JP6995166B2 - 着座位置推定装置及び姿勢出力装置 - Google Patents

Description

本発明は、人力機械のサドルにかかる荷重を推定する着座位置推定装置及び姿勢出力装置に関する。

自転車等の人力機械において、搭乗者の体重が直接かかる位置の一つであるサドルにかかる荷重を検出することにより、スムーズにカーブを曲がったり、加速や減速等をする際の運転姿勢の見直し等に役立てることができる。

特許文献１には、サドル柱（シートポストともいう）にひずみゲージを配設し、このひずみゲージによってサドル柱の変形を検知することでサドルに搭乗者が座っているか否かを決定することが記載されている。

特開２０１６－４１５７２号公報

特許文献１では、１つのひずみゲージによりサドル柱の変形を検知しており、特許文献１の構成を荷重の測定に適用した場合、サドルに座るポジションにより荷重の測定値に違いが生じてしまう場合がある。

そこで、本発明は、上述した問題に鑑み、サドルにかかる荷重を精度良く推定することができる着座位置推定装置及び姿勢出力装置を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、請求項１に記載された発明は、人力機械のシートポストの周方向の複数個所にそれぞれ設けられ、前記シートポストの変形を検出する検出手段と、前記検出手段の検出結果に基づいて前記シートポストの先端部に取り付けられたサドルにかかる荷重を推定する第１荷重推定手段と、前記第１荷重推定手段が推定した前記荷重及び前記検出手段の結果に基づいて前記サドルの着座位置を推定する着座位置推定手段と、を有することを特徴とするものである。請求項５に記載された発明は、人力機械のシートポストの周方向の複数個所にそれぞれ設けられ、前記シートポストの変形を検出する検出手段と、前記検出手段の検出結果に基づいて前記シートポストの先端部に取り付けられたサドルにかかる荷重を推定する第１荷重推定手段と、前記人力機械のペダルにかかる荷重を推定する第２荷重推定手段と、前記人力機械のハンドルにかかる荷重を推定する第３荷重推定手段と、前記第１荷重推定手段、前記第２荷重推定手段及び前記第３荷重推定手段の出力に基づいて前記人力機械の搭乗者の姿勢に関する情報を出力する出力手段と、を有することを特徴とするものである。

請求項１０に記載された発明は、人力機械のサドルの着座位置を推定する着座位置推定装置で実行される着座位置推定方法であって、前記人力機械のシートポストの周方向の複数個所にそれぞれ設けられた検出手段により、前記シートポストの変形を検出する検出工程と、前記検出工程の検出結果に基づいて前記シートポストの先端部に取り付けられた前記サドルにかかる荷重を推定する荷重推定工程と、前記荷重推定工程で推定された前記荷重及び前記検出手段の結果に基づいて前記サドルの着座位置を推定する着座位置推定工程と、を含むことを特徴とするものである。請求項１３に記載された発明は、人力機械の搭乗者の姿勢に関する情報を出力する姿勢出力装置で実行される姿勢出力方法であって、前記人力機械のシートポストの周方向の複数個所にそれぞれ設けられた検出手段により、前記シートポストの変形を検出する検出工程と、前記検出工程の検出結果に基づいて前記シートポストの先端部に取り付けられたサドルにかかる荷重を推定する第１荷重推定工程と、前記人力機械のペダルにかかる荷重を推定する第２荷重推定工程と、前記人力機械のハンドルにかかる荷重を推定する第３荷重推定工程と、前記第１荷重推定工程、前記第２荷重推定工程及び前記第３荷重推定工程の出力に基づいて前記人力機械の搭乗者の姿勢に関する情報を出力する出力工程と、を含むことを特徴とする。

請求項１１に記載された発明は、請求項１０に記載の着座位置推定方法を、コンピュー
タにより実行させることを特徴とするものである。請求項１２に記載された発明は、請求
項１１に記載の着座位置推定プログラムを格納したことを特徴とするものである。

請求項１４に記載された発明は、請求項１３に記載の姿勢出力方法を、コンピュータにより実行させることを特徴とするものである。請求項１５に記載された発明は、請求項１４に記載の姿勢出力プログラムを格納したことを特徴とするものである。

本発明の第１の実施例にかかる自転車の全体構成を示す説明図である。 図１に示されたサイクルコンピュータの正面図である。 図１に示された第１測定モジュールのブロック構成図である。 図３に示されたひずみゲージのシートポストへの配置の説明図である。 図３に示された測定モジュールひずみ検出回路の回路図である。 係数を算出するための測定の構成図である。 図１に示された第２測定モジュールのブロック構成図である。 図７に示されたひずみゲージのクランクへの配置の説明図である。 図７に示された測定モジュールひずみ検出回路の回路図である。 右側クランクに加わる力と変形の説明図である。 クランク回転角度検出センサ及び磁石の模式図である。 クランク回転角度検出センサの使用状態を示した説明図である。 クランク角と推進量、損失量及び下向きの力との関係を示した説明図である。 図１に示された第３測定モジュールのブロック構成図である。 図１４に示されたひずみゲージのステムへの配置の説明図である。 図１４に示された測定モジュールひずみ検出回路の回路図である。 図１に示されたサイクルコンピュータのブロック構成図である。 図１７に示されたサイクルコンピュータ表示部における表示例である。 姿勢出力装置の動作フローチャートである。 本発明の第２の実施例にかかるひずみゲージのシートポストへの配置の説明図である。

以下、本発明の一実施形態にかかる荷重推定装置を説明する。本発明の一実施形態にかかる荷重推定装置は、人力機械のシートポストの周方向の複数個所にそれぞれ設けられた検出手段で、シートポストの変形を検出し、第１荷重推定手段で検出手段の検出結果に基づいてシートポストの先端部に取り付けられたサドルにかかる荷重を推定する。このようにすることにより、シートポストの周方向の複数個所の変形を検出して、それらの変形に基づいて着座位置に関係なくサドルにかかる荷重を精度良く推定することができる。

また、検出手段は、シートポストの人力機械における前側と後側又は右側と左側など、シートポストを挟んで対向した位置に設けられることが好ましい。このようにすることにより、サドルの着座位置が前よりであっても後よりであってもシートポストにかかる荷重を高精度に検出することができる。

また、検出手段は、ひずみゲージで構成され、ひずみゲージの検出方向は、シートポストの長手方向であってもよい。このようにすることにより、シートポストの変形をひずみゲージで検出することができる。また、ひずみゲージを用いることにより、シートポストの変形を高精度に検出することが可能となるとともに、荷重推定装置の小型化を図ることができる。

また、ひずみゲージは、１か所につき、検出方向が互いに直交する一対が設けられていてもよい。このようにすることにより、検出手段の出力感度を上げることができるため、ノイズ耐性を向上させることができる。また、温度補償も不要となる。

また、第１荷重推定手段は、シートポストの先端部に異なる重さの複数種類の重りをそれぞれ設置した際に検出手段から出力された複数の値により算出された係数に基づいて荷重を推定してもよい。このようにすることにより、ひずみゲージの出力とサドルにかかる荷重の関係を決定することができる。

また、シートポストの先端部に異なる重さの複数種類の重りを設置した際における検出手段の複数の出力に基づいて係数を校正する校正手段を有してもよい。このようにすることにより、サドルの高さを変更した際や、サドル、フレームを交換した際、或いはシートポストの経年変形等による荷重推定精度の低下を防止することができる。

また、本発明の一実施形態にかかる着座位置推定装置は、上述した荷重推定装置と、荷重推定装置が推定した荷重及び検出手段の結果に基づいてサドルの着座位置を推定する着座位置推定手段と、を有している。このようにすることにより、荷重位置推定手段を利用してサドルの着座位置を推定することができる。したがって、着座位置を推定するためのセンサ等を別途設ける必要が無く機能追加をすることができる。

また、本発明の一実施形態にかかる姿勢出力装置は、上述した荷重推定装置と、人力機械のペダルにかかる荷重を推定する第２荷重推定手段と、人力機械のハンドルにかかる荷重を推定する第３荷重推定手段と、荷重推定装置、第２荷重推定手段及び第３荷重推定手段の出力に基づいて人力機械の搭乗者の姿勢に関する情報を出力する出力手段と、を有している。このようにすることにより、サドル、ペダル、ハンドルのそれぞれにかかる荷重から、３荷重のバランスや重心等の搭乗者の姿勢に関する情報を出力することができる。

また、出力手段は、人力機械の搭乗者の姿勢に関する情報を表示する表示手段であってもよい。このようにすることにより、３荷重のバランスや重心等を搭乗者等に表示して、運転時の姿勢の改善に役立てることができる。

また、本発明の一実施形態にかかる荷重推定方法は、検出工程で人力機械のシートポストの周方向の複数個所にそれぞれ設けられた検出手段によるシートポストの変形を検出し、荷重推定工程で検出工程での検出結果に基づいてシートポストの先端部に取り付けられたサドルにかかる荷重を推定する。このようにすることにより、シートポストの周方向の複数個所の変形を検出して、それらの変形に基づいて着座位置に関係なくサドルにかかる荷重を精度良く推定することが可能となる。

また、上述した荷重推定方法をコンピュータにより実行させる荷重推定プログラムとしてもよい。このようにすることにより、コンピュータを用いて、シートポストの周方向の複数個所の変形を検出して、それらの変形に基づいて着座位置に関係なくサドルにかかる荷重を精度良く推定することが可能となる。

また、上述した荷重推定プログラムをコンピュータ読み取り可能な記録媒体に格納してもよい。このようにすることにより、当該プログラムを機器に組み込む以外に単体でも流通させることができ、バージョンアップ等も容易に行える。

本発明の第１の実施例にかかる荷重推定装置を図１乃至図１９を参照して説明する。人力機械としての自転車１は図１に示すように、フレーム３と、フロント車輪５と、リア車輪７と、ステム８と、ハンドル９と、シートポスト１０と、サドル１１と、フロントフォーク１３と、駆動機構１０１と、を有している。

フレーム３は、２つのトラス構造から構成されている。フレーム３は、後方の先端部分において、リア車輪７と回転自在に接続されている。また、フレーム３の前方において、フロントフォーク１３が回転自在に接続されている。

フロントフォーク１３は、フロントフォーク１３から自転車１の前方に向けて延在するステム８を介してハンドル９と接続されている。また、フロントフォーク１３の下方向の先端位置において、フロントフォーク１３とフロント車輪５とは回転自在に接続されてい
る。

フロント車輪５は、ハブ部、スポーク部及びタイヤ部を有している。ハブ部はフロントフォーク１３と回転自在に接続されている。そして、このハブ部とタイヤ部はスポーク部によって接続されている。

リア車輪７は、ハブ部、スポーク部及びタイヤ部を有している。ハブ部はフレーム３と回転自在に接続されている。そして、このハブ部とタイヤ部はスポーク部によって接続されている。リア車輪７のハブ部は、後述するスプロケット１１３と接続されている。

シートポスト１０は、その上方向の先端位置にサドル１１が取り付けられ当該サドル１１を支持している。シートポスト１０は、フレーム３のシートチューブ１４に挿入され、その挿入量を調節することで伸縮し、サドル１１の高さが調節できる。なお、シートポスト１０は、フレーム３から着脱自在であってもよいし、着脱不可であってもよい。また、図１の例ではシートポスト１０（シートチューブ１４）は、自転車１の側面から見て路面に対して傾斜しているが、路面に対して垂直であってもよい。

自転車１は、ユーザの足による踏み込み力（踏力）を自転車１の駆動力に変換する駆動機構１０１を有している。駆動機構１０１は、ペダル１０３、クランク機構１０４、チェーンリング１０９、チェーン１１１、スプロケット１１３と、を有している。

ペダル１０３は、ユーザが踏み込むための足と接する部分である。ペダル１０３は、クランク機構１０４のペダルクランク軸１１５によって回転自在となるように支持されている。

