悬架系统的制作方法

[0001]
本说明书整体涉及用于控制悬架的系统的领域，并且具体地公开了一种用于控制自行车悬架系统的系统。


背景技术：

[0002]
减震器和阻尼系统被用于抑制车辆诸如汽车、摩托车或自行车的车轮与底盘之间的相对运动。通常，自行车设置有减震叉，并且有时还设置有减震后轮悬架。直到最近，这些悬架系统都是可例如就弹簧预加载、压缩阻尼或回弹阻尼进行调节的被动系统。自行车，尤其是山地自行车，会受到极端变化的骑行条件的影响。这些条件的范围包括在平地及甚至柏油碎石地面上轻松踏蹬或滑行、在陡坡上艰难地上下推行以及具有技术性挑战的上升和下降。因此，很难找到在悬架设置方面能够以令人满意的方式应对此类不同骑行条件的好的折衷方案。先前已知的解决方案包括采用机械锁定和/或电气锁定的悬架系统。在这些系统中，悬架可在两个极端的第一位置与第二位置之间切换。在第一打开位置，悬架可自由地并沿着整个行程工作，并且在第二位置，悬架几乎被完全锁定并被阻止移动。例如，当在进行需要舒适度、抓地力和悬挂性能的下陡坡和技术性下坡时，第一位置是优选的。另一方面，当沿着平坦而光滑的表面(诸如需要踏蹬效率的柏油碎石地面)踏蹬时，第二位置通常是优选的。然而，这些要求变化很快，骑行者并不总是记得在两个悬架设置之间切换并且也不总是有时间这样做，因为骑自行车需要他们的全部注意力。另外，具有两个极端位置(完全打开或完全锁定)并不总是提供所需的灵活性和性能程度。在某些情况下，骑行者将例如受益于位于两个极端位置之间的某一位置处的悬架调节。


技术实现要素：

[0003]
因此，希望提供一种用于控制自行车的前悬架和后悬架的改进的系统。本发明基于一次骑行可被划分成连续事件的认识。每个事件包括关于自行车的骑行状态的信息以及对应于该骑行状态的前悬架和/或后悬架的悬架设置信号，并且其中每个事件具有限定的最短持续时间。控制单元连接到向控制单元提供信息的一个或多个传感器，并且控制单元基于传该一个或多个感器提供的信息来确定骑行状态，并且控制单元被配置成将悬架设置信号发送到对应于所述骑行状态的前悬架和/或后悬架并且还限定事件的持续时间，即，直到过程被重复它将持续多长时间。由此，实现了一种系统，该系统能够以性能优化的方式使悬架设置连续地适应当前骑行条件，同时能够以有限的功耗做到这一点。由于自行车上的电子系统通常必须使用电池作为电源，因此功耗是不应被低估的问题。当然，可以设想其他电源，诸如发电机或其他类型的发生器，但实际上，电池在大多数情况下是并且可能是最实用的解决方案。通过将系统配置成建立具有一定最短持续时间的离散事件，可以降低功耗。这是因为功率消耗步骤(诸如计算、悬架设置信号的发送以及使悬架的可调节特征部的致动器通电)仅需在每个事件中发生一次。对于每个事件的剩余时间，系统可能空闲，或以其他方式进入功率节省模式，从而节省能量并延长电池寿命。与持续评估传感器输入并响应
于此类传感器输入而发出悬架设置信号的系统相比，根据本发明的系统实现相当大的功率节省，从而实现更长的电池寿命和/或减小所需的电池尺寸和重量。同时，令人惊讶的是已经证实，尽管本发明的系统没有持续地对当前骑行状况作出反应，这可能被视为创建主动悬架系统时显而易见的方式，但该悬架感知到和测量到的性能均不受到具有最短持续时间的事件的这种创建的影响或者至少仅受到可忽略的影响。
[0004]
上述优点是由根据独立权利要求的系统、自行车和方法来实现的。一些实施方案在从属权利要求中限定。
[0005]
