡潔起見省略除了底部托架懸架26之外的其他車架24的敘述。
底部托架懸架26為具有開口端部的中空管狀元件。底部托架懸架26有時被稱為底部托架管件。底部托架懸架26被建構成以相對地傳統的方式支撐曲柄軸16及與曲柄軸16相關聯的元件。底部托架懸架26的開口端部的每一個用以下會更詳細地敘述的方式支撐力感測總成14。
底部托架懸架26的開口端部的每一個可在無機器螺紋(machine thread)之下被建構成接收曲柄軸支撐元件。
以下特定地參考圖2至6提供對於自行車力感測總成14的敘述。自行車力感測總成14基本上包含第一自行車力感測裝置28及第二自行車力感測裝置30。第一自行車力感測裝置28被安裝在曲柄軸16的右側端部，而第二自行車力感測裝置30被安裝在曲柄軸16的左側端部。因此，第一自行車力感測裝置28偵測由騎車者的右腿所施加於曲柄軸16的右側端部的踩踏力，而第二自行車力感測裝置30偵測由騎車者的左腿所施加於曲柄軸16的左側端部的踩踏力。在所示的實施例中，第一及第二自行車力感測裝置28及30在構造上相同。此容許單一零件或部份可被製造成用於第一及第二自行車力感測裝置28及30二者。當然，第一及第二自行車力感測裝置28及30可依需要及/或所想要的具有不同的組態。第一自行車力感測裝置28是藉著第一附著構件31而被安裝於曲柄軸16的右側端部，而第二自行車力感測裝置30是藉著第二附著構件32而被安裝於曲柄軸16的左側端部。在所示的第一實施例中，第一及第二附著構件31及32的每一個被建構成藉著壓入配合的配置而被不可移動地安裝於底部托架懸架26。或者，底部托架懸架26的開口端部的每一個包含內部機器螺紋，使得第一及第二附著構件31及32被以螺紋旋入底部托架懸架26的開口端部內。
在所示的此第一實施例中，如在圖3中所見的，第一附著構件31為包含配接件33及主體34的兩件式結構。主體34如在圖4及5中所見的藉著多個緊固件F而被固定地緊固於配接件33，使得配接件33與主體34形成整體單元。同樣地，第二附著構件32為包含配接件35及主體36的兩件式結構。主體36如在圖5中所見的藉著多個緊固件F而被固定地緊固於配接件35，使得配接件35與主體36形成整體單元。
為決定施加於曲柄軸16的端部的踩踏力，第一平移感測裝置37被耦接於第一附著構件31的主體34，且第二平移感測裝置38被耦接於第二附著構件32的主體36。第一平移感測裝置37感測第一附著構件31上的應變。第二平移感測裝置38感測第二附著構件32上的應變。第一及第二平移偵測結構37及38會在以下被更詳細地討論。
在所示的此第一實施例中，配接件33構成被建構成被附著於自行車底部托架懸架26的第一附著構件31的第一部份，而主體34構成第一附著構件31的第二部份，以使第一平移偵測結構37附著於此第二部份。類似地，配接件35構成被建構成被附著於自行車底部托架懸架26的第二附著構件32的第一部份，而主體36構成第二附著構件32的第二部份，以使第二平移偵測結構38附著於此第二部份。當將第一附著構件31與第二附著構件32一起考慮成為自行車力感測總成14的部份或零件時，配接件35及主體36也可分別被視為第二附著構件32的第三部份及第四部份。如在圖2中所見的，主體34及36(亦即，第二及第四部份)被建構成被設置在自行車底部托架懸架26的外部。
第一及第二附著構件31及32的基本構造與美國專利申請案公開第2010/0282001號中所揭示的力感測器總成基本上相同。當然，對於熟習此項技術者而言從此揭示很明顯，其他組態也可被用於第一及第二附著構件31及32。舉例而言，取代螺栓，主體與配接件可藉著熔接、黏著劑、及/或壓入配合而被固定在一起。另外，如果需要及/或想要，也可將主體與配接件製成為單件式的單元構件。並且，主體34及36不限於具有多個在圓周上配置的穿通開口的橋接體(bridge body)。相反的，主體34及36可為不具有任何穿通開口的平常體(plain body)型式。然而，藉著將主體34及36建構成橋接體型式會導致主體34及36對轉矩輸入較為敏感，因為橋接體型式與平常體型式相比較易於改變其形狀。
