自行车控制系统的制作方法

2025-06-10 14:20:02 392次浏览

专利名称：自行车控制系统的制作方法
技术领域：
本发明总体上涉及一种自行车控制系统，其至少检测一种自行车参数。更具体地说，本发明涉及一种自行车控制系统，其管理传感器和自行车计算机之间的间隔通信，该传感器检测自行车参数，该自行车计算机接收上述自行车参数。
技术背景骑自行车日益成为一种更加流行的娱乐方式，也是一种交通手段。另外，对业余爱好者和专业人员来说，骑自行车成为一种非常流行的体育竟赛。无论自行车是用于娱乐、交通或竟赛，自行车产业一直在致力于改进自行车的各种组件。最近，为使骑车者更加容易和愉悦地骑乘，自行车配备了电气元件。一些自行车配备了根据骑乘情况可自动调整的自动变速单元，上述骑乘情况由自行车计算机或控制单元进行确定。尤其是，近来前面及后面的拨链器实现了自动化。另外，应用了各种各样的电气装置，来确定一个或多个用于控制拨链器并向骑乘者提供信息的操作参数。因此，自行车的自行车计算机或控制单元不仅向骑乘者提供信息，而且还用于控制自行车的各种部件。因此，由自行车计算机或控制单元提供给骑乘者和/或其它自行车组件的数据尽可能地精确，这一点是必要的。在传统的自行车控制系统中，自行车配备有多个传感器(速度传感器、频率(cadence)传感器等)和自行车计算机。上述传感器(速度传感器、频率传感器等)在不同的固定位置与自行车相连接，例如在前叉、链支撑、座管等处。自行车计算机典型情况下安装在自行车车把杆上。自行车自行车计算机显示各种信息，有关速度、踏板每分钟旋转(rpm)、运转中的齿轮、骑乘者的脉搏、环境温度、地理高度等类似参数。典型地，每个传感器用导线与自行车计算机连接。以前叉处的一个速度传感器为例，导线路径需要沿着前叉向上，经过前制动装置，沿着车架到达安装在车把杆上的自行车计算机。最近，一些自行车控制系统在自行车计算机和传感器间使用无线通
信。因此，自行车计算机和传感器彼此间以无线通信方式(无线电通信或红外线通信)进行通信。使用无线通信的一个缺点是，有时自行车计算机和传感器间的信号丢失或微弱，使得信号不能被自行车计算机正确解读。例如，速度传感器固定连接于自行车车架构件的一位置，通过感测连接在车轮的一部分上的磁体，以检测自行车轮的旋转运动。传统的传感器包括簧片开关，发出借助无线通信送到自行车计算机的脉冲。因此，在传统无线控制系统中，当传感器检测到磁体时，速度传感器间断地发出脉沖信号。如果车轮转速较快，传感器发出信号的脉冲间具有较短间隔时间。另一方面，如果车轮转速较慢，传感器发出信号的脉冲间具有较长间隔时间。当自行车计算机收到脉冲信号，自行车计算机基于间隔时间和轮胎尺寸计算转速。在上述传统系统中，如果自行车计算机由于某些原因(如信号干扰)漏掉一个脉冲信号，自行车计算机就不能正确计算出转速。因此，在无线和有线自行车控制系统中，期望对传感器(速度传感器、频率传感器等)进行准确计算。据上述内容，由本文公开内容可知，对于熟悉本领域的人来说，显然存在改进自行车控制系统的需要。本发明适应本领域的这种需要及其它需要，对于熟悉本领域的人来说，这一点将从本文所公开内容明显看出。发明内容本发明的一个目的是提供一种自行车控制系统，其可使得经测量获得的自行车参数的不准确计算出现的可能性最小化。上述目的基本可通过提供一自行车控制系统而达到，该自行车控制系统包括被感测元件、传感器和自行车计算机。上述被感测元件配置成安装于自行车的第一部分。上述传感器配置成安装于自行车的第二部分的某一部位，以可选择地;险测上述^L感测元件并在传感器才全测到上述净皮感测元件时发送输出信号。自行车计算机配置成安装于自行车的一部分，自行车计算机包括接收器，该接收器设置用于接收上述传感器的输出信号。上述传感器包括传感元件，其在检测到^皮感测元件时输出检测信号；处理单元，该处理单元基于来自于上述传感元件的检测信号的时间间隔，计算第一和第二部分间的相对运动；以及发射器，该发射器基于上述处理单元的计算结果，把输出信号传送到自行车计算机。