根据本发明的第一方面，提供了一种用于控制自行车的前悬架和后悬架的系统。该系统包括至少一个传感器和至少一个控制单元，其中至少一个传感器连接到控制单元。该控制单元被配置成：从传感器接收信息；利用该信息确定自行车的骑行状态；以及将悬架设置信号发送到对应于骑行状态的前悬架和/或后悬架。控制单元还被配置成建立事件，该事件包括关于自行车的骑行状态的信息以及对应于所确定骑行状态的前悬架和/或后悬架的悬架设置信号，其中该事件具有限定的最短持续时间。
[0006]
由此，如上文所述，提供了一种系统，该系统可高精度地使悬架性能适应于当前状况即骑行状态，同时仍然保持可接受的或者甚至良好的或非常好的功耗，从而延长电池寿命和/或减小电池尺寸。
[0007]
该系统可提供比先前已知的锁定系统具有高得多的性能的悬架，同时保持低功耗。
[0008]
此外，由于本发明的系统不限于仅调节压缩阻尼，先前已知的锁定系统中通常是这种情况，因此自行车悬架的参数中的全部或至少大部分参数可使用本发明的系统来调节。例如，高速和低速压缩阻尼、高速和低速回弹阻尼、骑行高度、弹簧预加载、弹性比率、放气阀调节、泄压等。
[0009]
根据一个实施方案，最短持续时间为至少0.1秒。即使是短至0.1秒的持续时间也足以产生大量功率节省，同时确保自行车悬架将以最高水平运行。
[0010]
根据一个实施方案，最短持续时间为至少0.2秒。
[0011]
根据一个实施方案，最短持续时间为至少0.5秒。
[0012]
根据一个实施方案，最短持续时间为至少1秒。
[0013]
根据一个实施方案，控制单元在事件期间发出悬架设置信号一次。这确保了低功耗。
[0014]
根据一个实施方案，该系统还包括用于调节前悬架和/或后悬架和/或座管或悬架的其他部分的设置的至少一个致动器。
[0015]
根据一个实施方案，用于调节前悬架和/或后悬架的设置的至少一个致动器能够将其位置保持在非通电状态。这意味着致动器有助于保持降低功耗，因为它不需要通电来保持其位置。
[0016]
根据一个实施方案，传感器包括惯性测量单元(imu)。此类单元是可靠的、廉价的且低功耗的。
[0017]
根据一个实施方案，imu包括加速度计、陀螺仪和磁力仪中的至少一者。
[0018]
根据一个实施方案，系统还包括连接到所述控制单元的人机界面(hmi)。hmi可为交互式的，并且用于调节系统的设置和参数并向用户呈现信息，诸如当前骑行状态、当前预
设事件长度、设置参数等。
[0019]
根据一个实施方案，hmi包括显示器，诸如触摸屏。
[0020]
根据本发明的第二方面，提供了一种自行车悬架，该自行车悬架包括前减震器和后减震器以及如前所述的系统。此类悬架的优点和有益效果对应于前述系统的优点和有益效果。
[0021]
根据本发明的第二方面的一个实施方案，减震器包括用于调节前悬架和/或后悬架的设置的至少一个致动器。
[0022]
根据本发明的第二方面的一个实施方案，致动器仅在前悬架和/或后悬架的设置变化期间通电，并且其中所述致动器被布置成将其位置保持在非通电状态。这明显地确保了低功耗。它还确保了当例如电池电压降至低于预定阈值时，悬架可被置于并保持在预定设置。因此，如果骑行者到达系统电池电压降至低于某个特定值的一个点，则无论出于何种原因(骑行者忘记及时充电，电池损坏等)，控制单元都可被编程为将悬架置于对应于良好折衷的预定位置，这将使得骑行者能够没有太多麻烦地继续骑行，直到可对电池重新充电或更换电池。致动器将任何给定位置也保持在非通电状态下的事实使这一点成为可能。
