Aparato sensor y método para determinar la cadencia de pedaleo y la velocidad de marcha de una bicicleta.

Un aparato sensor (1) para determinar tanto una cadencia de una biela (15,

15') como una velocidad de marcha deuna bicicleta, que comprende:

- un alojamiento (2);

- un acelerómetro (4) con un primero y un segundo ejes geométricos de medida (z, y) instalados en unasdirecciones sustancialmente perpendiculares entre sí, dispuesto para proporcionar una primera señaldependiente de una primera aceleración a lo largo del primer eje geométrico de medida (z) y una segundaseñal dependiente de una segunda aceleración a lo largo del segundo eje geométrico de medida (y);

- un transmisor inalámbrico (6);

- una fuente de alimentación (8);

en donde el acelerómetro (4), el transmisor inalámbrico (6) y la fuente de alimentación (8) están contenidos en elalojamiento (2), caracterizado porque el alojamiento (2) comprende unos medios de fijación (3) dispuestos para fijarel alojamiento (2) a una rueda (11, 11') de la bicicleta, y en donde el aparato sensor (1) comprende además unosprimeros medios dispuestos para determinar la cadencia del ritmo en que ocurren cambios consecutivos depolaridad en la primera señal, o a partir del ritmo en que ocurren los valores extremos consecutivos positivo ynegativo en la primera señal, y unos segundos medios dispuestos para determinar la velocidad de marcha a partirdel ritmo en que ocurren los valores de pico consecutivos máximo y mínimo en la segunda señal.

Aparato sensor y método para determinar la cadencia de pedaleo y la velocidad de marcha de una bicicleta Campo técnico.

La presente invención se refiere a un aparato sensor para una bicicleta para determinar tanto la cadencia con que pedalea un ciclista como la velocidad de marcha de la bicicleta. Además, la presente invención pertenece a un método correspondiente para determinar tanto una cadencia de pedaleo de un ciclista como una velocidad de marcha de una bicicleta.

Antecedentes de la invención.

Los aparatos utilizados comúnmente para medir la velocidad de marcha de una bicicleta consisten en un imán fijado a un radio de la rueda delantera o trasera y un sensor tal como un interruptor magnético de lámina o un sensor de efecto Hall fijado a la horquilla o parte trasera del chasis, por ejemplo a los tirantes de la cadena o a los tirantes del asiento. El sensor detecta cuándo pasa el imán por la rueda a medida que ésta rota. Luego se determina la velocidad de marcha a partir de la distancia recorrida durante una revolución de la rueda, que es igual al perímetro de la rueda, y del tiempo que tarda en producirse una revolución completa de la rueda, por ejemplo el tiempo entre pasos consecutivos del imán por el sensor. Similarmente, el ritmo al que está pedaleando el ciclista, es decir, la cadencia, se mide típicamente usando un imán montado en una biela o en una rueda de cadena ( también denominada rueda catalina delantera o de accionamiento) y un sensor montado en el chasis, de nuevo mediante la detección de los pasos del imán por el sensor, y luego determinando el número de revoluciones del conjunto de biela por unidad de tiempo a partir del tiempo transcurrido entre pasos consecutivos del imán por el sensor.

