TWI503252B - A control device for a sensor for a bicycle, and a control method for a bicycle pickup device - Google Patents

Description

腳踏車用感測器之控制裝置及腳踏車用感測器之控制方法

本發明係關於一種測定根據腳踏車之行走狀態而變化之物理量之感測器之控制裝置、及控制方法。

一般而言，感測器係使用計時器等，以每個特定之時間間隔測定一些物理現象。此點在計測對腳踏車之零件施加之力之裝置中亦相同。

利用感測器以每個特定之時間間隔測定對腳踏車之零件施加之力之情形，為了無論如何之行走狀態皆可獲得充分之測定精度，有必要預先儘可能短地設定測定間隔。因此，根據行走狀態，因進行過量之測定，會導致不期望之電力消耗。

因此，本發明之目的在於提供一種控制裝置及控制方法，其一面抑制電力消耗量，一面以可獲得充分之測定精度之方式控制測定根據腳踏車之行走狀態而變化之物理量之感測器。

用於解決上述課題之控制裝置係安裝於含有旋轉零件之腳踏車上之感測器之控制裝置，根據旋轉零件之旋轉狀態而變更感測器之檢測頻率。

用於解決上述課題之控制方法係安裝於含有旋轉零件之 腳踏車上之感測器之控制方法，根據旋轉零件之旋轉狀態而變更感測器之檢測頻率。

根據本發明，可實現一面抑制電力消耗量，一面以可獲得充分之測定精度之方式控制測定根據腳踏車之行走狀態而變化之物理量之感測器之控制裝置及控制方法。

<第1實施形態>

以下，參照圖式說明本發明之第1實施形態之腳踏車用計測裝置。本實施形態之腳踏車用計測裝置不僅可安裝於藉由騎乘者踩踏踏板而行進之一般之腳踏車，亦可安裝於如健身車之固定之腳踏車上。圖1係顯示本實施形態之腳踏車用計測裝置之概略構成之方塊圖。腳踏車用計測裝置1具備控制裝置10、感測器20、及無線電路30。控制裝置10具備檢測部11、及控制部12。感測器20具備感測器裝置21、放大器電路22、A/D轉換電路23、及物理量算出部24。

控制裝置10根據腳踏車之旋轉零件之旋轉狀態，變更安裝於腳踏車上之感測器20之檢測頻率。該旋轉零件包含車輪、曲柄、輪轂、鏈輪、滑輪、及踏板之任一者。曲柄包含曲柄軸及設置於曲柄軸之兩端之一對曲柄臂。

感測器20基於由控制裝置10予以變更之檢測頻率，計測根據腳踏車之行走狀態而變化之物理量。該物理量典型而言係為對旋轉零件施加之轉矩、或上述旋轉零件之旋轉所 需之功(功率)，但亦包含鏈條張力、踩踏踏板之力、把手、車架等之扭曲或撓度等之概念。

無線電路30將與以感測器20所計測之物理量相關之資料傳送至未圖示之腳踏車電腦。

檢測部11係利用例如發電機(Dynamo)或速度計之磁性感測器等而實現。檢測部11包含磁鐵111及磁鐵檢測部112。關於檢測部11之詳情將後述。

控制部12根據檢測部11之檢測結果而變更感測器20之檢測頻率。又，在進行感測器20之檢測時，控制部12對感測器20供供電力。控制部12視情況而包含算出感測器20之檢測頻率之運算部。關於控制部12之詳情將後述。

感測器裝置21安裝於作為腳踏車一部分且由騎乘者施力之零件上。所謂由騎乘者施力之零件，有例如曲柄臂、曲柄軸、踏板、底部托架、車架、把手、鞍座等。感測器裝置21典型而言係由應變計形成，但亦可由磁伸縮式元件、位移感測器、及利用流體等之壓力感測器等形成。感測器裝置21利用控制部12之供電而起動，測定騎乘者對該零件施加之力。

放大器電路22放大自感測器裝置21輸出之類比電性信號。A/D轉換電路23將經放大之類比電性信號轉換為數位信號。物理量算出部24自該數位信號算出根據腳踏車之行走狀態而變化之物理量。例如，物理量算出部24可自安裝於後輪轂上之感測器裝置21之輸出而算出對後輪轂施加之轉矩。又，物理量算出部24亦可自安裝於曲柄臂或曲柄軸 上之感測器裝置21之輸出而算出施加於曲柄軸之轉矩。又，物理量算出部24亦可自安裝於底部托架上之感測器20之輸出而算出鏈條張力。又，物理量算出部24亦可自安裝於踏板上之感測器裝置21之輸出而算出對踏板軸施加之力。再者，物理量算出部24亦可從自感測器20之輸出所算出之上述轉矩、鏈條張力或力，算出騎乘者踩踏腳踏車之功、及後輪輸出之功。