[0023]
根据本发明的第三方面，提供了一种用于控制自行车悬架的方法，该方法包括以下步骤：
[0024]-提供至少一个传感器和一个控制单元，其中至少一个传感器连接到控制单元；
[0025]-控制单元从传感器接收信息；
[0026]-控制单元利用该信息确定自行车的骑行状态；
[0027]-控制单元将悬架设置信号发送到对应于骑行状态的前悬架和/或后悬架；其中控制单元建立事件，该事件包括关于自行车的骑行状态的信息以及基于来自传感器的信息的前悬架和/或后悬架的悬架设置信号，并且其中控制单元限定事件的最短持续时间。
[0028]
当研究以下详细公开内容、附图和所附权利要求时，本发明的其他目的、特征部和优点将变得显而易见。本领域的技术人员认识到，可组合本发明的不同特征部来创建除下文所描述的那些实施方案之外的实施方案。
附图说明
[0029]
通过以下优选实施方案的示例性和非限制性详细描述并参照附图将理解本发明，在附图中：
[0030]
图1示出了安装有根据本发明的实施方案的系统的全悬架山地自行车的侧视图。
[0031]
图2示出了根据本发明的实施方案的示意性表示系统。
[0032]
图3是描述本发明的实施方案的流程图。
具体实施方式
[0033]
所有附图都是示意性的，不一定按比例绘制，并且通常仅示出为了阐明本发明所必需的部件，其中其他部件可以省略或仅建议使用。在所有附图中，相同的附图标记表示相同或基本上相同的特征部。
[0034]
此外，尽管附图都包括具有前悬架和后悬架两者的自行车，但也可以仅使用前悬架或后悬架来实施本发明。例如，在越野竞赛中，许多骑行者仍然更喜欢只使用前悬架骑
行，主要是因为他们看重较轻的自行车重量而不是具有后悬架。本发明的优点在此类单悬架自行车上的应用效果与在全悬架自行车上一样好。也可以将本发明应用于自行车的其他部件，诸如悬挂式转向杆或者悬挂式或可移动式座管。此外，即使实施方案公开了具有两个支腿的前叉，但也可以设想具有仅有单个支腿或多于两个支腿的前部。
[0035]
图1和图2例示了具有为前叉2形式的前悬架和带有减震器3的后悬架的自行车1以及系统。自行车1还配备有悬架控制系统100，该悬架控制系统包括人机界面(hmi)，在此示出为包括显示器200。悬架控制系统100还包括控制单元300和至少一个传感器布置结构400。悬架控制系统100还包括布置在例如前叉2、后减震器3和/或座管4处的一个或多个致动器500。另外，图中示出了电池600。在图1的实施方案中，仅描述了一个传感器布置结构400，然而，如果认为有必要，则可以为悬架控制系统100配备另外的传感器布置结构。然而，申请人意外地确定，对于大多数情况，使用布置在自行车的主车架处的单个惯性测量单元(imu)是完全足够的。imu一般使用线性加速度计和陀螺仪，通常在车辆轴线(俯仰、横滚和偏航)中的每一个轴线使用一个。也可将磁力仪添加到imu，可以每个轴线一个磁力仪。imu将信号传送到控制单元300，该控制单元处理所传送的信号并且被配置成建立并区分不同的骑行状态。每个此类骑行状态包括骑行模式中的一种骑行模式或它们的组合。
[0036]
