JP7296247B2 - 電気/電子システムが設けられた、自転車のクランクアーム - Google Patents

電気/電子システムが設けられた、自転車のクランクアーム Download PDF

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Description

本発明は、概して自転車の分野に関し、詳細には自転車のクランクアームに関する。
1つ以上の電気/電子システム(電気システムや電子システム)が備え付けられた自転車がますます増えている。本明細書で特に対象とする自転車の電気/電子システムは、トルクメータまたはパワーメータである。本明細書および特許請求の範囲において「トルクメータ」という用語は、運転者が送り出すトルクを検出する計器を指すものとする。「パワーメータ」という用語は、踏み込みパワー(踏み込み力)を検出する計器を指すものとする。トルクメータ外部のプロセッサが、トルクメータの出力を速度計(角速度計)の出力と組み合わせることにより、パワーの測定値を取得することができる。
トルクメータやパワーメータは、クランクセットの各クランクアームに一つずつ形成されている2つのサブシステムを含む対称型であり得る(クランクセットとは、運転者がペダルに加えた運動を、伝動チェーン(他の場合では、ベルト)を動かすのに用いられる回転運動に変換し、当該伝動チェーンによって後輪を動かす、自転車の伝動機構の構成要素である)。あるいは、トルクメータやパワーメータは、自転車の伝動機構側(チェーン側又はベルト側、典型的には右側)のクランクアームにある一方のサブシステムとクランクセットのボトムブラケットスピンドルにある他方のサブシステムとを含む非対称型であったり、伝動機構側のクランクアームのみに形成されているシステムを含む非対称型であったりし得る。
いずれの場合も、クランクセットの少なくとも1つのクランクアームに、トルクメータ又はパワーメータを構成するか又はその一部となる電気/電子部品が設けられている。クランクアームの当該電気/電子部品に給電するバッテリ電源ユニットは、交換可能なものであり得るか、車載のまま充電可能なものであり得るか、あるいは、自転車から取り外して充電可能なものであり得る。いずれの場合も、バッテリ電源ユニットの充電量を維持し且つこれによって電気/電子システムの自律性を維持するために、電気/電子部品のエネルギー消費を出来る限り低く抑える必要がある。
この目的のために、電気/電子システムには、スタンバイモード又は待機スリープモード又は低電力モードが(場合によっては、実際のオン/オフスイッチと共に)設けられていることがある。
本明細書および特許請求の範囲において「スタンバイモード」(スリープモード、待機モード又は低電力モードと称されることもある)とは、電気的、電子的又は電気機械的な装置が、動作中でないものの一時的な不使用から動作モードに何時でも切り替わることが可能な状態を指すものとする。スタンバイモードでは典型的に、装置の駆動を伴う指令(一般には、入力)を受け取ると当該装置を始動させることのできる回路のみが動作状態に維持されており、これによって電気エネルギーの消費を抑えている。
反対に、本明細書および特許請求の範囲において電気的、電子的又は電気機械的な装置の「動作モード」とは、たとえ、特定のタスクを実行することなく指令や入力を待っているだけであっても、当該装置が指令(一般には、入力)を受け取ってタスクを実行することが何時でも可能となっているモードを指すものとする。
本明細書および特許請求の範囲においてスタンバイモードから動作モードへの切替りは、装置のウェークと称される。より一般的には、装置のウェークには、装置を動作モードに維持して当該装置がスタンバイモードに入らないようにすることも含まれる。いずれの場合にも、同じ信号又は同様の信号が用いられ得る。
本特許出願の最先出願日の時点で未だ公開されていなかった伊国特許出願第102017000038213号の優先権を主張する欧州特許出願第18165343.7号には、少なくとも1つの自転車装備品に少なくとも1つの電気-電子指令を付与する自転車手動制御装置であって、自転車に固定されるように構成された支持体と、当該支持体により可動に支持された少なくとも1つの手動作動部材と、スタンバイモード及び動作モードを有する車載電子部と、を備える、自転車手動制御装置が開示されている。当該手動制御装置は、さらに、上記車載電子部を上記スタンバイモードから上記動作モードに移行させるウェーク信号を発するように構成された、自転車の運動(動き)の検出器を備える。好ましくは、当該運動検出器は、路面の凹凸により(一般には、自転車の伝動機構の動きにより)生じる振動を検出する、例えば圧電式加速度計等により実現される振動センサを含む。あるいは、上記運動検出器が、例えば傾斜計、ジャイロスコープ等の別の種類のセンサにより実現され得る。好ましくは、上記運動検出器も、スタンバイモードを有している。有利には、上記車載電子部は、上記運動検出器で生成された上記ウェーク信号によって動作モードに移行された後に、上記運動検出器をスタンバイモードに移行し得る。あるいは、上記運動検出器は、上記ウェーク信号が上記車載電子部へと送られた直後に自動的にスタンバイモードに入るように構成され得る。いずれの場合も、上記車載電子部はスリープ条件が成立するまで動作モードに留まるように構成されている一方で、上記運動検出器は当該スリープ条件が成立すると動作モードに入るものとされている。
クランクアームに加えられたペダリングケイデンス(ペダル動作ケイデンス)を測定する加速度計をパワーメータで使用することが、一般的に知られている。通常、加速度計は、所定の加速度閾値を上回る加速度を(当該加速度計の計測軸のうちの一つに沿って)検出した場合に割込み信号を生成することが可能なものとなっている。
特許文献1には、自転車などの人力機械に加えられた力の測定装置であって、ユーザが加えた力をクランク及び1つ以上のギアのうちの選択された1つのギアで伝達するように構成された上記人力機械の上記クランクの歪みを検出する歪み検出部と、上記クランクが所定の位置を通過するのを検出するセンサと、制御部と、を備える、測定装置が開示されている。上記制御部は、上記センサが検出した、上記クランクが上記所定の位置を通過した時間からの経過時間に基づき、上記クランクの回転角度を算出する。上記制御部は、上記歪み検出部が検出した、上記クランクの歪み量に基づき、上記クランクに加わった力を算出する。上記制御部は、上記回転角度を上記クランクに加わった力と対応付けることにより、ユーザが加えた力の分布を算出する。
具体的に述べると、特許文献1は、フレームに固定された磁石近傍をクランクアームが当該クランクアームの回転時に通過したときに、当該クランクアームに適用された磁気リードセンサがその磁石によって駆動されるというケイデンス計に関する。この駆動は、上記クランクアームの一回転毎又は所与の回転角度毎にプロセスを開始させてペダリングケイデンスを考慮するための「割込み」信号として利用される。上記制御部がこのような割込み信号を待っているときが「スリープ」であり、かつ、当該割込み信号の発生が「ウェーク」であると記載されているものの、同装置の全ての構成要素はどの状態においても常に給電されており且つ常に完全な動作モードであることから、エネルギー消費は通常と変わらない。
特許文献2には、自転車の制御システムであって、第1の自転車部分の少なくとも一部の運動を示す運動情報を取得するように構成されていて且つ当該運動情報を無線で出力するように構成されている運動情報取得装置と、少なくとも第2の自転車部分を駆動するように構成された駆動部と、入力信号に基づいて上記駆動部を制御するウェークモード及び当該ウェークモードでの電力消費よりも電力消費が少ないスリープモードを有する駆動部制御部と、上記運動情報を無線で受信するように構成されていて且つ上記運動情報に基づいて上記駆動部制御部を上記スリープモードから上記ウェークモードに切り替えるように構成されているモード制御部と、を備える、制御システムが開示されている。
ウェークに繋がる運動を行う上記第1の自転車部分は、リアディレイラのプーリ、車輪、チェーンまたはクランクアームアセンブリであり得る。本明細書で対象とするクランクアームアセンブリの場合には、上記運動情報取得装置が、フレームに取り付けられた磁気センサとクランクアームに取り付けられた磁石、あるいは、歪みゲージを有するトルクセンサ、あるいは、磁気抵抗センサを含むものとされ得る。上記第2の自転車部分は、ディレイラの可動体、調節可能サドル、または調節可能サスペンションとされる。つまり、スリープモードに移行する上記制御部は、クランクアーム外部に存在している。そのため、クランクアームに電子部が取り付けられている場合、その電子部が、当該クランクアームの運動を検出して他の自動車部品(特には、ディレイラ)をウェークさせるために、必然的に常に動作モードに維持されていなければならない。
さらなる詳細を述べると、上記駆動部制御部は、一定時間にわたって運動が検出されなかった場合に低電力のライトスリープモードに移行する。上記駆動部制御部は、それよりも長い時間にわたって運動が検出されなかった場合にディープスリープモード(すなわち、オフモード)に移行する。運動が検出される限り、上記駆動部制御部はウェークモードに維持される。
同制御システムは、さらに、自転車の振動を示す振動情報を取得するように構成された振動情報取得装置を備えることができ、上記モード制御部は、上記運動情報と上記振動情報とに基づいて、上記駆動部制御部を上記スリープモードから上記ウェークモードに切り替えるように構成され得る。この場合、ライトスリープモード又はディープスリープモードからウェークモードへのウェークは、運動と振動の両方が検出されたときに発生する。一方で、スリープ防止機能は、運動検出器のみによって行われる。
特許文献3には、バッテリ、マイクロコンピュータ及びマイクロコンピュータによる読出しと同期してストロボ給電される歪ブリッジを具備するトルクメータ又はパワーメータを備える、自転車のクランクアームが開示されている。さらに、上記マイクロコンピュータには、そのクランクアームが回転したときに自転車のフレームに取り付けられた固定磁石により駆動される、リードスイッチが設けられている。上記磁石による上記リードスイッチの駆動により、上記マイクロコンピュータは動作モードに維持されて、歪みゲージの継続的な読出しを行う。上記リードスイッチが所定の時間(典型的には、数分間)の間駆動されないと、上記マイクロコンピュータのプログラムがスリープモードに入り、クランク電子部をシャットダウンフェーズに移行させて、必要なバッテリ電力を極めて低いレベルにまで抑える。上記リードスイッチが駆動されれば、上記マイクロコンピュータは再び動作し始める。また、同クランクアームは、ケイデンスの測定に使用されるセンサ又は磁石を備え得る。特許文献3には、ソリッドステートジャイロ、加速度計などの手段も記載されているが、これらはクランクアームの回転角度を測定するためのものに過ぎない(基本構成では、ポテンショメータによって回転角度が測定される)。
米国特許出願公開第2013/0205916号明細書 米国特許出願公開第2016/0311491号明細書 米国特許出願公開第2010/0263468号明細書
本発明の基礎をなす技術的課題は、電気/電子システム(特には、トルクメータ又はパワーメータ)が設けられたクランクアームであって、完全に自律していて(「自己完結型」)、動作を行うのにクランクアーム外部の他のどのような構成品も必要とせず、それと同時にエネルギー消費も十分に少ない、クランクアームを提供することである。
一態様において、本発明は、電気/電子システムが設けられた、自転車のクランクアームであって、前記電気/電子システムが、バッテリ電源ユニット、スタンバイモード及び動作モードを有するプロセッサ、ならびに前記プロセッサのためのウェーク信号を発するウェークユニットを具備している、自転車のクランクアームにおいて、
前記ウェークユニットが、当該クランクアームにより又は当該クランクアーム内で完全に支持されていることを特徴とする、クランクアームに関する。
好ましくは、前記ウェークユニットは、推定使用検出器(推定された使用の検出器(使用が推定されていることを検出する検出器))を含む。より好ましくは、当該推定使用検出器は:
-少なくとも1つの振動センサ;
-少なくとも1つの傾斜センサ;
-少なくとも1つの自己完結型の磁場センサ;
-少なくとも1つの気圧計;
-少なくとも1つの位置および/または運動センサ(特には、回転センサ);ならびに
-少なくとも1つの力および/または圧力および/または機械応力センサ;
からなる群から選択される。
好ましくは、前記推定使用検出器は、加速度計及び「ボールインケージスイッチ」から選択される振動センサである。
前記推定使用検出器が加速度計である場合、当該加速度計は、圧電効果式の加速度計、ピエゾ抵抗効果式の加速度計、静電容量効果式の加速度計、および渦電流を測定する加速度計からなる群から選択されるのが好ましい。
前記電気/電子システムがケイデンス検出器を具備するものである場合(特には、前記電気/電子システムがパワーメータである場合)、前記推定使用検出器は、前記ケイデンス検出器の一部も構成している加速度計により実現されるものであるのが特に有利である。