下面的详细描述中，结合附图，4皮露了本发明的一个优选实施例。本发明的上述内容及其它目的、特点、优点，对熟悉本领域的人员来说，从下面的详细描迷中，将会更加清楚。

作为原始公开内容的一部分，现参考附图图1为根据一优选实施例的装配有自行车控制系统的自行车的侧面前3见图，该控制系统包括自行车计算机、一对传感器和一对^:感测元件 "兹体) ，图2为根据图示实施例的自行车车把杆部的俯视透视图，示出了自行车计算机；图3为根据图示实施例的附接于车架构件(例如前叉)的速度传感器和附接于前辐条条之一的^L感测元件(磁体)之一的前视图；图4为根据图示实施例的附接于车架构件(例如下管)的频率传感器和附接于曲柄臂之一的4支感测元件(磁体)之一的透视图；图5为根据图示实施例的自行车计算机和传感器之间两种无线通信方式的简化示意图；以及图6为时序图，示出了由传感器接收到的信号输入、由传感器传送车轮旋转周期以及由自行车计算机接收到车轮旋转周期之间的相互关系。
具体实施方式
下面将参考附图对本发明所选的实施例进行解释。由所公开内容，熟悉本领域的人员能够清楚知道，本发明实施例的下述描述，仅仅是为了解释而不是限制本发明附加的权利要求及其等同变换。首先参考附图l,根据本发明的一实施例，示出了自行车IO,其装配有自行车控制系统12,该控制系统12主要包括自行车计算机14、车轮旋转或转速传感器16、曲柄旋转或频率传感器18和一对;波感测元件(磁体)20和22。在所示的实施例中，自行车控制系统12进行传感器16和18 与自行车计算机14之间的间隔无线通信，传感器16、 18用于检测自行车的行进数据，自行车计算机14用于接收基于上述自行车行进数据的运算。具体地，在自行车控制系统12中，运算优选在传感器16和18中进行，
且上述运算被送到自行车计算机14。这样，自行车控制系统12如此配置，以使如果出现通信中断(outage),自行车计算机14可以正确解译传感器16和18中的行进数据。但是，从更广阔的角度出发，本发明也可以用于有线系统，其容易出现通信信号减弱、丟失或其它被自行车计算机接收的不准确信号。在其它组件中，自行车10主要包括，主车架30,枢轴式安装在主车架30的悬挂前叉32,枢轴式安装在主车架30的悬挂后臂34，固定于悬挂前叉32的车把杆单元36，驱动装置(drive train) 38,安装于前叉32的前轮40和一安装于悬挂后臂34的后轮42。冲击减震器44可操作地安装在主车架30和悬挂后臂34之间。如图3所示，在图示的实施例中，车轮旋转或速度传感器16安装于悬挂前叉32上，被感测元件(磁体)20安装于前轮40的辐条40a上。前轮40的辐条40a构成了自行车10的第一旋转部分。悬挂前叉32构成了自行车10的第二非旋转部分。如图4所示，在图示实施例中，曲柄旋转或频率传感器18安装于主车架30的下管(车架下舌)30a,被感测元件(磁体)22安装于驱动装置38的左侧曲柄臂38a。驱动装置38的左侧曲柄臂 38a构成自行车IO的第一旋转部分。主车架30的下管30a组成自行车10的第二非旋转部分。从此处公开内容可清楚知晓，悬挂前叉32和下管30a 组成自行车10的车架构件。优选地，驱动装置38装配有前、后电动拨链器46和48,上述前后电动拨链器46和48分别经由自行车计算机14而由电开关单元50和52 (参见图2)操作。上述电开关单元50和52也用于经由自行车计算机14 而分别控制悬挂前叉32和冲击减震器44的刚度。在图示的实施例中，自行车计算机与前、后电动拨链器46和48以及电开关单元50和52进行双向无线通信。优选地，电池和/或前轮40和42之一具有轮毂发电机，作为电气元件的电源。如图l所示，电池54安装于主车架30的下管30a的面朝下的表面上并且与电动拨链器46和48电结合。自行车计算机14优选地具有内置电池。同样地，优选地，每个传感器16和18以及每个电开关50和 52具有其自身的内置电池。电开关单元50具有一对前换档开关50a和50b和悬挂才莫式开关50c，上述开关50a和50b执行前电动拨链器46的换档操作，该悬挂模式开关 50c改变悬挂前叉32的刚度，使其在坚韧和柔和之间变换。换档开关50a