クランク機構１０４は、クランク１０５とクランク軸１０７及びペダルクランク軸１１５（図８および図１０も参照）から構成されている。

クランク軸１０７はフレーム３を左右方向に（自転車側面の一方から他方に）貫通している。クランク軸１０７は、フレーム３によって回転自在に支持されている。即ち、クランク１０５の回転軸となる。

クランク１０５は、クランク軸１０７と直角に設けられている。クランク１０５は、一端部において、クランク軸１０７と接続されている。

ペダルクランク軸１１５は、クランク１０５と直角に設けられている。ペダルクランク軸１１５の軸方向は、クランク軸１０７と同一方向となっている。ペダルクランク軸１１５は、クランク１０５の他端部においてクランク１０５と接続されている。

クランク機構１０４は、このような構造を自転車１の側面の反対側にも有している。つまり、クランク機構１０４は、２個のクランク１０５及び、２個のペダルクランク軸１１５を有している。したがって、ペダル１０３も自転車１の両側面にそれぞれ有している。

これらが自転車１の右側にあるか左側にあるかを区別する場合には、それぞれ右側クランク１０５Ｒ、左側クランク１０５Ｌ、右側ペダルクランク軸１１５Ｒ、左側ペダルクランク軸１１５Ｌ、右側ペダル１０３Ｒ、左側ペダル１０３Ｌと記載する。

また右側クランク１０５Ｒと左側クランク１０５Ｌは、クランク軸１０７を中心として反対方向に延びるように接続されている。右側ペダルクランク軸１１５Ｒ、クランク軸１０７および左側ペダルクランク軸１１５Ｌは、平行かつ同一平面に形成されている。右側クランク１０５Ｒ及び左側クランク１０５Ｌは、平行かつ同一平面上に形成されている。

チェーンリング１０９は、クランク軸１０７に接続されている。チェーンリング１０９は、ギア比を変化させることができる可変ギアで構成されると好適である。また、チェーンリング１０９にはチェーン１１１が係合されている。

チェーン１１１はチェーンリング１０９及びスプロケット１１３に係合している。スプロケット１１３は、リア車輪７と接続されている。スプロケット１１３は、可変ギアで構成されると好適である。

自転車１は、このような駆動機構１０１によってユーザの踏み込み力をリア車輪の回転力に変換している。

自転車１は、サイクルコンピュータ２０１と、第１測定モジュール４０１と、第２測定モジュール３０１と、第３測定モジュール５０１と、を有している。

サイクルコンピュータ２０１は、ステム８に配置されている。サイクルコンピュータ２０１は、図２に示すように、各種情報を表示するサイクルコンピュータ表示部２０３およびユーザの操作を受けるサイクルコンピュータ操作部２０５を有している。

サイクルコンピュータ表示部２０３に表示される各種情報とは、自転車１の速度、位置情報、目的地までの距離、目的地までの予測到達時間、出発してからの移動距離、出発してからの経過時間、クランク１０５の角度ごとの推進力や損失力、効率及び後述する搭乗者の姿勢に関する情報等である。

ここで、推進力とはクランク１０５の回転方向に加わる力の大きさである。一方、損失力とは、クランク１０５の回転方向とは別の方向に加わる力の大きさである。この回転方向とは別の方向に加わる力は、何ら自転車１の駆動に寄与しない無駄な力である。したがって、ユーザは、推進力をできるだけ増加させ、損失力をできるだけ減少させることによって、より効率的に自転車１を駆動させることが可能となる。即ち、これらの力は、クランク１０５の回転時に当該クランク１０５に加えられる力である。

サイクルコンピュータ操作部２０５は、図２では押しボタンで示されているが、それに限らず、タッチパネルなど各種入力手段や複数の入力手段を組み合わせて用いることができる。サイクルコンピュータ２０１の詳細なブロック構成等は後述する。

第１測定モジュール４０１は、シートポスト１０に設けられ、複数のひずみゲージ素子から構成されるひずみゲージ４６９（図３及び図４を参照）を用いて、シートポスト１０の長手方向（上下方向）の伸縮、屈曲等の変形を検出する。

図３は、第１測定モジュール４０１のブロック図である。第１測定モジュール４０１は、図３に示したように、測定モジュール無線送信部４０９、測定モジュール制御部４５１、測定モジュール記憶部４５３、荷重センサ４６８を有している。

測定モジュール無線送信部４０９は、測定モジュール制御部４５１がひずみ情報から算出した荷重を、サイクルコンピュータ無線受信部２０９に送信している。なお、測定モジュール無線送信部４０９は、送信のみの機能を有する必要はない。例えば、受信部としての機能を有していても良い。また、以降に説明する送信部又は受信部も同様に一方のみの機能を有するに限らず送受信を行えるようにしてもよい。

測定モジュール制御部４５１は、測定モジュール４０１を包括的に制御している。測定モジュール制御部４５１は、荷重演算部４５１ａと、送信データ作成部４５１ｂと、を有している。

第１荷重推定手段としての荷重演算部４５１ａは、荷重センサ４６８が出力するひずみ情報に基づいてサドルにかかる荷重を算出する。荷重の算出方法は後述する。

送信データ作成部４５１ｂは、荷重演算部４５１ａで算出された荷重等から送信データを作成して、測定モジュール無線送信部４０９に出力する。

測定モジュール記憶部４５３には、各種情報が記憶される。各種情報とは、例えば、測定モジュール制御部４５１の制御プログラム、及び、測定モジュール制御部４５１が制御を行う際に必要とされるパラメータや一時的な情報等である。

荷重センサ４６８は、ひずみゲージ４６９と、測定モジュールひずみ検出回路４６５と、を有している。ひずみゲージ４６９は、シートポスト１０に接着されて、一体化される。ひずみゲージ４６９は、第１ひずみゲージ４６９ａ、第２ひずみゲージ４６９ｂ、第３ひずみゲージ４６９ｃ、第４ひずみゲージ４６９ｄから構成されている（図４等参照）。そして、ひずみゲージ４６９のそれぞれの端子は、測定モジュールひずみ検出回路４６５に接続されている。

図４に、本実施例におけるひずみゲージ４６９のシートポスト１０への配置の例を示す。ひずみゲージ４６９は、シートポスト１０の前側及び後側のシートポスト１０を挟んで対向する位置にそれぞれひずみゲージ素子が２つずつ接着されている。即ち、シートポスト１０の周方向の複数個所にそれぞれ設けられている。シートポスト１０の前側とは自転車１の前方側から見た面（人力機械における前側）であり、後側とは自転車１の後方側から見た面（人力機械における後側）である。

第１ひずみゲージ４６９ａは、シートポスト１０の前側において、シートポスト１０の長手方向（上下方向）に対して検出方向が平行になるように設けられている。第２ひずみゲージ４６９ｂは、シートポスト１０の前側において、シートポスト１０の長手方向（上下方向）に対して検出方向が直角になるように設けられている。即ち、第１ひずみゲージ４６９ａと第２ひずみゲージ４６９ｂとは、検出方向が直交している。

第３ひずみゲージ４６９ｃは、シートポスト１０の後側において、シートポスト１０の長手方向（上下方向）に対して検出方向が平行になるように設けられている。第４ひずみゲージ４６９ｄは、シートポスト１０の後側において、シートポスト１０の長手方向（上下方向）に対して検出方向が直角になるように設けられている。即ち、第３ひずみゲージ４６９ｃと第４ひずみゲージ４６９ｄとは、検出方向が直交している。

即ち、シートポスト１０には、１か所につき、第１ひずみゲージ４６９ａ及び第２ひずみゲージ４６９ｂの一対と、第３ひずみゲージ４６９ｃ及び第４ひずみゲージ４６９ｄの一対が設けられている。

測定モジュールひずみ検出回路４６５は、第１ひずみゲージ４６９ａ、第２ひずみゲージ４６９ｂ、第３ひずみゲージ４６９ｃ、第４ひずみゲージ４６９ｄが接続されて、ひずみゲージ４６９のひずみ量が電圧として出力される。

測定モジュールひずみ検出回路４６５の例を図５に示す。測定モジュールひずみ検出回路４６５は、２つのブリッジ回路である第１検出回路４７３ａと第２検出回路４７３ｂとで構成されている。第１検出回路４７３ａの第１系統側では、電源Ｖｃｃから順に、第１ひずみゲージ４６９ａ、第２ひずみゲージ４６９ｂの順に接続されている。即ち、第１ひずみゲージ４６９ａおよび第２ひずみゲージ４６９ｂが電源Ｖｃｃに対して直列に接続されている。第２系統側では、電源Ｖｃｃから順に、固定抵抗Ｒ、固定抵抗Ｒの順に接続されている。第２検出回路４７３ｂの第１系統側では、電源Ｖｃｃから順に、第３ひずみゲージ４６９ｃ、第４ひずみゲージ４６９ｄの順に接続されている。即ち、第３ひずみゲージ４６９ｃおよび第４ひずみゲージ４６９ｄが電源Ｖｃｃに対して直列に接続されている。第２系統側では、電源Ｖｃｃから順に、固定抵抗Ｒ、固定抵抗Ｒの順に接続されている。

即ち、２つの固定抵抗Ｒは、第１検出回路４７３ａと第２検出回路４７３ｂとで共有している。ここで、２つの固定抵抗Ｒは同一の抵抗値を有している。なお、第１ひずみゲージ４６９ａ乃至第４ひずみゲージ４６９ｄは圧縮または伸長が生ずる前では同じ抵抗値を有している。

ひずみゲージ４６９の抵抗値は、公知のように圧縮されている場合には抵抗値が下がり、伸長されている場合には抵抗値が上がる。この抵抗値の変化は、変化量がわずかな場合には比例している。また、ひずみゲージ４６９の検出方向は、配線が伸びている方向であり、上述したように第１ひずみゲージ４６９ａ、第３ひずみゲージ４６９ｃが、シートポスト１０の長手方向と平行な方向、第２ひずみゲージ４６９ｂ、第４ひずみゲージ４６９ｄが、シートポスト１０の長手方向と垂直な方向となる。。このような検出方向とすることでは、ひずみゲージ４６９の圧縮または伸長を効率よく検出することができる。

このような特性を持つひずみゲージ４６９を使用した第１検出回路４７３ａは、第１ひずみゲージ４６９ａと第２ひずみゲージ４６９ｂの検出方向で圧縮または伸長されていない場合は、第１ひずみゲージ４６９ａと第２ひずみゲージ４６９ｂとの間の電位Ｖａｂと、２つの固定抵抗Ｒの間の電位Ｖｒとの電位差はほぼゼロとなる。

第１ひずみゲージ４６９ａが圧縮され、第２ひずみゲージ４６９ｂが伸張された場合は、第１ひずみゲージ４６９ａの抵抗値が減少して第２ひずみゲージ４６９ｂの抵抗値が増加するために、電位Ｖａｂが高くなり、電位Ｖｒは変化しない。つまり、電位Ｖａｂと電位Ｖｒとの間に電位差が発生する。第１ひずみゲージ４６９ａが伸張され、第２ひずみゲージ４６９ｂが圧縮された場合は、第１ひずみゲージ４６９ａの抵抗値が増加して第２ひずみゲージ４６９ｂの抵抗値が減少するために、電位Ｖａｂが低くなり、電位Ｖｒは変化しない。つまり、電位Ｖａｂと電位Ｖｒとの間に電位差が発生する。

第１ひずみゲージ４６９ａ、第２ひずみゲージ４６９ｂともに圧縮された場合は、第１ひずみゲージ４６９ａ、第２ひずみゲージ４６９ｂともに抵抗値が減少するために、電位Ｖａｂと、電位Ｖｒとの電位差はほぼゼロとなる。第１ひずみゲージ４６９ａ、第２ひずみゲージ４６９ｂともに伸張された場合は、第１ひずみゲージ４６９ａ、第２ひずみゲージ４６９ｂともに抵抗値が増加するために、電位Ｖａｂと、電位Ｖｒとの電位差はほぼゼロとなる。

