[发明专利]智能曲柄系统

说明书

经由设置在踏板设备的曲柄上的微控制器、扭矩传感器、陀螺仪和加速器感测踏板设备(如自行车)的曲柄速度和曲柄位置。经由设置于曲柄毂的滑环(该曲柄毂具有接触相应滑环的轴承、固定环、衬套或弹簧)，可以向曲柄微控制器和其他设备(例如用户的电动自行车控制器和心率监测器)以及从曲柄微控制器和其他设备传递外部电源、传感和控制信号。油门数据可以经由滑环或经由无线模块套件无线地提供给电自行车控制器，所述无线模块套件联接到电动自行车控制器的油门接头。用户健康数据(例如心率)可以通过滑环传递，并与同步的运动数据一起无线发送到配对的智能电话。

优先权要求

本申请是于2017年12月28日提交的美国专利申请第15/857,039号的部分继续申请，美国专利申请第No.15/857,039号是于2017年11月15日提交的美国专利申请第15/814,364号的部分继续申请，美国专利申请第15/814,364号要求于2017年10月3日提交的美国临时申请第62/567,391号的优先权，并且上述每个申请均通过引用的方式整体合并于此。

技术领域

本发明总体上涉及踏板设备，例如自行车、健身器材、电自行车(电动自行车)以及由用户踩踏板的类型的设备。具体而言，本发明针对一种通过旋转的曲柄组件接收动力和/或数据的用于此类设备的智能曲柄系统。

背景技术

常规的电动自行车马达输出功率控制基于向马达控制器输入手动油门的旋转度，所述手动油门由骑车人移动。在电动自行车完全或主要由马达驱动的情况下，该功能令人满意。但是，当马达配置为仅辅助骑车人踩踏板时，手动油门(throttle)很难操作。

在某些地区，例如欧洲，马达动力被视为辅助动力——PAS(踏板辅助系统)——帮助人们更轻松地骑电动自行车，而不是为自行车提供动力的主要方式。PAS只是对骑车人的马达助力，因此PAS用于使电动自行车骑起来更像普通自行车。

在PAS系统中，如果骑车人不踩踏板，则马达不会产生任何输出功率。速度PAS基于骑车人的踩踏速度。当电动自行车上坡时，电动自行车骑车人会需要来自马达的更多动力，但他们无法从速度PAS系统获得动力，因为由于上坡他们的踩踏速度较慢。因此，需要扭矩传感器PAS系统来感测骑车人的踩踏力，以便控制系统可以准确地控制马达的输出功率。

但是，如果骑车人的两腿同时踩在两个踏板上，则扭矩将非常大。在这种情况下，辅助马达产生最大功率将很危险。因此，为了安全有效地控制自行车的辅助马达，需要考虑自行车的曲柄速度和曲柄位置。

向马达控制器提供扭矩和曲柄位置数据是一个挑战。可以使用无线传输装置。但是，并不是市场上所有的电动自行车控制器都具有无线接收器。为马达控制器提供配件市场无线接收器也不是令人满意的解决方案，因为这将要求制造商或骑车人修改其电动自行车控制器的硬件和软件以与配件市场无线接收器进行通信。这又需要额外的成本和时间以使马达控制器适应于配件市场无线系统以接收扭矩和曲柄位置数据。大多数电动自行车制造商不愿意采取额外的步骤来修改其电动自行车控制器的硬件和软件。

另一个问题是，仅扭矩传感器不足以制造扭矩PAS，因为必须检测准确的曲柄位置才能发送正确的控制信号来控制电动自行车控制器。一些扭矩传感器PAS供应商将扭矩感测部件放在踏板轴上，以感测由双腿引起的扭曲力。但是，这使得难以感测到曲柄位置并且不能轻易地辨别出骑车人的意图。例如，反向踩踏意味着骑车人要刹车；两个曲柄平行于地面位置表示骑车人在休息，马达可以相应地调整其功率输出；当左曲柄在最低位置而右曲柄在较高位置时，曲柄可以检测到骑车人处于下车位置，从而马达可以进行相应的调整，依此类推。

此外，为曲柄传感器供电会出现困难。为避免因转动曲柄而造成导线缠绕，在曲柄自身上加装电池是一种供电方式。但是电池寿命限制了智能曲柄系统的使用。给电池充电或更换电池是不方便的，而且价格可能昂贵。

另一个问题是用户的监测数据(例如心率)与从设备测量得到的运动数据(例如，踩踏力、速度、角度等)不同步或不协调。