好ましくは、前記ウェークユニットは、前記推定使用検出器に代えて又は好ましくは前記推定使用検出器に加えて、実際使用検出器(実際使用の検出器(実際に使用していることを検出する検出器))を含む。
好ましくは、前記実際使用検出器は:
-少なくとも1つの振動センサ;
-少なくとも1つの傾斜センサ;
-少なくとも1つの自己完結型の磁場センサ;
-少なくとも1つの気圧計;
-少なくとも1つの位置および/または運動センサ(特には、回転センサ);ならびに
-少なくとも1つの力および/または圧力および/または機械応力センサ;
からなる群から選択される。
前記実際使用検出器が振動センサである場合、これは、加速度計及び「ボールインケージスイッチ」から選択される。
前記実際使用検出器が加速度計である場合、当該加速度計は、圧電効果式の加速度計、ピエゾ抵抗効果式の加速度計、静電容量効果式の加速度計、および渦電流を測定する加速度計からなる群から選択されるのが好ましい。
前記電気/電子システムがケイデンス検出器を具備するものである場合(特には、前記電気/電子システムがパワーメータである場合)、前記実際使用検出器は、前記ケイデンス検出器の一部も構成している加速度計により実現されるものであるのが好ましい。
極めて有利な一様式では、前記推定使用検出器と前記実際使用検出器とが、前記ウェークユニットの同一の一つの構成要素により実現されるものであり得る。好ましくは、当該同一の一つの構成要素は、前記電気/電子システム(特には、パワーメータ)のケイデンス検出器の一部も構成している加速度計である。
好ましくは、前記同一の構成要素が、通常動作モードおよび低電力動作モードを有しており、前記同一の構成要素は、当該通常動作モードでは推定使用検出器及び実際使用検出器として機能し、当該低電力動作モードでは推定使用検出器として機能する。
前記低電力動作モードにおいて、加速度計である場合の前記同一の構成要素は、通常動作モードでの検出精度よりも低い検出精度を有し、かつ/あるいは、通常動作モードでのサンプリング速度よりも低いサンプリング速度で当該加速度計の出力が読み出されるものの、所定の加速度閾値を上回る加速度を(当該加速度計の計測軸のうちの一つに沿って)検出した場合に割込み信号を生成することができるので、有利なことに、推定使用検出器として機能することが可能である。
好ましくは、前記プロセッサは、
-動作モードに入った後、前記実際使用検出器をオンにし、又は、前記同一の構成要素を前記通常動作モードにし、
-スタンバイモードに入る前に、前記実際使用検出器をオフにし、又は、前記同じ構成要素を前記低電力モードにする
ように構成されている。
好ましくは、前記クランクアームは、さらに、応力/歪み検出器を備える。
好ましくは、前記応力/歪み検出器は、少なくとも1つの歪みゲージ及び関係する読出し制御部を含む。
好ましくは、前記応力/歪み検出器は、少なくとも1つのAD変換器を含む。
この場合の前記プロセッサは、前記応力/歪み検出器の信号に基づいてトルク信号を、又は、前記応力/歪み検出器の信号と前記加速度計の信号とに基づいてパワー信号を生成するように構成されている。
好ましくは、前記プロセッサは、動作モードに入った後、前記応力/歪み検出器をオンにするように、かつ、スタンバイモードに入る前に、前記応力/歪み検出器をオフにするように構成されている。
好ましくは、前記クランクアームは、さらに、外部の装置と通信する(特には、測定されたトルクやパワーなどのデータを外部のプロセッサに通信する)通信モジュール(好ましくは、無線部)を備える。
好ましくは、前記プロセッサは、動作モードに入った後、前記通信モジュールをオンにするように、かつ、スタンバイモードに入る前に、前記通信モジュールをオフにするように構成されている。
好ましくは、前記プロセッサは、前記クランクアームの運動を、より好ましくは前記ウェークユニットの前記実際使用検出器、又は、実際使用検出器の出力信号に基づいて検出するように構成されている。
より好ましくは、前記運動は、前記クランクアームの回転運動である。
極めて有利な一様式において、前記運動は、パワーメータの場合に前記ケイデンス検出器が利用する回転運動と同一の回転運動である。
好ましくは、前記プロセッサは、第1の閾値よりも長い間、前記クランクアームの運動(好ましくは、回転)を検出しなかった場合にスタンバイモードに入るように構成されている。
より好ましくは、前記プロセッサは、第1の閾値、及び第2の閾値であって、当該第1の閾値よりも大きい第2の閾値よりも長い間、前記クランクアームの運動(好ましくは、回転)を検出しなかった場合にスタンバイモードに入るように構成されている。
2つの異なる閾値を設けることにより、例えば下り坂等で起こり得る前記クランクアームの短期間の無回転(又は他運動)期間中に前記プロセッサがスタンバイに入ることが防止され得る。
なおいっそう好ましくは、前記プロセッサは、第1の閾値よりも長いが前記第2の閾値よりは短い間、前記クランクアームの運動(好ましくは、回転)を検出しなかった場合に動作モードに留まり、好ましくはトルクメータ又はパワーメータの場合であればそれに応じてケイデンスデータを更新するように構成されている。
好ましくは、上記の構成に代えて又は上記の構成に加えて、前記プロセッサは、前記電気/電子システムがトルクメータ又はパワーメータであるときに、前記クランクアームの回転運動を、所定の最大ケイデンスよりも大きいケイデンスで、又は、所定の最小(回転)運動時間よりも短い(回転)運動時間で検出した場合、ケイデンスデータおよび/またはトルクデータおよび/またはパワーデータを無視するように構成されている。
この構成により、前記クランクアームの実際の回転による加速ではなく振動に起因した加速によって運転者のパフォーマンスデータがゆがめられることが避けられる。このような振動は、例えば、路面の凹凸、運転者がペダル上で前後に動くことによるもの等であり得る。
好ましくは、前記プロセッサは、前記クランクアームの(回転)運動を所定の最大ケイデンスをよりも小さいケイデンス、又は、所定の最小運動時間よりも長い(回転)運動時間で検出した場合に、前記通信モジュールおよび/または前記応力/歪み検出器をオンにするように構成されている。
前記ウェークユニットが加速度計を含むものである場合に極めて有用となるこの構成によれば、前記クランクアームの実際の回転による加速ではなく振動に起因した加速である場合に、付属電子部が誤ってオンにされるということが防止される。このような振動は、例えば、自転車の搬送、止まった自転車の傍を車両が通過すること等によるものであり得る。
好ましくは、前記プロセッサの前記ウェーク信号は、前記ウェークユニットの前記推定使用検出器により生成される、好ましくは当該推定使用検出器が所定の最小運動閾値を上回る運動(好ましくは、加速)を検出した場合に、当該推定使用検出器により生成される、割込み信号を含む。
前記クランクアームが加速度計を備え、前記プロセッサが当該加速度計の出力信号に基づいて前記クランクアームの回転ケイデンスを測定するように構成されている実施形態では、好ましくは、前記ウェークユニットが前記加速度計を含み、前記プロセッサの前記ウェーク信号は、当該加速度計が所定の加速度閾値を上回る加速度を当該加速度計の少なくとも1つの軸に沿って検出した場合に当該加速度計により生成される割込み信号で与えられる。
より好ましくは、前記ウェークユニットは、前記加速度計の出力信号に基づいて、動作モードとスタンバイモードと場合によっては一時モードとの間における、前記電気/電子システムの状態の全ての移行を制御する。
好ましくは、前記クランクアームは、モノリシックであり、かつ、高分子マトリクス内に組み込まれた構造繊維を含む複合材料からなり、前記クランクアームが、前記ウェークユニットを保持するプリント回路基板と共成形(同時成形、一体成形)されている。
一態様において、本発明は、トルクメータ又はパワーメータを組み込んだ、自転車のクランクアームであって、前記トルクメータ又はパワーメータが、バッテリ電源ユニット、回転ケイデンスを測定する加速度計、少なくとも1つの歪みゲージ及び関係する読出し制御部を含む応力/歪み検出器、ならびにスタンバイモード及び動作モードを有するプロセッサを具備しており、前記プロセッサが、前記応力/歪み検出器の信号に基づいてトルク信号を、又は、前記応力/歪み検出器の信号と前記加速度計の信号とに基づいてパワー信号を生成するように構成されている、自転車のクランクアームにおいて、
前記加速度計が所定の加速度閾値を上回る加速度を当該加速度計の測定軸のうちの一つに沿って検出した場合に当該加速度計により生成される割込み信号が、前記プロセッサのウェーク信号として用いられることを特徴とする、クランクアームに関する。
この態様のクランクアームの有利な態様および特徴は、本発明の最初の態様のクランクアームの有利な態様および特徴に、変更すべきところは変更して対応している。
一態様において、本発明は、自転車のクランクアームのトルク検出器又はパワー検出器を制御する方法であって、前記トルク検出器又はパワー検出器が、バッテリ電源ユニット、プロセッサおよびウェークユニットを具備しており、当該方法は、前記プロセッサによって実行される、
a)前記クランクアームの前回の回転からの経過時間を算出して、前記クランクアームの回転を待つ過程と、
b)前記経過時間が第1の閾値未満である限り、前記経過時間を算出して前記クランクアームの回転を引き続き待つ過程と、
c)前記経過時間が前記第1の閾値を超えると、前記経過時間が前記第1の閾値よりも大きい第2の閾値よりも長いか否かを調べて、長い場合には、スタンバイ状態に入る過程と、
を備え、当該方法は、さらに、
d)前記クランクアームの回転を検出する過程と、
e)前記クランクアームの前記前回の回転からの算出された前記経過時間が最小閾値よりも長い場合には、トルクデータ又はパワーデータを取得する過程と、
f)反対に、前記クランクアームの前記前回の回転からの算出された前記経過時間が前記最小閾値未満である場合には、トルクデータ又はパワーデータを無視する過程と、
を備える、方法に関する。
好ましくは、前記過程e)において、さらに、前記トルク検出器又はパワー検出器の通信モジュールおよび/または応力/歪み検出器が未だオフである場合には、これらをオンにする副過程が設けられている。
好ましくは、前記方法は、さらに、
g)前記自転車の推定使用を示す信号を前記ウェークユニットから得る過程と、
h)過程g)の信号の取得に応答して、動作モードに入る過程と、
を備える。
より好ましくは、過程g)は、所定の閾値を上回る、前記クランクアームの加速度を検出する副過程を含む。
より好ましくは、前記方法は、
i)前記自転車の推定使用を示す信号を前記ウェークユニットから得る過程と、
j)前記自転車の実際の使用を示す、好ましくは前記クランクアームの回転を示す信号を得る過程と、
k)過程i)の前記信号と過程j)の前記信号の両方の取得に応答して、完全に動作モードに入る過程と、
を備える。
より好ましくは、前記方法は、過程i)の直後に実行される過程i1)であって、過程g)の前記信号の取得に応答して一時モードに入り、過程j)の前記信号を所定の時間内に得なかった場合には前記過程a)に戻る過程i1)を備える。
より好ましくは、過程i)は、所定の閾値を上回る、前記クランクアームの加速度を検出する副過程を含む。
本発明のさらなる特徴および利点は、添付の図面を参照しながら行う、本発明の好適な実施形態についての説明から明らかになる。
自転車のクランクアームの一実施形態を示す概略部分破断図である。 図1のクランクアームを製造する本発明にかかる方法の工程を示す分解斜視図である。 図2に続く工程を示す分解斜視図である。 図2及び図3と同様の図であって、別のクランクアームの製造に関する図である。 図4に続く工程を示す図である。 本発明の一実施形態における、自転車のクランクアームに組み込まれた、ウェークユニット付き電子/電気システムのブロック図である。 図6の電気/電子システムの動作であって、当該電気/電子システムの第1の実施形態における動作に関するフローチャートである。 図6の電気/電子システムの動作であって、当該電気/電子システムの第2の実施形態における動作に関するフローチャートである。 図8の方法で駆動された場合の図6の電気/電子システムに関する状態遷移図である。 本発明の第2の実施形態における、自転車のクランクアームに組み込まれた、ウェークユニット付き電気/電子システムのブロック図である。 図10の電気/電子システムの動作であって、当該電気/電子システムの第1の実施形態における動作に関するフローチャートである。 図10の電気/電子システムの動作であって、当該電気/電子システムの第2の実施形態における動作に関するフローチャートである。 図12の方法で駆動された場合の図6の電気/電子システムに関する状態遷移図である。 本発明の第3の実施形態における、自転車のクランクアームに組み込まれた、ウェークユニット付き電気/電子システムのブロック図である。
本発明にかかるクランクアームは、電気/電子システムを備える。好ましくは、当該電気/電子システムは、図6~図14を参照しながら後で詳述するように、トルクメータもしくはパワーメータであるか又はトルクメータもしくはパワーメータを含む。