第２検出回路４７３ｂも第１検出回路４７３ａと同様の動作となる。つまり、第３ひずみゲージ４６９ｃが圧縮され、第４ひずみゲージ４６９ｄが伸張された場合は、電位Ｖｃｄが高くなり、電位Ｖｒは低くなり、電位Ｖｃｄと電位Ｖｒとの間に電位差が発生する。第３ひずみゲージ４６９ｃが伸張され、第４ひずみゲージ４６９ｄが圧縮された場合は、電位Ｖｃｄが低くなり、電位Ｖｃｄと電位Ｖｒとの間に電位差が発生する。第３ひずみゲージ４６９ｃ、第４ひずみゲージ４６９ｄともに圧縮された場合と、第３ひずみゲージ４６９ｃ、第４ひずみゲージ４６９ｄともに伸張された場合は、電位Ｖｃｄと、電位Ｖｒとの電位差はほぼゼロとなる。

そこで、第１検出回路４７３ａの電位Ｖａｂが測定できる第１ひずみゲージ４６９ａと第２ひずみゲージ４６９ｂとの接続点と、電位Ｖｒが測定できる２つの固定抵抗Ｒの接続点と、を第１検出回路４７３ａの出力（以降Ｆｉｎ）とする。第２検出回路４７３ｂの電位Ｖｃｄが測定できる第３ひずみゲージ４６９ｃと第４ひずみゲージ４６９ｄとの接続点と、電位Ｖｒが測定できる２つの固定抵抗Ｒの接続点と、を第２検出回路４７３ｂの出力（以降Ｒｉｎ）とする。このＦｉｎとＲｉｎを図示しないアンプで増幅し、Ａ／Ｄコンバータでデジタル信号に変換したものが測定モジュールひずみ検出回路４６５の出力であるひずみ情報となる。

なお、ひずみゲージ素子は１か所当たり一対（２つ）でなく１つであってもよい。つまり、第１ひずみゲージ４６９ａ又は第２ひずみゲージ４６９ｂのいずれかのみであってもよいし、第３ひずみゲージ４６９ｃ又は第４ひずみゲージ４６９ｄのいずれかのみであってもよい。但し、１つの場合は、検出方向がシートポスト１０の長手方向である第１ひずみゲージ４６９ａ及び第３ひずみゲージ４６９ｃの方が変化量が大きくなるので好ましいが、シートポスト１０が長手方向に変形すれば、長手方向と直交する方向の変形も伴うので、第２ひずみゲージ４６９ｂ及び第４ひずみゲージ４６９ｄでも変形を検出することは可能である。

ひずみゲージ素子が１か所当たり１つの場合、図５に示したブリッジ回路は、削除したひずみゲージ素子の部分を固定抵抗Ｒとすればよい。この場合Ｒは、ひずみゲージ４６９の圧縮又は伸長が生ずる前の抵抗値と同一の抵抗値とする。

次に、図４のように配置され、図５のように第１ひずみゲージ４６９ａ、第２ひずみゲージ４６９ｂ、第３ひずみゲージ４６９ｃ、第４ひずみゲージ４６９ｄが接続された測定モジュールひずみ検出回路４６５から出力されたひずみ情報により荷重演算部４５１ａでサドル１１にかかる荷重を算出する方法を説明する。

サドル１１にかかる荷重（サドル荷重ｍｓ）は以下の（１）式により算出する。なお、以降の式において「・」は乗算、「／」は除算を示す。
サドル荷重ｍｓ＝（（Ｆｏｕｔ＋ｘ・Ｒｏｕｔ）－ｙ）・ｚ［ｋｇｆ］…（１）

ここで、ＦｏｕｔはＦｉｎを増幅及びＡ／Ｄ変換した後の値、ＲｏｕｔはＲｉｎを増幅及びＡ／Ｄ変換した後の値、ｘ、ｙ、ｚは係数である。

係数ｘ、ｙ、ｚの算出について説明する。係数ｘ、ｙ、ｚは荷重演算部４５１ａで算出する。まず、図６に示したように、シートポスト１０の上方向の先端にサドル１１の代わりに取り付けた自転車１の前後方向に延在する棒１００１のシートポスト１０から前後それぞれ所定距離に重り１００２を設ける。そして、それぞれの位置にそれぞれの重り１００２を配置した場合のＦｏｕｔ及びＲｏｕｔ、即ちひずみ情報を測定する。このとき重り１００２は、複数種類の重さによりそれぞれＦｏｕｔ及びＲｏｕｔを測定する。

例えば、シートポスト１０からの所定距離を前側１２ｃｍ（＋１２ｃｍ）と後側１２ｃｍ（－１２ｃｍ）とし、重り１００２を５ｋｇ（５ｋｇｆ負荷）と４０ｋｇ（４０ｋｇｆ負荷）の２種類を用いてそれぞれ測定したとする。この時の測定値を表１とする。なお、複数種類の重りの重さは、異なる重さであればよいが、本実施例のように、ある程度の差がある方が好ましい。

次に、表１の値に基づいてＦｏｕｔとＲｏｕｔの感度を合わせるための係数ｘを（２）式により算出する。
ｘ＝（ｆ４０ｒ－ｆ４０ｆ）／（ｒ４０ｆ－ｒ４０ｒ）…（２）

次に、表１の値及び係数ｘに基づいて係数ｚを（３）式として算出する。
ｚ＝（４０－５）／（（ｆ４０ｒ＋ｘ・ｒ４０ｒ）－（ｆ０５ｒ＋ｘ・ｒ０５ｒ））…（３）

（３）式で（４０－５）は、本実施例における２種類の重り１００２の重さの差である。次に、表１の値及び係数ｘ、ｚに基づいて係数ｙを（４）式として算出する。
ｙ＝（ｆ０５ｒ＋ｘ・ｒ０５ｒ）－（５／ｚ）…（４）

これらの係数ｘ、ｙ、ｚは、サドル１１の高さを変更した場合や、サドル１１、フレーム３を交換した場合、或いは１年等所定の期間等で上述した方法で算出し直すことが好ましい。つまり、表１の値をサドル１１の高さ等に合わせて再測定し、係数ｘ、ｙ、ｚを再算出することで、サドル１１にかかる荷重を校正することができる。即ち、荷重演算部４５１ａは、シートポスト１０の先端部に複数種類の重りを設置した際におけるひずみゲージ４６９の複数の出力に基づいて係数ｘ、ｙ、ｚを校正する校正手段として機能する。

このようにして求めた係数ｘ、ｙ、ｚは、例えば測定モジュール記憶部４５３に記憶され、（１）式の演算の際に読み出される。そして、自転車１に搭乗者が搭乗すると、（１）式によりサドル荷重ｍｓが算出され、算出されたサドル荷重ｍｓがサドルにかかる荷重と推定される。即ち、シートポスト１０の先端部に異なる重さの複数種類の重りをそれぞれ設置した際にひずみゲージ４６９から出力された複数の値により算出された係数ｘ、ｙ、ｚに基づいてサドル荷重ｍｓを推定している。

ところで、第１測定モジュール４０１では、サドル１１の前後方向の着座位置（荷重位置）を推定することも可能である。以下に着座位置の推定方法について説明する。この動作は荷重演算部４５１ａで行われる。

まず、上述したＦｏｕｔを次の（５）式のように仮定する。
Ｆｏｕｔ＝ｍｓ・α・（Ｌ－β）…（５）

ここで、Ｌはサドル１１の前後方向の着座位置（荷重位置）、αは次の（６）式により求める係数、βはＦｏｕｔが０となるときのＬの値である。
α＝（ｆ４０ｆ－ｆ４０ｒ）／（２４・４０）…（６）

ここで、（６）式の「２４」は本実施例における前後の重り１００２の位置の距離（＋１２ｃｍ～－１２ｃｍ）を示すものである。また、「４０」は、２種類の重り１００２のうち４０ｋｇの重り１００２の重さである。これは、（６）式の分子が４０ｋｇの重り１００２での測定値であるからである。なお、（６）式で４０ｋｇの重り１００２を使用するのは、重い方がひずみゲージ素子からの出力が大きくなるので、精度を高くすることができるからである。

また、上記（５）式を変形すると、前後方向の着座位置Ｌは次の（７）式で表せる。
Ｌ＝（Ｆｏｕｔ／（ｍｓ・α））＋β…（７）

αは予め算出される係数であり、βは予め測定により求められる値であるので、サドル荷重ｍｓを算出し、そのときのＦｏｕｔの値を（７）式に代入することでサドル１１の前後方向の着座位置（荷重位置）を算出し、推定することができる。即ち、荷重演算部４５１ａは、推定したサドル荷重ｍｓ及びひずみゲージ４６９の出力であるＦｏｕｔに基づいてサドル１１の着座位置を推定する着座位置推定手段として機能する。

第２測定モジュール３０１は、例えばクランク１０５の内面に設けられ、複数のひずみゲージ素子から構成されるひずみゲージ３６９（図７及び図８参照）を用いて、ペダル１０３に搭乗者が加えている人力（踏力）を検出する。具体的には、クランク１０５の回転力であって自転車１の駆動力となる推進力と、回転方向とは別の方向に加わる力である損失力を算出する。また、第２測定モジュール３０１は、クランク１０５の回転角度も検出する。

図７は、第２測定モジュール３０１のブロック図である。第２測定モジュール３０１は、図７に示したように、測定モジュール無線送信部３０９、測定モジュール制御部３５１、測定モジュール記憶部３５３、フォースセンサ３６８及び磁気センサ２２を有している。

測定モジュール無線送信部３０９は、測定モジュール制御部３５１がひずみ情報から算出した推進力及び損失力、クランク１０５の回転角度等を、サイクルコンピュータ無線受信部２０９に送信している。

測定モジュール制御部３５１は、第２測定モジュール３０１を包括的に制御している。測定モジュール制御部３５１は、推進力演算部３５１ａと、回転角検出部３５１ｂと、荷重演算及び送信データ作成部３５１ｄと、を有している。

推進力演算部３５１ａは、フォースセンサ３６８が出力するひずみ情報から推進力及び損失力を算出する。推進力及び損失力の算出方法は後述する。

回転角検出部３５１ｂは、磁気センサ２２の検出結果に基づいてクランク１０５の回転角度を検出し、ひずみ情報を取得するタイミング等を制御している。クランク１０５の回転角度の検出方法は後述する。

荷重演算及び送信データ作成部３５１ｄは、推進力演算部３５１ａで算出された推進力及び損失力と、回転角検出部３５１ｂで検出されたクランク１０５の回転角度等と、に基づいてペダル１０３にかかる荷重を算出する。荷重の算出方法は後述する。そして、算出された荷重等から送信データを作成して、測定モジュール無線送信部３０９に出力する。

測定モジュール記憶部３５３には、各種情報が記憶される。各種情報とは、例えば、測定モジュール制御部３５１の制御プログラム、及び、測定モジュール制御部３５１が制御を行う際に必要とされる一時的な情報である。

フォースセンサ３６８は、ひずみゲージ３６９と、測定モジュールひずみ検出回路３６５と、を有している。ひずみゲージ３６９は、クランク１０５に接着されて、一体化される。ひずみゲージ３６９は、第５ひずみゲージ３６９ａ、第６ひずみゲージ３６９ｂ、第７ひずみゲージ３６９ｃ、第８ひずみゲージ３６９ｄから構成されている（図８等参照）。そして、ひずみゲージ３６９のそれぞれの端子は、測定モジュールひずみ検出回路３６５に接続されている。