此类骑行模式的示例将在下文中描述。要考虑的第一模式可以是考虑自行车是否在上升，如果是在上升，则上升有多陡。在设置悬架时，这一点至关重要。在上陡坡时，例如可能需要锁定悬架的部件/或降低前悬架的骑行高度。为了进行最佳的悬架设置，可将上升细分成低度上升、中度上升和陡峭上升。类似地，确定车辆正在下降同样重要，并且也可将下降细分成低度、中度和陡峭。一般来讲，骑行模式的细分可视需要应用，具体取决于期望的细分精细程度。例如，有时可能仅确定车辆是在上升还是下降即足够，而不用确定上升或下降的陡峭程度。在其他情况下，更精细微调的细分可能是必要的。这适用于所有骑行模式。类似地，确定是否存在完全倾斜或地面是否水平是可能的并且相关的。此外，可以利用本发明确定骑行者是否在滑行，即根本不踏蹬，或者如果在踏蹬，是以轻松强度、中等强度还是高强度来踏蹬以及以哪种节奏来踏蹬。快节奏的高强度踏蹬的示例是例如完成冲刺，而慢节奏的高强度事件可为例如是在非常陡峭的山坡或其他障碍物上用力推动。当针对特定事件来确定合适的悬架设置时，关于这些不同类型的踏蹬或滑行的信息是重要的。在一些情况下，锁定的悬架可能是优选的，例如在水平平坦的地面上完成冲刺，而在其他情况下，例如推上陡峭的障碍可能需要后悬架的毛绒感设置以保持最佳轮胎抓地力。另外，可确定骑行者的位置(即坐下或站立)并将其用于本发明的悬架设置中。骑行者的位置影响车辆的重心，并且因此也影响所需的悬架设置。站立骑行者与自行车只有两个接合部，即车把和踏板，而坐立骑行者还使用鞍座作为接合部。除了重心移动之外，还需要来自悬架的不同特性。另一种骑行模式是自行车在其上移动的地面的性质。完全平坦的地面可通常允许锁定悬架，从而将踏蹬效率损失降至最低，而技术性更高的地面则需要工作悬架。可以按适当数量的子级别确切地区分地面的技术性水平，即：非技术性的；较低技术性的；技术性的；非常高技术性的；要求并优选极高技术性的。也可以添加另一个子类别，即，自行车根本没有骑行在地面上，这意味着例如自行车已经跳起来并且当前在空中。当检测到该模式时，系统将为自行车做好准备，以应对自行车再次撞击地面时经常发生的相当大的冲击。这样的冲击也是在设置悬架时本发明的系统可检测和使用的模式。可以例如区分以下情况：无冲击；低
冲击；中度冲击；高冲击，以及；极度冲击。速度也可被监控并用作骑行模式，并且可通过测量前轮和/或后轮的转速(rpm)或通过使用例如gps系统来进行检测。也测量自行车的加速度，优选地但非必须地沿着全部三个轴线。这使得例如可以确定自行车的位置并采取必要的措施。例如，半空中向前倾斜的自行车很可能需要相当刚性的前叉设置以适应即将到来的前轮着陆。如果使用可调式座管，也可监测则座椅的位置。这是因为它将影响重心，并且还可以将某些悬架设置专用于不同的座椅位置。例如，最大程度降低的座椅位置通常用于积极的下坡骑行，并且因此可将合适的悬架设置联接到此类座椅位置。另外，可监测前档位选择和/或后档位选择并将其用作骑行模式。如其他地方所提及的，在系统中还可以具有一个或多个用户可定义的选择。此类选择可影响悬架设置的一个或多个参数。例如，指示骑行者将要进行骑行训练的用户选择可能意味着更长的最短事件持续时间是可接受的，以便获得相应更长的电池寿命。相反的情况将是指示骑行者将参加比赛的用户选择，并且在此类情况下，提供最大性能的更短最短持续时间比电池寿命更重要。
[0037]
很明显，并非所有骑行模式都是必需的，并且发现可将它们组合，这在每个系统和不同情况下都是有用的。
[0038]
