PROCEDIMIENTO Y DISOPOSITIVO PARA MEDIR LA FUERZA DE LA CADENA EN UNA BICICLETA.

Puntera (50, 200, 300, 400), que comprende: una parte de conexión de bastidor (53;

210; 310; 410) prevista para la conexión a un bastidor de la bicicleta (10); una parte de recepción del eje (51; 220; 320; 420) prevista para la conexión a un eje de la rueda (21); caracterizada por el hecho de que la puntera también comprende: una parte de transición elásticamente deformable (61, 62; 230; 330; 430) entre la parte de conexión del bastidor (53; 210; 310; 410) y la parte de recepción del eje (51; 220; 320; 420); y un sensor de fuerza de la cadena integrado que comprende al menos un sensor (70; 370; 470) para proporcionar una señal de medición que es indicativa de un desplazamiento recíproco entre la parte de conexión del bastidor (53; 210; 310) y la parte de recepción del eje (51; 220; 320) y/o una deformación de la parte de transición (61, 62; 230; 330; 430)

La presente invención se refiere en general a medir fuerzas. La presente invención se refiere particularmente a la medición de la fuerza presente en la cadena de transmisión de una bicicleta, y por lo tanto, la presente invención en lo sucesivo se explicará con más detalle específicamente para esta aplicación. Sin embargo, se indica 5 con énfasis que la invención no está limitada al a la misma. Las cadenas de transmisión se aplican también en otros vehículos. Además, es posible que se aplique a una correa