本発明にかかる自転車のクランクアームは、高分子材料内に組み込まれた構造繊維を含む複合材料からなるものであってもよい。
典型的に前記構造繊維は、カーボン繊維、ガラス繊維、ボロン繊維、合成繊維、セラミック繊維及びこれらの組合せからなる群から選択されるが、カーボン繊維が好適である。
好ましくは、前記合成繊維は、ポリオキサゾール繊維(例えば、Zylon(登録商標)等)、超高分子量ポリエチレン繊維(例えば、Dyneema(登録商標)等)、アラミド繊維(例えば、ケブラー繊維等)、またはこれらの組合せを含む。
典型的に、前記複合材料は層状であり、各層ごとに、シートモールディングコンパウンド(SMC)として一般的に知られる材料の幅広い選択肢が存在する。ただし、前記複合材料は、層状のものでなくてもよい。
本発明を限定しない例として、層状の前記複合材料における各層は、他層と互いに独立して:一方向繊維を含む複合材料、織り構造の二方向繊維を含む複合材料、不織り構造の二方向繊維を含む複合材料、織り構造の多方向繊維を含む複合材料、不織り構造の多方向繊維を含む複合材料、ランダム配向の短繊維もしくは極短繊維を含む複合材料、繊維集合体を含む複合材料、またはこれらの組合せ;これとは独立して、予備含浸繊維を含む複合材料(「プレプレグ」)、または乾燥繊維を含む(高分子マトリクス材料が成形工程中に添加される)複合材料;これらとは独立して、熱硬化性高分子マトリクスを含む複合材料、または熱可塑性高分子マトリクスを含む複合材料;から選択され得る(各グループ内での選択肢は、他の各グループ内での選択肢とは独立している)。
層状でない複合材料の場合の前記複合材料も、上述の各層についての各グループ内の各種選択肢から選択されてよいが、典型的には当該複合材料は、ランダム配向の短繊維もしくは極短繊維を含むタイプ、繊維集合体を含むタイプ、またはこれらの組合せとされる。
前記層状の複合材料における各層は、1つ以上の他層と同じ配向又は異なる配向の構造繊維を含み得る。
極めて好ましい一様式では、前記クランクアームを製造するのに使用される材料が、予備含浸繊維を含むコンパウンドであり、熱硬化型の高分子マトリクスを含んでいる。
熱硬化性高分子マトリクスを含むこのような複合材料からの前記クランクアームの製造は圧縮成形法によって行われるのに対し、前記高分子マトリクスが熱可塑性のものである場合の前記クランクアームの製造は射出成形法によって行われる。利用されることができる他の方法として、熱成形法が挙げられる。
図1~図3を参照する。これらの図には、中空のクランクアーム10が、完成後の状態と製造過程の幾つかの工程途中とで描かれている。
具体的に述べると、クランクアーム10は左側の(一般には、伝動チェーン側又はベルト側とは反対側の)クランクアームであるが、説明する内容は、右側の(一般には、伝動チェーン側又はベルト側の)クランクアームにも当てはまる。行うべき変更点は、当業者であれば本明細書(特には、図4及び図5についての後述の説明)に照らして明白である。
クランクアーム10は、当該クランクアーム10の回転軸心Xとペダル軸心Yとの間に延びるアーム領域(すなわち、本体部)の少なくとも一部において、内部空洞12を有している。
本明細書および特許請求の範囲において、クランクアーム10の長手方向すなわち長さ方向Lとは、回転軸心Xとペダル軸心Yとをこれらに直交して繋ぐ方向のことを指すものとする。
本明細書および特許請求の範囲において、クランクアーム10の幅方向Gとは、回転平面P上に延在し且つクランクアーム10の長さ方向Lと直交する方向のことを指すものとする。
本明細書および特許請求の範囲において、クランクアーム10の厚さ方向Sとは、回転軸心Xと平行な方向のことを指すものとする。
本明細書および特許請求の範囲において、クランクアーム10の近位側表面24とは、取付後の状態においてフレーム側に面する表面のことを指すものとする。クランクアーム10の遠位側表面26とは、近位側表面24とは反対側の表面のことを指すものとする。ボトムブラケットスピンドル28は近位側表面24からこの面に交差するように延びて、ペダルピボット(図示せず)は遠位側表面26からこの面に交差するように延びる。
本明細書および特許請求の範囲において、中空のクランクアーム10の場合の当該クランクアームの内側表面14とは、空洞12側に面する表面のことを指すものとする。クランクアーム10の外側表面16とは、露出した表面のことを指すものとする。
中空のクランクアーム10を製造するには、所与の形状を有する剛体の芯材18が使用される。芯材18の形状が、完成後のクランクアーム10内部の空洞12の形状を決める。
「長さ方向」、「幅方向」、「厚さ方向」、「近位側表面」及び「遠位側表面」という表現は、芯材18を基準にした場合にも、前記クランクアームを基準にして先に定義したものと同様に用いられる。
具体的に述べると、芯材18は、当該芯材18の少なくとも長手方向中央領域において、(一定の又はいずれにせよ徐々に若干変化する)最大厚さS1を持つ(前記幅方向中央の)第1の領域20と、幅方向Gの片側及びもう片方の側からの2つの突部(符号22を付した一方の突部のみが図示されている)とを有している。
各々の突部22は、前記芯材の表面、好ましくは前記芯材の近位側表面27と面一である。したがって、各突部22から中央領域20への遷移部には、ライザ面(立上り面)32と「トレッド」面34(好ましくは、互いに直交又は略直交している)とを含む段差部29が形成されている。「トレッド」面34は、突部22の一部であり、長さ方向L及び幅方向Gに略沿って延びている。ライザ面32は、中央領域20の一部であり、長さ方向L及び厚さ方向Sに略沿って延びている。
芯材18は、例えば集積回路基板、完成後のクランクアーム内部および/または外部の電子部品間のフレキシブル回路および/または接続ケーブル等のような電気/電子部品を、良好に保護された所定の位置に収容するように設計されている、溝および/または凹所を有する。
図示の場合では、センサ38(特には、歪みゲージのような伸張/収縮センサおよび/または温度センサ)のための(好ましくは、段差部29のライザ面32における)凹所36、プリント回路基板(すなわち、PCB)42のための(好ましくは、遠位側表面25における)凹所40、ケーブルおよび/またはフレキシブル回路46のための(好ましくは、遠位側表面25における)凹所44、ならびに後で説明する排出孔50(図1)の位置を定めるための(好ましくは、近位側表面27における)円状凹所(図示せず)が設けられている。
実際、中空のクランクアーム10の製造過程では、まず少なくとも1つのセンサ38が剛体の芯材18のライザ面32における凹所36内に固定され得る。前記ケーブルおよび/またはフレキシブル回路46も、芯材18に固定され得る。
後で説明するようにして(大まかには、伊国特許出願第102018000005294号に記載されているように)適宜保護されるPCB42は、芯材18に対して凹所40内へと、好ましくは安定に但し一時的に固定される。「安定に但し一時的に」という表現の意味は、本明細書を読むことで明らかになる。
有利には、PCB42は、図6以降の図を参照しながら後で詳述するウェークユニット1000(又は当該ウェークユニット1000の少なくとも一部の構成要素)を保持している。いずれにせよ、ウェークユニット1000のうち、PCB42上に収められない構成要素が他にあれば、PCB42やセンサ38(さらには、後述のセンサ39)について本明細書で説明するものと同様の様式によってクランクアーム10に組み込むことが可能である。
有利には、図示のように構成要素38,42,46が、予め組み立てられた計器本体47を形成している。図3では、芯材18および計器本体47が、計器本体47を芯材18に固定させた状態で描かれている。
計器本体47は、さらに、センサ39を有している。好ましくは、センサ39は、センサ38が歪みゲージのような伸張/収縮センサであるときに温度センサとされる。なお、計器本体47のセンサ39は、芯材18の遠位側表面25に固定される。ただし、剛体の芯材18のライザ面32における凹所36に代えて又は当該凹所36に加えて、これらのセンサ39を収容する凹所が芯材18の段差部29のトレッド面34に存在していてもよい。
また、センサ38,39は、剛体の芯材18の近位側表面27において、好ましくは当該センサ38,39を収容するように適切に位置決めされた凹所(図示せず)に配置されてもよい。伸張/収縮センサ38と温度センサ39とは、位置が入れ替えられてもよい。
ボトムブラケットスピンドル28又は当該ボトムブラケットスピンドル28の一部と前記ペダルピボット(図示せず)、あるいは、(任意で、雌ねじが刻まれている)対応する金属製ブッシュ52,54、あるいは、このようなスピンドル/ピボットのための孔を形成するねじ部付きインサート(マスタ)が、芯材18の2つの端部に配置される。
その後、複合材料の「コード」56(好ましくは、略一方向の構造繊維を含む)が各段差部29により定まる凹部に配置される。当該一方向繊維の方向は、クランクアーム10の長さ方向Lと略揃えられる。コード56は、複合材料の1つ以上のプライが巻かれたもので形成されていてもよく、金型への挿入前に高分子材料で含浸されるか又は成形中に高分子材料が含浸する乾燥した一方向繊維の編組体などを含むものとされてもよい。単一のループ状コード56が用いられてもよく、芯材18の片側ごとに一つずつの2つのコードが用いられてもよい。また、コード56は、部分的に硬化されたものであってもよい。
なお、センサ38は、コード56に接触させられる。これは、センサ38が歪みゲージのような伸張/収縮センサであるときに極めて有利であり得る。というのも、センサ38が、前記複合材料の前記繊維の方向に従って伸張されるからである。
次に、幅広い種類の複合材料の中から選ばれた任意の複合材料の1つ以上の別のプライ60が、上記のようにして用意された構造体に巻かれる。
コード56と同じくプライ60も、予備含浸されたものであっても予備含浸されていないものであってもよい。く、予備含浸されていない場合には後から高分子材料が金型へと射出される。
複合材料のコード56やプライ60に代えて、プライではない前述したような複合材料が用いられてもよい。
前記構造体が金型内に挿入されて、前記複合材料が、適切な温度・圧力プロファイルにかけることで固化される。芯材18の材料は、前記複合材料が硬化するまで成形圧力及び温度に耐えて自身の形状を保持しつつ、完成後のクランクアーム10の内部空洞12内においてセンサ38,39(及びPCB42)が正確に位置決めされるのを確実にするように適切に選択されるのが望ましい。
金型からの取出し後、例えばクランクアーム10の近位側表面24に、前述した排出孔50が形成され得る。芯材18は適宜溶融されて、当該孔から流し出され得る。具体的に述べると、この目的のために芯材18は、融点が140℃未満である低融点金属合金で作製されている。
具体的に述べると、前記合金の溶融過程は、例えば欧州特許出願公開第1818252号(同文献は、参照をもって本明細書に取り入れたものとする)等から知られているように、当該合金の融点よりも高い温度の油浴に上記の半製品を入れることによって行われる。これにより、前記複合材料が過度の高温で損傷されることなく芯材18の溶融が行われる。
芯材18に対する少なくとも1つの前記センサ38,39の固定は、成形対象である前記構造体の組付時及び成形時に当該センサ38,39が定位置に保持されるようなものであるのが望ましい一方で、芯材18が取り除かれる際に当該センサ38,39が前記クランクアームに固定的に連結されたままとなるように、当該少なくとも1つのセンサ38,39と前記複合材料との間に確立される凝集力よりも低い凝集力を有するものであるのが望ましい。
その一方で、ある程度の長さが孔50から引き出される必要のあるケーブルおよび/またはフレキシブル回路46については、少なくとも自身の自由端部においてクランクアーム10に接着しないようにされるのが適切である。
同様に、芯材18に対する前記PCB42および/またはケーブルおよび/またはフレキシブル回路46の固定も、成形対象である前記構造体の組付時及び成形時にこれらが定位置に保持されるようなものであり且つ溶融した芯材18が孔50から排出されるときにこれらが引きずり出されないようなものであるのが望ましい一方で、センサ38,39と同程度の位置決め精度は求められておらず、むしろ、完成後のクランクアーム10の内側表面14に当該部品42,46が必ずしも接着していなくてもよい(ただし、クランクアーム10の使用時に音が生じたり跳ねたりして結果的に問題になるのを防ぐには大いに好ましい)。
ただし、予め組み立てられた計器本体47の上述したような好適な構成により、有利なことに、各種電気/電子部品を定位置に保持することが容易になる。
排出孔50が設けられている場合には、芯材18を構成する材料の排出後に当該排出孔50が、適宜塞がれ得る(好ましくは、緊密に塞がれる)。
その後、上記のようにして形成されたクランクアーム10における内部空洞12が、酸洗浄(当該酸洗浄が少なくとも1つのセンサ38,39を損傷させないことを前提とする)による溶解で金属残差を除去することによって仕上げられ得る。