可以看出，控制单元被配置成从来自一个或多个传感器和用户选择的输入中得出多个结论，并且基于该输入建立骑行模式。这些骑行模式随后被组合成当前骑行状态，例如在中等陡峭但技术性下降的情况下用力踏蹬。可为每个此类骑行状态都分配特定的优化悬架设置，其中对应的信号被发送到悬架部件，例如前叉和/或后减震器，以及持续时间。骑行状态、悬架设置和持续时间的这种组合被定义为事件。已经发现，这在悬架性能和电池寿命之间达到很好的折衷，而这是先前已知系统都无法实现的。在每个事件结束时，控制单元通过评估传感器输入、用户选择重新从头开始，并再次定义骑行状态和持续时间，从而创建新事件。当然，在本发明的范围内还可以设想骑行状态仅包括一种骑行模式而不总是包括多种骑行模式。
[0039]
可以使不同事件中的每个事件具有相同的持续时间，但也可以并且有时优选地为不同类型的事件定义不同的持续时间。例如，如果已经确定骑行者沿着水平平坦的表面缓慢且轻松地踏蹬，则可能可以接受的是使用更长的持续时间以能够节省电池。另一方面，如果确定骑行者选择“比赛”并且自行车以陡峭的极高技术的下降向下滑行，则优选的是使用尽可能短的持续时间，因为悬架性能可能比电池寿命更重要。还可以将控制单元配置成在确定持续时间时考虑先前事件。例如，如果确定在每个先前事件中，骑行模式以及因此骑行状态已显著改变，则控制单元可被配置成缩短持续时间以便更好地适应变化的条件。另一方面，如果多个先前事件中的每一个先前事件都具有相同或非常相似的骑行状态，则控制单元可被配置成选择更长的持续时间。在本发明中，事件的典型最短持续时间为0.1秒，而事件的最长持续时间为几分钟。通常，0.2秒或0.5秒至15秒是适用的。另一个适用的范围是0.5秒至5秒。最短持续时间可为固定的，或者可基于例如先前的事件过程来确定每个即将发生的事件。
[0040]
如上文可以看出，控制单元的输入可仅包括传感器信号，但也可与用户选择相结合。此类选择可通过hmi诸如显示器200被馈送到控制单元300。典型的用户选择可为骑行类型，诸如“下坡”、“越野”、“通勤”等。事件类型也可经选择并且可包括例如“比赛”、“比赛实践”、“训练”等。该用户指定的信息将随后与来自传感器的输入一起被控制单元考虑。
[0041]
在图2和图3的示意图中，给出了一般的部件。该系统包括控制单元，该控制单元连接到一个或多个(或如在该示例性实施方案中的三个)传感器和至少一个致动器，在该示例性实施方案中，存在三个致动器。此外，存在连接到控制单元的hmi(人机界面)。传感器可各自包括imu(惯性测量单元)，该imu包括例如三个加速度计和三个陀螺仪，每个主轴线一个。致动器可包括步进马达、螺线管、压电马达或其他合适的机械。优选地，应使用不需要电力来保持给定位置的致动器，因为这将有助于降低功耗。hmi可用作呈现装置，例如显示以下中的一者或多者：当前骑行状态、悬架设置、用户选择、电池状态、速度、倾斜度等。控制单元还可包括例如为ram和/或rom形式的存储容量，用于存储操作系统并且还用于存储可在骑行期间记录并随后进行骑行后分析的骑行信息。控制单元优选地还包括用于连接到例如外部计算机诸如膝上型计算机或个人计算机的接口。这允许例如更新控制单元的固件或上载与特定自行车品牌和型号相关的预定义信息。或用于将存储在系统中的信息上载到外部计算机以用于例如赛后分析。可单独或组合地应用任何合适的接口，例如usb端口、串行端口、蓝牙、wi-fi等。
[0042]