o una cuerda o similares en lugar de a una cadena. Además, es posible que la cadena no se utilice para accionar un vehículo, sino que la energía se transfiera por otro motivo, por ejemplo, para el accionamiento de un generador, una herramienta, o que se trate de un aparato de entrenamiento, tal como por ejemplo un entrenador doméstico, bicicleta de spinning, etc. [0002] Un campo importante de aplicación de la presente invención es el campo de la bicicleta soportada eléctricamente, también llamada brevemente como bicicleta eléctrica. Una bicicleta soportada eléctricamente es una bicicleta con un motor eléctrico auxiliar, en la que el usuario acciona la bicicleta al ejercer fuerza a los pedales, y en la que el motor auxiliar ejerce una fuerza de accionamiento auxiliar que depende de la fuerza que ejerce en los pedales: cuanto mayor sea la fuerza del pedal, mayor es la fuerza de accionamiento auxiliar ejercida por el motor auxiliar. Como las bicicletas soportadas eléctricamente son conocidas por sí mismas, no es necesario aquí proporcionar una descripción más extensa de las mismas. Basta indicar que el motor auxiliar necesita una señal de entrada indicativa de la magnitud de la fuerza de los pedales ejercida, o al menos indicativa de la magnitud de la fuerza de accionamiento presente en la cadena. [0003] Otro campo importante de aplicación de la presente invención es el campo de la bicicleta con un mecanismo de cambio de marchas automático. Estas bicicletas son conocidas también por sí mismas. Con estas bicicletas, se elige típicamente una marcha en base a la velocidad de conducción: a velocidades fijas predeterminadas cambia a una marcha superior o cambia a una marcha más baja. Se desea que la característica de los puntos de cambio esté adaptada respecto a la fuerza suministrada por el ciclista: al dar más fuerza (por ejemplo en una calle en pendiente, o con viento) se desea que el cambio a una marcha superior sólo se realice a una velocidad mayor, para evitar que el ciclista no sea capaz de producir la fuerza en los pedales que se requiere en la marcha superior. También en este caso, un mecanismo de cambio de marchas necesita una señal de entrada que es indicativa de la magnitud de la fuerza de los pedales ejercida, o al menos es indicativa de la magnitud de la fuerza de accionamiento presente en la cadena. [0004] En el pasado ya se han hecho propuestas para llegar a medir señales que son indicativas de la magnitud de la fuerza de accionamiento presente en la cadena. En este contexto, se hace referencia a, por ejemplo, la patente WO-01/30643; la invención descrita en esta solicitud se basa en la observación de que el bastidor de la bicicleta en conjunto sufre una cierta deformación cuando un ciclista ejerce una fuerza en los pedales, y se obtiene una señal de medición midiendo una deformación del bastidor de la bicicleta. Además, se hace referencia a la patente WO-03/073057; esta solicitud describe un manguito de medición para medir la curvatura del eje conducido (eje trasero) cuando un ciclista ejerce una fuerza en los pedales. [0005] El objeto de la presente invención es obtener una construcción simple y universal que se pueda implementar en una bicicleta con costes adicionales relativamente reducidos, que no requiera adaptaciones del eje ni del buje, y que sea capaz de proporcionar una señal de medición muy útil. [0006] Un problema con las construcciones de medición conocidas es que, con las bicicletas con un sistema de cambio de marchas desviador, múltiples ruedas de cadena están colocadas en el eje trasero, en el que el ciclista, al elegir una marcha, determina qué rueda de cadena está en uso. Esto significa que la cadena está físicamente acoplada con otra rueda de cadena y, al hacerlo, se desplaza en dirección horizontal (axial) a lo largo del eje trasero, lo que tiene consecuencias en la señal de medición generada. Sin saber qué rueda de cadena está acoplada con la cadena, simplemente ya no es más posible derivar la fuerza de la cadena a partir de la señal de medición. [0007] Una puntera según el preámbulo de la reivindicación 1 se describe en la patente WO-03/073057. [0008] La presente invención pretende resolver también este problema. [0009] Según un aspecto importante de la presente invención, se genera una señal de medición que representa la fuerza de reacción del ejes conducido al bastidor. En una realización particular, la puntera se implementa de tal manera que sufre una deformación que se puede medir en una dirección predeterminada, como resultado de las fuerzas de la cadena. En otra realización, se proporciona un bloque de acoplamiento deformable, del cual un extremo se fija al bastidor, mientras que una puntera está fijada al otro extremo. [0010] De acuerdo con otra realización de la presente invención, la fuerza de reacción sobre el bastidor se mide en ambos extremos del eje. La suma de estas dos fuerzas de reacción, en buena aproximación, será igual a la fuerza de la cadena. Al cambiar una rueda de cadena, el punto de acción de la fuerza de la cadena se desplazará a lo largo del eje trasero, y la fuerza de reacción aumentará en un extremo del eje y disminuirá en el otro extremo del eje, pero la suma todavía, en una buena aproximación, será igual a la fuerza de la cadena. [0011] De acuerdo con una otra realización de la presente invención, se detecta cual de las ruedas de cadena está acoplada con la cadena mediante el uso de un dispositivo sensor relativamente simple, que detecta la posición de un cable de control. Cuando se conoce esta posición, se puede deducir a partir de la misma que la cadena se acopla en el eje trasero (posición axial de la rueda de cadena conducida). Cuando se conoce, también se conoce la relación entre las fuerzas de reacción en los dos extremos del eje, y es suficiente para medir la fuerza de reacción en uno de los extremos del eje: la fuerza total de la cadena puede calcularse a partir de la fuerza medida, teniendo en cuenta dicha relación. Esto tiene la ventaja, entre otras cosas, que un único detector de fuerza es suficiente, y que todos los componentes del sistema de medición se pueden montar en un lado de la bicicleta de una forma compacta y con cables de conexión cortos. [0012] Estos y otros aspectos, características y ventajas de la presente invención se explicarán con más detalle en la descripción siguiente con referencia a los dibujos, en los que los números de referencia indican las mismas partes o similares, y en los que:

La figura 1 muestra esquemáticamente una vista superior en planta, parcialmente en sección, de una parte de una bicicleta;

Las figuras 2A y 2B muestran diagramas de bloque de un circuito de alimentación eléctrica de una bicicleta soportada eléctricamente; la figura 3A muestra una vista esquemática en perspectiva de una realización de una puntera de acuerdo con la presente invención;

La figura 3B muestra una vista lateral esquemática de la puntera de la figura 3A;

