为了进行人-自行车的交互，已知有所谓的自行车计算机，该自行 车计算机提供了显示例如当前速度、平均速度、最大和最小速度、部 分的和/或总的行驶时间、行驶的距离、心率、当前啮合的齿轮比等等 的能力。
为了在给定时间处清楚且直接地显示感兴趣的数据，并且考虑到 显示区域较小的尺寸，自行车计算机通常包括用于选择待显示页面的 多个按钮。
还能提供按钮用以选择或输入各种参数的值，例如关于骑车人的 参数，如用于心率计功能的重量和年龄，以及能提供按钮用以发送用 于与自行车的一个或多个电子元件进行交互的指令，例如以便改变齿 轮比，或者以便设定变速与齿轮的对准，所述电子元件例如是电子或 电动机械的变速器。
在具有不同功能的自行车计算机中，已知使用了上述多个按钮， 根据当时在显示器上示出的页面，这些按钮的致动决定了特定的动作。
所提供的按钮数量在任何情况下都较大，而且在已知的自行车计 算机中，例如可以有四个或六个按钮沿周长布置，或布置在自行车计 算机外壳上的顶部处。
当寻找与感兴趣的特定功能相关联的按钮时，大量按钮的使用对 于骑车人而言可能是个问题，其中根据所显示的页面，感兴趣的特定 功能可能是可变的。
大量按钮还致使系统的硬件相当复杂，并且使自行车计算机暴露 于水和灰尘的渗入。
相似的考虑适用于控制设备，控制设备可在手柄附近固定到自行 车的把手，并且控制设备适合于将换档指令施加给机械的、电子的或 电动机械的变速器并且可以施加给制动器。

在本发明基础上的技术问题是建立一种使用简单的人-自行车交 互设备。
本发明涉及一种人-自行车交互设备，包括供人输入电子指令的接 口和响应所述指令的显示单元，其中所述接口包括具有非操作位置和 至少两个操作位置的方向按钮。
通过方向按钮，能以直观的方式进行许多操作，而不必在人-自行 车交互设备上移动手指。
方向按钮的提供允许硬件联接的数量相对于已知类型的系统被有 利地减少。
与已知类型的系统相比，本发明的人-自行车交互设备还被更好地 密封，以防止水的渗入。
方向按钮的操作位置可以仅仅是两个，例如用以在控制设备的例 子下仅仅施加沿两个方向的换档指令，但是优选地，还通过在显示单 元上产生一种图形用户界面(GUI)，而使方向按钮的操作位置多于两 个，以允许更宽范围的功能。例如，方向按钮的操作位置可以是三个、 五个或九个。
操作位置中的一个优选地通过按压方向按钮获得，而同时剩余的 操作位置优选地通过沿等角度间隔开的方向使方向按钮的轴倾斜来获 得。
优选地，人-自行车交互设备包括外壳，而更优选地，外壳是紧密 密封的。
优选地，外壳由两个紧密相连的部分制成。
更优选地，外壳的这两个部分通过超声波粘接、利用放入胶的的 粘接，或者利用放入密封垫圈并通过螺钉来连接。
优选地，在外壳的孔口处和方向按钮处设置按钮盖，所述按钮盖 与所述外壳紧密地相联。
优选地，按钮盖由类似硅树脂材料制成并且具有邻接边缘，提供 按压件，用以将邻接边缘推压靠在外壳上。
作为用来提供按钮盖和按压件的备选方案，可以在方向按钮处设 置与外壳一体地制成的易变形材料的区域。
优选地，还在显示单元处设置透明窗，所述透明窗与所述外壳紧 密地相联。
透明窗可以例如通过共同模制而与所述外壳一体地制成，或者可 以将透明窗插入所述外壳的孔口中，同时将密封装置设在所述透明窗 和所述孔口之间。
人-自行车交互设备还可以包括数据和/或能量连接器，用于通过匹 配连接器与能量源和/或与自行车的一个或多个设备可拆卸地相连。
有利地，有紧密密封装置设在连接器和外壳之间。
有利地，还设置有在连接器周围、从外壳向外凸出的套环。
连接器能提供与能量源的能量接头。
或者，人-自行车交互设备可以包括容纳在外壳内的电池能量源。