圖2係利用發電機實現之檢測部11之一例。該發電機係如輪轂發電機之安裝於旋轉零件之旋轉軸上之發電機。圖2係將該發電機自旋轉軸方向而視之剖面圖。

於發電機之中央，設有內部具有發電線圈之定子113。定子113相當於圖1之磁鐵檢測部112。定子113於繞旋轉軸線之周圍具有複數個1對之磁極片113a、113b。一方之磁極片113a係以嵌入對置之其他2個磁極片113b之間之方式形成，且於繞旋轉軸線之圓周方向交替設有磁極片113a及磁極片113b。

於定子113之外部，設有轉子114。轉子114係由環狀之偏轉線圈114a及固著於偏轉線圈114a之內周面之磁鐵114b所構成。磁鐵114b相當於圖1之磁鐵111。在圖2中，雖固著有4個磁鐵114b，但根據發電機，亦可固著有不同數量之磁鐵114b。各磁鐵114b在圓周方向交替具有N極及S極。圖2係顯示各磁鐵合併N極與S極而形成8極之例，在轉子1周長中形成有32極。另，轉子1周長大小之極數並非限定於32極。但，有必要為控制部12可充分獲得感測器20之檢 測時序之極數。

圖3係顯示安裝有圖2所示之發電機之旋轉零件旋轉時產生之交流電壓及處理該交流電壓之電壓之一例。圖3(a)係發電機產生之交流電壓之一例。該電壓每當磁極片113a、113b自與磁鐵114b之N極對置之位置向與S極對置之位置，或自與S極對置之位置向與N極對置之位置移動時產生。因此，圖3(a)所圖示之交流電壓之1週期T係磁極片113a、113b自與磁鐵114b之N極對置之位置向與S極對置之位置移動，又向與N極對置之位置移動(或，自與S極對置之位置向與N極對置之位置移動，又向與S極對置之位置移動)為止之期間。

圖3(b)係顯示將圖3(a)之交流電壓通至波形整形電路而處理之電壓之一例。若以如此之方式進行處理，則可獲得如以交流電壓之半週期輸出1次脈衝波之輸出信號。換言之，該輸出信號之脈衝係顯示磁極片113a、113b移動至與不同之極對置之位置，即旋轉零件之旋轉軸旋轉將360°以轉子1周長大小之極數相除之角度。

圖3(c)係顯示將圖3(a)之交流電壓通至半波整流電路及波形整形電路而處理之電壓之一例。若以如此之方式進行處理，則可獲得如以交流電壓之1週期輸出1次脈衝波之信號。換言之，該輸出信號之脈衝係顯示磁極片113a、113b移動至與不同之極對置之位置後再次移動至與相同之極對置之位置，即旋轉零件之旋轉軸旋轉將360°以轉子1周長大小之S極之極數或轉子1周長大小之N極之極數相除之角 度。

控制部12以該脈衝為基礎，於感測器20之檢測時序，起動感測器裝置21。例如，若旋轉零件之旋轉軸以360°÷N(N係轉子1周長大小之極數)旋轉，則一旦成為感測器20之檢測時序，控制部12即在圖3(b)之脈衝波產生之時序，起動感測器裝置21。控制部12使感測器裝置21起動特定時間後，停止感測器裝置21之檢測。上述特定時間可選擇比鄰接之脈衝之間隔更短之時間。所謂脈衝波產生之時序，可為脈衝之上升時序及脈衝之下降時序之任一者。該情形時，產生圖3(b)之信號之波形整形電路相當於控制部12。又，若旋轉零件之旋轉軸以360°÷M(M係轉子1周長大小之S極之極數或轉子1周長大小之N極之極數)旋轉，則一旦成為感測器20之檢測時序，控制部12即在圖3(c)之脈衝波產生之時序，起動感測器裝置21。該情形時，產生圖3(c)之信號之半波整流電路及波形整形電路相當於控制部12。