Las figuras 3C y 3D muestran detalles de la puntera de la figura 3A;

La Figura 4 muestra una vista frontal esquemática de una célula de medición de la deformación;

La figura 5A muestra una vista esquemática en perspectiva de una realización de un bloque de medición de acuerdo con la presente invención;

La figura 5B muestra una vista lateral esquemática de una variación del

bloque de medición de la figura 5A;

La figura 6 muestra una vista esquemática en perspectiva de otra realización de una puntera de acuerdo con la presente invención. [0013] La figura 1 muestra esquemáticamente una vista en planta, parcialmente en sección, de una parte de una bicicleta 1 y, en particular, una parte en el eje conducido trasero de la bicicleta 1. La bicicleta 1 tiene un bastidor 10, del cual dos tubos del bastidor 10L y 10R se muestran en la figura 1. En su extremo trasero, cada tubo del bastidor 10L, 10R está provisto de una pieza de acoplamiento 11L, 11R respectiva, para la fijación del eje trasero. Esta pieza de acoplamiento también se conoce como "puntera trasera", y en lo sucesivo se indicará brevemente como "puntera". [0014] La...

1. Puntera (50, 200, 300, 400), que comprende: una parte de conexión de bastidor (53; 210; 310; 410) prevista para la conexión a un bastidor de la bicicleta (10); una parte de recepción del eje (51; 220; 320; 420) prevista para la conexión a un eje de la rueda (21);

caracterizada por el hecho de que la puntera también comprende: una parte de transición elásticamente deformable (61, 62; 230; 330; 430) entre la parte de conexión del bastidor (53; 210; 310; 410) y la parte de recepción del eje (51; 220; 320; 420);

y un sensor de fuerza de la cadena integrado que comprende al menos un sensor (70; 370; 470) para proporcionar una señal de medición que es indicativa de un desplazamiento recíproco entre la parte de conexión del bastidor (53; 210; 310) y la parte de recepción del eje (51; 220; 320) y/o una deformación de la parte de transición (61, 62; 230; 330; 430).

2. Puntera según la reivindicación 1, en la que la parte de transición elásticamente deformable (61, 62) comprende al menos dos patas substancialmente verticales (61, 62) que acoplan la parte de recepción del eje (51) con la parte de conexión del bastidor (53), cuyas patas (61, 62), mediante flexión, permiten un desplazamiento substancialmente horizontal de la parte de recepción del eje (51) respecto a la parte de conexión del bastidor (53), en una dirección substancialmente perpendicular a la dirección longitudinal del eje.

3. Puntera según la reivindicación 1 ó 2, que también está provista de un sensor de deformación (70) para la detección de una deformación de la puntera (50);

en el que el sensor de deformación (70) comprende preferentemente un cuerpo central dirigido substancialmente vertical (72), del cual un primer extremo (73) está conectado a la parte de conexión del bastidor (53) de la puntera (50), y en la que el extremo opuesto (74) está conectado a la parte de recepción del eje (51), estando dispuesto un sensor de flexión (75) en al menos una superficie de este cuerpo central (72), cuyo sensor de flexión preferentemente comprende al menos un medidor de deformación.

4. Puntera según la reivindicación 1, en la que la parte de recepción del eje (320) está provista de una parte de medición (323) acoplada con la parte de

conexión del bastidor (310) mediante al menos un brazo de flexión (361, 362), cuyo brazo (361; 362), mediante flexión, permite un desplazamiento substancialmente horizontal (373) de la parte de recepción del eje (320) respecto al la parte de conexión del bastidor (310), en una dirección substancialmente perpendicular respecto a la dirección longitudinal del eje;

y en la que la puntera está provista de medios de detección (370, 372) para medir dicho desplazamiento horizontal (373);

en la que los medios de detección (370, 372) preferentemente comprenden un elemento de imán (372) y un sensor de imán (370), preferentemente un sensor Hall, estando fijado el elemento de imán (372) a la parte de recepción del eje (320), mientras que el sensor de imán (370) se fija a la parte de conexión del bastidor (310), o el elemento de imán (372) está fijado en la parte de conexión del bastidor (310), mientras que el sensor de imán (370) se fija en la parte de recepción del eje (320), estando montado dicho sensor de imán (370) más preferiblemente de tal forma que su superficie de sensor (371) es substancialmente paralela respecto al desplazamiento horizontal relativo (373) entre el elemento de imán (372) y el sensor de imán (370).