在所示的第一實施例中，第一附著構件31的配接件33構成被建構成被附著於自行車底部托架懸架26的第一部份，而主體34構成第二部份，以使第一平移感測裝置37附著於此第二部份。主體34(例如第二部份)被建構成被設置在自行車底部托架懸架26的外部，如在圖2中最佳所見的。主體34也支撐第一軸承單元40，使得第一軸承單元40被設置在底部托架懸架26的外部，如在圖2中最佳所見。但是，依需要及/或所想要的，也可接受的是將主體34建構成使得第一軸承單元40被設置在自行車底部托架懸架26的內部。
在所示的第一實施例中，第一附著構件31也設置有被壓入配合至主體34內的第一軸承單元40。因此，第一附著構件31被建構成被安裝於底部托架懸架26的第一側，且被建構成經由第一軸承單元40而接收及可旋轉地支撐曲柄軸16。同樣地，第二附著構件32也設置有被壓入配合至主體36內的第二軸承單元42。因此，第二附著構件32被建構成被安裝於底部托架懸架26的第二側，且被建構成經由第二軸承單元42而接收及可旋轉地支撐曲柄軸16。
如圖2所示，配接件33及35被安裝於底部托架懸架26，使得力感測總成14被設置在底部托架懸架26與曲柄臂20及22之間。配接件33及35的每一個較佳地為單件式的單元構件，而由金屬材料例如鋼、鋁、鈦、或具有適當的剛性及強度的合適合金製成。如上所述，配接件33及35被建構成被固定地緊固於底部托架懸架26的兩相反端部。
在所示的第一實施例中，配接件33設置有管狀安裝部份33a及環狀凸緣或部份33b。同樣地，配接件35設置有管狀安裝部份35a及環狀凸緣或部份35b。管狀安裝部份33a及35a被定尺寸成為被壓入配合至底部托架懸架26的兩相反端部內，用來將自行車力感測總成14固定地緊固於底部托架懸架26。或者，管狀安裝部份33a及35a可被螺合於底部托架懸架26。管狀安裝部份33a及35a分別界定用來接收曲柄軸16通過的內部開口33c及35c。環狀凸緣33b及35b分別從管狀安裝部份33a及35a徑向延伸。環狀凸緣33b及35b分別在其外周邊處被固定地附著於主體34及36。因此，配接件33及35於相對於旋轉軸線A的徑向方向及於平行於旋轉軸線A的方向支撐主體34及36。
主體34及36的每一個較佳地由金屬材料例如鋼、鋁、鈦、或具有適當的剛性及強度的合適合金製成為單件式的單元構件。主體34及36的厚度及整體尺寸是由預期會作用在曲柄軸16上的力、所使用的材料、及要配備力感測總成14的自行車的尺寸及類型來決定。在所示的第一實施例中，主體34具有外部部份34a、及界定軸承接收開口34c的內部部份34b，而主體36具有外部部份36a、及界定軸承接收開口36c的內部部份36b。第一及第二平移感測裝置37及38被設置於外部部份34a及36a的中間區域，用來偵測由於曲柄軸16的旋轉所造成的發生於主體34及36的應變。外部部份34a及36a藉著緊固件F而附著於環狀凸緣33b及35b。第一及第二軸承單元40及42被壓入配合至內部部份34b及36b的軸承接收開口34c及36c內，使得曲柄軸16的轉矩被輸入至主體34及36。
如在圖4中所見的，自行車力感測總成14也包含通訊單元46，其藉著電導線48而電連接於第一及第二平移感測裝置37及38，用來接收來自第一及第二平移感測裝置37及38的電訊號。換句話說，通訊單元46操作性地耦接於第一及第二平移感測裝置37及38，使得來自第一及第二平移感測裝置37及38的訊號由通訊單元46接收。通訊單元46在第一實施例中與第一及第二附著構件31及32分開。但是，如果需要及/或想要，通訊單元46可被支撐在第一附著構件31或第二附著構件32上。通訊單元46包含計算電路，其接收來自第一及第二平移感測裝置37及38的訊號，以用來計算由於正被施加於曲柄軸16的踩踏力所造成的正被施加於主體34及36的應變。