クランクアーム10は、例えば当該クランクアーム10をサンドブラスト処理にかけること等による、外側表面16のさらなる仕上げサイクルに通され得る。任意で金属部品をクランクアーム10に固定したうえで、製造が終了する。
右側のクランクアームの場合には、例えば少なくとも1つのチェーンリング等が当該右側のクランクアームのスパイダーレッグへと、典型的に接着によって固定される。実際、右側のクランクアームの場合には、図4及び図5に示す符号19を付した剛体の芯材が、芯材18よりも長く、かつ、(完成後のクランクアームの)回転軸心Xの側に、中央穴57および当該穴57の周囲で放射状に延びる突出部58を有する。突出部58は、当該右側のクランクアームにおける対応する数のスパイダーレッグ内部に、当該右側のクランクアームの内部空洞12の延長部を形成し、当該延長部は金属製ブッシュ52の周囲で放射状に延びるものとなる。突出部58の数つまり前記クランクアームのスパイダーレッグの数は、必ずしも図示どおりの4個でなくてもよい。
芯材19の中央領域は、左側のクランクアームの製造に用いられる芯材18の中央領域と類似しており、同様の構成となっている(便宜上、図2及び図3の左側のクランクアームに用いられる芯材18を説明するのに使用したものと同じ符号を付している)。また、有利には、前記電気/電子部品(PCB42、センサ38,39、ケーブル46、および予め組み立てられた計器本体47)も、芯材18について説明したものと同様であり、便宜上同じ符号を付している。
強調すべき点は、上述の製造過程により、PCB42(及び他の電気/電子部品)がクランクアーム10の前記複合材料と共成形されるということ、すなわち、クランクアーム10と当該クランクアーム10内部に既に挿入済みの前記PCBとが一体品として成形されるということである。
つまり、クランクアーム10は当該クランクアーム10の本体部に、PCB42及び場合によっては他の電気/電子部品を一体化させている。具体的に述べると、前記クランクアームは当該クランクアームの本体部に、ウェークユニット1000を一体化させている。
よって、有利なことに、PCB42およびウェークユニット1000は、クランクアーム10を形成する前記複合材料中に封入されて、当該複合材料により衝撃、水、泥、及び大気中物質から極めて良好に保護される。
前記クランクアーム内に収められる前記電気/電子部品は(任意で適宜保護された状態で)、成形過程の圧力・温度プロファイルに耐える(熱可塑性高分子素材を含む複合材料の場合よりも熱硬化性高分子素材を含む複合材料の場合において重要となる)と共に、酸洗浄が実行される場合には当該酸洗浄に耐えるものであるのが望ましい。
このような条件に耐えることのできない部品(特には、バッテリ電源ユニット)は、クランクアーム10の単に成形後に、当該クランクアーム10に機械的に連結されて且つ共成形済みの部品に電気的に接続される(任意で、前記部品は、孔50又は他の適切な孔を介して空洞12へと挿入されたり前記クランクアームの外側表面16へと固定されたりする)。
強調すべき点は、センサ38,39(又は当該センサ38,39の一部)も、クランクアーム10の成形後に連結される(特には、クランクアーム10の外側表面16に固定される)ものとされてよいということである。
あるいは、芯材18は、成形が終わった後も完成品のクランクアーム10内部に着座した状態で保持されるように適宜構成及び形成することも可能である。この場合の芯材も、内部空洞のようなものをいずれにせよ形成する。本明細書および特許請求の範囲において、内部空洞12という用語は、クランクアーム10の外殻又は外皮を形成する前記複合材料における空洞を指すものとする。
完成後のクランクアーム内に留まる芯材は、例えば高密度ポリプロピレン、硬化した複合材料(クランクアーム10の外殻を形成する複合材料と同じものであっても同じものでなくてもよい)等のような極めて軽量な材料で提供され得るか、あるいは、完成後のクランクアーム内においてセンサ38,39が確実に正確に位置決めされているようにする適切な構成及び剛性を有する枠体の形態で提供され得る。
図4及び図5の右側のクランクアームを製造する過程は、芯材19に適宜巻かれる複合材料のプライ60の形状や数、当該芯材19の中央穴57、および当該芯材19の突出部58の違いを除けば、前述したものと実質的に同じである。
好ましくは、PCB42には、成形前に保護が設けられる。前記保護は、例えば、熱硬化性エポキシ樹脂(好ましくは、2成分のもの)に基づく高分子材料からなる。
このような材料からなる前記保護は、衝撃(一般には機械応力、特には高い成形圧力)に対する高い抵抗力に加えて、高い成形温度および芯材18,19の融点に対する耐性を確実にする。
前記保護により、有利なことに、前記電気/電子部品が曝される圧力および/または温度が重大でないレベルにまで下げられる。
前記保護は、さらに、適切な電気絶縁性を確実にする。これは、空洞12内に水が浸入した場合に有益となり得る。
有利には、前記保護は、さらに、薬品(特には、製造過程の洗浄酸浴)の適切な不浸透性および耐性を確実にする。
有利には、PCB42をエポキシ樹脂の前記保護で覆うのに、芯材18,19が使用される(ただし、必須ではない)。PCB42は、芯材18,19の凹所40へと、前記電気/電子部品を保持する側の表面が当該芯材18,19側(すなわち、凹所40側に)向くようにして配置される。次に、流体状態のエポキシ樹脂が、凹所40内のPCB42下側へと注入されて前記電気/電子部品と当該凹所40下部との間の空いた空間を充填する。また、前記樹脂は、PCB42の挿入前に前記凹所内に挿入されるものとされてもよい。前記樹脂は、その後、部分的に硬化されるか又は硬化できるようにしておくことにより、安定した保護を形成する。
エポキシ樹脂に代えて、PCB42に対する十分な保護を確実にするような類似の又は同様の特性を具備した、例えばメタクリレート、ポリウレタン、アクリル系材料等のような他種の材料(大抵は、高分子)を使用することも可能である。
PCB42の前記電気/電子部品の一部について、それらと前記エポキシ樹脂との間に適切な緩衝エレメント(図示せず)を追加することにより、成形時に伴う機械応力からさらに保護するようにしてもよい。
前記緩衝エレメントの剛性は、前記保護の剛性よりも遥かに小さい。これにより、前記保護の外側から機械的荷重(特には、高い成形圧力で生じる機械的荷重)が加わると、前記緩衝エレメントによって下側の前記電気/電子部品で発生する圧力が分散されて、前記電気/電子部品を取り囲む保護部分へと荷重を放出させる。
前記緩衝エレメントが適用される電気/電子部品は、例えば、加速度計である。加速度計は、可動の微小アーマチュアを備える機械的なアクチュエータに基づいて動作を行うものである場合には、機械的荷重に最も脆弱かつ繊細な部品となる。つまり、加速度計は、成形時に伴う高い圧力によって最も損傷し易い恐れのある部品である。当該高い圧力によってPCB42に小さな歪みが生じる可能性があり、これが加速度計の前記微小アーマチュアの損傷を招く。
前記緩衝エレメントには、シリコーンポリマーが使用される。変形例では、他種の軟質高分子材料(例えば、ポリウレタン等)が使用されてもよい。
中実のクランクアームの場合には、金型外部で前記保護を形成するため、適切な支持体における凹所を利用することも可能である。そして、保護済みのPCB42が複合材料の層で覆われてから金型に挿入されるか、あるいは、保護済みのPCB42が金型キャビティに挿入されてから層状でない複合材料で一体化される。最後に、PCB42は、クランクアーム10を形成する複合材料及び場合によっては他の部品と共に共成形される。
上記の構成に代えて又は上記の構成に加えて、電気絶縁性の前記保護は、特に前記少なくとも1つの表面が配線および/または電気接続パッドを保持している場合に、絶縁性繊維(好ましくは、ガラス繊維)を含む複合材料の層(特には、少なくとも1つのプライ)を有するものとされ得る。
ガラス繊維の複合材料に代えて、類似の又は同様の特性を具備した、例えば熱可塑性繊維(例えば、ナイロンベースの繊維、Dyneema(登録商標)タイプの繊維等)、玄武岩ベースの鉱物繊維、アラミド繊維、Zylon(登録商標)等のような他種の電気絶縁性材料を使用することも可能である。
好ましくは、絶縁性繊維を含む前記複合材料は、自転車部品の複合材料の高分子マトリクスと重合又は硬化の圧力・温度プロファイルが同等又は少なくとも匹敵する高分子マトリクスを含む。
前記プリント回路基板の前記少なくとも1つの第1の表面が少なくとも1つの電気/電子部品を保持している場合、保護を設ける過程は、前述した保護に代えて又は前述した保護に加えて、その少なくとも1つの電気/電子部品を含む当該少なくとも1つの第1の表面をカバー又は枠体で覆う副過程を含むものとされ得る。
前記クランクアームの横断面は、前記プリント回路基板を含む領域のみが中空で且つ他の領域が中実とされてもよく、前記プリント回路基板を含む領域のみが中実で且つ他の領域が中空とされてもよい。
変形例では、前記クランクアームが金属材料からなるものとされ得て、かつ、前記トルクメータ、パワーメータ又は他の電気/電子システムの部品とウェークユニット1000とが、適切な筐体に入れられて当該クランクアームの外側に固定され得るか又は当該クランクアームに適宜形成された空洞もしくは凹所で(場合によっては、後からカバー又は密封材料により緊密に閉塞されて)収容され得る。
図6は、ウェークユニット1000が設けられた電気/電子システムのブロック図である。図示の場合の電気/電子システムは、本発明の第1の実施形態における、自転車のクランクアームに組み込まれたパワーメータ100である。
パワーメータ100は、バッテリ電源ユニット102、およびバッテリ電源ユニット102により給電される電気/電子部品104を具備している。電気/電子部品104は、プロセッサ106を含む。
電気/電子部品104は、応力/歪み検出器108を含む。具体的に述べると、応力/歪み検出器108は、少なくとも1つの歪みゲージ及び関係する読出し制御部(まとめて、符号110を付している)、ならびにAD変換器112を有している。好ましくは、歪みゲージ110は、電気抵抗歪みゲージである。歪みゲージ110は、前記クランクアームが中実であるか中空であるかにかかわらず、前記クランクアームの外側表面に取り付けられ得る。
あるいは、前記クランクアームが、少なくとも1つの空洞(及び当該空洞周囲に延在する、高分子マトリクス内に組み込まれた構造繊維を含む複合材料の外殻)を有し得て、かつ、歪みゲージ110が、その空洞の内側表面(前記外殻の内側表面)に取り付けられ得る。
あるいは、複合材料からなる前記クランクアームが、芯材(及び当該芯材周囲に延在する、高分子マトリクス内に組み込まれた構造繊維を含む複合材料からなる外殻)を有し得て、かつ、歪みゲージ110が、これら芯材と複合材料との間(これら芯材と外殻との間)に配置され得る。
芯材や空洞を設ける代わりに、前記歪みゲージ110の両面を複合材料と接するものとしてもよい。この場合の前記クランクアームの横断面は少なくとも、前記歪みゲージ110を含む領域において中実となる。
好ましい一実施形態では、歪みゲージ110は、複合材料からなる中空のクランクアーム10内に図2~図5のセンサ38のように配置されている。
任意で、応力/歪み検出器108は、さらに、少なくとも1つの温度センサ及び関係する読出し制御部(まとめて、符号114を付している)、ならびに第2のAD変換器116を有している。
プロセッサ106は、応力/歪み検出器108からの(具体的には、AD変換器112からの)出力から得られる力と前記クランクアームの既知の長さとに基づいて、運転者が前記クランクアームに加える踏み込みトルクの測定値を導き出す。
力の測定値は、温度変化で生じた前記歪みゲージの見かけの変形を考慮に入れるために、応力/歪み検出器108により(具体的には、第2のAD変換器116により)供給された温度測定値に基づいて適宜補正され得る。
応力/歪み検出器108の詳細については、その具体的な構造が本発明の範囲外であり且ついずれにせよ当業者の能力の範疇であることから説明を省く。
また、以降では簡略化のために、温度センサ及び関係する読出し制御部114ならびに第2のAD変換器116については言及せず、それらが歪みゲージ及び関係する読出し制御部110ならびにAD変換器112として好適に取り扱われるものとして考える。
電気/電子部品104は、加速度計118を含む。加速度計118の動作は、様々な物理的原理に基づいたものがあり得る。加速度計118は、例えば、圧電効果、ピエゾ抵抗効果又は静電容量効果を利用するものであったり、渦電流を測定するものであったりし得る。加速度計118は、極めて小型のもので、MEMSタイプの加速度計の場合にはマイクロメートルオーダーのもの、さらには、NEMSタイプの加速度計の場合にはナノメートルオーダーのものであり得る。
プロセッサ106は、周知であるため本明細書では詳細に説明しない適切なアルゴリズムによって加速度計118の出力を経時的に分析することにより、当該プロセッサ106と加速度計118との組合せによって前記クランクアームの回転速度又はペダリングケイデンスのセンサを実現するように構成されている。簡単に述べると、加速度計118の出力を分析する前記アルゴリズムは、当該加速度計の出力信号をフィルタリング処理することによって特定の正弦波形を探し出し、前記クランクアームの一回転に相当する当該正弦波形の周期を算出する。単位時間当たりの回転の数から、回転ケイデンスが得られる。