5. Puntera según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 4, que también está provista de un tope (63) como limitación de carrera de la parte de recepción del eje.

6. Puntera según la reivindicación 1, en la que la parte de transición elásticamente deformable (230, 430) comprende al menos dos brazos de conexión (232, 233; 432, 433) situados de manera sustancialmente vertical uno encima del otro, cuyos brazos acoplan la parte de recepción del eje (220; 420) con la parte de conexión del bastidor (210; 410), cuyos brazos (232, 233; 432, 433), a través de una flexión alrededor de un eje substancialmente vertical (234; 434), permiten una flexión horizontal de la parte de recepción del eje (220, 420) respecto a la parte de conexión del bastidor (210; 410).

7. Puntera según la reivindicación. 6, que también está provista de al menos un sensor de deformación para la detección de una flexión de la puntera, en la que preferentemente:

el sensor de deformación comprende un puente de material (241) dirigido de manera substancialmente horizontal, del cual un extremo está conectado a la parte de conexión del bastidor (210) y cuyo otro extremo está conectado a la parte de recepción del eje (220), estando dispuesto un sensor de flexión (242) en al menos una superficie de este puente de material (241), cuyo sensor de flexión preferentemente comprende al menos un medidor de deformación.

8. Puntera según la reivindicación 6, que también está provista de un labio de medición (424) dirigido de manera substancialmente horizontal, cuyo extremo libre está fijo respecto a la parte de recepción del eje (420) de tal manera que, en caso de una flexión alrededor de dicho eje substancialmente vertical (434), el extremo libre del labio de medición (424) se somete a un desplazamiento dirigido de manera sustancialmente horizontal respecto a la parte de conexión del bastidor (410);

en la que preferentemente:

dicho sensor (470) está adaptado para proporcionar una señal de medición que es indicativa del desplazamiento recíproco del extremo libre del labio de medición (424) y la parte de conexión del bastidor (410); en cuyo caso la puntera más preferiblemente también comprende un elemento de imán (472) y un sensor de imán (470), preferentemente un sensor Hall, estando el elemento de imán (472) sujeto en el extremo libre del labio de medición (424), mientras que el sensor de medición (470) se fija a la parte de conexión del bastidor (410), o el elemento de imán (472) se fija en la parte de conexión del bastidor (410), mientras que el sensor de imán (470) está unido al extremo libre del labio de medición (424), estando montado dicho sensor de imán

(470) más preferentemente de tal forma que su superficie de sensor (471) es substancialmente paralela al desplazamiento horizontal relativo (473) entre el elemento de imán (472) y el sensor de imán (470).

9. Procedimiento para medir la fuerza de la cadena (FK) en una cadena de transmisión (26) que se acopla en un cuerpo (20) que es giratorio alrededor de un eje (21) que está fijo en un bastidor (10) al menos en un punto de conexión (22, 23);

dicho procedimiento comprendiendo las etapas de: medir la fuerza de reacción (FL) entre el eje (21) y el bastidor (10) en un primer punto de conexión (22); calcular la fuerza de la cadena (FK) de la fuerza de reacción medida (FL).

10. Procedimiento según la reivindicación 9, en el que la fuerza de reacción se mide mediante la medición de una deformación del bastidor (10) en la posición de dicho punto de conexión (22).

11. Procedimiento según la reivindicación 9, en el que la fuerza de reacción se mide midiendo un desplazamiento mutuo de las dos partes del bastidor en la posición del primer punto de conexión (22); en el que preferentemente:

a] dicho desplazamiento mutuo se mide en una dirección que es

substancialmente paralela a dicha fuerza de la cadena; o

b] dicho desplazamiento mutuo se mide en una dirección que es substancialmente perpendicular respecto a dicha fuerza de la cadena.

12. Procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones anteriores 9 a 11, en el que dicho eje (2-1) se fija en el bastidor (10) en al menos dos puntos de conexión (22, 23), y en el que:

a] el procedimiento también comprende las etapas de:

- medir la fuerza de reacción (FR) entre los ejes (21) y el bastidor (10) en un segundo punto de conexión (23);

- y añadir las dos fuerzas de reacción medidas (FL; FR); o

b] el cuerpo (20) está provisto de al menos dos ruedas de cadena (25) en las que la cadena de transmisión (26) puede acoplarse, y en el que el procedimiento comprende también las etapas de:

- determinar cuál de las ruedas de la cadena está en acoplamiento con la cadena de transmisión;

- determinar la relación entre las fuerzas de reacción (FL; FR) en los dos puntos de conexión (22, 23) sobre la base de la posición de la rueda de cadena que está en acoplamiento;

- y añadir las dos fuerzas de reacción así determinadas (FL; FR).

13. Procedimiento para controlar un motor auxiliar (M) basado en la fuerza de la cadena (FK) en una cadena de transmisión (26) de un vehículo (1), en donde la fuerza de la cadena (FK) se mide con el procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones anteriores 9 a 12.

14. Procedimiento para ajustar un mecanismo cambio de marchas automático basado en la fuerza de la cadena (FK) en una cadena de transmisión (26) de un vehículo (1), en donde la fuerza de la cadena (FK) se mide con el procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones anteriores 9 a 12.

15. Bicicleta soportada eléctricamente (1), provista de un motor auxiliar

(M) y/o un dispositivo de cambio automático, en la que la bicicleta está provista de al menos de una puntera de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores 1 a

8.

16. Bicicleta soportada eléctricamente (1) según la reivindicación 15,

que comprende: una rueda (20) accionada mediante una cadena (26), cuya rueda está montada giratoria sobre un eje (21) que se fija en un bastidor (10) al menos en un punto de conexión (22, 23);

un primer sensor (31), dispuesto en un primero de dichos puntos de conexión (22), para proporcionar una señal de medición (S1), que es indicativa de la fuerza de reacción (FL) entre los ejes (21) y el bastidor (10) en este primer punto de conexión (22);

un motor auxiliar (M);

un controlador (40) para activar el motor auxiliar (M) en función de la fuerza de la cadena (FK) realizada en la cadena de transmisión (26) mediante la fuerza del pedal;

en la que el controlador (40) está adaptado para generar una señal de activación del motor (SC) basada en la señal del sensor (S1).

17. Bicicleta soportada eléctricamente (1) según la reivindicación 16, que también comprende:

un segundo sensor (32), dispuesto en un segundo de dichos puntos de conexión (23), para proporcionar una señal de medición (S2), que es indicativa de la fuerza de reacción (FR) entre los ejes (21) y el bastidor (10) en este segundo punto de conexión (23);

en la que el controlador (40) está adaptado para generar la señal de activación del motor (SC) basada en las dos señales de los sensores (S1, S2);

en la que preferentemente:

a] el controlador (40) tiene una primera entrada del sensor (41) acoplada con el primer sensor (31) para recibir la primera señal del sensor (S1), así como una segunda entrada del sensor (42) acoplada con el segundo sensor (32) para recibir la segunda señal del sensor (S2), estando adaptado el controlador (40) para generar la señal de activación del motor (SC) basada en la suma de ambas señales de entrada (S1, S2);

o

b] la bicicleta está provista de medios para añadir las dos señales de los sensores (S1, S2) para obtener una señal del sensor añadida (SA); teniendo el controlador (40) una entrada de señal (44) acoplada para recibir dicha señal de sensor añadida (SA) y que se está adaptado para generar la señal de activación del motor (SC) en función de su señal de entrada (SA),

18. Bicicleta soportada eléctricamente (1) según la reivindicación 16, en la que la rueda (20) está provista de al menos dos ruedas de cadena (25) en las que la

cadena de transmisión (26) puede acoplarse;

la bicicleta también comprende un dispositivo de medición (900) para proporcionar una señal de medición que indica cuál de las ruedas de la cadena está en acoplamiento con la cadena de transmisión;

en la que el controlador está adaptado para generar una señal de activación del motor (SC) basada en las dos señales de los sensores.