如在圖4中所見的，自行車10(在其他組件外)還包含控制單元50及電池52。控制單元50附著於車架24的向前區段，例如車把。控制單元50接收訊號且/或依需要及/或所想要的控制自行車10的各種不同組件。舉例而言，控制單元50可經由通訊單元46而接收來自步調(cadence)感測器的RPM(每分鐘轉數)資料、來自齒輪定位感測器的齒輪位置資料、及來自第一平移感測裝置37的力資料。使用這些資料，控制單元50可控制自動換檔系統(未顯示)。
力感測總成14操作性地連接於控制單元50及電池52。如以下會敘述的，控制單元50可被建構成使用由力感測總成14所提供的應變測量訊號而決定正被施加於曲柄軸16的轉矩，或是通訊單元46可使用由力感測總成14所提供的應變測量訊號而決定正被施加於曲柄軸16的轉矩且然後將計算結果傳達至控制單元50。計算可以是用任何想要的方式被實施。舉例而言，由力感測總成14所提供的應變測量訊號可被用來以與美國專利申請案公開第2010/0282001號中相同的方式決定正被施加於曲柄軸16的轉矩。舉例而言，通訊單元46或控制單元50可使用以下的公式來計算功率：P=Fc‧Vc，
其中：
Vc為鏈條速率，且
Vc=ω‧Gr，
其中：
ω為旋轉速率(根據來自步調感測器的訊號而被計算)，而
Gr為作用鏈環(active chain ring)(根據來自齒輪定位感測器的訊號)的半徑。
控制單元50可使用以下的公式來計算平均轉矩T(每一旋轉)：T=ω/P。
如在圖4中所見的，控制單元50基本上包含顯示器54、微處理器56、及訊號接收單元58。雖然顯示器54、微處理器56、及訊號接收單元58在圖1中被顯示成為被設置於在自行車10的車把上的單一殼體內，但是這些組件可依需要及/或所想要的被分開且被安裝在自行車10上的不同位置處。電池52在第一實施例中經由通訊單元46而供應電力至第一及第二平移感測裝置37及38。電池52也在第一實施例中供應電力至控制單元50。從此揭示很明顯，其他電源可依需要及/或所想要的被使用來供應必要的電力至各種不同的組件。
在第一實施例中，通訊單元46及控制單元50為分開的構件，其中資料從通訊單元46被傳達至控制單元50，以對騎車者顯示及/或用於自動換檔系統或其他自行車系統。但是，通訊單元46及控制單元50可依需要及/或所想要的被整合(integrated)成單一單元。另外，雖然通訊單元46被顯示成為包含計算電路，但是從此揭示很明顯，通訊單元46可將來自第一及第二平移感測裝置37及38的訊號經由無線通訊或經由導線而轉移至控制單元50(例如自行車碼錶(cycle computer)或控制器)，使得一些計算或是所有的計算是由控制單元50實施。換句話說，訊號接收單元58可為藉著電纜線而電連接於通訊單元46的I/O界面，且/或訊號接收單元58可為無線接收器。
如在圖5中所見的，第一平移感測裝置37被耦接於第一附著構件31，使得第一平移感測裝置37感測第一附著構件31上於第一應變測量方向D1及於不平行於第一應變測量方向D1的第二應變測量方向D2的應變。在所示的第一實施例中，第一平移感測裝置37包含第一平移感測器61及第二平移感測器62。第一及第二平移感測器61及62構成感測第一附著構件31上於第一及第二應變測量方向D1及D2的應變的第一平移偵測結構。第一平移感測器61感測第一附著構件31上於第一應變測量方向D1的應變。第二平移感測器62感測第一附著構件31上於第二應變測量方向D2的應變。在所示的第一實施例中，第一及第二平移感測器61及62為彼此間隔開的個別感測器。