プロセッサ106は、さらに、踏み込みトルクの測定値とケイデンスの測定値とを組み合わせて踏み込みパワーの測定値を出力するように構成されている。
極めて有利なことに、本実施形態の加速度計118は、図7~図9についての下記の説明から分かるようにウェークユニット1000の役割も果たす。
電気/電子部品104は、トルクの測定値および/またはパワーの測定値(場合によっては、さらに、ケイデンスの測定値)を前記クランクアーム外部のプロセッサに通信する通信装置120(好ましくは、無線部120)を含む。当該通信装置は、例えばプロセッサ106のファームウェアやソフトウェアのコンフィギュレーションや更新等といった、前記クランクアームと外部との間での任意の他の通信にも用いられ得る。
図7は、ウェークユニット1000が設けられたパワーメータ100の、第1の実施形態における動作に関するフローチャート200である。具体的に述べると、このフローチャートは、プロセッサ106で実行されるプログラムを表している。
ブロック202では、プロセッサ106がウェークモードに入る。ブロック202の最初の実行は、例えば、前記クランクアームへのバッテリ電源ユニット102の挿入によって引き起こされ得るか、あるいは、図示しないオン/オフスイッチをオンにすることによって引き起こされ得る。
次に、ブロック204では、プロセッサ106が付属電子部をオンにする。具体的に述べると、AD変換器112、歪みゲージ及び関係する読出し制御部110、ならびに無線部120がオンにされる。ブロック204では、さらに、プロセッサ106が加速度計118/ウェークユニット1000を通常動作モードにする。つまり、これらの構成要素は、バッテリ102からの電気エネルギーを消費する通常動作モードに入り、パワー検出器100が、即応可能かつ完全に動作可能な状態となる。
加速度計118/ウェークユニット1000は、通常動作モードであるとき、比較的高い精度および比較的高いサンプリング周波数(例えば、12ビット400Hz)を有する。
次に、ブロック206では、プロセッサ106が加速度計118/ウェークユニット1000の出力を分析することにより、踏み込みパワーを算出する目的に用いられる前記クランクアームの回転ケイデンスを、前述した既知の様式によって導き出す。本発明における加速度計118/ウェークユニット1000の出力は、さらに、加速(特には、前記クランクアームの振動)が生じているか否か及び前記クランクアームの回転が生じているか否かを特定するために分析される。これにより、後述するようなウェークユニット1000の推定使用検出器及び実際使用検出器を実現する。
ブロック208では、プロセッサ106が、加速度計118の出力を分析するブロック206のステップで検出された前記クランクアームの前回の回転からの、経過時間「time」を算出する。
ブロック210において、プロセッサ106は、加速度計118/ウェークユニット1000の出力が前記前回の回転以降の前記クランクアームの別の回転の検出を示唆しているか否か、すなわち、加速度計118/ウェークユニット1000の出力の形状が正弦波の周期を作り出したか否かを確認する。
確認結果が肯定の場合、すなわち、前記プロセッサが新たな回転を検出した場合、ブロック212において当該プロセッサ106は、時間「time」が最小閾値MinRotat以上であるか否かを確認する。ブロック212の確認結果が否定である場合、パワーメータ100により用いられるケイデンスデータを更新することなく、前記加速度計の出力を分析するというブロック206へと実行が戻る。このような確認では、短過ぎる時間「time」、すなわち、短過ぎる正弦波の期間は、前記クランクアームの実際の回転ではなく、当該クランクアームの所与の角度位置辺りの振動に相当すると見なされる。よって、この場合の加速度計118/ウェークユニット1000の信号は、自転車(特には、前記クランクアーム)の、実際の使用ではなく推定使用を示唆していることになる。つまり、この文脈において加速度計118/ウェークユニット1000は、ウェークユニット1000の、推定使用検出器としての特定の役割を果たしている。最小閾値MinRotatは、例えば250ミリ秒とされ得る。
反対に、ブロック212の確認結果が肯定である場合には、正弦波の期間が前記クランクアームの回転を実際に示唆しているので、ブロック214において前記プロセッサが、時間「time」を記憶して前記クランクアームの回転に関するデータを更新した後、加速度計118/ウェークユニット1000の出力を分析するというブロック206へと戻る。すなわち、ブロック208の次の実行における時間「time」は、時間「time」のこの更新後の数値からの経過時間として算出される。よって、この場合の加速度計118/ウェークユニット1000の信号は、自転車の実際の使用(特には、ペダル動作時の前記クランクアームの回転)を示唆している。つまり、この文脈において加速度計118/ウェークユニット1000は、ウェークユニット1000の、実際使用検出器としての特定の役割を果たしている。加速度計118は、さらに、パワーメータ100のケイデンス検出器としての役割も完全に果たす。
ブロック214で更新された、回転に関するデータは、外部プロセッサに直接送信されてもよく、プロセッサ106によって一時的に記憶されて(任意で、当該データの平均値、最小値及び最大値を取得してから)後で送信されるものとされてもよい。
ブロック210の確認結果が否定である場合、すなわち、加速度計118/ウェークユニット1000の出力が前記クランクアームの新たな回転を示唆していない場合、ブロック216において前記プロセッサは、前回検出された回転からの経過時間「time」が、最小ケイデンスに対応する最大回転時間MaxRotatにより与えられる閾値以上であるか否かを確認する。
ブロック216での確認結果が否定である場合には、加速度計118/ウェークユニット1000の出力を分析するブロック206へと実行が戻り、プロセッサ106は、単にクランクアーム回転イベントを待つことになる。自転車の通常使用中、運転者が実際にペダルを漕いでいるときには、回転が終わるのをプロセッサ106が待つことになる。ブロック206,208,210,216のステップの繰り返しのシーケンスは、例えばケイデンス60rpmに相当する1秒間続き得る。
ブロック216での確認結果が肯定である場合、ブロック218において前記プロセッサは、前回検出された回転からの経過時間「time」がスリープ時間SleepTimeにより与えられる別の閾値以下であるか否かを確認する。
時間「time」が最小ケイデンスに対応する最大回転時間MaxRotatよりも長いがスリープ時間SleepTimeよりは短いものである場合(ブロック218からの出力はNo)、ブロック220においてプロセッサ106は、前記クランクアームが一時的に静止していると判断してパワーデータをそれに応じて更新する。このようにして、プロセッサ106は、自転車の通常使用中であっても前記クランクアームが回転していない瞬間(例えば、信号機、下り坂走行、減速等)があることを考慮に入れる。最大回転時間MaxRotatの数値は、例えば、ケイデンス20rpmに相当する3秒とされる。
反対に、ブロック218において前回検出された回転からの経過時間「time」がスリープ時間SleepTimeを超えたとプロセッサ106が確認した場合、当該プロセッサ106は、運転者が自転車を使うのを止めたか又はいずれにせよペダルを漕いでいないと判断する。スリープ時間SleepTimeの好適な数値は、例えば2~5分である。
この場合、ブロック222においてプロセッサ106は、歪みゲージ110、AD変換器112及び無線部120を含む前記付属電子部をオフにする。プロセッサ106は、さらに、加速度計118/ウェークユニット1000を低電力動作モードにする。このようなモードの加速度計118/ウェークユニット1000は、比較的低い精度および比較的低いサンプリング周波数(例えば、8ビット20Hz)を有する。この低電力動作モードは、ウェークユニット1000の役割を果たすのに十分適している一方で、パワーメータ100のケイデンス計としての役割には適していない。
そして、ブロック224においてプロセッサ106は、スタンバイモードに入る。その結果、パワーメータ100の電気消費が最小限にまで抑えられ、バッテリ102の充電量が有利なことに維持される。
ブロック226では、プロセッサ106が、ウェーク信号を受け取ってブロック202の動作モードへと復帰する。
有利には、前記ウェーク信号は、加速度計118/ウェークユニット1000が閾値又は最小加速度MinAccel以上の加速度を当該加速度計118の軸のうちの一つに沿って検出した場合に当該加速度計118/ウェークユニット1000により生成される、割込み信号によって与えられる。好ましくは、この軸は、前記クランクアームの回転軸心を基準とした回転の接線方向(図1に示す幅方向G)に延びる、当該クランクアームの長手軸心と直交した軸である。なお、低電力モードにおいても加速度計118/ウェークユニット1000は、前記割込み信号を提供し、自転車の推定使用検出器として機能することが可能である。
強調すべき点は、2軸加速度計又は3軸加速度計の場合、一つの軸(図1に示すクランクアーム10の幅方向Gに延びる軸)を用いて回転ケイデンスを検出する(したがって、パワーメータ100のケイデンス計の役割を主に果たす)一方で、別の軸(特には、図1に示すクランクアーム10の長さ方向Lに延びる軸、さらには、厚さ方向Sに延びる軸)を用いて振動を検出する(したがって、ウェークユニット1000の役割を主に果たす)ことが可能であるという点である。しかしながら、双方の役割が、同じ軸(図1に示すクランクアーム10の幅方向Gに延びる軸)を用いて実行されるものとされてもよい。
ブロック226で検出される前記ウェーク信号は、図示のものよりも複雑であり得て、具体的に述べると、例えば自転車の搬送中や止まった自転車を車両が通り過ぎるとき等に生じる振動によってパワー検出器100が不必要にウェークされる可能性を防ぐために、最小閾値MinAccelを超える加速度の検出だけでなく前記クランクアームの完全な回転の検出も含み得る。
図8は、ウェークユニット1000が設けられたパワーメータ100の、第2の実施形態における動作に関するフローチャート300である。具体的に述べると、このフローチャート300もプロセッサ106で実行されるプログラムを表しているので、図7のフローチャート200と異なる点についてのみ説明することにする。
ブロック204は、プロセッサ106が加速度計118/ウェークユニット1000を通常動作モードにするのみのブロック304に置き換えられている。強調すべき点は、この通常動作モードが、ウェークユニット1000の推定使用検出器及び実際使用検出器としての(特には、スタンバイモードへの移行を阻止する)役割と、パワーメータ100のケイデンス計の役割との両方を果たすのに完全に適しているということである。
プロセッサ106は、ブロック210において新たな回転を検出してからブロック212において時間「time」が最小閾値MinRotat以上であることを確認した場合に実行されるブロック328でしか、前記付属電子部をオンにしない(特には、AD変換器112、歪みゲージ及び関係する読出し制御部110、ならびに無線部120がオンにされる)。前記付属電子部をオンにするブロック328は、プロセッサ106が時間「time」を記憶して前記クランクアームの回転に関するデータを更新するブロック214よりも先に実行される。
ブロック328は、ブロック212と当該ブロック328との間にあるブロック330で確認するように、前記付属電子部が既にオンである場合には実行されない。
図9は、図8の方法で駆動された場合のパワーメータ100に関する状態遷移図である。
パワー検出器100の動作モード402では、プロセッサ106が動作モードであり、加速度計118/ウェークユニット1000が通常動作モードであり、さらに、前記付属電子部(AD変換器112、歪みゲージ及び関係する読出し制御部110、ならびに無線部120)がオンである。エネルギー消費は最大である。このモードのパワー検出器100は、トルクデータ及びケイデンスデータを集めて(加速度計118/ウェークユニット1000が当該パワー検出器100のケイデンス計の役割も果たす)、任意で当該データを外部プロセッサに送信する。好ましくは、このモードのパワー検出器100は、さらに、ケイデンスが下限MinRotat及び上限MaxRotatにより決まる回転時間範囲に対応する所定のケイデンス範囲外である場合にはトルクデータ及びケイデンスデータを無視する。
パワー検出器100のスタンバイモード404では、プロセッサ106がスタンバイモード又は低電力モードであり、加速度計118/ウェークユニット1000が低電力動作モードであり(当該加速度計118/ウェークユニット1000は、ウェークユニット1000の役割は果たすものの、パワー検出器100のケイデンス検出器の役割は果たさない)、さらに、前記付属電子部(AD変換器112、歪みゲージ及び関係する読出し制御部110、ならびに無線部120)がオフである。エネルギー消費は最小である。