19. Bicicleta soportada eléctricamente según la reivindicación 18, en la que el dispositivo de medición (900) está adaptado para medir la posición de un cable

(940) respecto a un bastidor (941) y comprende: -un alojamiento (902); -un sensor de campo magnético (901) conectado fijo al alojamiento

(902);

- un elemento de imán (930) dispuesto de manera desplazable en el alojamiento (902), provisto de medios de acoplamiento (932) para el acoplamiento del elemento de imán (930) con el cable (940);

- elementos de acoplamiento (910, 920) para el acoplamiento del campo magnético del elemento de imán (930) con el sensor de campo magnético (901), cuyos elementos de acoplamiento (910, 920) tienen un acoplamiento magnético con el sensor de campo magnético (901) por un lado y un acoplamiento magnético con el elemento de imán (930), por otro lado;

- en el que el acoplamiento magnético entre los elementos de acoplamiento (910, 920) y el elemento de imán (930) depende de la posición del elemento de imán (930) en el alojamiento (902);

en la que preferentemente: a] el desplazamiento del elemento de imán (930) en el alojamiento

(902) causado por el cable provoca un cambio en la distancia mutua entre el elemento de imán (930) y el sensor de campo magnético (901), disminuyendo el acoplamiento magnético entre los elementos de acoplamiento (910, 920) y el elemento de imán (930) al aumentar la distancia entre el elemento de imán (930) y el sensor de campo magnético (901);

y/o b] el desplazamiento del elemento de imán (930) en el alojamiento

(902) provocado por el cable comprende un desplazamiento lineal en una dirección X, teniendo dichos elementos de acoplamiento (910; 920) unas patas (911; 921) se extienden a lo largo de esta dirección X, preferentemente a ambos lados del eje X, en

donde el elemento de imán (930) más preferiblemente tiene un eje de imán dirigido substancialmente perpendicular a esta dirección X.

20. Bicicleta según la reivindicación 19, en la que:

a] las patas (911; 921) de dichos elementos de acoplamiento (910; 920) tienen dimensiones transversales que varían en función de la posición X, por lo menos a lo largo de una parte de la trayectoria de desplazamiento del elemento de imán (930);

y/o

b] la distancia mutua entre las patas (911; 921) de dichos elementos de acoplamiento (910, 920) varía en función de la posición X, por lo menos a lo largo de una parte de la trayectoria de desplazamiento del elemento de imán (930);

y/o

c] las patas (911; 921) de dichos elementos de acoplamiento (910; 920) tienen una apariencia helicoidal, por lo menos a lo largo de una parte de la trayectoria de desplazamiento del elemento de imán (930), teniendo la apariencia helicoidal de las patas (911, 921) preferentemente una longitud correspondiente a medio paso de hélice;

y/o d] el desplazamiento del elemento de imán (930) en el alojamiento

(902) causado por el cable comprende una rotación alrededor del eje X, comprendiendo también la bicicleta preferentemente medios de guía (905, 906) que realizan una rotación del elemento de imán (930) alrededor del eje X en caso de desplazamiento del elemento de imán (930) a lo largo de la dirección X;

y/o

e] la bicicleta que comprende un bastidor (910) y un cable de ajuste (940), en donde el alojamiento (902) se mantiene en relación con el bastidor (941), y en donde el cable de ajuste (940) se acopla al elemento de imán (930); en donde el alojamiento (902) está, por ejemplo, fijo en el bastidor (941), y/o en el que el cable de ajuste (940) es, por ejemplo, de tipo Bowden con una funda externa fija en el bastidor

(941) mientras que el alojamiento (902) está fijo a su funda externa.