人-自行车交互设备可以包括用于与自行车的一个或多个设备通 信的无线收发器单元。
当既设有内部电池能量源又设有无线收发器单元时，有利地是可 以没有连接器，从而还提高了人-自行车交互设备的紧密性。
人-自行车交互设备可以包括用于方向按钮的管理单元、用于显示 单元的管理和控制单元以及用于人-自行车交互设备本身的功能的管理 和控制单元。
所述管理和控制单元有利地共用单个微处理器单元。
方向按钮可以包括多个开关，每个开关都具有正常状态和与方向 按钮的操作位置相应的致动状态，用于方向按钮的管理单元构造成检 测所述多个开关之一的致动状态。
有利地，用于方向按钮的管理单元包括用于部分地隔离供电电压 的开关，所述隔离开关用具有比较小的占空比的信号驱动。
通过这样，排除了对用于方向按钮的管理单元的一部分连续供电， 可以允许人-自行车交互设备的能量消耗得到遏制。
在一个实施例中，用于方向按钮的管理单元包括用于把所述多个 开关的状态编码的单元。
在第一实施例中，人-自行车交互设备是自行车计算机。
有利地，自行车计算机的接口仅仅包括方向按钮。
方向按钮可以从自行车计算机的外壳的上表面或下表面访问。
在第二实施例中，人-自行车交互设备是控制设备。
优选地，控制设备还包括至少一个杆，其用于施加机械指令、或 用于致动一个或多个开关以控制制动器或机械的、电动机械的或电子 的变速器。
附图说明
从下面结合附图进行的对本发明一些优选实施例的详细描述当 中，本发明的其他特征和优点将变得更加清楚，在这些附图中：
图1表示根据本发明一个实施例的人-自行车交互设备或自行车计 算机的等轴视图；
图2表示图1的自行车计算机的仰视图；
图3表示图1的自行车计算机的分解图；
图4表示沿图1的平面I-I的剖视图，还示出了自行车计算机的连 接器；
图5表示图1的自行车计算机的方向按钮的第一实施例的放大图；
图6表示具有图5的方向按钮的图1的自行车计算机的逻辑框图；
图7表示具有图5的方向按钮的图1的自行车计算机的替代性逻 辑框图；
图8表示根据图7的图的自行车计算机的可能的管理信号；
图9表示图1的自行车计算机的方向按钮的第二实施例的放大图；
图10表示具有图9的方向按钮的图1的自行车计算机的逻辑框 图；
图11表示具有图9的方向按钮的图1的自行车计算机的替代性逻 辑框图；
图12表示根据本发明另一个实施例的人-自行车交互设备或自行 车计算机的等轴视图；
图13表示图12的自行车计算机的分解图；
图14表示根据本发明另一个实施例的人-自行车交互设备或控制 设备的等轴视图；和
图15表示根据本发明另一个实施例的人-自行车交互设备或控制 设备的等轴视图。

在图1到4中示出了根据本发明一个实施例的人-自行车交互设备 1。
人-自行车交互设备1一般允许给骑车人提供关于自行车状态或关 于骑行情况的数据，例如用以选择性地提供当前速度、平均速度、最 大和最小速度、部分的和/或总的行驶时间、行驶的距离、心率、当前 啮合的齿轮比等等当中的一个或多个数据，和/或允许骑车人或技术人 员与自行车的一个或多个电子元件进行交互，诸如与电子或电动机械 的变速器进行交互，例如用以改变齿轮比或设定变速齿轮传动机构与 齿轮的对准，或者例如与人-自行车交互设备1本身进行交互，用以例 如输入关于骑车人的参数，诸如用于心率计功能的重量和年龄，以及 选择在给定时间所显示的数据的类型。
这个类型的人-自行车交互设备也被称为自行车计算机，为了简洁 起见，在下文中将使用这个术语。
自行车计算机1包括形状紧凑的外壳2，并且其优选地适合于在 易于被骑车人看到且易于被骑车人的手指接触到的区域中安装在自行 车的把手上，该区域通常在把手的中心附近。为了这个目的，自行车 计算机1可以设有用于连接到把手的带子(未示出)，该带子可以与 外壳2一体地制成，或者该带子可以通过合适的连接件而与外壳2相 联，合适连接件例如是接合到在自行车计算机1底部中制出的螺纹孔F 中的螺钉。