是一个开关，当手动换档模式被激活时，该开关用于对前电动拨链器46 进行变速而使其逐渐降档。换档开关50b用于逐渐对前电动拨链器46进行变速升档。电开关单元52具有一对后换档开关52a和52b和变速模式开关52c，上述开关52a和52b执行后电动拨链器48的换档操作，该变速模式开关 52c在自动和手动换档模式之间切换变速操作模式。换档开关52a是一个开关，当手动换档模式被激活时，该开关用于对后电动拨链器48进行变速逐渐降档。换档开关52b用于逐渐对后电动拨链器48进行变速升档。由图5可知，自行车计算机14主要包括LCD显示器60, —对输入按钮62,微型计算机64和双向无线通信装置66。微型计算机64是具有各种控制程序的常规设备，上述控制程序例如为变速控制程序和显示程序。微型计算机64包括中心处理单元CPU, 1/0接口和存储器(RAM和ROM) 以及其它部分。微型计算机64的内部RAM存储操作标记状态和各种控制数据。双向无线通信装置66是常规装置，包括发射器和接收器，发射器和接收器如图5所示标记为T/R。双向无线通信装置66可与传感器16和 18、前和后电动拨链器46和48以及电开关单元50和52进行无线通信。通信协议(通信定时、通信数据格式和通信数据容量)可以为任何常规的通信协议或者根据需要和/或期望而可以为专用通信协议。仍参考附图5,自行车计算机14可操作地与车轮旋转或速度传感器 16相连，该传感器16经无线通信感测被感测元件(磁体)20。自行车计算机可操作地与曲柄旋转或频率传感器18相连，该传感器18经无线通信感测被感测元件(磁体)22。由传感器16和18的信号和其它预存信息(例如车轮周长)，自行车计算机14可以计算以及在显示器60上选择性显示自行车速度、行进距离、当前时间、频率、平均频率和/或上述类似参数。自行车计算机14优选包括前和后自动变速程序，其可通过按下电开关单元52上的变速模式开关52c而激活。因此，自行车计算机14利用来自于传感器16和18的信号而控制前和后电动拨链器46和48的变速。悬挂前叉32和震动减震器44的刚度也可以基于来自于传感器16和18的信号而自动调整。可以由图3和图5清楚地看到，车轮旋转或速度传感器16主要包括感测元件16a,中央处理单元16b和发射器/接收器16c。速度传感器16配置
安装于自行车的一部分的某一部位，以可选择地经感测元件16a检测净皮感测元件20 ，然后在速度传感器16的感测元件16a^r测到上述一皮感测元件20时，经由传送/接收器16c发送输出信号至自行车计算机。在图示的实施例中，如图3所示，被感测元件20安装于前轮40的辐条40a (比如第一部分)，感测元件16a安装于悬挂前叉32 (比如第二部分)。因而，优选地，；故感测元件20安装于车轮的一部分，感测元件16a安装于车架构件。取决于自行车的配置及其它设计参数，感测元件16a可以替代地安装于悬挂后臂34或链条支撑，以及被感测元件20可安装于后轮42。任何情况下，元件16a和20之一安装于自行车10的旋转部分，且元件16a和 20中的另一个安装于自行车10的非旋转部分，如此可以感测自行车速度。感测元件16a在检测到被感测元件20的基础上输出检测信号，比如每次车轮旋转一周输出一次。在图示的实施例中，感测元件16a为簧片开关，其根据;波感测元件20的接近而打开以及关闭，图示实施例中^:感测元件20为磁体。每次被感测元件20进入感测元件16a的指定区域时，从此处公开内容可清楚知道，这种检测方式可以利用不同于簧片开关和》兹体的其他方式来实现。中央处理单元16b接收来自感测元件16a的脉冲或检测信号，且当前轮40的辐条40a (比如第一部分)和悬挂前叉32 (比如第二部分)彼此接近时，对来自于传感器16的感测元件16a的检测信号作出响应，对车轮旋转周期进行计算。