在所示的第一實施例中，舉例而言，第一及第二平移感測器61及62為半導體感測器。半導體感測器具有四個應變測量元件，其形成用來感測兩個應變測量方向的橋接電路。因為半導體感測器可感測兩個應變測量方向，所以可去除第一及第二平移感測器61及62中的一個以降低成本。為了降低製造自行車力感測總成14的整體成本，較佳的是分別使第一及第二平移感測器61及62各自只包含單一應變測量元件。但是，為增進性能及功能，較佳的是分別使第一及第二平移感測器61及62各自包含至少兩個應變測量元件。主體34內於第一應變測量方向D1的應變與於第一應變測量方向D1的踩踏的力成比例。主體34內於第二應變測量方向D2的應變與於第二應變測量方向D2的踩踏的力成比例。藉著感測主體34內於第一及第二應變測量方向D1及D2二者的應變，力感測總成14可合併第一及第二平移感測器61及62的結果以獲得踩踏的力及踩踏的方向的資訊。由第一及第二平移感測器61及62所測得的應變與踩踏力之間的關係被預先決定。
仍然參考圖5，第二平移感測裝置38被耦接於第二附著構件32，使得第二平移感測裝置38感測第二附著構件32上於第三應變測量方向D3及於不平行於第三應變測量方向D3的第四應變測量方向D4的應變。在所示的第一實施例中，第二平移感測裝置38包含第三平移感測器63及第四平移感測器64。第三及第四平移感測器63及64構成感測第二附著構件32上於第三及第四應變測量方向D3及D4的應變的第二平移偵測結構。第三及第四應變測量方向D3及D4分別平行於第一及第二應變測量方向D1及D2。第三平移感測器63感測第二附著構件32上於第三應變測量方向D3的應變。第四平移感測器64感測第二附著構件32上於第四應變測量方向D4的應變。在所示的第一實施例中，第三及第四平移感測器63及64為彼此間隔開的個別感測器。
在所示的第一實施例中，舉例而言，第三及第四平移感測器63及64為半導體感測器。半導體感測器具有四個應變測量元件，其形成用來感測兩個應變測量方向的橋接電路。因為半導體感測器可感測兩個應變測量方向，所以可去除第三及第四平移感測器63及64中的一個以降低成本。為了降低製造自行車力感測總成14的整體成本，較佳的是分別使第三及第四平移感測器63及64各自只包含單一應變測量元件。但是，為增進性能及功能，較佳的是分別使第三及第四平移感測器63及64各自包含至少兩個應變測量元件。主體36內於第三應變測量方向D3的應變與於第三應變測量方向D3的踩踏的力成比例。主體36內於第四應變測量方向D4的應變與於第四應變測量方向D4的踩踏的力成比例。藉著感測主體36內於第三及第四應變測量方向D3及D4二者的應變，力感測總成14可合併第三及第四平移感測器63及64的結果以獲得踩踏的力及踩踏的方向的資訊。由第三及第四平移感測器63及64所測得的應變與踩踏力之間的關係被預先決定。
如在圖4及5中所見的，舉例而言，平移感測器61、62、63、及64相對於第一及第二附著構件31及32被配置成使得第一及第二應變測量方向D1及D2實質上(亦即，在十度內)互相垂直，且第三及第四應變測量方向D3及D4實質上(亦即，在十度內)互相垂直。在第一實施例中，平移感測器61、62、63、及64被安裝在背對自行車10的底部托架懸架26的主體34及36的向外側(outboard)之側。但是，平移感測器61、62、63、及64可被分別設置在主體34及36與配接件33及35之間。或者，平移感測器61、62、63、及64可被設置成使得平移感測器中的一個係在相應主體的向外側之側，而一個是在相應主體的向內側(inboard)之側。第一及第二平移感測器61及62的每一個是使用用來提供防水密封的樹脂而被扣持於主體34的凹部內。
平移感測器61、62、63、及64相對於第一及第二附著構件31及32被配置成使得應變測量方向D1、D2、D3、及D4通過曲柄軸16的旋轉軸線A。較佳地，平移感測器61、62、63、及64相對於第一及第二附著構件31及32被配置成使得第一及第二應變測量方向D1及D2中的至少一個位於單一預定平面P1(圖2)內，且第三及第四應變測量方向D3及D4中的至少一個位於單一預定平面P2(圖2)內。預定平面P1及P2相對於第一及第二附著構件31及32的曲柄軸接收開口的旋轉軸線A被實質上垂直地配置。