外壳2由顶部3和底部30组成，顶部3和底部30例如通过超声 波粘接、利用放入胶的粘接，或者利用在两个部分3和30之间放入密 封垫圈并且通过螺钉而彼此合适地紧密连接。
自行车计算机1还包括呈方向按钮4的形式的输入接口和呈显示 单元7的形式的输出接口，其中如稍后更好地描述的，方向按钮4通 过在外壳2的顶部3中制出的开口5而被容纳在外壳2内并且可由骑 车人致动，显示单元7被容纳在外壳2内并且可通过外壳2的顶部3 的透明区域8从外部看到。
自行车计算机1还包括容纳在外壳2内的电气元件和电子元件， 从逻辑的观点来看，这些电气元件和电子元件包括用于方向按钮4的 管理单元9，用于显示单元7的管理和控制单元10，以及用于自行车 计算机1的各种功能的管理和控制单元11。
管理和控制单元9、10和11优选地共用单个微处理器单元M，它 被安装在通过螺钉16a、16b而固定到外壳2的底部30上的支撑板16 上。
方向按钮4安装在支撑板16上。
显示单元7处的透明区域8例如通过共同模制而与外壳的顶部3 一体地制成。根据一种未示出的备选方案，透明区域8可以由插入外 壳2的顶部3的孔口中的窗口构成，同时放入垫圈或例如类似硅树脂 密封件，或者其他装置，以用于确保外壳2在孔口处的密封性。
在外壳2的顶部3与方向按钮4之间有按钮盖12、按压件13，并 且可能有致动器元件14，其中按钮盖12优选地由类似硅树脂材料制成 并且具有邻接边缘12a，按压件13设有用于接纳固定螺钉15a-15d的 孔13a-13d，致动器元件14产生按钮盖12和方向按钮4的致动臂4a 之间的物理连接。或者，按钮盖12可以直接作用于致动臂4a，从而没 有致动器元件14。
在装配好的状态中，按压件13通过固定螺钉15a-15b固定地连接 到外壳2的顶部3，其中固定螺钉15a-15b在孔13a-13d和外壳2的合 适的螺纹孔中延伸。按压件13推压靠在按钮盖12的邻接边缘12a，从 而相对于外部紧密地密封外壳2的开口5。
值得强调的是，在外壳2中提供用于方向按钮4的单个孔或开口 5，这允许将要隔离、以保持相对于外部被紧密地密封的外壳2的内部 空间的表面减到最小。
在一未示出的备选实施例中，按钮盖12和按压件13可以由外壳 2的顶部3的某个易变形材料的区域代替，例如是通过将易变形材料与 顶部3的其余部分的材料共同模制而一体地制成，或者按钮盖12和按 压件13可以由插入外壳2的顶部3的孔口中的某个易变形材料的区域 代替，同时放入垫圈或例如类似硅树脂密封件，或者其他装置，以用 于确保外壳2在孔口处的紧密性。
如图4中所示，优选地为阴型类型的可拆卸的数据和/或能量连接 器60连接在外壳2的底部30的开口30a中，用于通过匹配连接器(未 示出)，将外壳2内部的元件与能量源和/或与自行车的一个或多个设 备(如速度传感器、倾角仪、变速齿轮传动机构的致动器等等)相连。
连接器60例如可以是日本东京的HIROSE ELECTRIC有限公司的 HR30系列的阴型连接器，并且特别是HR30-8R-12SD，并且它能用来 与“阳型”连接器相连，来自能量源和/或来自自行车的电子设备的电 缆通向此“阳型”连接器，“阳型”连接器例如是HIROSE ELECTRIC 有限公司的HR30系列的阳型连接器，特别是HR30-8P-12PC。
连接器60包括主体61，主体61具有从其顶部凸出的触点62，这 些触点62能焊接到支撑板16。在图4中，所述主体在其上部设有外螺 纹63，环形凸缘67在外螺纹63下面围绕主体61周围外围地延伸。