因此，中央处理单元16b基于感测元件16a的检测信号的时间间隔，计算第一和第二部分(比如前轮40的辐条40a和悬挂前叉32)间的相对运动。一旦中央处理单元16b计算出车轮旋转周期，该车轮旋转周期就被送到发射器/接收器16c,以便把车轮旋转周期作为输出信号传送至自行车计算机14。换言之，发射器/接收器16c具有发射器，基于处理单元16b的计算结果，该发射器以每个发射间隔发射输出信号至自行车计算机14。然后自行车计算机14可对接收车轮旋转周期作出响应，准确计算和显示自行车速度、行进距离和平均速度。参见图4和图5,曲柄旋转或频率传感器18主要包括感测元件18a、中央处理单元18b和发射器/接收器18c。频率传感器18配置安装于自行车的一部分的某一部位，以可选择地经感测元件18a检测被感测元件22,
然后在频率传感器18的感测元件18a4企测到上述^皮感测元件22时，经由发射器/接收器18c发送输出信号至自行车计算机14。在图示的实施例中，被感测元件22安装于驱动装置38的曲柄臂38a (比如第一部分)，感测元件18a安装于主车架30的下管30a (比如第二部分)，如图4所示。因而，优选地，被感测元件22安装于驱动装置38的一部分，感测元件18a 安装于主车架30的车架构件(比如下管30a)。取决于自行车的配置及其它设计参数，感测元件18a可以替代地安装于其它车架构件例如座管或链条支撑。在任何情况下，元件18a和22之一安装于自行车10的旋转部分，且元件18a和22中的另一个安装于自行车10的非旋转部分，如此可以感测踏板频率。感测元件18a在才全测;故感测元件22的基础上输出4全测信号，比如每曲柄旋转一周输出一次。在图示的实施例中，感测元件18a为簧片开关，其根据被感测元件22的接近而打开以及关闭，图示实施例中被感测元件 22为磁体。每次被感测元件22进入感测元件18a的指定区域时，就会产生脉冲或检测信号，输送到中央处理单元18b进行处理。当然，由此处公开内容可清楚知道，这种检测方式可以利用不同于簧片开关和磁体的其他方式来实现。中央处理单元18b接收来自感测元件18a的脉冲或检测信号，且当曲柄臂38a (比如第一部分)和主车架30的下管30a (比如第二部分)彼此接近时，对来自于频率传感器18的感测元件18a的检测信号作出响应，对曲柄旋转周期进行计算。因此，中央处理单元18b基于感测元件18a的检测信号的时间间隔，计算笫一和笫二部分(比如曲柄臂38a和下管30a) 间的相对运动。一旦中央处理单元18b计算出曲柄旋转周期，该曲柄旋转周期就被送到发射器/接收器18c,以便把曲柄旋转周期作为输出信号传送至自行车计算机14。换言之，发射器/接收器18c具有一发射器，基于在每一传送间隔处理单元18b的计算结果，该发射器传送输出信号至自行车计算机M。然后自行车计算机14可对接收曲柄旋转周期作出响应，准确计算和显示频率和/或平均频率。现在转到图5，图示出时序图，显示了发生在自行车控制系统12中的一些各种通信之间的相互关系。在图示实施例中，尽管传感器16和18 的发射器/接收器16c和18c配置成以无线方式传送输出信号，以及自行车
和18c的输出信号，图5中的时序图也可以;帔应用于在传感器16和18与自行车计算机14间的有线通信。传送线(a)显示了速度输入或检测信号，其中每当辐条40a的被感测元件20 (比如第一部分)经过悬挂前叉32的感测元件16a (比如第二部分)，就产生脉沖信号。在时序图中，脉冲信号产生于时间T1、 T2、 T3和T4。换言之，脉冲信号之间的时间代表车轮旋转周期。元件18a和 22以同样的方式相配合工作，以感测曲柄的旋转周期。传送线(b)显示了来自发射器/接收器16c的输出信号，其中速度传感器16的发射器/接收器16c周期性地以指定时间间隔发送车轮旋转周期至自行车计算机14，该车轮旋转周期由中央处理单元16b计算得到。