第一及第二平移感測裝置37及38不限於圖2至5所示的特定配置。平移感測器61、62、63、及64可相對於第一及第二附著構件31及32被配置成使得應變測量方向D1、D2、D3、及D4偏離曲柄軸16的旋轉軸線A。雖然應變測量方向D1及D3較佳地分別相對於應變測量方向D2及D4以90度的角度被配置，但是應變測量方向D1及D3分別與應變測量方向D2及D4之間的角度不限於90度或實質上90度。應變測量方向D1及D3分別與應變測量方向D2及D4之間的角度可為容許平移感測器61、62、63、及64的結果可被用來獲得施加於曲柄軸16的踩踏力及踩踏方向的資訊的任何角度。第一及第二平移感測裝置37及38相對於第一及第二附著構件31及32被配置成使得應變測量方向D1、D2、D3、及D4沿著相對於曲柄軸16的旋轉軸線A並非被垂直地(以15度以內的角度傾斜)配置的預定平面延伸。
選擇性地，第一防塵密封件或蓋件70被設置用以覆蓋第一軸承單元40，且第二防塵密封件或蓋件72被設置用以覆蓋第二軸承單元42。防塵管件74也被選擇性地設置在配接件33與配接件35之間，以在底部托架懸架26內形成密封件。並且，選擇性地，第一防塵密封件或蓋件78被設置用以覆蓋平移感測器61及62，且第二防塵密封件或蓋件80被設置用以覆蓋平移感測器63及64。蓋件70、72、78、及80為較佳地由也防水的電絕緣材料製成的環狀構件。因此，蓋件70及78包圍及密封軸承單元40及平移感測器61及62以抵禦水及碎屑(debris)，且因此保護軸承單元40及平移感測器61及62。類似地，蓋件72及80包圍及密封軸承單元42及平移感測器63及64以抵禦水及碎屑，且因此保護軸承單元42及平移感測器63及64。
如在圖6中所見的，圖中顯示平移感測器61、62、63、及64的替代性組態。取代使用半導體感測器，平移感測器61、62、63、及64被顯示成為傳統的應變計(strain gauge)，其有時也被稱為箔(foil)應變計。平移感測器61、62、63、及64係使用適用於應變計的傳統黏著劑而被固定於所想要的表面。主體34或36的尺寸及形狀係成為經歷可由第一及第二應變計S1及S2測量的有限彈性變形。如在此技術領域中所知的，與傳統應變計的導電係數相關聯的性質會回應應變計的拉伸或壓縮而改變。從此處的圖式及敘述應可瞭解如果連接於平移感測器61、62、63、及64的偵測電路藉著微電腦而被選擇性地改變，則可藉著平移感測器61、62、63、及64的每一個來於兩個方向偵測應變。
在箔應變計配置的情況中，平移感測器61、62、63、及64的每一個具有第一應變計S1及第二應變計S2。較佳地，平移感測器61、62、63、及64除了其安裝位置外彼此相同。第一及第二應變計S1及S2為使用適用於應變計的傳統黏著劑而被固定於所想要的表面的傳統應變計。但是，從此處的圖式及敘述應可瞭解各種不同的應變測量裝置的任何一種均可依需要及/或所想要的被使用。
如圖6所示，第一應變計S1測量主體34或36的於拉伸應變力F1及壓縮應變力F2的彈性變形。換句話說，拉伸應變力F1代表第一應變計S1回應施加於主體34或36的力的些微伸長。壓縮應變力F2代表第一應變計S1回應施加於主體34或36的力的些微壓縮。第二應變計S2測量主體34或36的於拉伸應變力F3及壓縮應變力F4的彈性變形。換句話說，拉伸應變力F3代表第二應變計S2回應施加於主體34或36的力的些微伸長。壓縮應變力F4代表第二應變計S2回應施加於主體34或36的力的些微壓縮。第一及第二應變計S1及S2及其各別的應變力F1、F2、F3、及F4於在角度上以實質上四十五度的角度偏離主體34或36的徑向方向R的方向延伸。另外，第二應變計S2在角度上以實質上90度的角度偏離第一應變計S1。平移感測器61、62、63、及64的第一及第二應變計S1及S2以與第一實施例的半導體感測器相同的方式被用於感測應變測量方向D1、D2、D3、及D4。
