Dispositivo de medición del par y la potencia de pedaleo en una bicicleta.

Dispositivo medidor del par y la potencia ejercida por un ciclista con su pierna correspondiente al lado opuesto al de la transmisión de la bicicleta que comprende un eje hueco que une las dos bielas,

en el que se colocan unos sensores de detección de deformación. Dichos sensores están conectados a una unidad de control electrónico alojada en el interior de dicho eje, a la cual también se encuentran conectados sensores que miden otras magnitudes de nuestro interés (cadencia, posición de las bielas,...). Esta unidad de control electrónico recoge las señales de los sensores, las almacena, realiza con ellas operaciones de cálculo previamente programadas y emite como resultado unas señales de salida de manera inalámbrica, mediante una antena ubicada en el exterior del eje y anclada a la superficie exterior de una biela solidaria a dicho eje, hacia un dispositivo receptor para su posterior análisis y/o almacenaje.

DISPOSITIVO DE MEDICIÓN DEL PAR Y LA POTENCIA DE PEDALEO EN UNA

BICICLETA

La presente invención afecta principalmente a los dispositivos de medición y análisis del par y la potencia que aplica un ciclista al pedalear, permitiendo así mejorar la calidad de los entrenamientos y el rendimiento deportivo.

ESTADO DE LA TÉCNICA

Actualmente existen múltiples sistemas basados en el uso de sensores colocados en diversas disposiciones para medir magnitudes físicas relevantes, a fin de obtener la potencia de pedaleo. Para ello, es necesario conocer el par y la velocidad angular en algún punto de la cadena de transmisión entre los pedales y la zona de contacto de la rueda con el suelo. Dichas magnitudes suelen ser deformaciones de un componente o bien, entre componentes para conocer el valor de dicho par, así como su posición para determinar la velocidad. Muchos de los sistemas que se están aplicando en ciclismo miden la deformación elástica mediante galgas extensiométricas.

Generalmente se ha considerado que la velocidad de las bielas es constante en cada revolución, aproximando por tanto la velocidad media correspondiente a la cadencia de pedaleo medida, con la velocidad angular para estimar así la potencia desarrollada en cada ciclo. Esta aproximación conlleva un error en la medición puesto que la velocidad no es constante dependiendo de las condiciones de pedaleo, si bien ese error es generalmente despreciable en el caso de utilizar platos redondos.

Muchos medidores de potencia existentes en ET, estiman la velocidad angular, por ejemplo, en base a la observación del par aplicado en función del tiempo, viendo que existe un valor de par máximo durante cada revolución del eje, correspondiendo una revolución al tiempo entre pico y pico, estimando así la velocidad angular como una constante en cada ciclo. Dicho método conlleva a ciertos errores en la propia medición de la cadencia debidos al tipo de terreno, picos de par, etc., que requieren de un gran filtrado de la señal.

En relación al cálculo del par, existen sistemas que miden la deformación en componentes afectados por la acción conjunta de ambas piernas, tales como la araña, la cadena y el buje de la rueda trasera.

Por otra parte, hay sistemas que miden la deformación de un componente afectado por la acción de sólo una de las piernas del ciclista, como son los pedales, las bielas y el eje de pedalier. En el caso de bielas o pedales bien podemos medir una sola pierna o ambas por separado. En el caso de medición en el eje, el dato de par que se obtiene es el correspondiente a una sola de las piernas, la del lado opuesto a los platos, es decir la pierna izquierda.

El componente para medir el par más común en el mercado, es la araña que porta los platos. Sin embargo, con esta disposición se mide el par total aplicado por el ciclista con ambas piernas, perdiendo una importante información sobre la biomecánica del pedaleo, ya que interesa también conocer otros parámetros, como la forma de trabajo de cada pierna por separado, si se trabaja durante la subida del pedal o si aplicamos la fuerza de una forma relativamente pulsante o uniforme, así como el rango angular donde se genera la máxima potencia.

