PROCEDIMIENTO Y DISPOSITIVO PARA MEDIR EL ESFUERZO REALIZADO POR UN CICLISTA.

Procedimiento para proporcionar una señal de medición que es representativa del nivel de una fuerza de pedal (Fp) ejercida por el corredor de una bicicleta (1),

caracterizado por el hecho de que se mide la flexión provocada por esta fuerza en el eje (6) sobre el que está montada una rueda motriz (21).

Medición de una fuerza ejercida por un ciclista.

La presente invención se refiere en particular a la medición de una fuerza ejercida por un ciclista, pero la presente invención se puede aplicar de una manera más amplia.

En un primer aspecto, la presente invención se refiere en términos generales a la medición de una fuerza o par que es ejercida por un ciclista, como una medida del esfuerzo hecho por ese ciclista. Los datos de medición de esta naturaleza está generalmente lista para su uso cuando los atletas están entrenando, posiblemente en combinación con mediciones del ritmo cardíaco. Además, estos datos de medición se pueden usar para controlar, entre otros, los sistemas de aceleración automáticos. Ya se conocen sistemas que cambian automáticamente la aceleración para bicicletas. En los mismos, se usa siempre la velocidad de rotación del sistema de cigüeñal como la fuente exclusiva de información para determinar el momento del cambio. Sin embargo, no proporciona un cambio óptimo, ya que la velocidad de pedaleo no es siempre una buena indicación del esfuerzo que realiza el ciclista. Una mejor determinación del momento del cambio se puede conseguir usando la velocidad de pedaleo y la fuerza de pedaleo como fuentes de información.

Sin embargo, existe una necesidad en particular para una medición tal como se ha mencionado anteriormente en el campo de los vehículos asistidos eléctricamente, es decir, vehículos que están provistos de un motor de accionamiento eléctrico, siendo la fuerza de accionamiento suministrada por el motor de accionamiento eléctrico proporcional al esfuerzo hecho por el conductor. Por lo tanto, a continuación, la presente invención se explicará específicamente para este campo de aplicación, más particularmente el campo de bicicletas asistidas eléctricamente. Sin embargo, se indica expresamente que la presente invención no está restringida al campo de aplicación de las bicicletas asistidas eléctricamente, sino que se puede usar para otros vehículos que son accionados mediante fuerza humana. También es posible usar la presente invención para, por ejemplo, bicicletas ordinarias o máquinas de ejercicio del tipo de bicicleta.

Además, la presente invención se puede utilizar en conjunción con otros dispositivos auxiliares de los cuales depende el rendimiento ciclista, tal como por ejemplo sistemas de aceleración de cambio automático para ciclistas.

Los vehículos que son accionados por la fuerza humana son generalmente conocidos, y la bicicleta es la aplicación más común de los mismos. Como es conocido, una bicicleta comprende un bastidor y un sistema de cigüeñal montado de manera giratoria en el bastidor, con un cigüeñal orientado de manera substancialmente horizontal y dos brazos de cigüeñal que están montados en los extremos respectivos de dicho cigüeñal, son perpendiculares al cigüeñal y están provistos de pedales en sus respectivos extremos. El corredor de la bicicleta usa sus pies para colocar el sistema de cigüeñal en rotación respecto al bastidor, y esta rotación se transmite, usualmente mediante ruedas dentadas y una cadena, a por lo menos una de las ruedas de la bicicleta, usualmente la rueda trasera. La fuerza de pedaleo ejercida por el corredor se traduce, a través de la acción de palanca de los brazos del cigüeñal, en un momento de accionamiento o par de accionamiento en el cigüeñal y, a través de dicho sistema de transmisión, a la rueda de accionamiento.

En general, existe una necesidad de medios de fuerza auxiliares que permiten que el corredor de la bicicleta consiga el mismo rendimiento con un esfuerzo reducido, tal como cuando pedalea con viento o en subida. Las bicicletas que están provistas de medios de fuerza auxiliares de esta naturaleza ya son conocidas por sí mismas y, en el contexto de la presente invención, se referirán mediante el término bicicleta asistida eléctricamente. Con las bicicletas de este tipo, está previsto un motor eléctrico, que está acoplado al sistema de cigüeñal o a las ruedas, que se acciona desde una batería y se acciona mediante un elemento de control, por ejemplo un microprocesador programado de una manera adecuada o similar. El accionamiento del elemento de control depende generalmente de la velocidad de la bicicleta y de la fuerza ejercida por el corredor. Si el corredor no ejerce ninguna fuerza sobre los pedales, el motor eléctrico no emite ninguna potencia. Si el corredor ejerce una fuerza sobre los pedales, el motor eléctrico proporciona una fuerza auxiliar. Las características de la fuerza auxiliar, es decir, la relación entre la fuerza auxiliar y la fuerza humana como una función de la fuerza humada y de la velocidad, se pueden programar, en principio, como se desee; usualmente, dicha relación es constante hasta que se alcanza un cierto límite de velocidad, y a continuación disminuye a cero por encima de este límite de velocidad. En consecuencia, el rendimiento de pedaleo objetivo, tal como la velocidad, será todavía dependiente del nivel de esfuerzo realizado por el ciclista, pero este esfuerzo será considerablemente menor que si la fuente auxiliar de fuerza estuviera ausente.