然而，從此處的圖式及敘述應可瞭解各種不同的應變測量裝置的任何一種均可被用來測量由於施加於曲柄軸16的踩踏力所造成的於主體34或36的應變。換句話說，平移感測器61、62、63、及64可依需要及/或所想要的由其他類型的應變測量裝置取代。無論如何，平移感測器61、62、63、及64測量由於施加於曲柄軸16的踩踏力所造成的於主體34或36的應變。然後，來自平移感測器61、62、63、及64的應變資料依需要及/或所想要的被通訊單元或控制單元50的計算電路使用來計算及顯示轉矩資訊。
如在圖7中所見的，圖中顯示相應於曲柄臂20及22的計算位置的四個曲柄位置區域、及。明確地說，曲柄位置區域、及各自代表曲柄軸16旋轉一圈的90度角度區域。在四個曲柄位置區域的每一個處的應變是由平移感測器61、62、63、及64測量。曲柄軸16相對於旋轉軸線A的實際位置是藉著來自步調感測器(未顯示)的訊號而被決定。因為步調感測器也提供預定的曲柄位置資料及RPM資料，所以一些曲柄位置容易地被決定。舉例而言，在曲柄軸16的每一旋轉以Hz(赫)測量採樣頻率(sampling frequency)F1且以秒測量時間T1之下，可藉著將F1除以T1(F1/T1)而獲得曲柄位置。測量的應變會根據曲柄的位置而改變。明確地說，平移感測器61、62、63、及64具有取決於鏈條張力(chain tension)的不同回應。控制單元50使用來自步調感測器的訊號以決定曲柄軸16及曲柄臂20及22的實際旋轉位置，且因此可對曲柄臂20及22的每一個使測得的平均應變與四個曲柄位置區域的每一個相關(correlate)。控制單元50被程式規劃(programmed)且/或被建構成使用補償常數(compensating constant)而將於所有的曲柄位置區域內的應變變化列入考慮。平移感測器61、62、63、及64的靈敏度在曲柄位置區域、及處不同。藉著處理在曲柄位置區域、及的每一個處的相應應變資料，控制單元50可提供較為一致且可靠的計算的鏈條張力。另外，使用補償常數可消除在不同曲柄角度處的第一側與第二側應變計之間的不同靈敏度位準。另外，使用來自平移感測器61、62、63、及64的平均應變測量可消除遲滯效應(hysteresis effect)。換句話說，藉著在數學上組合(或平均)來自平移感測器61、62、63、及64的訊號，控制單元50可對任何遲滯效應做補償。踩踏力的計算在美國專利申請案公開第2010/0282001號中有更詳細的討論。
如在圖8中所見的，圖中顯示與第一實施例的配接件33及35一起使用的兩個替代性主體134及136。換句話說，主體134及136取代主體34及36而被用在自行車力感測總成14上。在圖8中，平移感測器61、62、63、及64的位置已被改變。特別是，平移感測器61、62、63、及64被配置成使得應變測量方向D1、D2、D3、及D4沿著相對於旋轉軸線A並非被垂直地(以15度以內的角度傾斜)配置的預定平面延伸。在其他實施例中，平移感測器61、62、63、及64可被或是可能被配置成使得應變測量方向D1、D2、D3、及D4不通過旋轉軸線A。
雖然只選擇選定的實施例來舉例說明本發明，但是對於熟習此項技術者而言從此揭示很明顯，在不離開附隨的申請專利範圍中所界定的本發明的範圍下，可實施各種不同的改變及修正。除非是另外明確界定者，顯示成為互相直接連接或接觸的組件可有設置在其間的中間結構。一個元件的功能可由二個元件來實施，反之亦然。一個實施例的結構及功能可被採用在另一個實施例中。所有的有利點不須同時呈現在一特別的實施例中。與習知技術不同的每一獨特特徵不論是單獨或與其他特徵組合也應被視為申請人的另外發明的分開敘述，包含由此種特徵所具體實施的結構及/或功能概念。因此，以上根據本發明的實施例的敘述只是舉例說明用，而非以限制由附隨的申請專利範圍及其等效物所界定的本發明為目的。