En el Estado de la Técnica anterior existen numerosos documentos que revelan diferentes formas de medición del par y/o la potencia ejercida por un ciclista al pedalear.

En algunos casos se emplean sistemas que obtienen el par aplicado en cada biela, midiendo la flexión de la biela en el plano de pedaleo, mediante la colocación de sensores en las bielas, como en la patente ES1101230.

En otros casos, como en el documento SRM EP0386005, se utilizan galgas extensiométricas colocadas en el conjunto de la biela más araña derecha, por lo que requiere el uso de un conjunto de especial fabricación que contenga los sensores de medición.

El documento Sram-Quarq W02008058164 describe un sistema que opera de manera muy similar al anteriormente mencionado sistema Srm, ya que requiere el uso de una araña especial en la biela derecha con medidores de deformación. El sistema también describe el uso de un acelerómetro para medir cadencia, e hipotéticamente posición y velocidad angular de la biela.

El documento Ambrosina US6418797, utiliza galgas extensiométricas dispuestas en el buje de la rueda trasera de la bicicleta para medir el par en el buje trasero y posteriormente calcular la potencia, de una manera conocida. Este sistema requiere el uso de una rueda trasera especial. Una realización comercial de esta tecnología descrita está disponible Saris Cycling Group, bajo la denominación Powertap.

El documento Gerlitzki US6356847, que describe el producto comercializado como Ergomo, utiliza sensores ópticos colocados en el eje de pedalier para medir la potencia de la pierna izquierda, y supone que la potencia de la derecha es exactamente la misma. Este sistema requiere el uso de un eje especial y conjunto de cojinete entre las bielas.

El documento Polar US6356848 funciona mediante el uso de sensores para monitorizar la tensión de la cadena para controlar su velocidad y la vibración. La instalación requiere la medición de la longitud y el peso de la cadena, es difícil de instalar y calibrar, y es menos fiable que otros sistemas.

Varios métodos han sido desarrollados para correlacionar la fuerza aplicada a un pedal con la posición angular de la biela, tales como el que se revela en el documento EP2300796A1 Brim Brothers, en el cual se utiliza un sensor de fuerza incrustado en la cala del ciclista para medir la potencia de salida ejercida.

Como ET más cercano a la presente solicitud, en la que realizamos la medición del Par ejercido por el ciclista en el eje de bielas, para posteriormente calcular diversos parámetros de interés, tenemos los siguientes documentos: Campagnolo US20080236293, que revela un medidor de par implementado en un eje de pedalier dividido en dos partes unidas, en cuya zona de unión se localizan las galgas extensiométricas que miden la deformación en el eje; Grassi US20130024137, en el que se describe un eje de pedalier dotado de galgas extensiométricas en una disposición que mide su torsión; Foundation Fitness US2014165744, en el que se muestra un eje de pedalier hueco con galgas extensiométricas en su interior para medir igualmente la torsión del eje. Ninguno de estos sistemas ha llegado al mercado como producto real, y aunque en ellos se hace referencia a la transmisión inalámbrica de la señal con los datos calculados desde la unidad de control electrónica situada en el interior del eje hacia el exterior del mismo, para ser recibida por un receptor situado en cualquier ubicación de la bicicleta, en ninguno de ellos se describe cómo solucionar el problema del apantallamiento producido por el propio eje, ya sea por absorción o redirección de la señal de radiofrecuencia.

Por tanto, existe una necesidad de proporcionar un dispositivo que resuelva el problema de la transmisión por radiofrecuencia de las señales desde el interior del eje hacia el exterior del mismo, teniendo en cuenta que los materiales que se utilizan en los componentes de bicicleta, y en concreto en los ejes, son materiales metálicos que no dejan pasar la señal de radiofrecuencia.