パワー検出器100の一時モード406では、プロセッサ106が動作モードであり、加速度計118/ウェークユニット1000が通常動作モードである(当該加速度計118/ウェークユニット1000は、パワーメータ100のケイデンス計の役割も果たす)のに対し、前記付属電子部(AD変換器112、歪みゲージ及び関係する読出し制御部110、ならびに無線部120)はオフである。エネルギー消費は相当に低い。
動作モード402の状態からスタンバイモード404の状態への遷移を決めるイベント又は信号は、スリープ信号と称され、プロセッサ106による加速度計118/ウェークユニット1000を用いた回転検出がないスリープ時間SleepTimeの経過に該当する。
スタンバイモード404の状態から一時状態406への遷移を決めるイベント又は信号は、ウェーク信号Wakeと称され、加速度計118/ウェークユニット1000により(特には、当該加速度計118/ウェークユニット1000が推定使用検出器として機能し前記クランクアームの加速又は振動を検出した場合に)生成される前記割込み信号に該当する。
一時モード406の状態から動作モード402の状態への遷移を決めるイベント又は信号は、完全ウェーク信号FullWakeと称され、加速度計118/ウェークユニット1000が実際使用検出器としての役割において行う適切なペダリングケイデンスの検出に該当する。強調すべき点は、一時モードにおいても(推定使用検出器としての加速度計118/ウェークユニット1000の役割によって)振動を無視することができ、当該振動によってパワー検出器100が完全動作モード402に入ってしまうのを防止できるという点である。
したがって、本システムは、一時モード406の状態からスタンバイモード404の状態へと移り戻る、すなわち、前記付属電子部をオンにすることなく移り戻ることも可能である。これに係る遷移は、再スリープ414と称され、(加速度計118/ウェークユニット1000による)実際使用信号ではなく推定使用信号の検出に該当する。この状況は、例えば自転車が自動車の自転車キャリアで搬送されて風による応力に曝されたとき等、前記クランクアームの回転を生じずに自転車が移動した/動いた場合に起こる。
完全を期すために、さらに、動作モード402に留まることが、スリープ防止(アンチ・スリープ)416と称され、継続的なペダル動作に該当する。
図7の方法で駆動された場合のパワーメータ100に関する状態遷移図は、(当業者であれば本明細書を読むことで明らかであるが)一時モード406および完全ウェーク信号FullWake412が存在しないように、かつ、ウェークイベント又は信号Wakeがスタンバイモード404の状態から動作モード402の状態への遷移を直接決めるように単純化したものになる。
上記の説明から、トルクメータ又はパワーメータの実施形態では加速度計118が推定使用検出器として機能することが理解できる。
図10は、ウェークユニット1000が設けられた電気/電子システムのブロック図である。図示の場合の電子/電気システムは、本発明の第2の実施形態における、自転車のクランクアームに組み込まれたパワーメータ500である。
パワーメータ500は、加速度計(ここでは符号518を付している)とは別に推定使用検出器522を備えている点で、図6のパワーメータ100と異なる。パワーメータ500の他の構成要素には、先の符号に300を足した符号が付されており、バッテリ電源ユニットは502、電気/電子部品は504、プロセッサは506、応力/歪み検出器は508、少なくとも1つの歪みゲージ及び関係する読出し制御部はまとめて510、AD変換器は512、少なくとも1つの温度センサ及び関係する読出し制御部はまとめて514、第2のAD変換器は516、既述の加速度計は518、通信装置(特には、無線部)は520となっている。
この実施形態では、加速度計228とは別に推定使用検出器522が前記クランクアームに完全に組み込まれているので、加速度計の低電力モードを利用しない(加速度計には、このようなモードを持たないものもある)。
推定使用検出器522は、加速度計に代えて振動センサによって実現され得る。加速度計に代わる振動センサは、いわゆる「ボールインケージスイッチ」(すなわち、導電性ケージ内部のボールが動くことで、当該ボールが当該ケージに接触し、回路を完成させて当該スイッチを閉じる)とされる。
振動センサを用いることには、運転者が自転車を使用するや否やウェークイベントを生成するという利点があるものの、「フォールスポジティブ」を引き起こすという欠点がある。このような「フォールスポジティブ」は、加速度計518で前記クランクアームの完全な回転を追加で検出してから(よって、加速度計518は、実際使用検出器として機能する)動作モードへの移行を行うことによって防止することができる。
つまり、この特定の場合において、ウェークユニット1000は、推定使用検出器522と実際使用検出器としての加速度計118との組合せで構成される。
推定使用検出器522は、必ずしも振動センサである必要はない。振動センサの代替となるものは、下記のとおりである:
-傾斜センサ;
-地球の磁場を測定し、例えば自転車の構成品(例えば、ディレイラ等)に対するクランクアームの位置変化等の結果としての当該磁場の摂動を感知するように構成された、自己完結型の(すなわち、磁力計などの外部部品を持たない)磁場センサ;
-クランクアームの運動状態や静止状態を示す、当該クランクアーム上での風/空気の圧力を測定する気圧計;
-位置および/または回転センサ(例えば、ジャイロスコープ等);ならびに
-力および/または圧力および/または機械応力センサ(例えば、クランクアームに対する運転者の押圧を感知するセンサ等)(具体的に述べると、このようなセンサは、有利なことに、パワーメータ500としての歪みゲージ510を用いることができる。ただし、AD変換器512よりも消費が少ないポテンショメータに接続することで実現される)。
上記の各種類のセンサは、複数設けられていてもよい。
ここで強調すべき点は、上記の検出器の少なくとも一部(特には、磁場センサ、位置センサ、ならびに力および/または圧力および/または機械応力センサ)が前記クランクアームの実際使用検出器としても有用であるということである。この点は、図14との関連で後述する。
図11は、ウェークユニット1000が設けられたパワーメータ500の、当該パワーメータ500の第1の実施形態における動作に関するフローチャート600である。このフローチャートもプロセッサ506で実行されるプログラムを表しているので、図7のフローチャート200と異なる点についてのみ説明することにする。
ブロック204は、プロセッサ506が前記付属電子部をオンにして(特には、AD変換器512、歪みゲージ及び関係する読出し制御部510、ならびに無線部520がオンにされる)且つ加速度計518を通常動作モードにするのに加えて、当該プロセッサ506が推定使用検出器522をオンにする(例えば、パワー検出器500がスイッチによって又はバッテリ電源ユニット502の挿入によってオンにされる最初のとき等に該当)か又は推定使用検出器522をオンのまま維持するというブロック604に置き換えられている。
ブロック222は、このときのプロセッサ106が加速度計118をオフにし且つ前記付属電子部(歪みゲージ510、AD変換器512、および無線部520)をオフにする一方で、推定使用検出器522をオンのまま維持するというブロック622に置き換えられている。
よって、プロセッサ506がブロック224においてスタンバイに入った後も、推定使用検出器522のみがオンのまま維持される。結果的に、パワーメータ500の電気消費は最小限にまで抑えられ、バッテリ1502の充電量が有利なことに維持される。
ブロック226は、プロセッサ506がウェークユニット1000の推定使用検出器522により提供されたウェーク信号を受け取り次第ブロック202の動作モードへと復帰するというブロック626に置き換えられている。
この場合においても、ブロック626で検出される前記ウェーク信号は、より複雑である可能性があり、具体的に述べると、パワー検出器500が前記推定使用検出器の誤駆動でオンにされてしまうのを防ぐために、当該推定使用検出器522により行われる信号の検出だけでなく(特には、加速度計518により行われる)前記クランクアームの完全な回転の検出も含み得る。
いずれにせよ、加速度計518は、パワーメータ500のケイデンス検出器としての役割を当然果たすのに加えて、前記クランクアームの回転を検出する限り本システムを動作モードに維持するという実際使用検出器として用いられることから、ウェークユニット1000の一部を形成している。
図12は、パワーメータ500の、当該パワーメータ500の第2の実施形態における動作に関するフローチャート700である。このフローチャート700もプロセッサ506で実行されるプログラムを表しているので、ここでは図11のフローチャート600と異なる点についてのみ説明する。具体的に述べると、その相違点は、図8のフローチャート300と図7のフローチャート200との相違点と同じである。
ブロック604は、プロセッサ506が加速度計518を通常動作モードにし且つ推定使用検出器522をオンにするか又はオンのまま維持するのみのブロック704に置き換えられている。
プロセッサ506は、ブロック210において新たな回転を検出してからブロック212において時間「time」が最小閾値MinRotat以上であることを確認した場合に実行されるブロック728でしか、前記付属電子部をオンにしない(特には、AD変換器512、歪みゲージ及び関係する読出し制御部510、ならびに無線部520がオンにされる)。付属電子部をオンにするブロック728は、プロセッサ506が時間「time」を記憶して前記クランクアームの回転に関するデータを更新するブロック214よりも先に実行される。
ブロック728は、ブロック212と当該ブロック728との間にあるブロック730で確認するように、前記付属電子部が既にオンである場合には実行されない。
図13は、図12の方法で駆動された場合のパワーメータ500に関する状態遷移図である。
パワー検出器500の動作モード802では、プロセッサ506が動作モードであり、前記加速度計が(通常又は唯一の)動作モードであり、さらに、前記付属電子部(AD変換器512、歪みゲージ及び関係する読出し制御部510、ならびに無線部520)がオンである。さらには、推定使用検出器522もオンである。エネルギー消費は最大である。このモードのパワー検出器500は、トルクデータ及びケイデンスデータを集めて、任意で当該データを外部プロセッサに送信する(加速度計518が当該パワーメータ100のケイデンス計としての役割を果たす)。好ましくは、このモードのパワー検出器500は、さらに、ケイデンスが下限MinRotat及び上限MaxRotatにより決まる回転時間範囲に対応する所定のケイデンス範囲外である場合にはトルクデータ及びケイデンスデータを無視する。前述したように、加速度計518は、前記クランクアームの回転を検出する限り本システムを動作モードに維持するという、ウェークユニット1000の実際使用検出器としての役割も果たす。
パワー検出器500のスタンバイモード804では、プロセッサ506がスタンバイモード又は低電力モードであり、加速度計518がオフであり、さらに、前記付属電子部(AD変換器512、歪みゲージ及び関係する読出し制御部510、ならびに無線部520)がオフである。推定使用検出器522のみがオンである。エネルギー消費は最小である。
パワー検出器500の一時モード806では、プロセッサ506が動作モードであり、加速度計518が(通常又は唯一の)動作モードであるのに対し、前記付属電子部(AD変換器112、歪みゲージ及び関係する読出し制御部110、ならびに無線部120)はオフである。また、推定使用検出部522はオンである。エネルギー消費は相当に低い。
動作モード802の状態からスタンバイモード804の状態への遷移を決めるイベント又は信号は、スリープ信号と称され、プロセッサ506による(ウェークユニット1000の実際使用検出器の役割としての)加速度計518を用いた回転検出がないスリープ時間SleepTimeの経過に該当する。
スタンバイモード804の状態から一時状態806への遷移を決めるイベント又は信号は、ウェーク信号Wakeと称され、ウェークユニット1000の推定使用検出器522の出力信号に該当する。
一時モード806の状態から動作モード802の状態への遷移を決めるイベント又は信号は、完全ウェーク信号FullWakeと称され、加速度計518が実際使用検出器としての役割において行う適切なペダリングケイデンスの検出に該当する。強調すべき点は、一時モード806においても、運転者が実際には自転車を使用していない状況下では推定使用検出器522により検出された振動や他の運動を無視することができ、当該振動や他の運動によってパワー検出器100が不必要に完全動作モード402に入ってしまうのを防止できるという点である。