Para poder accionar el motor eléctrico con una potencia variable dependiendo de la fuerza de pedaleo proporcionada por el corredor, es necesario que el elemento de control esté provisto de un sensor de la fuerza de pedaleo que pueda medir la fuerza de pedaleo proporcionada por el corredor o por lo menos para generar una señal que sea representativa de esta fuerza de pedaleo. Se han realizado varias propuestas para estos sensores de la fuerza de pedaleo en la técnica anterior. La patente americana 5.915.493 describe una estructura mecánica complicada para medir el par de pedaleo en el sistema de cigüeñal. Esta estructura mecánica comprende un sistema planetario con un engranaje planetario al cual está fijado una palanca cargada con un muelle. Cuando se ejerce una fuerza de pedaleo, el engranaje planetario girará un poco, en contra de la fuerza del muelle, y la extensión de rotación de dicho engranaje planetario es una medida de la fuerza proporcionada por el corredor. Sin embargo, este sistema conocido es complicado, grande y pesado. Requiere engranajes y cojinetes, así como una carcasa cerrada y un gran número de componentes móviles, que hacen el sistema pesado y caro. Además, se produce fricción en el sistema, con el resultado de que hay una reducción en la fuerza de pedaleo efectiva y se produce un ruido no deseable. Además, el hecho de que se produzcan efectos de histéresis en el sistema es un inconveniente fundamental para medir el par de reacción de un engranaje planetario. Teniendo en cuenta la depresión necesaria de un muelle para el accionamiento de un potenciómetro, el tiempo de reacción del sistema de medición del par mostrará un retraso comparado con un sistema de cigüeñal sin este muelle, con el resultado de que la sensación de pedaleo y la señal de control a la unidad de control se deterioran. Además, existe la necesidad de un sistema de medición de la fuerza que se pueda colocar fácilmente en bicicletas ordinarias, es decir, bicicletas que no están provistas de una fuente de energía auxiliar; el sistema conocido a partir de dicha publicación no es adecuado para este propósito.

La patente americana 5.027.303 describe un sistema de medición en el que el cigüeñal y/o la rueda dentada está provista de medidores de tensiones. Un inconveniente significativo de este sistema es que el sensor está conectado a los componentes móviles del sistema de cigüeñal, mientras que el elemento de control está fijado al bastidor estacionario, de manera que es relativamente complicado transmitir la señal de medición al elemento de control. El diseño con escobillas de carbono propuesto en la publicación ocupa espacio, aumenta el riesgo de ruido en la señal y provoca contaminación.

Además, se han propuesto sistemas que están basados en la medición de la tensión en la cadena, en la que la fuerza de la tensión en la cadena actúa sobre una palanca precargada con un muelle. En los mismos, la posición de la palanca es una medida de la fuerza en la cadena. Este sistema también es frágil, propenso a dañarse, susceptible de desgaste y contaminación y, además no se puede usar en combinación con un sistema de cambio de velocidades.

Además, todos los sistemas conocidos tienen el inconveniente de que reaccionan solamente al par de accionamiento generado en la línea de accionamiento. Esto tiene dos inconvenientes principales. En primer lugar, estos sistemas son incapaces de medir...

1. Procedimiento para proporcionar una señal de medición que es representativa del nivel de una fuerza de pedal (Fp) ejercida por el corredor de una bicicleta (1), caracterizado por el hecho de que se mide la flexión provocada por esta fuerza en el eje (6) sobre el que está montada una rueda motriz (21).

2. Procedimiento según la reivindicación 1, en el que la flexión se mide en un plano que es substancialmente paralelo a la fuerza de accionamiento (Fk) ejercida sobre dicha rueda motriz (21) mediante una cadena (28).

3. Procedimiento según la reivindicación 2, en el que un piñón accionado por dicha cadena (28) está montado sobre dicho eje (6); en el que un sensor de flexión (50) está montado sobre dicho eje (5); y en el que la fuerza de accionamiento (Fk) que prevalece en dicha cadena (28) se deriva a partir del valor instantáneo de la señal de medición (S2) generada por dicho sensor.

4. Procedimiento según la reivindicación 3, en el que una unidad de procesamiento de señal (40) calcula una velocidad del pedal a partir de la naturaleza cíclica de la señal de medición.

5. Procedimiento para medir una fuerza (Fk) en un elemento de transmisión substancialmente lineal (28) instalado alrededor de dos elementos de transmisión giratorios (2, 5) de un vehículo accionado mediante fuerza humana, tal como una bicicleta, caracterizado por el hecho de que comprende la medición de las fuerzas que se producen en un cojinete de una rueda motriz (21) en un plano que es substancialmente paralelo a dicha fuerza (Fk).