RESUMEN DE LA INVENCIÓN

Un objeto de la presente invención es un dispositivo medidor del par y la potencia ejercida por un ciclista con su pierna izquierda, correspondiente al lado opuesto al de la transmisión de la bicicleta, que comprende un eje hueco que une las dos bielas de la bicicleta, en el que se colocan unos sensores de detección de esfuerzos y/o deformación en su superficie exterior o interior, con el fin de conocer su deformación a torsión y calcular de forma directa el momento torsor que desarrolla la pierna izquierda del ciclista. Sendas bielas de la bicicleta tienen distinta configuración geométrica en relación al eje que las une, siendo una de ellas solidaria a dicho eje, y por tanto comportándose con el eje (1) como un solo elemento, y la otra desmontable por el usuario. Dichos sensores están conectados a una unidad de control electrónico que se encuentra alojada en un miembro soporte ubicado en el interior de dicho eje de transmisión. Además, para medir otras magnitudes de nuestro interés comprende también una pluralidad de sensores de diversos tipos operativamente conectados a dicha unidad de control electrónico.

Esta unidad de control electrónico es la encargada de recoger las señales o datos de los sensores anteriormente mencionados, almacenar dichos datos de entrada, realizar con ellos operaciones de cálculo previamente programadas y emitir como resultado unas señales de salida o datos de los parámetros relevantes del pedaleo que elijamos...

1. Un dispositivo medidor del par y la potencia (9) ejercida por un ciclista con su pierna correspondiente al lado opuesto al de la transmisión de una bicicleta, que comprende:

-un eje (1) hueco y configurado en una sola pieza, que une las dos bielas de la bicicleta; siendo respecto a dicho eje (1), una de ellas la biela solidaria (40, 40) y la otra, la biela desmontable (41, 41);

-al menos un sensor de deformación (10) que mide la deformación debida al momento torsor en el eje (1) y que está dispuesto en la superficie exterior o interior de dicho eje (1);

-al menos un sensor de posicionamiento (20) angular o de rotación del eje (1);

-un miembro soporte (2) alojado en el interior del eje (1) y solidario con él, que da soporte a una unidad de control electrónico (3), configurada para: recibir unas señales de entrada de al menos los sensores de deformación (10) y posicionamiento (20) anteriormente mencionados, almacenar datos, realizar con ellos operaciones de cálculo previamente programadas y emitir como resultado unas señales de salida;

-una unidad suministradora de potencia (5) alojada en el interior del miembro soporte (2);

-una antena (81) de radiofrecuencia, conectada mediante cableado (80) a la unidad de control electrónico (3), que realiza la emisión inalámbrica de dichas señales de salida;

caracterizado por que la antena (81) de radiofrecuencia está ubicada en el exterior del eje (1), anclada a la superficie exterior de la biela solidaria (40, 40), en su zona correspondiente al acoplamiento de dicha biela solidaria (40, 40) con el eje (1).

2. Un dispositivo medidor del par y la potencia (9) según reivindicación 1, caracterizado por que la biela solidaria (40, 40) dispone en su extremo de acoplamiento con el eje (1) de un agujero (401) por el que se realiza el paso del cableado (80) correspondiente a la antena (81).

3. Un dispositivo medidor del par y la potencia (9) según reivindicación 2, caracterizado por que el eje (1) dispone en la zona extrema (111) correspondiente al acoplamiento de la biela solidaria (40,40), de una ranura (13) que permite el paso del cableado (80) correspondiente a la antena (81) desde el interior del eje (1) hacia dicho agujero (401) de la biela solidaria (40,40).

4. Un dispositivo medidor del par y la potencia (9) según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por que dicho sensor de deformación (10) está dispuesto en la superficie exterior de dicho eje (1) que comprende al menos un orificio (12) a través del cual pasan los cables de conexión eléctrica entre dicho sensor de deformación (10) y la unidad de control electrónico (3).

5. Un dispositivo medidor del par y la potencia (9) según reivindicación 4, caracterizado por que dicho sensor de deformación (10) está formado por un par de galgas extensiométricas (100) configuradas en +/-450 respecto a la generatriz del eje (1) en configuración eléctrica de Puente de Wheatstone.