Dicha solución de la técnica anterior se describe en el documento US 3.898.563 donde se propone el uso de dos dispositivos de sensor/ imán, uno montado en la rueda delantera para medir la velocidad de marcha y el otro montado en la rueda catalina de accionamiento para medir la cadencia Para que dicho dispositivo de medida funcione adecuadamente, es importante que el imán esté exactamente alineado con el sensor. Además, el funcionamiento correcto de este tipo de dispositivo de medida depende críticamente de un ajuste minucioso de la distancia entre el imán y el sensor, dado que el sensor solamente detectará la presencia de un imán de un modo fiable si se encuentra muy cerca del sensor. Desafortunadamente, incluso cuando el sensor y el imán estén posicionados con precisión uno con respecto a otro, durante la instalación del dispositivo en la bicicleta, su alineación y la distancia entre ellos con mucha frecuencia varían en el transcurso del tiempo. Esto puede deberse, por ejemplo, a manipulaciones de la bicicleta, por ejemplo cuando se cargue y descargue ésta de un coche, lo cual frecuentemente requiere retirar y volver a fijar subsiguientemente una de las ruedas de la bicicleta, o debido a vibraciones e impactos que actúen sobre la bicicleta durante su funcionamiento. Tales desplazamientos entre el sensor y el imán eventualmente inhibirán al dispositivo a funcionar correctamente, lo cual es especialmente enojoso durante un viaje en bicicleta y en particular durante una carrera. Con mucha frecuencia, el reajuste del dispositivo requiere el uso de una herramienta, que podría no estar a mano cuando se esté montando en la bicicleta.

Se han sugerido una serie de soluciones para aliviar estos problemas. En los documentos US 5.089.775, US

6.188.215 B1y US 6.331.771 B1 se proponen unos conjuntos de montaje de imán que buscan aumentar la estabilidad de montaje de un imán en un radio de una rueda de bicicleta. El documento US 6.957.926 B2 provee una estructura de montaje de imán que no requiere el uso de una herramienta para montar o ajustar el montaje de un imán en un radio de una rueda de bicicleta. Por otra parte, los documentos EP 1 508 514 A1 y EP 1 923 302 A 1divulgan unos aparatos que incluyen tanto un sensor de velocidad como un sensor de cadencia para instalarse en un tirante de cadena, evitando así el tener que disponer dos sensores separados individualmente y también buscando asegurar un montaje estable y preciso de ambos sensores. Además, el documento US 2008/0252038 A1 describe un chasis de bicicleta que tiene una cavidad construida para alojar a un dispositivo sensor, permitiendo de ese modo mantener el contorno aerodinámico del chasis al mismo tiempo que el dispositivo sensor se sujeta con seguridad y se posiciona con precisión en la cavidad. Esta solución tiene el inconveniente de que al formar una cavidad en un chasis la estabilidad de la estructura del chasis potencialmente se puede perjudicar. Además, el documento WO 2004/057274 A1 divulga una solución en la que un imán y un sensor están integrados en partes de una bicicleta. En el documento WO 2004/057274 A 1 se propone instalar el imán de un velocímetro internamente de un neumático de rueda de bicicleta y conectar fijamente un sensor al extremo inferior de la columna de dirección, es decir entre los extremos más altos de las dos horquillas delanteras. Además se propone también instalar un imán de un cuentarrevoluciones de pedal (para medir la cadencia) en la superficie lateral del eje dentro del soporte inferior y conectar el sensor al chasis de la bicicleta, por ejemplo en el extremo inferior del tubo del asiento o tubo descendente. Con dicha disposición tanto el imán como el sensor están bien protegidos, pero con la desventaja de que ambos componentes son muy poco accesibles o no son accesibles en absoluto en el caso de que sea necesaria una reparación o una sustitución.

Son conocidos también medios alternativos para medir o bien la velocidad de marcha o bien la cadencia de pedaleo de una bicicleta. El documento US 4.526.036 divulga un medidor de cadencia que comprende unos medios para medir la aceleración destinados a montarse en una parte no rotatoria de una bicicleta. La cadencia se determina basándose en medir las fases alternativas de aceleración y desaceleración de la bicicleta en su dirección de marcha causada por la fuerza variable aplicada a los pedales por el ciclista durante cada ciclo de pedaleo. Una técnica similar se emplea en el dispositivo de medida descrito en el documento EP1 213561 b1. Este dispositivo de medida incluye un acelerómetro, que está montado en una bicicleta de tal manera que su eje geométrico de medida coincida con la dirección de la marcha, cuyas señal de salida se procesa con el fin de extraer la frecuencia de pedaleo ( es decir, la cadencia) .