したがって、本システムは、一時モード806の状態からスタンバイモード804の状態へと移り戻る、すなわち、前記付属電子部をオンにすることなく移り戻ることも可能である。これに係る遷移は、再スリープ814と称され、ウェークユニット1000の一部としての役割の加速度計518による実際使用信号ではなく推定使用検出器522による推定使用信号の検出に該当する。この状況は、例えば自転車が車の自転車キャリアで搬送されて風による応力に曝されたとき等、前記クランクアームの回転を生じずに自転車が移動した/動いた場合に起こる。
完全を期すために、さらに、動作モード802に留まることが、スリープ防止816と称され、継続的なペダル動作に該当する。
図11の方法で駆動された場合のパワーメータ500に関する状態遷移図は、(当業者であれば本明細書を読むことで明らかであるが)一時モード806および完全ウェーク信号FullWake812が存在しないように、かつ、ウェークイベント又は信号Wakeがスタンバイモード804の状態から動作モード802の状態への遷移を直接決めるように単純化したものになる。
図14は、ウェークユニット1000が設けられた電気/電子システムのブロック図である。図示の場合の電気/電子システムは、本発明の第3の実施形態における、自転車のクランクアームに組み込まれたトルクメータ又はパワーメータ900を表している。具体的に述べると、当該電気/電子システムは、同図の符号918を付した加速度計が存在している場合にはパワーメータに関する。反対に、当該電気/電子システムは、加速度計918が存在していない場合にはトルクメータに関する。
パワーメータ900は、加速度計918(ただし、この加速度計918存在している場合)とは別に推定使用検出器922を備えているだけでなく、加速度計918(ただし、この加速度計918存在している場合)とは別に実際使用検出器924も備えている点で、図10のパワーメータ500と異なる。つまり、加速度計918(ただし、この加速度計918存在している場合)はウェークユニット1000の一部でない。
トルクメータ又はパワーメータ900の他の構成要素には、先の符号に400を足した符号が付されており、バッテリ電源ユニットは902、電気/電子部品は904、プロセッサは906、応力/歪み検出器は908、少なくとも1つの歪みゲージ及び関係する読出し制御部はまとめて910、AD変換器は912、少なくとも1つの温度センサ及び関係する読出し制御部はまとめて914、第2のAD変換器は916、既述の加速度計は918、通信装置(特には、無線部)は920となっている。
この実施形態では、ウェークユニット1000全体が加速度計918とは別に設けられて前記クランクアームに完全に組み込まれているので、その加速度計の低電力モードを利用せず(加速度計には、このようなモードを持たないものもある)、場合によっては、その加速度計がそもそも設けられていなくてもよい。
推定使用検出器922は、推定使用検出器522との関連でリストアップした任意の装置、さらには、このような機能に特化した第2の(又は唯一の)加速度計から構成されてもよい。
実際使用検出器924は、(前述したように)磁場センサ、位置センサ、あるいは、力および/または圧力および/または機械応力センサから構成され得る。しかし、原則的には、この場合に傾斜センサや別の加速度計を使用することも可能である。
電気/電子システム900の動作は、当業者であれば本明細書に照らして明白である。
基本的には、ここでも推定使用検出器922の出力信号が、図11及び図12のブロック626と全く同様のブロックにおいて、スタンバイモード(図11及び図12のブロック224を参照のこと)から動作モード(図11及び図12のブロック202を参照のこと)への移行を決める。
実際使用検出器924の出力信号は、前記クランクアームの回転又は前記クランクアームの応力状態がペダル動作によるものなのか前述した他の状況によるものなのかを再確認するものであるから、完全ウェーク(図13の信号812と同様の完全ウェーク信号)の目的にも前記動作モード維持(図13の信号816と同様のスリープ防止信号)の目的にも利用される(つまり、図11及び図12のブロック210を汎用化したものである)。さらに、前記クランクアームの回転情報がいずれにせよ実際使用検出器924又は加速度計918(ただし、この加速度計918が存在している場合)により与えられた場合には、ここでも、トルクメータ又はパワーメータ900のデータを集めること(図11及び図12のブロック214を参照のこと)、および場合によっては前記付属電子部をオンにすること(図12のブロック728を参照のこと)を、ペダリングケイデンスが図11及び図12のブロック212の回転時間MinRotat及びブロック216の回転時間MaxRotatにより決まる前記所定のケイデンス範囲内であるという評価に従わせることができるのも明らかである。
各実施形態では、前記付属電子部(歪みゲージ110,510,910、AD変換器112,512,912、および無線部120,520,920)の構成要素同士を常に同様に取り扱ってきたが、これは厳密には必須でない。具体的に述べると、図8及び図12の場合において、最も消費が大きい無線部120,520のみをオンへの待機とすることも可能である。
各実施形態では、前記パワーメータが、トルクメータに置き換えられてもよく、追加でトルクメータとして機能するものとされてもよく、ケイデンス計としてのみ機能するものとされてもよい。
また、当業者であれば、パワーメータ100,500,900が、クランクアームに設けられることのできる電気/電子システムを代表したものであることを理解するであろう。
再度強調したい点は、他の実施形態では、ウェークユニット1000が前記推定使用検出器及び前記実際使用検出器のうちの一方のみを含むものとされてもよいということである。加速度計が設けられたパワーメータの場合には、前記推定使用検出器及び前記実際使用検出器(ただし、これらの両方が設けられている場合)のそれぞれが、前記加速度計とは別のものとされてもよく、あるいは、前記加速度計自体で(前述したように別々の検出軸により)構成されたものとされてもよい。
前記推定使用検出器及び前記実際使用検出器のそれぞれは、リストアップした前記検出装置を2つ以上(例えば、複数の傾斜センサ等)有するものとされてもよい。
強調したい点は、前述したクランクアームが、動作を行うのに当該クランクアーム外部の他のどのような構成品も必要としないので、有利なことに完全に自律しているということである。
また、図2~図5を参照しながら説明した方法で前記クランクアームを製造した場合には、前記電気/電子システムの(例えば、バッテリ電源ユニット102,502,902だけは除く)少なくとも大半の構成要素が、有利なことに当該クランクアームと一体化される。本明細書および特許請求の範囲において「一体化」とは、前記クランクアームが、前記電気/電子システムのうちの当該クランクアーム内部に既に挿入された上記のような構成要素と、一体品として成形されることを指すものとする。
つまり、前記クランクアームと前記電気/電子システムの上記のような大半の構成要素とは、モノリシックな部材を構成している。本明細書および特許請求の範囲において「モノリシック」な部材とは、互いに継ぎ合わされた部品から構成される一方で、これらを互いに切り離すには当該部品のうちの少なくとも1つを損傷せざるを得ない、複雑な構造体も指すものとする。
これまでに、発明態様の様々な実施形態を説明してきたが、本発明の範囲から逸脱しない範囲でさらなる変更が施されてもよい。各種構成要素の形状および/または寸法および/または位置および/または向きおよび/または各種過程(ステップ)の順序が変更されてもよい。一つの構成要素又はモジュールの機能が、複数の構成要素又はモジュールによって実行されるものとして変更されてもよいし、その逆も然りである。図面において互いに直接接続または直接接触している構成要素間には、介在する構造が存在していてもよい。図面において互いに直接前後している過程(ステップ)間には、介在する過程(ステップ)が存在していてもよい。また、ある図面に示された詳細および/またはある図面若しくはある実施形態を参照しながら詳述した内容は、別の図面または別の実施形態にも適用可能である。また、同じ図面に示された詳細の全てまたは同じ文脈で説明されている詳細の全てが、必ずしも同じ実施形態内に存在していなければならないわけではない。単独で若しくは他の構成との組合せで従来技術に照らして革新的であることが判明した構成又は態様については、本明細書において革新的であると明示されているものとは別に、それら自体も革新的であると記載されているものと見なされるべきである。
以下、本発明に含まれる態様を記す。
〔態様1〕電気/電子システム(100,500,900)が設けられた、自転車のクランクアーム(10)であって、前記電気/電子システム(100,500,900)が、
バッテリ電源ユニット(102,502,902)、
スタンバイモード(404,804)及び動作モード(402,802)を有するプロセッサ(106,506,906)、ならびに
前記プロセッサ(106,506,906)のためのウェーク信号(210,810)を発するウェークユニット(1000)を具備している、自転車のクランクアーム(10)において、
前記ウェークユニット(1000)が、当該クランクアーム(10)により又は当該クランクアーム(10)内で、完全に支持されていることを特徴とする、クランクアーム(10)。
〔態様2〕態様1に記載のクランクアーム(10)において、前記ウェークユニット(1000)が、自転車の推定使用検出器(118,522,922)を含み、好ましくは、当該推定使用検出器(118,522,922)が:少なくとも1つの振動センサ、特には、少なくとも1つの加速度計又は少なくとも1つの「ボールインケージスイッチ」;少なくとも1つの傾斜センサ;少なくとも1つの自己完結型の磁場センサ;少なくとも1つの気圧計;少なくとも1つの位置および/または運動センサ;ならびに少なくとも1つの力および/または圧力および/または機械応力のセンサ;からなる群から選択されることを特徴とする、クランクアーム(10)。
〔態様3〕態様1または2に記載のクランクアーム(10)において、前記ウェークユニット(1000)が、クランクアームの実際使用検出器(118,518,924)を含み、好ましくは、当該実際使用検出器(118,518,924)が:少なくとも1つの振動センサ、特には、加速度計又は「ボールインケージスイッチ」;少なくとも1つの傾斜センサ;少なくとも1つの自己完結型の磁場センサ;少なくとも1つの気圧計;少なくとも1つの位置および/または運動センサ;ならびに少なくとも1つの力および/または圧力および/または機械応力センサ;からなる群から選択されることを特徴とする、クランクアーム(10)。
〔態様4〕態様2に従属する場合の態様3に記載のクランクアーム(10)において、前記推定使用検出器と前記実際使用検出器とが、前記ウェークユニット(1000)の同一の構成要素(118)により実現されている、クランクアーム(10)。
〔態様5〕態様4に記載のクランクアーム(10)において、前記同一の構成要素(118)が、通常動作モードおよび低電力動作モードを有しており、前記同一の構成要素(118)は、当該通常動作モードでは推定使用検出器(118,922)及び実際使用検出器(118,924)として機能し、当該低電力動作モードでは推定使用検出器として機能する、クランクアーム(10)。
〔態様6〕態様1から5のいずれか一態様に記載のクランクアーム(10)において、前記プロセッサ(106,506,906)が、
-前記動作モードに入った(202)後、前記実際使用検出器をオンにし(604,704)、又は、態様5に従属する場合には前記同一の構成要素(118)を前記通常動作モードにし(204,304)、
-前記スタンバイモードに入る(224)前に、前記実際使用検出器をオフにし(622)、又は、態様5に従属する場合には前記同一の構成要素(118)を前記低電力モードにする(222)ように構成されている、クランクアーム(10)。
〔態様7〕態様1から6のいずれか一態様に記載のクランクアーム(10)において、
通信モジュール(120,520,920)および/または応力/歪み検出器(108,508,908)、
を備え、前記応力/歪み検出器(108,508,908)が、
少なくとも1つの歪みゲージ及び関係する読出し制御部(110,510,910)、ならびに
少なくとも1つのAD変換器(112,512,912)を含み、
前記プロセッサ(106,506,906)が、前記動作モードに入った(202)後、前記通信モジュール(120,520,920)および/または前記応力/歪み検出器(108,508,908)をオンにする(204,328,604,728)ように、かつ、前記スタンバイモードに入る(224)前に、前記通信モジュール(120,520,920)および/または前記応力/歪み検出器(108,508,908)をオフにする(222,622)ように構成されている、クランクアーム(10)。
〔態様8〕態様1から7のいずれか一態様に記載のクランクアーム(10)において、前記プロセッサ(106,506,906)が、当該クランクアーム(10)の回転運動を、好ましくは、実際使用検出器(118,518,924)の出力信号又は前記ウェークユニット(1000)に含まれる前記実際使用検出器(118,518,924)の出力信号に基づいて、検出する(210)ように構成されている、クランクアーム(10)。