図８に、本実施例におけるひずみゲージ３６９のクランク１０５への配置の例を示す。ひずみゲージ３６９は、クランク１０５の内面１１９に接着されている。クランク１０５の内面とは、クランク軸１０７が突設されている（接続されている）面であり、クランク１０５の回転運動により定義される円を含む平面と平行な面（側面）である。また、図８には図示しないが、クランク１０５の外面１２０は、内面１１９と対向しペダルクランク軸１１５が突設されている（接続されている）面である。つまり、ペダル１０３が回転自在に設けられている面である。クランク１０５の上面１１７は、内面１１９および外面１２０と同じ方向に長手方向が延在し、かつ内面１１９および外面１２０と直交する面の一方である。クランク１０５の下面１１８は、上面１１７と対向する面である。

第５ひずみゲージ３６９ａと第６ひずみゲージ３６９ｂは、クランク１０５の長手方向に対して検出方向が平行、つまり、内面１１９の中心軸Ｃ１に対して平行かつ、内面１１９の中心軸Ｃ１に対して対称になるように設けられている。第７ひずみゲージ３６９ｃは、中心軸Ｃ１上に設けられ、検出方向が中心軸Ｃ１に対して平行かつ、第５ひずみゲージ３６９ａと第６ひずみゲージ３６９ｂに挟まれるように設けられている。第８ひずみゲージ３６９ｄは、クランク１０５の長手方向に対して検出方向が垂直、つまり、内面１１９の中心軸Ｃ１に対して垂直かつ、中心軸Ｃ１上に設けられている。

即ち、クランク１０５の長手方向に延在する軸である中心軸Ｃ１と平行な方向（図８の縦方向）、つまり、クランク１０５の長手方向と平行な方向が、第５ひずみゲージ３６９ａ、第６ひずみゲージ３６９ｂ、第７ひずみゲージ３６９ｃの検出方向となり、中心軸Ｃ１と垂直な方向（図８の横方向）、つまり、クランク１０５の長手方向と垂直な方向が、第８ひずみゲージ３６９ｄの検出方向となる。したがって、第５ひずみゲージ３６９ａ乃至第７ひずみゲージ３６９ｃと第８ひずみゲージ３６９ｄは検出方向が互いに直交している。

なお、第５ひずみゲージ３６９ａ乃至第８ひずみゲージ３６９ｄの配置は図８に限らない。つまり、中心軸Ｃ１と平行または垂直の関係が維持されていれば他の配置でもよい。但し、第５ひずみゲージ３６９ａ及び第６ひずみゲージ３６９ｂは、中心軸Ｃ１を挟んで対称に配置し、第７ひずみゲージ３６９ｃ及び第８ひずみゲージ３６９ｄは、中心軸Ｃ１上に配置する方が、後述する各変形を精度良く検出できるので好ましい。

また、図８では、クランク１０５を単純な直方体として説明しているが、デザイン等により、角が丸められていたり、一部の面が曲面で構成されていてもよい。そのような場合でも、上述した配置を極力維持するようにひずみゲージ３６９を配置することで、後述する各変形を検出することができる。但し、上記した中心軸Ｃ１との関係（平行または垂直）がずれるにしたがって検出精度が低下する。

測定モジュールひずみ検出回路３６５は、第５ひずみゲージ３６９ａ、第６ひずみゲージ３６９ｂ、第７ひずみゲージ３６９ｃ、第８ひずみゲージ３６９ｄが接続されて、ひずみゲージ３６９のひずみ量が電圧として出力される。測定モジュールひずみ検出回路３６５の出力は、図示しないＡ／Ｄコンバータによって、アナログ情報からデジタル情報であるひずみ情報信号に変換される。そして、ひずみ情報信号は測定モジュール制御部３５１の推進力演算部３５１ａに出力される。

測定モジュールひずみ検出回路３６５の例を図９に示す。測定モジュールひずみ検出回路３６５は、２つのブリッジ回路である第１検出回路３７３ａと第２検出回路３７３ｂとで構成されている。第１検出回路３７３ａの第１系統側では、電源Ｖｃｃから順に、第５ひずみゲージ３６９ａ、第６ひずみゲージ３６９ｂの順に接続されている。即ち、第５ひずみゲージ３６９ａおよび第６ひずみゲージ３６９ｂが電源Ｖｃｃに対して直列に接続されている。第２系統側では、電源Ｖｃｃから順に、固定抵抗Ｒ、固定抵抗Ｒの順に接続されている。第２検出回路３７３ｂの第１系統側では、電源Ｖｃｃから順に、第７ひずみゲージ３６９ｃ、第８ひずみゲージ３６９ｄの順に接続されている。即ち、第７ひずみゲージ３６９ｃおよび第８ひずみゲージ３６９ｄが電源Ｖｃｃに対して直列に接続されている。第２系統側では、電源Ｖｃｃから順に、固定抵抗Ｒ、固定抵抗Ｒの順に接続されている。

即ち、２つの固定抵抗Ｒは、第１検出回路３７３ａと第２検出回路３７３ｂとで共有している。ここで、２つの固定抵抗Ｒは同一の抵抗値を有している。なお、第５ひずみゲージ３６９ａ乃至第８ひずみゲージ３６９ｄは圧縮または伸長が生ずる前では同じ抵抗値を有している。

このような特性を持つひずみゲージ３６９を使用した第１検出回路３７３ａ及び第２検出回路３７３ｂの動作は、上述した第１測定モジュール４０１の第１検出回路４７３ａ及び第２検出回路４７３ｂと同様である。

ここで、第１検出回路３７３ａの電位Ｖａｂが測定できる第１ひずみゲージ３６９ａと第２ひずみゲージ３６９ｂとの接続点と、電位Ｖｒが測定できる２つの固定抵抗Ｒの接続点と、を第１検出回路３７３ａの出力（以降Ａ出力）とする。第２検出回路３７３ｂの電位Ｖｃｄが測定できる第３ひずみゲージ３６９ｃと第４ひずみゲージ３６９ｄとの接続点と、電位Ｖｒが測定できる２つの固定抵抗Ｒの接続点と、を第２検出回路３７３ｂの出力（以降Ｂ出力）とする。このＡ出力とＢ出力がひずみ情報となる。

図１０は、ユーザにより力（踏力）が加えられた際の右側クランク１０５Ｒの変形状態を示している。（ａ）は右側クランク１０５Ｒの内面１１９から見た平面図、（ｂ）は右側クランク１０５Ｒの上面１１７から見た平面図、（ｃ）は右側クランク１０５Ｒのクランク軸１０７側の端部から見た平面図である。なお、以降の説明では右側クランク１０５Ｒで説明するが、左側クランク１０５Ｌでも同様である。

ユーザの足からペダル１０３を介して踏力が加えられると、その踏力はクランク１０５の回転力となる、クランク１０５の回転の接線方向の力である推進力Ｆｔと、クランク１０５の回転の法線方向の力である損失力Ｆｒとに分けられる。このとき、右側クランク１０５Ｒには、曲げ変形ｘ、曲げ変形ｙ、引張変形ｚ、ねじれ変形ｒｚの各変形状態が生じる。

曲げ変形ｘは、図１０（ａ）に示したように、右側クランク１０５Ｒが上面１１７から下面１１８に向かって、或いは下面１１８から上面１１７に向かって曲がるように変形することであり、推進力Ｆｔによって生じる変形である。即ち、クランク１０５の回転方向に発生する変形によるひずみ（クランク１０５の回転方向に生じているひずみ）を検出することとなり、曲げ変形ｘの検出によってクランク１０５に生じている回転方向ひずみが検出できる。曲げ変形ｙは、図１０（ｂ）に示したように、右側クランク１０５Ｒが外面１２０から内面１１９に向かって、或いは内面１１９から外面１２０に向かって曲がるように変形することであり、損失力Ｆｒによって生じる変形である。即ち、クランク１０５の外面１２０から内面１１９、または内面１１９から外面１２０に向かって発生する変形によるひずみ（右側クランク１０５Ｒの回転運動により定義される円を含む平面と垂直な方向に生じているひずみ）を検出することとなり、曲げ変形ｙの検出によってクランク１０５に生じている内外方向ひずみが検出できる。

引張変形ｚは、右側クランク１０５Ｒが長手方向に伸張または圧縮されるように変形することであり、損失力Ｆｒによって生じる変形である。即ち、クランク１０５が長手方向に引っ張られるまたは押される方向に発生する変形によるひずみ（長手方向と平行な方向に生じているひずみ）を検出することとなり、引張変形ｚの検出によってクランク１０５に生じている引張方向ひずみが検出できる。ねじれ変形ｒｚは、右側クランク１０５Ｒが、ねじれるように変形することであり、推進力Ｆｔによって生じる変形である。即ち、クランク１０５がねじれる方向に発生する変形によるひずみを検出することとなり、ねじれ変形ｒｚの検出によってクランク１０５に生じているねじり方向ひずみが検出できる。なお、図１０では、曲げ変形ｘ、曲げ変形ｙ、引張変形ｚ、ねじれ変形ｒｚの変形方向を矢印で示したが、上述したように、この矢印と逆方向に各変形が発生する場合もある。

したがって、推進力Ｆｔを測定するためには、曲げ変形ｘまたはねじれ変形ｒｚのいずれか、損失力Ｆｒを測定するためには、曲げ変形ｙまたは引張変形ｚのいずれかを定量的に検出すればよい。

ここで、図８のように配置され、図９のように第５ひずみゲージ３６９ａ、第６ひずみゲージ３６９ｂ、第７ひずみゲージ３６９ｃ、第８ひずみゲージ３６９ｄが接続された測定モジュールひずみ検出回路３６５によって、曲げ変形ｘ、曲げ変形ｙ、引張変形ｚ、ねじれ変形ｒｚを検出（測定）する方法を説明する。

まず、第１検出回路３７３ａのＡ出力において、各変形がどのように検出（測定）されるかを説明する。曲げ変形ｘは、右側クランク１０５Ｒが上面１１７から下面１１８に向かって、或いはその逆方向に変形する。右側クランク１０５Ｒが上面１１７から下面１１８に向かって変形する場合、第５ひずみゲージ３６９ａは圧縮されるので抵抗値が減少し、第６ひずみゲージ３６９ｂは伸張されるので抵抗値が増加する。そのため、第１検出回路３７３ａのＡ出力は正出力（電位Ｖａｂが高く電位Ｖｒが低い）となる。また、右側クランク１０５Ｒが下面１１８から上面１１７に向かって変形する場合、第５ひずみゲージ３６９ａは伸張されるので抵抗値が増加し、第６ひずみゲージ３６９ｂは圧縮されるので抵抗値が減少する。そのため、第１検出回路３７３ａのＡ出力は負出力（電位Ｖａｂが低く電位Ｖｒが高い）となる。

曲げ変形ｙは、右側クランク１０５Ｒが外面１２０から内面１１９に向かって、或いはその逆方向に変形する。右側クランク１０５Ｒが外面１２０から内面１１９に向かって変形する場合、第５ひずみゲージ３６９ａ、第６ひずみゲージ３６９ｂともに圧縮されるので、どちらも抵抗値が減少する。そのため、第１検出回路３７３ａのＡ出力はゼロ（電位Ｖａｂと電位Ｖｒに電位差が無い）となる。また、右側クランク１０５Ｒが内面１１９から外面１２０に向かって変形する場合、第５ひずみゲージ３６９ａ、第６ひずみゲージ３６９ｂともに伸張されるので、どちらも抵抗値が増加する。そのため、第１検出回路３７３ａのＡ出力はゼロとなる。