为了将连接器60安装到外壳2的底部30，提供了封闭衬套66， 其具有与主体61的外螺纹63相匹配的内螺纹。封闭衬套66被容纳在 外壳2内并被拧到主体61上，从而锁定于外壳2，并且放置了在开口 30a周围延伸的金属防摩擦环65。在外壳2外侧，橡胶密封环64在开 口30a周围延伸，并且通过连接器60的环形凸缘67而使橡胶密封环 64紧靠在外壳2上。
套环31在外壳2的开口30a周围向外凸出，以进一步提高自行车 计算机1的紧密性并保护连接器60与相匹配连接器之间的连接。在任 何情况下都可以没有套环31。
在一备选的实施例中，当自行车计算机1设有容纳在外壳2内的 电池能量源时，可以没有连接器60和外壳2的开口30a，并且可以通 过无线电信号进行传输，同时自行车计算机1设有容纳在外壳2内的 无线收发器单元。
在另一的实施例中，外壳2可以仅仅容纳方向按钮4和显示单元 7，而电子设备M可以在外壳2之外。自行车计算机1的电子设备M 和自行车的电子设备之间的通信可以通过物理连接进行，例如通过连 接器60和相匹配连接器，或者可以通过无线电信号进行，在这种情况 下使用内部能量源。
方向按钮4可以例如是日本东京的ALPS ELECTRIC有限公司的 SKRH系列的“中心推动的4方向TACT开关”。这种方向按钮4包 括底座18和致动轴4a，在底座18有总共六个连接端子，而在图5中 可以看到连接端子中的三个连接端子18a-18c，致动轴4a能占据由L (左)、R(右)、U(上)、D(下)和P(推)表示的五个操作位置 以及位于中心且与底座18横交的非操作位置，在致动轴4a从上述操作 位置之一释放之后，致动轴4a返回到非操作位置。
在图6中示出了自行车计算机1的逻辑框图。
方向按钮4包括五个常开开关SW1-SW5，它们分别在致动轴4a 占据操作位置之一中时闭合。开关SW1-SW5布置在接地的共用端子 18a和输出端子18b-18f之间。
开关4的每个输出端子18b-18f均与微处理器M的相应输入端 I1-I5相连，微处理器M是用于方向按钮4的管理单元9的一部分。
开关4的输出端子18b-18f和微处理器M的输入端I1-I5之间的每 条线路都通过相应的上拉电阻R1-R5与共用供电端子+Vcc相连。
当方向按钮4处于非操作位置中时，所有的开关SW1-SW5都断 开并且通过微处理器M在输入端I1-I5检测到的电压等于电压+Vcc， 电压+Vcc是例如被指定为逻辑值1的电压。
当通过将方向按钮4移动到操作位置L、R、U、D、P之一来致动 方向按钮4时，相应的开关SW1-SW5闭合，并且使开关4的相应输出 端子18b-18f变为共用端子18a的接地电压。
在微处理器M的相应输入端I1-I5处检测电压值，该电压值被例 如被指定为逻辑值0，其中微处理器M是管理单元9的一部分。管理 单元9合适地与用于显示单元7的管理和控制单元10以及与用于自行 车计算机1的功能的管理和控制单元11通信。
以这种方式，方向按钮4的每个致动都与自行车计算机1的一个 动作对应，自行车计算机1例如能引起在显示单元7上的当前显示的 变化，例如当前显示的数据类型和/或向自行车电子设备的指令的输出 的变化，向自行车电子设备的指令的输出例如是进行升档或降档的、 用于电子或电动机械变速器的致动器的指令的输出。
在上述三个单元9、10、11共同使用一个微处理器M的优选情况 中，可以例如通过存储器位置存取共享来进行通信。
在图6的实施例中，上拉电阻R1-R5不变地与共用供电端子+Vcc 相连。在相应的开关SW1-SW5保持闭合的整个时间段中，都有电流经 过上拉电阻R1-R5之一，其中伴随着相关的能量消耗。