换期性计算J轮;走口转周期，然后速度传感i 16 ^发射器/接收器16c把计i 得到的车轮旋转周期传送至自行车计算机14。类似地，频率传感器18的发射器/接收器18c周期性地以指定时间间隔发送曲柄旋转周期至自行车计算机14,该曲柄旋转周期由中央处理单元18b计算得到。传送线(c)显示了在正常不间断通信过程中，自行车计算机14的双向无线通信装置66接收来自发射器/接收器16c的输出信号。当自行车计算机14接收来自速度传感器16的发射器/接收器16c的输出信号时，自行车计算机14的微型计算机64 (比如CPU)周期性计算并以指定时间间隔发送车轮旋转周期至自行车计算机14,该车轮旋转周期由中央处理单元16b计算得到。换言之，速度传感器16的中央处理单元16b，周期性地计算并可选地显示自行车速度、行进时间、行进距离、平均速度和相类似的基于由速度传感器16的中央处理单元16b计算的车轮旋转周期的参数。类似地，自行车计算机14的双向无线通信装置66接收频率传感器18 的发射器/接收器18c的输出信号，周期性计算并可选地显示频率、平均转周期的参i:。、土 :、、 "、传送线(d)示出了一个例子，其中在自行车计算机14的双向无线通信装置66和发射器/接收器16之间，在时间T3和T4时间间隔中，发生了通信中断。在常规使用间歇通信的行进数据通信系统中，行进数据不能被自行车计算机的接收器实时检测到。因此，如果发生通信中断，行进数据的累积误差就会提高。但是，在自行车控制系统12中，提供了行
进数据通信系统，其中即使发生通信中断，也会避免出现累计误差。特别地，速度传感器16测量状态信息，比如车轮旋转周期和车轮旋转运动。然后，速度传感器把状态信息以指定的时间间隔(传送间隔定时)传送至自行车计算机14。利用这种方法，间歇通信或传送的时间间隔可以设定为固定值。自行车计算机14仅仅向传感器16传送回确认信号。该确认信号可以被传感器16使用，以决定是否重新传送前一个信号，或把缺失信号的前一个数据合并到下一个预定传送中。可选地，如果前一个缺失数据没有重新传送，则自行车计算机14仅仅在通信中断期间做记录重新计算。当然，自行车计算机14可继续显示在通信中断前收到的数据，或显示存在通信中断(例如显示"err")。自行车计算机14测定行进时间。因此自行车计算机利用预存的车轮周长和行进时间来计算速度、行进距离和平均速度。速度基本上是通过以车轮旋转周期除车轮周长计算得到。行进距离基本上是通过车轮转数乘以车轮周长计算得到，车轮转数可由车轮旋转周期数据和脉沖信号时间间隔获得。可选地，速度传感器 16上的中央处理单元16b可计算车轮转数，因此，车轮旋转周期和车轮转数由速度传感器传送到自行车计算机14。平均速度基本由行进时间除行进距离计算得到。通用术语简介在理解本发明的范围时，术语"配置"此处用来描述装置的组件、部分或部分，该装置包含硬件和/或软件，构建和/或编程以可执行期望的功能。在理解本发明的范围时，此处使用术语"包括"及其派生词，目的是指开放式术语，特指声明的特征、元件、组件、组合、整体和/或步骤的存在，但不排除其它未声明特征、元件、组件、组合、整体和/或步骤的出现。前述内容也适用于具有同样意义的词，如"包括"、"具有"和它们的派生词。同样，当以单数形式使用术语"零件"、"部分"、"部分"、 "构件"或"元件"时，其具有单个件或多个件的双重含义。为描述本发明，此处所用的下述方向术语"向前、向后、上方、向下、垂直、水平、下方和横向，，，与其它相似的方向术语一样，是指参考本发明所装配的自行车的那些方向。因此，这些术语，在用来描述本发明时，应该理解为相对于本发明所装配自行车正常骑行的状态。最后，此处所用的程度术语例如"充分地"、"大约，，和"近似地"意谓着与改良条件之间存在合理偏
离量，使得最终效果没有显著改变。尽管仅仅用挑选的实施例对本发明进行了阐述，但熟悉本领域的人员从本发明公开内容可清楚知晓，在不违背本发明附加的权利要求所定义的范围内可作各种改变和修改。而且，前述根据本发明实施例的描述仅仅是为了进行解释，而不是为了限制附加权利要求及其等同变换。