引張変形ｚは、右側クランク１０５Ｒが長手方向に伸張または圧縮されるように変形する。右側クランク１０５Ｒが伸張する場合、第５ひずみゲージ３６９ａ、第６ひずみゲージ３６９ｂともに伸張されるので、どちらも抵抗値が増加する。そのため、第１検出回路３７３ａのＡ出力はゼロとなる。また、右側クランク１０５Ｒが圧縮する場合、第５ひずみゲージ３６９ａ、第６ひずみゲージ３６９ｂともに圧縮されるので、どちらも抵抗値が減少する。そのため、第１検出回路３７３ａのＡ出力はゼロとなる。

ねじれ変形ｒｚは、右側クランク１０５Ｒが、ねじれるように変形する。右側クランク１０５Ｒが図１０（ｂ）の矢印の方向にねじれる場合、第５ひずみゲージ３６９ａ、第６ひずみゲージ３６９ｂともに伸張されるので、どちらも抵抗値が増加する。そのため、第１検出回路３７３ａのＡ出力はゼロとなる。また、右側クランク１０５Ｒが図１０（ｂ）の矢印と逆方向にねじれる場合、第５ひずみゲージ３６９ａ、第６ひずみゲージ３６９ｂともに伸張されるので、どちらも抵抗値が増加する。そのため、第１検出回路３７３ａのＡ出力はゼロとなる。

以上のように、Ａ出力からは、曲げ変形ｘのみが検出される。即ち、第１検出回路３７３ａは、第１ひずみゲージ３６９ａおよび第２ひずみゲージ３６９ｂが接続され、クランク１０５に生じている回転方向ひずみを検出する。

次に、第２検出回路３７３ｂのＢ出力において、各変形がどのように検出（測定）されるかを説明する。曲げ変形ｘは、右側クランク１０５Ｒが上面１１７から下面１１８に向かって、或いはその逆方向に変形する。右側クランク１０５Ｒが上面１１７から下面１１８に向かって変形する場合、第７ひずみゲージ３６９ｃ、第８ひずみゲージ３６９ｄは曲がるだけのため、検出方向に圧縮も伸張もされないので抵抗値は変化しない。そのため、第２検出回路３７３ｂのＢ出力はゼロとなる。また、右側クランク１０５Ｒが下面１１８から上面１１７に向かって変形する場合、第７ひずみゲージ３６９ｃ、第８ひずみゲージ３６９ｄは曲がるだけのため、検出方向に圧縮も伸張もされないので抵抗値は変化しない。そのため、第２検出回路３７３ｂのＢ出力はゼロとなる。

曲げ変形ｙは、右側クランク１０５Ｒが外面１２０から内面１１９に向かって、或いはその逆方向に変形する。右側クランク１０５Ｒが外面１２０から内面１１９に向かって変形する場合、第７ひずみゲージ３６９ｃは圧縮されるので抵抗値が減少し、第８ひずみゲージ３６９ｄは伸張されるので抵抗値が増加する。そのため、第２検出回路３７３ｂのＢ出力は正出力（電位Ｖｃｄが高く電位Ｖｒが低い）となる。また、右側クランク１０５Ｒが内面１１９から外面１２０に向かって変形する場合、第７ひずみゲージ３６９ｃは伸張されるので抵抗値が増加し、第８ひずみゲージ３６９ｄは圧縮されるので抵抗値が減少する。そのため、第２検出回路３７３ｂのＢ出力は負出力（電位Ｖｃｄが低く電位Ｖｒが高い）となる。

引張変形ｚは、右側クランク１０５Ｒが長手方向に伸張または圧縮されるように変形する。右側クランク１０５Ｒが伸張する場合、第７ひずみゲージ３６９ｃは伸張されるので抵抗値が増加し、第８ひずみゲージ３６９ｄは圧縮されるので抵抗値が減少する。そのため、第２検出回路３７３ｂのＢ出力は負出力となる。また、右側クランク１０５Ｒが圧縮する場合、第７ひずみゲージ３６９ｃは圧縮されるので抵抗値が減少し、第８ひずみゲージ３６９ｄは伸張されるので抵抗値が増加する。そのため、第２検出回路３７３ｂのＢ出力は正出力となる。

ねじれ変形ｒｚは、右側クランク１０５Ｒが、ねじれるように変形する。右側クランク１０５Ｒが図１０（ｂ）の矢印の方向にねじれる場合、第７ひずみゲージ３６９ｃは伸張されるので抵抗値が増加し、第８ひずみゲージ３６９ｄは検出方向に変形しないので抵抗値は変化しない。そのため、第２検出回路３７３ｂのＢ出力は負出力となる。また、右側クランク１０５Ｒが図１０（ｂ）の矢印と逆方向にねじれる場合、第７ひずみゲージ３６９ｃは伸張されるので抵抗値が増加し、第８ひずみゲージ３６９ｄは検出方向に変形しないので抵抗値は変化しない。そのため、第２検出回路３７３ｂのＢ出力は負出力となる。

以上のように、Ｂ出力からは、曲げ変形ｙ、引張変形ｚ、ねじれ変形ｒｚが検出される。即ち、第２検出回路３７３ｂは、第７ひずみゲージ３６９ｃおよび第８ひずみゲージ３６９ｄが接続され、クランク１０５に生じている内外方向ひずみまたは引張方向ひずみを検出する。

そして、第１検出回路３７３ａのＡ出力と、第２検出回路３７３ｂのＢ出力から、推進力演算部３５１ａが、推進力Ｆｔは次の（８）式により、損失力Ｆｒは次の（９）式によりそれぞれ算出する。なお、引張変形ｚは曲げ変形ｙと比較すると非常に小さいので無視することができる。即ち、（８）式及び（９）式で算出される値が、クランク１０５の回転時に当該クランク１０５に加えられる荷重に関する値となる。
Ｆｔ＝ｐ（Ａ－Ａ０）＋ｑ（Ｂ－Ｂ０）［ｋｇｆ］…（８）
Ｆｒ＝ｓ｜Ａ－Ａ０｜＋ｕ（Ｂ－Ｂ０）［ｋｇｆ］…（９）

ここで、Ａは推進力Ｆｔ（あるいは損失力Ｆｒ）を算出する時点におけるＡ出力値、Ａ０は無負荷時のＡ出力値、Ｂは推進力Ｆｔ（あるいは損失力Ｆｒ）を算出する時点におけるＢ出力値、Ｂ０は無負荷時のＢ出力値、ｐ、ｑ、ｓ、ｕは係数であり、次の（１０）～（１３）式からなる連立方程式により算出される値である。
ｍ＝ｐ（Ａｍ－Ａ０）＋ｑ（Ｂｅ－Ｂ０）…（１０）
０＝ｓ（Ａｍ－Ａ０）＋ｕ（Ｂｅ－Ｂ０）…（１１）
０＝ｐ（Ａｅ－Ａ０）＋ｑ（Ｂｍ－Ｂ０）…（１２）
ｍ＝ｓ（Ａｅ－Ａ０）＋ｕ（Ｂｍ－Ｂ０）…（１３）

ここで、Ａｍはクランク１０５の角度が水平前向き（クランク１０５で水平かつフロント車輪５方向に延在している状態）でペダル１０３にｍ［ｋｇ］を載せたときのＡ出力値である。Ｂｅはクランク１０５の角度が水平前向きでペダル１０３にｍ［ｋｇ］を載せたときのＢ出力値である。Ａｅはクランク１０５の角度が垂直下向き（クランク１０５で鉛直かつ地面方向に延在している状態）でペダル１０３にｍ［ｋｇ］を載せたときのＡ出力値である。Ｂｍはクランク１０５の角度が垂直下向きでペダル１０３にｍ［ｋｇ］を載せたときのＢ出力値である。

係数ｐ、ｑ、ｓ、ｕおよびＡ０、Ｂ０は予め算出又は測定可能な値であるので、ＡおよびＢを（８）式に代入することで推進力Ｆｔが算出でき、ＡおよびＢを（９）式に代入することで損失力Ｆｒが算出できる。

また、（８）式ではＢ出力を用いてＡ出力の補正をしている。（９）式ではＡ出力を用いてＢ出力の補正をしている。これにより、第１検出回路３７３ａや第２検出回路３７３ｂに含まれる検出対象以外のひずみの影響を排除することができる。なお、第５ひずみゲージ３６９ａと第６ひずみゲージ３６９ｂがクランク方向（中心軸Ｃ１と平行な方向）にずれが無い場合、Ａｅ＝Ａ０となりＢ出力による補正の必要がなくなる。

なお、ひずみゲージ３６９の配置やブリッジ回路の構成は図８や図９に示した構成に限らない。例えばひずみゲージ３６９は４つに限らないし、ブリッジ回路も１つに限らない。要するに、推進力Ｆｔや損失力Ｆｒが算出できる構成であればよい。

次に、クランク１０５の回転角度検出について図１１及び図１２を参照して説明する。

なお、以降の説明において、クランク１０５の回転角度は、右側クランク１０５Ｒを基準に表されるものとする。つまり、右側クランク１０５Ｒが１２時の方向に位置する（先端が上方を向く）ときに、クランク１０５の回転角度θは０°とする。また、本実施例においては、右側クランク１０５Ｒが３時の方向を指す（先端が前方を向く）とき、クランク１０５の回転角度（以後、クランク回転角度θとする）は９０°を示し、右側クランク１０５Ｒが９時の方向を指す（先端が後方を向く）とき、クランク回転角度θは２７０°を示す。そして、検出されるクランク回転角度θの範囲は０°以上３６０°未満（０≦θ＜３６０°）となっており、右側クランク１０５Ｒが１２時の方向から時計回りで回転する向きを「＋」方向とする。

図１１（ａ）に示すように、円環状の枠状部材２０、枠状部材２０の表面に所定間隔をおいて固定された複数の磁石からなる磁石群２１（磁石２１ａ、２１ｂ等）及び磁気センサ２２からクランク１０５の回転角度を検出する。磁石群２１が固定された枠状部材２０は、枠状部材２０の中心点とクランク軸１０７の軸心とが一致した状態で、磁石群２１がクランク１０５に対向する様にフレーム３の側面に固定されている。一方、磁気センサ２２はチェーンリング１０９に固定され、クランク１０５（１０５Ｒ）と共に回転する。

磁石群２１は１２個の磁石２１ａ～磁石２１ｌからなり、円環状の枠状部材２０の中心点を基準として３０°間隔で配置されている。磁石２１ａ、磁石２１ｌは、非常に強い磁力及び保磁力を有するネオジム磁石で構成されている。具体的に、磁石２１ａ、２１ｌは第１ネオジム磁石が２つ直列してなり（双方のＮ極が同一直線上で同一方向を向いて重ねられ）、その他の磁石２１ｂ～磁石２１ｋは、第１ネオジム磁石より磁力が小さい第２ネオジム磁石が２つ直列してなる。すなわち、磁石群２１は、磁力の異なる２種類の磁石からなる。

また、磁石２１ａ、磁石２１ｂは、各中心軸が枠状部材２０の半径方向と一致した状態で配置されている。そして、Ｎ極の向きが外側を向く磁石と内側（中心側）を向く磁石とが枠状部材２０の周方向に交互に入れ替わって配置されている。具体的には、磁石２１ａ、磁石２１ｃ、磁石２１ｅ、磁石２１ｇ、磁石２１ｉ、磁石２１ｋのＮ極が枠状部材２０の半径方向（放射方向）外側を向き、磁石２１ｂ、磁石２１ｄ、磁石２１ｆ、磁石２１ｈ、磁石２１ｊ、磁石２１ｌのＮ極が枠状部材２０の半径方向内側（中心）を向いている。さらに、各磁石２１ａ～２１ｌの半径方向外側先端と枠状部材２０の中心との距離Ｌ４は同一となっている。