Además, el documento WO 2008/058164 A2 presenta un dispositivo de medida de potencia de bicicleta basado en un conjunto de biela en donde se requiere la cadencia de pedaleo como parte del cálculo de la potencia. Conjuntamente con la determinación de la cadencia de pedaleo, se menciona que se puede usar un acelerómetro montado en un conjunto de biela para medir la dirección de la gravedad con respecto a la orientación de la biela. En el documento WO 2010/000369 A1 se describe el uso de un acelerómetro en un dispositivo para medir la salida de potencia de una bicicleta, en donde el acelerómetro está embutido en una abrazadera de bicicleta empernada a la zapatilla del ciclista o montada alternativamente en un pedal de una bicicleta o en una pierna o en un pie de un ciclista. De ese modo, el acelerómetro está montado de tal manera que sus dos ejes geométricos de medida abarcan un plano que es paralelo a los dos planos paralelos de rotación de las bielas. En el documento WO 2010/000369 A1 se sugiere determinar la cadencia basándose en el tiempo transcurrido entre las medidas de los valores consecutivos mínimo y máximo, respectivamente de las señales de salida del acelerómetro, que se producen en el punto muerto superior y en el punto muerto inferior, respectivamente, de cada revolución de las bielas.

El documento WO 2009/007498A1 provee un método y un dispositivo para medir el progreso de una persona que se mueve aplicable a diversos tipos de locomoción en lo que esté presente un movimiento cíclico, por ejemplo, correr, andar, esquiar a campo través, patinar o un movimiento similar, en donde las magnitudes que describen el progreso de la persona que se mueve se pueden calcular basándose en los valores de aceleración vertical del cuerpo medidos por medio de un sensor de aceleración.

El documento DE 20 2006 017 968 U1 divulga un dispositivo inteligente de medida que comprende un módulo de medida de aceleración, por ejemplo con un sensor de aceleración de tres ejes de coordenadas, para determinar la variación en energía mecánica de un atleta con el fin de calcular la intensidad de entrenamiento del atleta Compendio de la invención.

Un objeto de la presente invención es proveer... [Seguir leyendo]

Un aparato sensor (1) para determinar tanto una cadencia de una biela (15, 15’) como una velocidad de marcha de una bicicleta, que comprende:

-un alojamiento (2) ;

-un acelerómetro (4) con un primero y un segundo ejes geométricos de medida (z, y) instalados en unas direcciones sustancialmente perpendiculares entre sí, dispuesto para proporcionar una primera señal dependiente de una primera aceleración a lo largo del primer eje geométrico de medida (z) y una segunda señal dependiente de una segunda aceleración a lo largo del segundo eje geométrico de medida (y) ;

-un transmisor inalámbrico (6) ;

-una fuente de alimentación (8) ;

en donde el acelerómetro (4) , el transmisor inalámbrico (6) y la fuente de alimentación (8) están contenidos en el alojamiento (2) , caracterizado porque el alojamiento (2) comprende unos medios de fijación (3) dispuestos para fijar el alojamiento (2) a una rueda (11, 11’) de la bicicleta, y en donde el aparato sensor (1) comprende además unos primeros medios dispuestos para determinar la cadencia del ritmo en que ocurren cambios consecutivos de polaridad en la primera señal, o a partir del ritmo en que ocurren los valores extremos consecutivos positivo y negativo en la primera señal, y unos segundos medios dispuestos para determinar la velocidad de marcha a partir del ritmo en que ocurren los valores de pico consecutivos máximo y mínimo en la segunda señal.

2. El aparato sensor (1) según la reivindicación 1, que comprende además unos terceros medios para determinar la cadencia a partir del ritmo en que ocurren los valores de pico máximo y mínimo consecutivos en la envolvente de la segunda señal.

3. El aparato sensor (1) según la reivindicación 2, que comprende además unos cuartos medios para determinar un valor de cadencia más preciso y/o más fiable usando el valor de cadencia determinado por los primeros medios y el valor de cadencia determinado por los terceros medios.