为了减少这种能量消耗，可以在上拉电阻R1-R5和共用供电端子 +Vcc之间布置一个受控开关SW6，其由微处理器M的输出O1驱动闭 合和打开，其中微处理器M是管理单元9的一部分，如图7的实施例 中所示。在图8中示出了在输出O1处的控制信号的可能的形式。所示 的控制信号是具有比较小的占空比的方波。微处理器M仅仅周期性地 在时间段T之后将开关SW6闭合较短的瞬间Ts，例如每隔1毫秒闭合 0.1毫秒，以使得在输入端I1-I5处仅仅在此短的瞬间Ts中进行检测， 在Ts时间内，方向按钮4被致动处于操作位置L、R、U、D、P中。 如果方向按钮4被致动的时间大于Ts，则尽管开关SW1-SW5之一被 相应地闭合，开关SW6的断开也会切断电源+Vcc与上拉电阻R1-R5 的连接，因而不会在时间段Ts之外消耗能量。
因而，图8的实施例允许以管理单元9的复杂性增大的代价而减 小能量消耗，其中管理单元9还必须管理开关SW6。
图9表示方向按钮40的一备选实施例。方向按钮40包括底座41 和致动轴40a，致动轴40a能占据九个操作位置以及位于中心且与底座 41横交的非操作位置，这九个操作位置与致动轴40a到彼此基本上间 隔45°的八个位置L、R、U、D、UL、UR、DL、DR中的位移和致动 轴40a朝着底座41的推动P相对应，在致动轴40a从上述操作位置之 一释放之后，致动轴40a返回到非操作位置。
在图10中示出了在使用方向按钮40的情况中的自行车计算机1 的逻辑框图。
方向按钮40包括九个常开开关SW10-SW18，它们在致动轴40a 进入操作位置中相应的一个中时闭合。开关SW10-SW18布置在共用接 地端子48a和方向按钮40的输出端子48b-48l之间，在图9中仅仅示 出了输出端子中的三个。
方向按钮40的每个输出端子48b-48l均与编码单元49的一个相应 输入端49a-49i相连，编码单元49是方向按钮40的管理单元9的一部 分。编码单元49与供电端子+Vcc相连并且包括与微处理器M的相应 输入端I10-I13相连的四个输出端49l-49o，微处理器M是管理单元9 的一部分。
当方向按钮40处于非操作位置中时，所有的开关SW10-SW18都 断开。当通过将方向按钮40移动到操作位置L、R、U、D、UL、UR、 DL、DR、P之一中来致动方向按钮40时，相应的开关SW10-SW18闭 合，从而使相应的端子48b-48l和编码单元49的相关输入端49a-49i接 地。
编码单元49在输出端49l-49o输出四个逻辑信号，它们作为一个 整体对在其输入端49a-49i的电压状态进行编码。例如，在使用二进制 码的情况下，方向按钮40的非操作状态可以对应于代码0000，即对应 于在输出端49l-49o处于逻辑电平0的四个信号，方向按钮40的第一 操作状态可以对应于代码0001，即对应于在输出端49l-49n处于逻辑电 平0的三个信号和在输出端49o处于逻辑电平1的信号，……，方向 按钮40的第九操作状态可以对应于代码1001，即对应于在输出端49l 处于逻辑电平1的一个信号、在输出端49m和49n处于逻辑电平0的 两个信号和在输出端49o处于逻辑电平1的一个信号。
应该注意，使用具有四个输出端49l-49o的、以二进制码的编码单 元49例如允许对十六个输入端49a-49i进行编码和管理，并且因而除 了要管理的非操作位置之外，还有限地允许管理具有十五个操作位置 的方向按钮。反之亦然，即与上述实施例的方向按钮4一样，在使用 用于具有五个位置的方向按钮的编码单元49的情况下，三个输出端就 足够了。
或者，可以使用不同类型的编码，例如BCD码、格雷码(Gray code) 等等。