磁気センサ２２は、第１素子部２２ａ、第２素子部２２ｂ及び第３素子部２２ｃがケース２２ｄに収容されてなる。第１素子部２２ａ及び第２素子部２２ｂは、所定方向において磁力線（磁界）を検出し（図１１（ａ）において水平方向左向き）、その検出方向と逆向きの磁力線を検出する場合（Ｎ極が対向する磁石を検出する場合）にＨｉレベルの信号（以下、単にＨｉとする）を出力し、検出方向と同一の向きの磁力線を検出する場合（Ｓ極が対向する磁石を検出する場合）にＬｏレベルの信号（以下、単にＬｏとする）を出力する。なお、第１素子部２２ａ及び第２素子部２２ｂは所定の強さの磁力線を検出しない場合、出力状態を保持する。

クランク１０５の回転角度検出時において（枠状部材２０及び磁気センサ２２が適切に自転車１に固定された状態で）、自転車１の側方からみると、第１素子部２２ａと第２素子部２２ｂは、枠状部材２０の半径方向外側、すなわち、枠状部材２０の中心点から磁石２１ａ～磁石２１ｌより遠い位置に配されている。また、第１素子部２２ａと第２素子部２２ｂの検出方向は一致しており、各検出方向上に枠状部材２０の中心点が位置している。そして、第１素子部２２ａの方が第２素子部２２ｂより枠状部材２０の中心点から近い位置に配されており、検出方向上を通過する磁石２１ａ～磁石２１ｌの外側先端に近い。これは、後述するように、第１素子部２２ａを用いて全ての磁石２１ａ～磁石２１ｌを検出し、第２素子部２２ｂを用いてクランク回転角度θ＝０°を示す磁石２１ａを検出するためである。なお、クランク回転角度θ＝０°のとき（右側クランク１０５Ｒが１２時を示すとき）、第２素子部２２ｂが磁石２１ａを検出するように（磁石２１ａが第２素子部２２ｂの検出方向上に位置するように）、枠状部材２０及び磁気センサ２２が自転車１に固定されている。

また、磁気センサ２２には、第１素子部２２ａ及び第２素子部２２ｂより低消費電力の第３素子部２２ｃが設けられている。第３素子部２２ｃは第１素子部２２ａの近傍に設けられており、いずれかの磁石２１ａ～２１ｌを検出すると、第２測定モジュール３０１のシステムを起動させる。

次に、図１２を用いて、クランク回転角度の検出方法について説明する。前述したように、円環状の枠状部材２０には、その中心点を基準として３０°間隔で磁石２１ａ～磁石２１ｌが配置されており、最も磁力の高い磁石２１ａはクランク回転角度θ＝０°となるときに、第２素子部２２ｂに検出される位置に配されている（以下、磁石２１ａのことを「基準磁石２１ａ」ともいう）。また、磁石２１ａ～磁石２１ｌのＮ極の向きが交互に入れ替わっている。よって、チェーンリング１０９に固定された磁気センサ２２が、クランク１０５の回転に伴ってクランク軸１０７を中心に回転すると、磁気センサ２２の第１素子部２２ａは磁石２１ａ～磁石２１ｌの前を通過する度にＨｉ又はＬｏと出力を切り換える。同様に、磁気センサ２２の第２素子部２２ｂは磁石２１ａ、２１ｌの前を通過する度にＨｉ又はＬｏと出力を切り換える。この第１素子部２２ａから出力される「Ｈｉ」又は「Ｌｏ」は、クランク１０５が３０°回転したことを検出するものである（以後「間隔角度検出信号」という）。一方、第２素子部２２ｂから出力する「Ｈｉ」は、クランク回転角度θ＝０°を検出するものである（以後「基準角度検出信号」という）。

このように、間隔角度検出信号と基準角度検出信号とを用いることにより、クランク回転角度θを０°から３０°間隔で検出することができる。なお、第２素子部２２ｂから出力されたＨｉは、同一の磁力で逆向きに配置された磁石２１ｌの前を通過するとＬｏとなる。すなわち、リセットされる。よって、クランク回転角度θを連続して検出することができる。よって、以後、第２素子部２２ｂから出力する「Ｌｏ」を「リセット信号」という。

また、第１素子部２２ａと基準磁石２１ａとが最も遠く離れた位置関係にあるときに、第１素子部２２ａが基準磁石２１ａを検出してしまうことを防ぐためには、以下の３条件を満たすことが望ましい。（１）基準磁石２１ａが第２素子部２２ｂの検出方向上（以下、「第２検出方向」という）で第２素子部２２ｂに最も接近したときに第２素子部２２ｂが基準磁石２１ａを検出できること。（２）最も磁力の小さい磁石２１ｂ～磁石２１ｌが第１素子部２２ａの検出方向上（以下、「第１検出方向」という）で第１素子部２２ａに最も接近したときに第１素子部２２ａが磁石２１ｂ～磁石２１ｋを検出できること。（３）基準磁石２１ａが第１検出方向上で第１素子部２２ａから最も離隔したときに第１素子部２２ａが基準磁石２１ａを検出できないこと。

次に、推進力演算部３５１ａで算出された推進力Ｆｔ、損失力Ｆｒ及び回転角検出部３５１ｂで検出されたクランク１０５の回転角に基づいてペダル１０３にかかる荷重の算出方法について説明する。

図１３に示したように、クランク１０５の回転角が水平方向からθの角度の位置にあるとする。ここで、上述したように、推進力Ｆｔはクランク１０５の接線方向の力となり、損失力Ｆｔはクランク１０５の法線方向の力となる。よって、このときのクランク１０５の垂直方向の力（下向きの力）は、次の（１４）式で求められる。
下向きの力＝Ｆｔ・ｃｏｓθ＋Ｆｒ・ｓｉｎθ・・・（１４）

ペダル１０３にかかる荷重（ペダル荷重ｍｐ）は、所定の角度毎に算出した下向きの力を１回転中で平均化した値として推定する。本実施例の場合、回転角検出部３５１ｂが３０°毎に回転角を検出することから、３０°毎に下向きの力を算出し、１回転あたり１２個の（１４）式で算出された値を平均化したものとなる。即ち、第２測定モジュール３０１の荷重演算及び送信データ作成部３５１ｄは、人力機械のペダルにかかる荷重を推定する第２荷重推定手段として機能する。

第３測定モジュール５０１は、ステム８に設けられ、複数のひずみゲージ素子から構成されるひずみゲージ５６９を用いて、ハンドル９に荷重がかけられた際のステム８の伸縮、屈曲等の変形を検出する。

図１４は、第３測定モジュール５０１のブロック図である。第３測定モジュール５０１は、図１４に示したように、測定モジュール無線送信部５０９、測定モジュール制御部５５１、測定モジュール記憶部５５３、荷重センサ５６８を有している。

測定モジュール無線送信部５０９は、測定モジュール制御部５５１がひずみ情報から算出した荷重を、サイクルコンピュータ無線受信部２０９に送信している。

測定モジュール制御部５５１は、測定モジュール５０１を包括的に制御している。測定モジュール制御部５５１は、荷重演算部５５１ａと、送信データ作成部５５１ｂと、を有している。

荷重演算部５５１ａは、荷重センサ５６８が出力するひずみ情報に基づいてハンドル９にかかる荷重を算出する。荷重の算出方法は後述する。

送信データ作成部５５１ｂは、荷重演算部５５１ａで算出された荷重等から送信データを作成して、測定モジュール無線送信部５０９に出力する。

測定モジュール記憶部５５３には、各種情報が記憶される。各種情報とは、例えば、測定モジュール制御部５５１の制御プログラム、及び、測定モジュール制御部５５１が制御を行う際に必要とされるパラメータや一時的な情報等である。

荷重センサ５６８は、ひずみゲージ５６９と、測定モジュールひずみ検出回路５６５と、を有している。ひずみゲージ５６９は、ステム８に接着されて、一体化される。ひずみゲージ５６９は、第９ひずみゲージ５６９ａ、第１０ひずみゲージ５６９ｂから構成されている（図１５等参照）。そして、ひずみゲージ５６９のそれぞれの端子は、測定モジュールひずみ検出回路５６５に接続されている。

図１５に、本実施例におけるひずみゲージ５６９のステム８への配置の例を示す。ひずみゲージ５６９は、ステム８の下側に２つ接着されている。但し、ステム８の上側であってもよい。要するに、ハンドル９にかかる荷重により変形が検出できる位置であればよい。ここで、ステム８の下側とは自転車１の上下方向から見た下側の面であり、上側とはステム８の下側とは自転車１の上下方向から見た下側の面である。

第９ひずみゲージ５６９ａは、ステム８の下側において、ステム８の長手方向（ハンドル９に向かって延在する方向）に対して検出方向が平行になるように設けられている。第１０ひずみゲージ５６９ｂは、ステム８の下側において、ステム８の長手方向に対して検出方向が直角になるように設けられている。即ち、第９ひずみゲージ５６９ａと第１０ひずみゲージ５６９ｂとは、検出方向が直交している。

測定モジュールひずみ検出回路５６５は、第９ひずみゲージ５６９ａ、第１０ひずみゲージ５６９ｂが接続されて、ひずみゲージ５６９のひずみ量が電圧として出力される。

測定モジュールひずみ検出回路５６５の例を図１６に示す。測定モジュールひずみ検出回路５６５は、ブリッジ回路である検出回路５７３で構成されている。検出回路５７３の第１系統側では、電源Ｖｃｃから順に、第９ひずみゲージ５６９ａ、第１０ひずみゲージ５６９ｂの順に接続されている。即ち、第９ひずみゲージ５６９ａおよび第１０ひずみゲージ５６９ｂが電源Ｖｃｃに対して直列に接続されている。第２系統側では、電源Ｖｃｃから順に、固定抵抗Ｒ、固定抵抗Ｒの順に接続されている。

ここで、２つの固定抵抗Ｒは同一の抵抗値を有している。なお、第９ひずみゲージ５６９ａ及び第１０ひずみゲージ５６９ｂは圧縮または伸長が生ずる前では同じ抵抗値を有している。

このような特性を持つひずみゲージ５６９を使用した検出回路５７３の動作は、上述した第１測定モジュール４０１の第１検出回路４７３ａ等と同様である。

ここで、検出回路５７３の電位Ｖａｂが測定できる第９ひずみゲージ５６９ａと第１０ひずみゲージ５６９ｂとの接続点と、電位Ｖｒが測定できる２つの固定抵抗Ｒの接続点と、を検出回路５７３の出力（以降Ｓｉｎ）とする。このＳｉｎを図示しないアンプで増幅し、Ａ／Ｄコンバータでデジタル信号に変換したものがひずみ情報となる。

次に、図１５のように配置され、図１６のように第９ひずみゲージ５６９ａ、第１０ひずみゲージ５６９ｂが接続された測定モジュールひずみ検出回路５６５から出力されたひずみ情報により荷重演算部５５１ａでハンドル９にかかる荷重を算出する方法を説明する。

ハンドル９にかかる荷重（ハンドル荷重ｍｈ）は以下の（１５）式により算出する。
ハンドル荷重ｍｈ＝Ｓｏｕｔ・ｗ［ｋｇｆ］…（１５）

ここで、ＳｏｕｔはＳｉｎを増幅及びＡ／Ｄ変換した後の値、ｗは係数である。

係数ｗの算出について説明する。係数ｗは荷重演算部５５１で算出する。まず、ハンドル９の左右に合計Ｍ［ｋｇ］の重りを掛け、その時のＳｏｕｔを測定する。そして、この時のＳｏｕｔの値をＳｏｕｔｍとすると、係数ｗは以下の（１６）式により求められる。
ｗ＝Ｍ／Ｓｏｕｔｍ…（１６）

この係数ｗは、係数ｘ等と同様にハンドル９、フレーム３を交換した場合等には上述した方法で算出し直すことが好ましい。即ち、Ｓｏｕｔｍを再測定し、係数ｗを再算出することで、ハンドル９にかかる荷重を校正することができる。