〔態様9〕態様8に記載のクランクアーム(10)において、前記プロセッサ(106,506,906)が、第1の閾値よりも長い間、当該クランクアーム(10)の回転運動を検出しなかった場合にスタンバイモードに入る(224)ように構成されている、好ましくは、前記プロセッサ(105,506)が、前記第1の閾値(MaxRotat)、及び第2の閾値(SleepTime)であって、当該第1の閾値(MaxRotat)よりも大きい第2の閾値(SleepTime)よりも長い間、当該クランクアーム(10)の回転運動を検出しなかった(216,218)場合にスタンバイモードに入る(224)ように構成されており、かつ/あるいは、
前記プロセッサ(106,506,906)が、第1の閾値(MaxRotat)よりも長いが前記第2の閾値(SleepTime)よりは短い間、当該クランクアーム(10)の回転運動を検出しなかった場合に動作モードに留まるように構成されている、クランクアーム(10)。
〔態様10〕態様8または9に記載のクランクアーム(10)において、前記プロセッサ(106,506,906)が、当該クランクアーム(10)の回転運動を、所定の最大ケイデンスよりも大きいケイデンスで、又は、所定の最小回転運動時間(MinRotat)よりも短い回転運動時間で検出した場合、ケイデンスデータ、トルクデータ又はパワーデータを無視するように構成されている、クランクアーム(10)。
〔態様11〕態様7、または態様7に従属する場合の態様8から10のいずれか一態様に記載のクランクアーム(10)において、前記プロセッサ(106,506,906)が、当該クランクアーム(10)の回転運動を、所定の最大ケイデンスを下回るケイデンスで、又は、所定の最小運動時間(MinRotat)よりも長い回転運動時間で検出した場合に、前記通信モジュール(120,520,920)および/または前記応力/歪み検出器(108,508,908)をオンにする(204,328,604,728)ように構成されている、クランクアーム(10)。
〔態様12〕態様1から11のいずれか一態様に記載のクランクアーム(10)において、前記プロセッサ(106)の前記ウェーク信号が、推定使用検出器(118,522,922)により生成される又は前記ウェークユニット(1000)に含まれる前記推定使用検出器(118,522,922)により生成される、好ましくは当該推定使用検出器(118,522,922)が所定の最小運動閾値(MinAccel)を上回る運動を検出した場合に、当該推定使用検出器(118,522,922)により生成される、割込み信号を含むことを特徴とする、クランクアーム(10)。
〔態様13〕態様1から12のいずれか一態様に記載のクランクアーム(10)において、当該クランクアーム(10)が加速度計(118,518)を備え、前記プロセッサ(106,506,906)が、当該加速度計(118)の出力信号に基づいて当該クランクアーム(10)の回転ケイデンスを測定するように構成されており、好ましくは、前記ウェークユニット(1000)が前記加速度計(118)を含み、前記プロセッサ(106)の前記ウェーク信号は、当該加速度計(118)が所定の加速度閾値(MinAccel)を上回る加速度を当該加速度計(118)の少なくとも1つの軸に沿って検出した場合に当該加速度計(118)により生成される割込み信号で与えられる、クランクアーム(10)。
〔態様14〕態様13に記載のクランクアーム(10)において、前記ウェークユニット(1000)が、前記加速度計(118)の出力信号に基づいて、動作モード(402)とスタンバイモード(404)と場合によっては一時モード(406)との間における、前記電気/電子システム(100)の状態(408,410,414,416)の移行を制御する、クランクアーム(10)。
〔態様15〕態様1から14のいずれか一態様に記載のクランクアーム(10)において、当該クランクアームが、モノリシックであり、かつ、高分子マトリクス内に組み込まれた構造繊維を含む複合材料からなり、当該クランクアームが、前記ウェークユニット(1000)を保持するプリント回路基板(42)と共成形されている、クランクアーム(10)。


Claims (13)

  1. 電気/電子システム(100,500,900)が設けられた、自転車のクランクアーム(10)であって、前記電気/電子システム(100,500,900)が、
    バッテリ電源ユニット(102,502,902)、
    スタンバイモード(404,804)及び動作モード(402,802)を有するプロセッサ(106,506,906)、ならびに
    前記プロセッサ(106,506,906)のためのウェーク信号(210,810)を発するウェークユニット(1000)を具備している、自転車のクランクアーム(10)において、
    前記ウェークユニット(1000)が、当該クランクアーム(10)により又は当該クランクアーム(10)内で、完全に支持されており、
    前記ウェークユニット(1000)は、前記ウエークユニット(1000)の同一の構成要素(118)により実現されている、自転車の推定使用検出器およびクランクアームの実際使用検出器とを備え、
    前記同一の構成要素(118)が、通常動作モードおよび低電力動作モードを有しており、前記同一の構成要素(118)は、当該通常動作モードでは推定使用検出器(118,922)及び実際使用検出器(118,924)として機能し、当該低電力動作モードでは推定使用検出器として機能することを特徴とする、クランクアーム(10)。
  2. 請求項1に記載のクランクアーム(10)において、前記推定使用検出器(118,522,922)が:少なくとも1つの振動センサ、特には、少なくとも1つの加速度計又は少なくとも1つの「ボールインケージスイッチ」;少なくとも1つの傾斜センサ;少なくとも1つの自己完結型の磁場センサ;少なくとも1つの気圧計;少なくとも1つの位置および/または運動センサ;ならびに少なくとも1つの力および/または圧力および/または機械応力のセンサ;からなる群から選択される、クランクアーム(10)。
  3. 請求項1または2に記載のクランクアーム(10)において、前記クランクアームの
    実際使用検出器(118,518,924)が:少なくとも1つの振動センサ、特には、加速度計又は「ボールインケージスイッチ」;少なくとも1つの傾斜センサ;少なくとも1つの自己完結型の磁場センサ;少なくとも1つの気圧計;少なくとも1つの位置および/または運動センサ;ならびに少なくとも1つの力および/または圧力および/または機械応力センサ;からなる群から選択される、クランクアーム(10)。
  4. 請求項1からのいずれか一項に記載のクランクアーム(10)において、前記プロセッサ(106,506,906)が、
    -前記動作モードに入った(202)後、前記実際使用検出器をオンにし(604,704)、又は、前記同一の構成要素(118)を前記通常動作モードにし(204,304)、
    -前記スタンバイモードに入る(224)前に、前記実際使用検出器をオフにし(622)、又は、前記同一の構成要素(118)を前記低電力動作モードにする(222)
    ように構成されている、クランクアーム(10)。
  5. 請求項1からのいずれか一項に記載のクランクアーム(10)において、
    通信モジュール(120,520,920)および/または応力/歪み検出器(108,508,908)、
    を備え、前記応力/歪み検出器(108,508,908)が、
    少なくとも1つの歪みゲージ及び関係する読出し制御部(110,510,910)、ならびに
    少なくとも1つのAD変換器(112,512,912)を含み、
    前記プロセッサ(106,506,906)が、前記動作モードに入った(202)後、前記通信モジュール(120,520,920)および/または前記応力/歪み検出器(108,508,908)をオンにする(204,328,604,728)ように、かつ、前記スタンバイモードに入る(224)前に、前記通信モジュール(120,520,920)および/または前記応力/歪み検出器(108,508,908)をオフにする(222,622)ように構成されている、クランクアーム(10)。
  6. 請求項1からのいずれか一項に記載のクランクアーム(10)において、前記プロセッサ(106,506,906)が、当該クランクアーム(10)の回転運動を、好ましくは、実際使用検出器(118,518,924)の出力信号又は前記ウェークユニット(1000)に含まれる前記実際使用検出器(118,518,924)の出力信号に基づいて、検出する(210)ように構成されている、クランクアーム(10)。
  7. 請求項に記載のクランクアーム(10)において、前記プロセッサ(106,506,906)が、第1の閾値(MaxRotat)よりも長い間、当該クランクアーム(10)の回転運動を検出しなかった場合にスタンバイモードに入る(224)ように構成されている、好ましくは、前記プロセッサ(10,506)が、前記第1の閾値(MaxRotat)、及び第2の閾値(SleepTime)であって、当該第1の閾値(MaxRotat)よりも大きい第2の閾値(SleepTime)よりも長い間、当該クランクアーム(10)の回転運動を検出しなかった(216,218)場合にスタンバイモードに入る(224)ように構成されており、かつ/あるいは、
    前記プロセッサ(106,506,906)が、第1の閾値(MaxRotat)よりも長いが前記第2の閾値(SleepTime)よりは短い間、当該クランクアーム(10)の回転運動を検出しなかった場合に動作モードに留まるように構成されている、クランクアーム(10)。
  8. 請求項またはに記載のクランクアーム(10)において、前記プロセッサ(106,506,906)が、当該クランクアーム(10)の回転運動を、所定の最大ケイデンスよりも大きいケイデンスで、又は、所定の最小回転運動時間(MinRotat)よりも短い回転運動時間で検出した場合、ケイデンスデータ、トルクデータ又はパワーデータを無視するように構成されている、クランクアーム(10)。
  9. 請求項、または請求項に従属する場合の請求項からのいずれか一項に記載のクランクアーム(10)において、前記プロセッサ(106,506,906)が、当該クランクアーム(10)の回転運動を、所定の最大ケイデンスを下回るケイデンスで、又は、所定の最小運動時間(MinRotat)よりも長い回転運動時間で検出した場合に、前記通信モジュール(120,520,920)および/または前記応力/歪み検出器(108,508,908)をオンにする(204,328,604,728)ように構成されている、クランクアーム(10)。
  10. 請求項1からのいずれか一項に記載のクランクアーム(10)において、前記プロ
    セッサ(106)の前記ウェーク信号が、推定使用検出器(118,522,922)により生成される又は前記ウェークユニット(1000)に含まれる前記推定使用検出器(118,522,922)により生成される、好ましくは当該推定使用検出器(118,522,922)が所定の最小運動閾値(MinAccel)を上回る運動を検出した場合に、当該推定使用検出器(118,522,922)により生成される、割込み信号を含むことを特徴とする、クランクアーム(10)。
  11. 請求項1から10のいずれか一項に記載のクランクアーム(10)において、当該クランクアーム(10)が加速度計(118,518)を備え、前記プロセッサ(106,506,906)が、当該加速度計(118)の出力信号に基づいて当該クランクアーム(10)の回転ケイデンスを測定するように構成されており、好ましくは、前記ウェークユニット(1000)が前記加速度計(118)を含み、前記プロセッサ(106)の前記ウェーク信号は、当該加速度計(118)が所定の加速度閾値(MinAccel)を上回る加速度を当該加速度計(118)の少なくとも1つの軸に沿って検出した場合に当該加速度計(118)により生成される割込み信号で与えられる、クランクアーム(10)。
  12. 請求項11に記載のクランクアーム(10)において、前記ウェークユニット(1000)が、前記加速度計(118)の出力信号に基づいて、動作モード(402)とスタンバイモード(404)と場合によっては一時モード(406)との間における、前記電気/電子システム(100)の状態(408,410,414,416)の移行を制御する、クランクアーム(10)。
  13. 請求項1から12のいずれか一項に記載のクランクアーム(10)において、当該クランクアームが、モノリシックであり、かつ、高分子マトリクス内に組み込まれた構造繊維を含む複合材料からなり、当該クランクアームが、前記ウェークユニット(1000)を保持するプリント回路基板(42)と共成形されている、クランクアーム(10)。
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