10．．．自行車
12．．．曲柄軸總成
14．．．自行車力感測總成
16．．．曲柄軸
18．．．自行車踏板
20．．．曲柄臂
22．．．曲柄臂
24．．．自行車車架
26．．．底部托架懸架
28．．．第一自行車力感測裝置
30．．．第二自行車力感測裝置
31．．．第一附著構件
32．．．第二附著構件
33．．．配接件
33a．．．管狀安裝部份
33b．．．環狀凸緣或部份
33c．．．內部開口
34．．．主體
34a．．．外部部份
34b．．．內部部份
34c．．．軸承接收開口
35．．．配接件
35a．．．管狀安裝部份
35b．．．環狀凸緣或部份
35c．．．內部開口
36．．．主體
36a．．．外部部份
36b．．．內部部份
36c．．．軸承接收開口
37．．．第一平移感測裝置
38．．．第二平移感測裝置
40．．．第一軸承單元
42．．．第二軸承單元
46．．．通訊單元
48．．．電導線
50．．．控制單元
52．．．電池
54．．．顯示器
56．．．微處理器
58．．．訊號接收單元
61．．．第一平移感測器
62．．．第二平移感測器
63．．．第三平移感測器
64．．．第四平移感測器
70．．．第一防塵密封件或蓋件
72．．．第二防塵密封件或蓋件
74．．．防塵管
78．．．第一防塵密封件或蓋件
80．．．第二防塵密封件或蓋件
134．．．主體
136．．．主體
．．．曲柄位置區域
．．．曲柄位置區域
．．．曲柄位置區域
．．．曲柄位置區域
A．．．旋轉軸線
D1．．．第一應變測量方向
D2．．．第二應變測量方向
D3．．．第三應變測量方向
D4．．．第四應變測量方向
F．．．緊固件
F1．．．拉伸應變力
F2．．．壓縮應變力
F3．．．拉伸應變力
F4．．．壓縮應變力
P1．．．單一預定平面
P2．．．單一預定平面
R．．．徑向方向
S1．．．第一應變計
S2．．．第二應變計
圖1為自行車的側視圖，顯示具有配備有根據第一實施例的自行車力感測總成的底部托架管件的車架。
圖2為沿圖1中的剖切線2-2所取的自行車的底部托架管件的剖面圖，顯示根據第一實施例的被安裝在底部托架上的自行車力感測總成。
圖3為根據第一實施例的相關於底部托架懸架的前曲柄總成的選擇部份及自行車力感測總成的分解立體圖。
圖4為根據第一實施例的自行車力感測總成的立體圖，其係以蓋件被移去的方式顯示，且通訊單元及控制單元是以簡化的方塊圖方式被顯示。
圖5為根據第一實施例的自行車力感測總成的側視圖，其係以蓋件被移去的方式顯示，且通訊單元是以簡化的方塊圖方式被顯示。
圖6為主體的放大側視圖，其中平移感測器是由一對應變計形成。
圖7為自行車力感測總成的示意圖，顯示計算作用在自行車曲柄軸上的踩踏力時所用的四個曲柄位置區域。
圖8為根據第二實施例的自行車力感測總成的側視圖，其係以蓋件被移去的方式顯示，且通訊單元是以簡化的方塊圖方式被顯示。
31．．．第一附著構件
32．．．第二附著構件
33．．．配接件
34．．．主體
35．．．配接件
36．．．主體
37．．．第一平移偵測結構，第一平移感測裝置
38．．．第二平移偵測結構，第二平移感測裝置
40．．．第一軸承單元
42．．．第二軸承單元
46．．．通訊單元
50．．．控制單元
52．．．電池
54．．．顯示器
56．．．微處理器
58．．．訊號接收單元
61．．．第一平移感測器
62．．．第二平移感測器
63．．．第三平移感測器
64．．．第四平移感測器

Claims (17)