このようにして求めた係数ｗは、例えば測定モジュール記憶部５５３に記憶され、（１５）式の演算の際に読み出される。そして、自転車１に搭乗者が搭乗すると、（１５）式によりハンドル荷重ｍｈが算出され、算出されたハンドル荷重ｍｈがハンドル９にかかる荷重と推定される。即ち、第３測定モジュール５０１の荷重演算部５５１ａは、人力機械のハンドル９にかかる荷重を推定する第３荷重推定手段として機能する。

次に、サイクルコンピュータ２０１のブロック構成を説明する。サイクルコンピュータ２０１は、図１７に示したように、サイクルコンピュータ表示部２０３、サイクルコンピュータ操作部２０５、サイクルコンピュータ無線受信部２０９、サイクルコンピュータ外部通信部２１０、サイクルコンピュータ記憶部２５３及びサイクルコンピュータ制御部２５１を有している。

サイクルコンピュータ表示部２０３は、ユーザ（搭乗者）の指示等に基づいて、各種の情報を表示する。本実施例においては、第１測定モジュール４０１、第２測定モジュール３０１、第３測定モジュール５０１でそれぞれ推定したサドル荷重ｍｓ、ペダル荷重ｍｐ、ハンドル荷重ｍｈに基づいて、各荷重によるバランスの表示等、搭乗者の姿勢に関する情報を視覚化して表示する。また、第２測定モジュール３０１で算出した推進力Ｆｔと損失力Ｆｒを視覚化して表示してもよい。

サイクルコンピュータ操作部２０５は、ユーザの指示（入力）を受ける。例えば、サイクルコンピュータ操作部２０５は、ユーザから、サイクルコンピュータ表示部２０３に表示させる内容の指示を受ける。

サイクルコンピュータ無線受信部２０９は、配線を介してサイクルコンピュータ２０１の本体部分と接続されている。サイクルコンピュータ無線受信部２０９は、第１測定モジュール４０１、第２測定モジュール３０１、第３測定モジュール５０１から送信される送信データを受信する。

サイクルコンピュータ外部通信部２１０は、主にサイクルコンピュータ記憶部２５３に記憶されているサドル荷重ｍｓ、ペダル荷重ｍｐ、ハンドル荷重ｍｈや、推進力Ｆｔ及び損失力Ｆｒ、クランク回転角度θといったデータをサイクルコンピュータ２０１の外部のコンピュータ等に送信する。

サイクルコンピュータ記憶部２５３には、各種情報が記憶される。各種情報とは、例えば、サイクルコンピュータ制御部２５１の制御プログラム、及び、サイクルコンピュータ制御部２５１が制御を行う際に必要とされる一時的な情報である。なお、サイクルコンピュータ記憶部２５３は、ＲＡＭ（Random Access Memory）、ＲＯＭ（Read Only Memory）およびフラッシュメモリ等の不揮発性の読み書き可能なメモリを有している。ＲＯＭには制御プログラム、及び、各種情報をサイクルコンピュータ表示部２０３に視覚的に表示するデータに変換するための各種のパラメータ、定数、等が記憶されている。

ＲＡＭには、サイクルコンピュータ制御部２５１が制御を行う際に必要とされる一時的な情報等が記憶されている。

サイクルコンピュータ制御部２５１は、サイクルコンピュータ２０１を包括的に制御している。さらに、第１測定モジュール４０１、第２測定モジュール３０１、第３測定モジュール５０１をも包括的に制御していても良い。また、サイクルコンピュータ制御部２５１は、搭乗者の姿勢に関する情報も生成する。

サイクルコンピュータ表示部２０３に表示される搭乗者の姿勢に関する情報の例を図１８に示す。図１８は、サドル１１、ペダル１０３、ハンドル９のそれぞれにかかる荷重を割合で示したものである。なお、割合でなく重量等他の単位でもよい。即ち、サイクルコンピュータ表示部２０３は、荷重演算部４５１ａ（荷重推定装置）、荷重演算及び送信データ作成部３５１ｄ（第２荷重推定手段）及び荷重演算部５５１ａ（第３荷重推定手段）の出力に基づいて自転車１（人力機械）の搭乗者の姿勢に関する情報を出力する出力手段（表示手段）として機能する。

また、搭乗者の姿勢に関する情報としては、サドル荷重ｍｓ、ペダル荷重ｍｐ、ハンドル荷重ｍｈから重心を求めて、例えば図１８のような図に重心の位置を点や○印、星印等で表示するようにしてもよい。

また、搭乗者の姿勢に関する情報は、サイクルコンピュータ表示部２０３に表示するに限らず、サイクルコンピュータ外部通信部２１０から外部のコンピュータ等に送信してもよい。この場合、サイクルコンピュータ外部通信部２１０が出力手段として機能する。

即ち、上述した第１測定装置４０１、第２測定装置３０１．第３測定装置５０１、サイクルコンピュータ２０１が、本発明の一実施例にかかる姿勢出力装置８００を構成する。姿勢出力装置８００の動作を図１９のフローチャートに示す。

ステップＳ１１において、シートポスト１０のひずみ情報を検出する。つまり、ひずみゲージ４６９が接続された測定モジュールひずみ検出回路４６５からＦｉｎ、Ｒｉｎを得て、アンプによる増幅、Ａ／Ｄコンバータによるデジタル信号への変換をしてＦｏｕｔ、Ｒｏｕｔを出力する。次に、ステップＳ１２において、ステップＳ１１で出力されたＦｏｕｔ、Ｒｏｕｔに基づいて荷重演算部４５１ａが（１）式によりサドル荷重ｍｓを算出して推定する。即ち、ステップＳ１１が荷重推定方法の検出工程、ステップＳ１２が荷重推定方法の荷重推定工程として機能する。

また、ステップＳ１３において、推進力Ｆｔ、損失力Ｆｒを算出する。つまり、ひずみゲージ３６９が接続された測定モジュールひずみ検出回路３６５からＡ出力、Ｂ出力を得て、推進力演算部３５１ａが（８）式、（９）式により推進力Ｆｔ、損失力Ｆｒを算出する。次に、ステップＳ１４において、ステップＳ１３で出力された推進力Ｆｔ、損失力Ｆｒと回転角検出部３５１ｂが検出したクランク１０５の回転角度に基づいて荷重演算及び送信データ作成部３５１ｄが（１４）式により下向きの力を算出し、その下向きの力を１回転中で平均化してペダル荷重ｍｐを算出して推定する。

更に、ステップＳ１５において、ステム８のひずみ情報を検出する。つまり、ひずみゲージ５６９が接続された測定モジュールひずみ検出回路５６５からＳｉｎを得て、アンプによる増幅、Ａ／Ｄコンバータによるデジタル信号への変換をしてＳｏｕｔを出力する。次に、ステップＳ１６において、ステップＳ１５で出力されたＳｏｕｔに基づいて荷重演算部５５１ａが（１５）式によりハンドル荷重ｍｈを算出して推定する。

次に、ステップＳ１７において、サイクルコンピュータ２０１のサイクルコンピュータ制御部２５１が、ステップＳ１２で推定されたサドル荷重ｍｓ、ステップＳ１４で推定されたペダル荷重ｍｐ、ステップＳ１６で推定されたハンドル荷重ｍｈ、に基づいて搭乗者の姿勢に関する情報を生成し、ステップＳ１８において、サイクルコンピュータ表示部２０３に生成された姿勢に関する情報が表示される。

ここで、ステップＳ１１、Ｓ１２は第１測定モジュール４０１、ステップＳ１３、Ｓ１４は第２測定モジュール３０１、ステップＳ１５、Ｓ１６は第３測定モジュール５０１でそれぞれ実行されるため、これらは並行して実行される。また、ステップＳ１７、Ｓ１８はサイクルコンピュータ２０１で実行される。

本実施例によれば、自転車１のシートポスト１０の前側と後側のシートポスト１０を挟んで対向する２か所にそれぞれ一対設けられたひずみゲージ４６９で、シートポスト１０の変形を検出し、荷重演算部４５１ａでひずみゲージ４６９が接続された測定モジュールひずみ検出回路４６５の出力であるＦｏｕｔ、Ｒｏｕｔに基づいてシートポスト１０の先端部に取り付けられたサドル１１にかかる荷重を（１）式により算出して推定する。このようにすることにより、シートポスト１０の周方向の２か所の変形を高精度に検出して、それらの変形に基づいて着座位置に関係なく（サドルの着座位置が前よりであっても後よりであっても）サドル１１にかかる荷重を精度良く推定することが可能となる。

また、第１ひずみゲージ４６９ａ、第３ひずみゲージ４６９ｃの検出方向は、シートポスト１０の長手方向である。このようにすることにより、シートポスト１０の変形をひずみゲージで検出することができる。また、ひずみゲージ素子を用いることにより、シートポスト１０の変形を高精度に検出することが可能となり、荷重推定装置の小型化を図ることができる。

また、ひずみゲージ４６９は、シートポスト１０の前側に検出方向が互いに直交する一対の第１ひずみゲージ４６９ａ及び第２ひずみゲージ４６９ｂを、シートポスト１０の後側に検出方向が互いに直交する一対の第３ひずみゲージ４６９ｃ及び第４ひずみゲージ４６９ｄを有している。このようにすることにより、ひずみゲージ４６９の出力感度を上げることができるため、ノイズ耐性を向上させることができる。また、温度補償も不要となる。

また、ひずみゲージ４６９が接続されたブリッジ回路である第１検出回路４７３ａと第２検出回路４７３ｂとを有し、荷重演算部４５１ａは、ブリッジ回路の出力であるＦｏｕｔ及びＲｏｕｔに基づいて荷重を推定している。このようにすることにより、ブリッジ回路によって、シートポスト１０の変形を検出することができ、簡便な回路構成でサドル１１にかかる荷重の推定をすることができる。

また、荷重演算部４５１ａは、シートポスト１０の先端部に異なる重さの複数種類の重りをそれぞれ設置した際にひずみゲージ４６９から出力された複数の値により算出された係数ｘ、ｙ、ｚに基づいてサドル荷重を推定している。このようにすることにより、ひずみゲージ４６９の出力と算出された係数ｘ、ｙ、ｚに基づいてサドルにかかる荷重を推定することができる。

また、荷重演算部４５１ａは、シートポスト１０の先端部に異なる重さの複数種類の重りを設置した際におけるひずみゲージ４６９の複数の出力に基づいて係数ｘ、ｙ、ｚを校正する校正手段しても機能する。このようにすることにより、サドル１１の高さを変更した際や、サドル１１、フレーム３を交換した際、或いはシートポスト１０の経年変形等による推定精度の低下を防止することができる。

また、荷重演算部４５１ａで、測定モジュールひずみ検出回路４６５の出力であるＦｏｕｔと、算出されたサドル荷重ｍｓと、予め算出された係数α及び予め測定された定数βに基づいて、サドル１１の前後方向の着座位置を推定している。このようにすることにより、サドル荷重ｍｓを利用して前後方向の着座位置を推定することができる。したがって、着座位置を推定するためのセンサ等を別途設ける必要が無く機能追加をすることができる。

また、第１測定モジュール４０１と、第２測定モジュール３０１と、第３測定モジュール５０１と、サイクルコンピュータ２０１と、で姿勢出力装置として機能する。このようにすることにより、サドル１１、ペダル１０３、ハンドル９のそれぞれにかかる荷重から、３荷重のバランスや重心等の搭乗者の姿勢に関する情報を出力することができる。

また、出力手段は、自転車１の搭乗者の姿勢に関する情報を表示するサイクルコンピュータ表示部２０３として機能する。このようにすることにより、３荷重のバランスや重心等を搭乗者等に表示して、運転時の姿勢の改善に役立てることができる。