6. Procedimiento según la reivindicación 5, en el que por lo menos uno de dichos elementos de transmisión está montado de manera giratoria mediante cojinetes (70) respecto a un bastidor (10), en el que por lo menos uno de dichos cojinetes está provisto de un sensor integrado (74), y en el que la fuerza (Fk) que prevalece en el elemento de transmisión (28) se deriva a partir de la señal de medición (S1; S4) generada por dicho sensor.

7. Procedimiento para proporcionar una señal de control para un motor auxiliar de una bicicleta, en el que dicha señal de control se determina según una característica predeterminada, sobre la base de una señal de medición que es representativa del nivel de una fuerza del pedal (Fp) ejercida por un corredor de la bicicleta, y en el que dicha señal de medición se proporciona mediante el procedimiento según las reivindicaciones 3 ó 6.

8. Bicicleta (1), que comprende:

un bastidor (10);

una rueda motriz (21) que comprende un buje de la rueda (24) el cual, a través de los cojinetes de la rueda, está montada sobre un eje (6) que está fijado al bastidor (10);

un piñón giratorio (5) fijado a dicho buje de la rueda (24);

una cadena (28) instalada, por lo menos parcialmente, alrededor de dicho piñón (5);

caracterizada por el hecho de que dicho eje (6) está provisto de un sensor de flexión (50) que genera una señal de medición (S2) que es representativa de una flexión del eje (6).

9. Bicicleta según la reivindicación 8, en la que el eje (6) con el sensor (50) montado sobre el mismo está montado de tal manera respecto al bastidor (10) que dicho sensor (50) es sensible a las fuerzas que están dirigidas paralelas a la fuerza de accionamiento (Fk) en la cadena (28) y es substancialmente insensible a los componentes de la fuerza que están dirigidos perpendicularmente a la misma.

10. Bicicleta según la reivindicación 9, en la que el eje (6) está provista de una parte portadora del sensor (51), cuya resistencia a la flexión es menor que la resistencia a la flexión de las secciones adyacentes del eje, y en la que el sensor (50) está montado sobre dicha parte portadora del sensor (51).

11. Bicicleta según cualquiera de las reivindicaciones 8 a 10, en la que la rueda motriz está provista de un motor del buje (45), cuya activación es controlada por un elemento de control (40) que está montado preferiblemente sobre el eje (6) y cuya entrada de señal está conectada a dicho sensor de flexión (50) para recibir la señal de medición (S2) generada de esta manera; y en la que el elemento de control (40) está diseñado para controlar la activación del motor del buje (45) sobre la base de la señal de medición (S2) recibida desde dicho sensor (50).

12. Bicicleta según la reivindicación 11, en la que dicho sensor de flexión (50) y dicho elemento de control (40) están integrados en un único chip.

13. Bicicleta según cualquiera de las reivindicaciones 11 ó 12, que también está provista de un sistema de aceleración de conmutación automática que está diseñado para proporcionar una relación de transmisión predeterminada en la línea de transmisión entre el sistema de cigüeñal y una rueda motriz bajo el control del elemento de control; y en la que el elemento de control está diseñado para generar una señal de control para el sistema de aceleración de conmutación automática sobre la base de la señal de medición recibida del sensor de flexión.

14. Sistema modular para medir una fuerza de accionamiento en una cadena de una bicicleta, cuyo sistema está diseñado para suministrar una señal eléctrica representativa de dicha fuerza de accionamiento, comprendiendo dicho sistema:

un eje de la rueda motriz (6) que está provisto de un sensor de flexión (50) que genera una señal de medición (S2) que es representativa de una flexión del eje (6).

15. Sistema modular según la reivindicación 14, que también comprende:

un buje (24) montado de manera giratoria sobre dicho eje (6);

un motor del buje (45) montado sobre dicho eje (6);

un elemento de control (40) montado sobre dicho eje (6) y que tiene una entrada de señal conectada a dicho sensor (50) para recibir la señal de medición (S2) generada de esta manera, estando diseñado dicho elemento de control (40) para controlar la activación del motor del buje (45) sobre la base de la señal de medición (S2) recibida desde dicho sensor (50); estando provisto el eje (6) de una parte portadora del sensor (51), y estando montado el sensor (50) sobre dicha parte portadora del sensor (51).

16. Sistema modular según la reivindicación 14, que también comprende:

- un buje (24) montado de manera giratoria sobre dicho eje (6);

- un motor del buje (45) asociado con dicho eje (6);

- un elemento de control (40) montado sobre dicho eje (6) y que tiene una entrada de señal conectada a dicho sensor (50) para recibir la señal de medición (S2) generada de esta manera, estando diseñado dicho elemento de control (40) para controlar la activación del motor del buje (45) sobre la base de la señal de medición (S2) recibida desde dicho sensor (50); estando provisto el eje (6) de una parte portadora del sensor (51), y estando montado el sensor (50) sobre dicha parte portadora del sensor (51).