在用于方向按钮40的管理单元9的微处理器M的输入端处检测 到编码单元49的输出端40l-49o处的信号，并且这些编码单元49的输 出端40l-49o处的信号被用于方向按钮40的管理单元9、用于显示单元 7的管理和控制单元10和用于自行车计算机1的功能的管理和控制单 元11合适地使用。
在图10的实施例中，编码单元49不变地与供电端子+Vcc相连。 为了减少编码单元49的能量消耗，可以在编码单元49和供电端子+Vcc 之间布置一个受控开关SW19，其由微处理器M的输出端O1驱动闭合 和打开，如图11的实施例中所示。在输出端O1处的控制信号的一种 可能的形式可以是先前参考图8描述的形式。管理单元9仅仅周期性 地在时间段T之后将开关SW19闭合较短的瞬间Ts，例如每隔1毫秒 闭合0.1毫秒，以使得仅仅在此短的瞬间Ts中进行编码单元49的供电 和在输入端I10-I13处的检测。
在图12和13中示出了呈自行车计算机100的形式的根据本发明 的人-自行车交互设备的第二实施例。与第一实施例的自行车计算机1 相同或相应的部分被编号为增大了100的相应的附图标记，并且在此 引用了上面描述的内容，这些内容可在已作必要的修正的情况下应用。 自行车计算机100与上述自行车计算机1的不同之处在于：方向按钮 140布置在自行车计算机100的底部。因此，显示单元7的尺寸相等， 自行车计算机100的尺寸可以进一步减小。此外，设在底部的方向按 钮140被更好地保护不会遭受雨水。为了清楚起见，图13中省略了连 接器。
在图14中示出了呈控制设备200的形式的根据本发明的人-自行 车交互设备的一个实施例。
控制设备200包括可在手柄附近以传统方式(例如通过带子202) 固定到自行车把手的主体201，并且包括显示单元207、方向按钮204 并且优选地包括制动杆203。所示的实施例适合于装配在弯曲的把手 上，但本发明也应用于直的把手。
除了非操作位置之外，方向按钮204具有用A和B表示的两个操 作位置，并且骑车人使用方向按钮204，例如用以将沿两个方向的换档 指令施加给电子的或电动机械的变速器。在图14的情况中，它是右控 制设备200，方向按钮204用来控制与链轮相联的后变速齿轮传动机构， 而制动杆203用来控制后制动器。在显示单元207上，示出了当前与 链条啮合的链轮。
为了简洁起见，并且由于考虑到先前的描述，控制设备200的构 造细节处于本领域技术人员的技术范围之内，所以不对控制设备200 的构造细节进行描述。
在一个备选实施例中，方向按钮204可以具有三个或更多个方向。 例如，它可以用来管理第三操作位置，以允许在显示单元207上显示 其他参数，例如速度、心率、温度等等。
例如，在图15中所示的人-自行车交互设备或控制设备300的实 施例中，方向按钮304对应于上述方向按钮4或方向按钮40。与图14 的控制设备200相同或相应的部分被编号为增大了100的相应的附图 标记。
在一个备选实施例中，控制设备200或300还可以包括用于机械 地或电地操纵变速齿轮传动机构的一个或两个杆，同时方向按钮204 或304用来施加显示单元207或307的管理指令，如将在给定时间处 显示的数据的选择。
在描述的各种实施例中，显示单元7、107、207、307优选地是具 有一个或多个七段字符的液晶显示器，但是作为选择，也可以使用备 选的技术，像例如OLED(有机LED)。如果与方向按钮4、40、140、 204、304的不同操作位置相关联的功能根据当前在显示单元7、107、 207、307上显示的内容而改变，则这样的功能能显示在显示单元7、 107、207、307本身上，因而形成一种图形用户界面(GUI)。
本领域技术人员应当会懂得，只要作出了必需的电路改变，则可 以用常闭开关来代替常开开关SW1-SW19。