次に、本発明の第２の実施例にかかる運転姿勢出力装置を図２０を参照して説明する。なお、前述した第１の実施例と同一部分には、同一符号を付して説明を省略する。

本実施例では、サドル１１にかかる荷重の検出が一部異なる。図２０に、本実施例におけるひずみゲージ４６９のシートポスト１０への配置の例を示す。ひずみゲージ４６９は、シートポスト１０の右側及び左側のシートポスト１０を挟んで対向する位置にそれぞれ２つずつ接着されている。シートポスト１０の右側とは自転車１の進行方向右側から見た面であり、左方とは自転車１の進行方向左側から見た面である。

ひずみゲージ素子の配置自体は図４と同様である。つまり、第１ひずみゲージ４６９ａと第３ひずみゲージ４６９ｃがシートポスト１０の長手方向に対して検出方向が平行になるように設けられ、第２ひずみゲージ４６９ｂと第４ひずみゲージ４６９ｄがシートポスト１０の長手方向に対して検出方向が直角になるように設けられている。即ち、第１ひずみゲージ４６９ａと第２ひずみゲージ４６９ｂとは検出方向が直交し、第３ひずみゲージ４６９ｃと第４ひずみゲージ４６９ｄとは検出方向が直交している。

また、ブリッジ回路の構成も図５と同様である。但し、第１検出回路４７３ａの出力をＰｉｎ（アンプによる増幅及びＡ／Ｄ変換後をＰｏｕｔ）、第１検出回路４７３ａの出力をＱｉｎ（アンプによる増幅及びＡ／Ｄ変換後をＱｏｕｔ）とする。

次に、本実施例における荷重演算部４５１ａでサドル１１にかかる荷重を算出する方法を説明する。サドル１１にかかる荷重（サドル荷重ｍｓ）は以下の（１７）式により算出する。
サドル荷重ｍｓ＝（（Ｐｏｕｔ＋ａ・Ｑｏｕｔ）－ｂ）・ｃ［ｋｇｆ］・・・（１７）

ここで、ＰｏｕｔはＰｉｎを増幅及びＡ／Ｄ変換した後の値、ＱｏｕｔはＱｉｎを増幅及びＡ／Ｄ変換した後の値、ａ、ｂ、ｃは係数である。

係数ａ、ｂ、ｃの算出について説明する。係数ａ、ｂ、ｃは荷重演算部４５１ａで算出する。本実施例の場合、シートポスト１０の上方向の先端にサドル１１の代わりに取り付けた自転車１の左右方向に延在する棒１００１のシートポスト１０から左右それぞれ所定距離に重り１００２を設ける。そして、それぞれの位置にそれぞれの重り１００２を配置した場合のＰｏｕｔ及びＱｏｕｔ、即ちひずみ情報を測定する。このとき重り１００２は、第１の実施例と同様に複数種類の重さによりそれぞれＰｏｕｔ及びＱｏｕｔを測定する。

本実施例も第１の実施例と同様にシートポスト１０からの距離を右側１２ｃｍ（＋１２ｃｍ）と左側１２ｃｍ（－１２ｃｍ）とし、重り１００２を５ｋｇ（５ｋｇｆ負荷）と４０ｋｇ（４０ｋｇｆ負荷）の２種類を用いてそれぞれ測定したとする。この時の測定値を表２とする。

次に、表２の値に基づいてＰｏｕｔとＱｏｕｔの感度を合わせるための係数ａを求める。
ａ＝（ｐ４０ｑ－ｐ４０ｐ）／（ｑ４０ｐ－ｑ４０ｑ）…（１８）

次に、表２の値及び係数ａに基づいて係数ｃを（１９）式として算出する。
ｃ＝（４０－５）／（（ｐ４０ｑ＋ａ・ｑ４０ｑ）－（ｐ０５ｑ＋ａ・ｑ０５ｑ））…（１９）

次に、表２の値及び係数ａ、ｃに基づいて係数ｂを（２０）式として算出する。
ｂ＝（ｐ０５ｑ＋ａ・ｑ０５ｑ）－（５／ｃ）…（２０）

これらの係数ａ、ｂ、ｃは、サドル１１の高さを変更した場合や、サドル１１、フレーム３を交換した場合、或いは１年等所定の期間等で上述した方法で算出し直すことが好ましい。即ち、第１の実施例と同様に、表２の値を再測定し、係数ａ、ｂ、ｃを再算出することで、サドル１１にかかる荷重を校正することができる。

このようにして求めた係数ａ、ｂ、ｃは、例えば測定モジュール記憶部４５３に記憶され、（１７）式の演算の際に読み出される。そして、自転車１に搭乗者が搭乗すると、（１７）式によりサドル荷重ｍｓが算出され、算出されたサドル荷重ｍｓがサドルにかかる荷重と推定される。

なお、本実施例でも、サドル１１の着座位置（荷重位置）は第１の実施例と同じ要領で推定可能であるが、サドル１１の前後方向の着座位置ではなく左右方向の着座位置（荷重位置）となる。

本実施例によれば、自転車１のシートポスト１０の右側と左側の２か所にそれぞれ設けられたひずみゲージ４６９で、シートポスト１０の変形を検出し、荷重演算部４５１ａでひずみゲージ４６９が接続された測定モジュールひずみ検出回路４６５の出力であるＰｏｕｔ、Ｑｏｕｔに基づいてシートポスト１０の先端部に取り付けられたサドル１１にかかる荷重を（１７）式により算出して推定する。このようにすることにより、歪みゲージ素子をシートポスト１０の前後に設けなくても、サドル１１にかかる荷重を推定することが可能となる。

なお、上述した２つの実施例では、ひずみゲージ素子の設置位置はシートポスト１０の２か所であったが、３か所以上であってもよい。例えば、第１の実施例と第２の実施例を組み合わせたような方法であってもよい。また、２か所の場合、シートポスト１０の前側と後側、右側と左側の組み合わせに限らず、前側と右側といった組み合わせでもよい。

また、シートポスト１０等の変形を検出する検出手段としては、ひずみゲージ素子に限らず、圧電素子や容量式のひずみセンサ、或いは光学式の３Ｄスキャナなどシートポスト１０の変形を検出可能な素子であればよい。

また、本発明おける人力機械とは、自転車１、フィットネスバイク等のクランク１０５を備えた人力で駆動される機械をいう。つまり、クランク１０５を備えた人力で駆動（必ずしも場所的な移動をする必要はない）される機械であれば、人力機械はどの様なものであっても良い。

また、本発明は上記実施例に限定されるものではない。即ち、当業者は、従来公知の知見に従い、本発明の骨子を逸脱しない範囲で種々変形して実施することができる。かかる変形によってもなお本発明の着座位置推定装置及び姿勢出力装置の構成を具備する限り、勿論、本発明の範疇に含まれるものである。

１ 自転車（人力機械）
３ フレーム
８ ステム
９ ハンドル
１０ シートポスト
１１ サドル
１０３ ペダル
１０５ クランク
２０３ サイクルコンピュータ表示部（出力手段、表示手段）
３５１ｄ 荷重演算及び送信データ作成部（第２荷重推定手段）
４０１ 第１測定モジュール（着座位置推定装置）
４５１ａ 荷重演算部（第１荷重推定手段、校正手段、着座位置推定手段）
５５１ａ 荷重推定部（第３荷重推定手段）
４６９ ひずみゲージ（検出手段）
８００ 姿勢出力装置
１００２ 重り
Ｓ１１ シートポストひずみ情報検出（検出工程）
Ｓ１２ サドル荷重推定（荷重推定工程）

Claims (15)

1. 人力機械のシートポストの周方向の複数個所にそれぞれ設けられ、前記シートポストの変形を検出する検出手段と、
   前記検出手段の検出結果に基づいて前記シートポストの先端部に取り付けられたサドルにかかる荷重を推定する第１荷重推定手段と、
   前記第１荷重推定手段が推定した前記荷重及び前記検出手段の結果に基づいて前記サドルの着座位置を推定する着座位置推定手段と、
   を有することを特徴とする着座位置推定装置。
2. 前記検出手段は、前記シートポストを挟んで当該シートポストの前記人力機械における前側及び後側の互いに対向する位置にそれぞれ設けられ、又は、前記シートポストを挟んで当該シートポストの前記人力機械における右側及び左側の互いに対向する位置にそれぞれ設けられていることを特徴とする請求項１に記載の着座位置推定装置。
3. 前記検出手段は、ひずみゲージで構成され、
   前記ひずみゲージの検出方向は、前記シートポストの長手方向であることを特徴とする請求項１または２に記載の着座位置推定装置。
4. 前記ひずみゲージは、１か所につき、検出方向が互いに直交する一対が設けられていることを特徴とする請求項３に記載の着座位置推定装置。
5. 人力機械のシートポストの周方向の複数個所にそれぞれ設けられ、前記シートポストの変形を検出する検出手段と、
   前記検出手段の検出結果に基づいて前記シートポストの先端部に取り付けられたサドルにかかる荷重を推定する第１荷重推定手段と、
   前記人力機械のペダルにかかる荷重を推定する第２荷重推定手段と、
   前記人力機械のハンドルにかかる荷重を推定する第３荷重推定手段と、
   前記第１荷重推定手段、前記第２荷重推定手段及び前記第３荷重推定手段の出力に基づいて前記人力機械の搭乗者の姿勢に関する情報を出力する出力手段と、
   を有することを特徴とする姿勢出力装置。
6. 前記出力手段は、前記姿勢に関する情報を表示する表示手段であることを特徴とする請求項５に記載の姿勢出力装置。
7. 前記検出手段は、前記シートポストを挟んで互いに対向する位置に設けられていることを特徴とする請求項５または６に記載の姿勢出力装置。
8. 前記検出手段は、ひずみゲージで構成され、
   前記ひずみゲージの検出方向は、前記シートポストの長手方向であることを特徴とする請求項５から７のうちいずれか一項に記載の姿勢出力装置。
9. 前記ひずみゲージは、１か所につき、検出方向が互いに直交する一対が設けられていることを特徴とする請求項８に記載の姿勢出力装置。
10. 人力機械のサドルの着座位置を推定する着座位置推定装置で実行される着座位置推定方法であって、
    前記人力機械のシートポストの周方向の複数個所にそれぞれ設けられた検出手段により、前記シートポストの変形を検出する検出工程と、
    前記検出工程の検出結果に基づいて前記シートポストの先端部に取り付けられた前記サドルにかかる荷重を推定する荷重推定工程と、
    前記荷重推定工程で推定された前記荷重及び前記検出手段の結果に基づいて前記サドルの着座位置を推定する着座位置推定工程と、
    を含むことを特徴とする着座位置推定方法。
11. 請求項１０に記載の着座位置推定方法を、コンピュータにより実行させることを特徴とする着座位置推定プログラム。
12. 請求項１１に記載の着座位置推定プログラムを格納したことを特徴とするコンピュータ読み取り可能な記録媒体。
13. 人力機械の搭乗者の姿勢に関する情報を出力する姿勢出力装置で実行される姿勢出力方法であって、
    前記人力機械のシートポストの周方向の複数個所にそれぞれ設けられた検出手段により、前記シートポストの変形を検出する検出工程と、
    前記検出工程の検出結果に基づいて前記シートポストの先端部に取り付けられたサドルにかかる荷重を推定する第１荷重推定工程と、
    前記人力機械のペダルにかかる荷重を推定する第２荷重推定工程と、
    前記人力機械のハンドルにかかる荷重を推定する第３荷重推定工程と、
    前記第１荷重推定工程、前記第２荷重推定工程及び前記第３荷重推定工程の出力に基づいて前記人力機械の搭乗者の姿勢に関する情報を出力する出力工程と、
    を含むことを特徴とする姿勢出力方法。
14. 請求項１３に記載の姿勢出力方法を、コンピュータにより実行させることを特徴とする姿勢出力プログラム。
15. 請求項１４に記載の姿勢出力プログラムを格納したことを特徴とするコンピュータ読み取り可能な記録媒体。

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