权利要求
1、一种自行车控制系统，包括被感测元件，被配置用于被安装到自行车的第一部分上；传感器，被配置用于被安装到所述自行车的第二部分的某一部位，以选择性地检测所述被感测元件，并在传感器检测到所述被感测元件时发送输出信号；以及自行车计算机，被配置用于被安装到所述自行车的一部分上，该自行车计算机包括接收器，该接收器被设置用于接收来自所述传感器的输出信号；所述传感器包括传感元件，该传感元件在检测到被感测元件时输出检测信号；处理单元，该处理单元基于来自所述传感元件的检测信号的时间间隔，计算第一和第二部分之间的相对运动；以及发射器，该发射器基于所述处理单元的计算结果向自行车计算机发射输出信号。
2、根据权利要求1所述的自行车控制系统，其特征在于所述传感器的发射器被配置用于无线地发射输出信号，以及所述自行车计算机被配置用于无线地接收来自所述传感器的所述发射器的输出信号。
3、根据权利要求1所述的自行车控制系统，其特征在于所述被感测元件为石兹体。
4、根据权利要求l所述的自行车控制系统，其特征在于当所述第一和第二部分之一为车轮的一部分且所述第一和第二部分中的另一个为车架构件时，所述传感器的处理单元响应于来自所述传感器的传感元件的检测信号而计算车轮旋转周期；以及所述传感器的发射器响应于接收到来自所述处理单元的车轮旋转周期而发射所述车轮旋转周期。
5、根据权利要求4所述的自行车控制系统，其特征在于所述自行车计算机包括处理单元，该处理单元响应于接收到车轮旋转周期而至少对自行车速度、行进距离和平均速度之一进行计算。
6、根据权利要求1所述的自行车控制系统，其特征在于当所述第一和第二部分之一为自行车曲柄以及所述第一和第二部分中的另一个为车架构件时，所述传感器的处理单元响应于来自所述传感器的传感元件的检测信号而计算曲柄旋转周期；以及所述传感器的发射器响应于接收到来自所述处理单元的曲柄旋转周期而发射所述曲柄旋转周期。
7、根据权利要求6所述的自行车控制系统，其特征在于所述自行车计算机包括处理单元，该处理单元响应于接收到曲柄旋转周期而至少对频率和平均频率之一进行计算。
8、一种包含根据权利要求1所述的自行车控制系统的自行车，其特征在于所述自行车的第一部分为车轮；以及所述自行车的第二部分至少为前叉和链条支撑之一。
9、一种包含根据权利要求1所述的自行车控制系统的自行车，其特征在于所述自行车的第一部分为曲柄；以及所述自行车的第二部分至少为座管、下管和链条支撑中的一个。
全文摘要
自行车控制系统，具有被感测元件、传感器和自行车计算机。上述被感测元件配置安装于自行车的第一部分。上述传感器配置安装于自行车的第二部分的某一部位，以可选择地检测上述被感测元件，并在传感器检测到上述被感测元件时，发送输出信号。自行车计算机配置安装于自行车的部分，自行车计算机包括接收器，该接收器设置用于接收上述传感器的输出信号。上述传感器包括传感元件，其在检测到被感测元件时，输出检测信号；处理单元，该处理单元基于来自于上述传感元件的检测信号的间隔时间，计算第一和第二部分间的相对运动；以及一发射器，该发射器基于上述处理单元的计算结果，把输出信号传送到自行车计算机。
文档编号B62J99/00GK101397042SQ200810095919
公开日2009年4月1日申请日期2008年4月25日优先权日2007年9月28日
发明者武林晴行申请人:株式会社岛野

文档序号 : 【 4093977 】

技术研发人员：武林晴行
技术所有人：株式会社岛野

备注：该技术已申请专利，仅供学习研究，如用于商业用途，请联系技术所有人。
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武林晴行丨株式会社岛野

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