4. Una rueda (11, 11’) de bicicleta con un aparato sensor (1) según una de las reivindicaciones 1 a 3, en donde el primer eje geométrico de medida (z) está orientado en una dirección sustancialmente paralela al eje (13) de la rueda (11, 11’) y el segundo eje geométrico de medida (y) está orientado en una dirección sustancialmente perpendicular al eje (13) .

5. La rueda (11, 11’) de bicicleta según la reivindicación 4, en donde el segundo eje geométrico de medida (y) interseca al eje geométrico (a) del eje (13) .

6. El aparato sensor (1) según la reivindicación 1, en donde los medios primero y segundo son parte de un ordenador (9) de bicicleta o de un dispositivo portátil tal como, por ejemplo, un teléfono móvil o un asistente digital personal.

7. Una bicicleta con un aparato sensor (1) según una de las reivindicaciones 1 a 3 ó 6, en donde el alojamiento (2) está fijado a una rueda (11, 11’) de la bicicleta, preferiblemente a una rueda trasera (11) , y en donde el primer eje geométrico de medida (z) está orientado en una dirección sustancialmente paralela al eje (13) de la rueda (11, 11’) a la que está fijado el aparato sensor (1) , y el segundo eje geométrico de medida (y) está orientado en una dirección sustancialmente perpendicular al eje (13) de la rueda (11, 11’) a la que está fijado el aparato sensor (1) .

8. La bicicleta según la reivindicación 7, en la que el segundo eje geométrico de medida (y) interseca al eje geométrico (a) del eje (13) de la rueda (11, 11’) a la que está fijado el aparato sensor (1) .

9. Un método para determinar tanto una cadencia de biela (15, 15’) como una velocidad de marcha de una bicicleta usando un acelerómetro (4) fijado a una rueda (11, 11’) de la bicicleta, de tal manera que un prime eje geométrico de medida (z) del acelerómetro (4) esté orientado en una dirección sustancialmente paralela a un eje (13) de la rueda (11, 11’) , y un segundo eje geométrico de medida (y) del acelerómetro (4) esté orientado en una dirección sustancialmente perpendicular al eje (13) , cuyo método comprende las etapas de:

a) medir una primera señal dependiente de una primera aceleración a lo largo del primer eje geométrico de medida (z) ;

b) medir una segunda señal dependiente de una segunda aceleración a lo largo del segundo eje geométrico d medida (y) ;

c) determinar el valor de cadencia a partir del ritmo en que ocurren cambios consecutivos de polaridad en la primera señal, o a partir del ritmo en que ocurren valores extremos consecutivos positivos y negativos en la primera señal;

d) determinar el valor de la velocidad de marcha a partir del ritmo en que ocurren valores extremos consecutivos positivo y negativo en la segunda señal.

10. El método según la reivindicación 9, que comprende además la etapa de:

e) determinar el valor de cadencia a partir del ritmo en que ocurren valores extremos consecutivos en la envolvente de la segunda señal.

11. El método según la reivindicación 10, que además comprende la etapa de:

f) determinar un valor de cadencia más preciso y más fiable usando el valor de cadencia determinado en la etapa c) y el valor de cadencia determinado en la etapa e) .

12. Uso de un acelerómetro (4) de 2 o de 3 ejes geométricos de coordenadas fijado a una rueda (11, 11’) de una bicicleta, dispuesto para proveer una primera señal indicativa de una cadencia de una biela (15, 15’) , en donde la primera señal depende de una primera aceleración a lo largo de un primer eje geométrico de medida (z) del acelerómetro (4) orientada en una dirección sustancialmente paralela a un eje (13) de la rueda (11, 11’) , y para proveer además una segunda señal indicativa de una velocidad de marcha de la bicicleta, en donde la segunda señal depende de una segunda aceleración a lo largo de un segundo eje geométrico de medida (y) del acelerómetro

(4) orientada en una dirección sustancialmente perpendicular al eje (13) de la rueda (11, 11’) .

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