6. Un dispositivo medidor del par y la potencia (9) según reivindicación 5, caracterizado por que dispone de al menos una pareja de sensores de deformación (10), situados diametralmente opuestos.

7. Un dispositivo medidor del par y la potencia (9) según reivindicación 4, caracterizado por que el eje (1) dispone de al menos un rebaje (11) realizado en su superficie exterior donde se aloja al menos un sensor de deformación (10).

8. Un dispositivo medidor del par y la potencia (9) según cualquiera de las

reivindicaciones anteriores, caracterizado por comprender además un miembro de cierre (75) desmontable, situado en el extremo del eje (1) correspondiente a la biela solidaria (40, 40) de manera que realiza el cierre de la unidad suministradora de potencia (5).

9. Un dispositivo medidor del par y la potencia (9) según cualquiera de las

reivindicaciones anteriores, caracterizado por que dicho sensor de posicionamiento (20) comprende un acelerómetro (201), al menos biaxial, ubicado en el eje geométrico (X) del eje (1) y un sensor magnético (202) al menos biaxial, de manera que la posición angular de la biela solidaria (40, 40) es conocida en todo momento.

10. Un dispositivo medidor del par y la potencia (9) según cualquiera de las

reivindicaciones anteriores, caracterizado por que dicho sensor de posicionamiento (20) comprende un acelerómetro (201), al menos biaxial, ubicado en el eje geométrico (X) del eje (1) y un giróscopo (203), de manera que la posición angular de la biela solidaria (40, 40) es conocida en todo momento.

11. Un dispositivo medidor del par y la potencia (9) según cualquiera de las

reivindicaciones anteriores, caracterizado por que dicho sensor de posicionamiento (20)

comprende un sensor magnético (202) y un giróscopo (203), de manera que la posición y la velocidad angular de la biela solidaria (40, 40) son conocidas en todo momento.

12. Un dispositivo medidor del par y la potencia (9) según reivindicación 9, caracterizado por que dicho acelerómetro (201) se utiliza para medir la posición angular de la biela (40, 41) en función del tiempo, en condiciones de velocidad cero de la bicicleta.

13. Un dispositivo medidor del par y la potencia (9) según reivindicación 9 o 10, caracterizado por que dicho acelerómetro (201) se utiliza para medir el tiempo que tarda la biela en dar una revolución completa, y por tanto la cadencia de giro de la biela solidaria (40, 40).

14. Un dispositivo medidor del par y la potencia (9) según reivindicación 9, caracterizado por que dicho sensor magnético (202) se utiliza para medir la posición angular de las bielas (40, 41) en función del tiempo para cualquier valor de la velocidad de la bicicleta, haciendo uso de un imán (82) ubicado en cualquier lugar cercano fijo en el cuadro de la bicicleta.

15. Un dispositivo medidor del par y la potencia (9) según reivindicación 9, caracterizado por que dicho sensor magnético (202) haciendo uso de un imán (83) ubicado en la llanta de la rueda trasera de la bicicleta, se utiliza para medir el tiempo que tarda dicha rueda en dar una revolución completa, y así conocer tanto la velocidad instantánea de la bicicleta, como la relación del desarrollo utilizado en cada momento por el ciclista, como resultado del cociente entre el número de revoluciones de dicha rueda trasera y el número de revoluciones de la biela solidaria (40, 40).

16. Un dispositivo medidor del par y la potencia (9) ejercida por un ciclista con su pierna correspondiente al lado opuesto al de la transmisión de la bicicleta según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por que dicha biela solidaria (40) es la correspondiente al lado de la transmisión de la bicicleta; y además dicha biela solidaria (40) comprende al menos un sensor de medición de deformación (10) que mide la deformación debida al momento flector de dicha biela (40) en el plano de pedaleo, estando conectado también a la unidad de control electrónica (3), y así, de manera independiente también mide el par y la potencia ejercida por el ciclista con su pierna correspondiente al lado de la transmisión de la bicicleta.