  1. 一種自行車力感測總成，包含：第一附著構件，其具有第一管狀部分及從該第一管狀部分徑向地延伸的第一環狀凸緣，該第一管狀部分被建構成被安裝於自行車底部托架懸架的第一側，且該第一附著構件被建構成接收曲柄軸及將該曲柄軸可旋轉地支撐於該第一環狀凸緣處；第二附著構件，其具有第二管狀部分及從該第二管狀部分徑向地延伸的第二環狀凸緣，該第二管狀部分被建構成被安裝於該自行車底部托架懸架的第二側，且該第二附著構件被建構成接收該曲柄軸及將該曲柄軸可旋轉地支撐於該第二環狀凸緣處；第一平移感測裝置，其被耦接於該第一附著構件的該第一環狀凸緣，使得該第一平移感測裝置感測該第一附著構件上的應變；及第二平移感測裝置，其被耦接於該第二附著構件的該第二環狀凸緣，使得該第二平移感測裝置感測該第二附著構件上的應變。
  2. 如申請專利範圍第1項所述的自行車力感測總成，其中該第一平移感測裝置包含感測該第一附著構件上於第一應變測量方向及於不平行於該第一應變測量方向的第二應變測量方向的應變的第一平移偵測結構。
  3. 如申請專利範圍第2項所述的自行車力感測總成， 其中該第一平移偵測結構包含感測該第一附著構件上於該第一應變測量方向的應變的第一平移感測器、及感測該第一附著構件上於該第二應變測量方向的應變的第二平移感測器，該第一及第二平移感測器為個別的感測器。
  4. 如申請專利範圍第2項所述的自行車力感測總成，其中該第一平移偵測結構包含具有至少兩個應變測量元件的單一感測器。
  5. 如申請專利範圍第2項所述的自行車力感測總成，其中該第二平移感測裝置包含感測該第二附著構件上於第三應變測量方向及於不平行於該第三應變測量方向的第四應變測量方向的應變的第二平移偵測結構。
  6. 如申請專利範圍第5項所述的自行車力感測總成，其中該第二平移偵測結構包含感測該第二附著構件上於該第三應變測量方向的應變的第三平移感測器、及感測該第二附著構件上於該第四應變測量方向的應變的第四平移感測器，該第三及第四平移感測器為個別的感測器。
  7. 如申請專利範圍第5項所述的自行車力感測總成，其中該第二平移偵測結構包含具有至少兩個應變測量元件的單一感測器。
  8. 如申請專利範圍第2項所述的自行車力感測總成，其中該第一平移偵測結構包含至少應變計或半導體感測器。
  9. 如申請專利範圍第3項所述的自行車力感測總成，其中該第二平移偵測結構包含至少應變計或半導體感測器。
  10. 如申請專利範圍第2項所述的自行車力感測總成，其中該第一平移偵測結構相對於該第一附著構件被配置成使得該第一及第二應變測量方向被相對於彼此垂直地配置。
  11. 如申請專利範圍第3項所述的自行車力感測總成，其中該第二平移偵測結構相對於該第二附著構件被配置成使得該第三及第四應變測量方向被相對於彼此垂直地配置。
  12. 如申請專利範圍第2項所述的自行車力感測總成，其中該第一平移偵測結構相對於該第一附著構件被配置成使得該第一及第二應變測量方向中的至少一個沿著相對於該第一附著構件的曲柄軸接收開口的中心軸線被實質上垂直地配置的預定平面延伸。
  13. 如申請專利範圍第3項所述的自行車力感測總成，其中該第二平移偵測結構相對於該第二附著構件被配置成使得該第三及第四應變測量方向中的至少一個沿著相對於該第二附著構件的曲柄軸接收開口的中心軸線被實質上垂直地配置的預定平面延伸。
  14. 如申請專利範圍第1項所述的自行車力感測總成，其中該第一環狀凸緣被建構成被設置在該自行車底部托架懸架的外部。
  15. 如申請專利範圍第1項所述的自行車力感測總成，其中該第二環狀凸緣被建構成被設置在該自行車底部托架懸架的外部。
  16. 如申請專利範圍第1項所述的自行車力感測總成，另外包含：通訊單元，其被操作性地耦接於該第一及第二平移感測裝置，使得來自該第一及第二平移感測裝置的訊號被該通訊單元接收。
  17. 如申請專利範圍第16項所述的自行車力感測總成，其中該通訊單元包含計算電路。
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