在使用中，传感器将连续地或如控制单元建立的当前事件所要求的那样频繁地感测自行车的任何方向上的任何移动，并向控制单元馈送关于自行车当前状态的信息。控制单元被配置成使用此信息来确定多个不同的骑行模式。例如，自行车正在上坡。控制单元还可被配置成确定骑行者在踏蹬时是站立的，或者确定骑行者在技术性下坡向下滑行时是坐着的，或者确定骑行者在平坦水平的路径上冲刺等。所有这些不同的骑行模式将产生由地下和/或骑行者引起的某些运动模式，并且它们将由传感器布置结构检测并由控制单元中的算法建立。已经发现，根据本发明的系统能够识别许多不同的骑行状态模式，并且控制单元被配置成利用连续的传感器输出来确定这些模式。一旦控制单元建立一个或多个当前骑行模式，这些模式就被组合成骑行状态，并且作为对所确定骑行状态的响应，控制单元将发出将以优化方式处理该骑行状态的悬架设置信号。在这样做的同时，将建立持续时间。该持续时间定义了直到控制单元将再次迭代上述循环的时间。本发明中，所建立的骑行状态、发出悬架设置信号和定义持续时间的这种组合被定义为事件。在一个实施方案中，持续时间将被预定义为对于所有事件是相同的。在其他实施方案中，对于可在表中查找的不同的骑行状态，存在不同的预先确定的持续时间。在其他实施方案中，针对每个单独的事件独立地计算持续时间。控制单元还可以考虑在一个或多个先前事件中发生的事件的过程，从而进一步适应当前条件。例如，如果一定数量的先前骑行状态与当前骑行状态相同或至少相似，则可将持续时间设置成比先前骑行状态显著变化时更长的持续时间。应当指出的是，即使传感器可连续地输出信息，控制单元也将仅评估到达特定时间点的信息，即，一旦第一事件结束，控制单元将再次评估传感器输出，由此降低功耗。当然，还可以配置控制单元和传感器，使得传感器也将间歇地工作，即，仅在需要时根据所考虑的事件的持续时间而工作。这将进一步降低功耗。
[0043]
本领域的技术人员认识到，在不脱离所附权利要求中限定的本发明的范围的情况下，本文所述的实施方案的多种修改是可能的。例如，在另选的实施方案中，也可以将座管连接到系统。座管的高度通常是可调的，并且可以将一个或多个致动器连接到控制单元，使得可根据当前骑行状态(例如升高或降低)来调节座椅位置。本领域的技术人员还认识到，电池可用发电机或再生制动系统或类似装置替换或至少与它们一起工作，这将延长电池寿
命和/或减小所需的电池尺寸。可提供一个中央电池来为系统的所有部件供电，或者可提供多个电池，甚至可以设想每个单元一个电池，即，每个传感器、致动器、hmi、控制单元等一个电池。这是特别有利的，因为可避免系统的不同部件之间的所有接线连接。此外，可以设想省去hmi。系统旨在独立地工作，而不需要hmi。当然，此类界面将通过提供信息以及允许用户调节系统来增强用户交互。然而，本发明的基于事件的悬架系统本身不需要hmi。在任何情况下，该系统都可通过合适的端口(usb、串行、无线或类似端口)连接到个人计算机、膝上型计算机或类似装置，使得系统可被调节、修改或更新并且用于从系统下载信息。系统的不同部件(即，传感器、控制单元、hmi、致动器)可使用有线连接或通过无线连接进行互连。
[0044]
虽然已在附图和前述说明中详细例示和描述了本发明，但此类例示和描述应被认为是例示性的或说明性的而不是限制性的；本发明不限于所公开的实施方案。本领域的技术人员理解，在如所附权利要求书中限定的范围内可以设想许多修改、变型和更改。另外，本领域的技术人员在实践受权利要求书保护的发明时，可通过对附图、公开内容和所附权利要求书的研究来理解和实现所公开的实施方案的变型。在权利要求书中，词语“包括”不排除其他元件或步骤，并且不定冠词“一个”或“一种”不排除复数情况。在互不相同的从属权利要求中引用某些措施的事实并不表示这些措施的组合不能用于获得优点。权利要求书中的任何附图标记不应理解为对权利要求书的范围的限制。