再者，若旋轉零件之旋轉軸以360°÷N(N係轉子1周長大小之極數)×K(K為整數)旋轉等、以與輸出圖3(b)之脈衝之角度不同之角度旋轉，則一旦成為感測器20之檢測時序，控制部12除了產生圖3(b)之信號之波形整形電路外，可進而具備計測脈衝數之計數器。該情形時，計數器相當於圖1之運算部121。且，計數器值成為特定之值(在上述之例中為K)之倍數之情形，控制部120將成為觸發信號之脈衝波輸出至感測器裝置21。

另，上述之脈衝波亦可作為用於起動感測器裝置21之觸 發信號而使用。該情形時，感測器20具備接收觸發信號，而起動感測器裝置21之感測器裝置驅動部。

又，上述之脈衝波亦可作為感測器裝置21之起動電壓而使用。該情形時，脈衝電壓作為感測器裝置21之起動電壓而被供給至感測器20。將脈衝電壓作為感測器裝置21之起動電壓使用之情形，以使脈衝電壓不因發電機旋轉速度之變化而變動之方式，控制部12可具備電壓限制電路。

接著，關於利用速度計之磁性感測器實現檢測部11之情形進行說明。圖4係利用速度計之磁性感測器而實現之檢測部11之一例。在該檢測部中，於車輪300之輻條310上安裝有磁鐵115a~115c，於腳踏車之叉上安裝有磁簧開關116。該磁鐵115a~115c相當於圖1之磁鐵111，磁簧開關116相當於圖1之磁鐵檢測部112。每當車輪旋轉，而磁鐵115a~115c通過磁簧開關116之前面時，磁簧開關116被接通/斷開，且該接通/斷開信號作為檢測部11之輸出而輸出。磁鐵115a~115c只要係以控制部12檢測感測器20之檢測時序所必要之數量而設置者，則可為任意之配置方法。在圖3中，圖示有車輪以120°進行旋轉後，成為感測器20之檢測時序之情形之磁鐵之配置方法。在圖3中，將車輪之旋轉中心330作為點O，且磁鐵115a~115c之各中心分別為A~C時，以使成為∠AOB=∠BOC=∠COZ=120°之方式進行配置。

在圖4之情形中，控制部12具備波形整形電路，輸入上述之磁簧開關之接通/斷開信號，基於將接通/斷開信號整 形於脈衝波之信號，以特定時間起動感測器裝置21。該情形時，經整形成該脈衝波之信號亦可與整形上述發電機之信號而得之脈衝波相同地使用。另，磁鐵115a~115c以可測定比計測感測器20之檢測時序所必要之角度解析度更高之角度解析度之方式配置之情形，控制部12具備計數器作為運算部121，且當成為特定之時序之情形時，亦可作為輸出脈衝波之構成。

接著，關於本實施形態之腳踏車用感測器之計測方法之處理流程進行說明。圖5係顯示本實施形態之腳踏車用感測器之計測方法之處理流程之流程圖。

首先，控制部12判定是否為感測器20之檢測時序(步驟S1)。並非感測器20之檢測時序之情形(在步驟S1中為否)，控制部100等待直至成為該時序為止(步驟S1)。如上所述，此係藉由以波形整形電路等處理檢測部11之輸出信號而進行。

若控制部12判定為感測器20之檢測時序(在步驟S1中為是)，則控制部12起動感測器裝置21(步驟S2)。另，在步驟S2中，可取代由控制部12起動感測器裝置21，而改為傳送感測器裝置用於取得資料之觸發信號。此係藉由控制部12將脈衝波輸出至感測器裝置21而進行。

以應變量等為基礎，計測腳踏車零件及車架等、本身對所安裝之部份施加之力(步驟S3)。且，感測器裝置21將計測結果作為類比電性信號而輸出。即，感測器裝置21輸出根據所安裝之部位之應變量等之電性信號。

放大器電路22將該類比電性信號放大至適於A/D轉換處理之值域(步驟S4)。A/D轉換電路23將經放大之類比電性信號轉換為數位信號(步驟S5)。

接著，物理量算出部24自數位信號算出根據腳踏車之行走狀態而變化之物理量(步驟S6)。典型而言，物理量算出部24係自安裝於後輪轂、曲柄、底部托架、及踏板等之感測器裝置21之輸出，算出對後輪轂、後輪、曲柄軸等之旋轉零件施加之轉矩、鏈條張力、或踏板之踏力等。且，物理量算出部24使用與對後輪轂、後輪、曲柄軸等之旋轉零件施加之轉矩、鏈條張力、或踏板之踏力等相關之資訊、及預先設定之運算式，算出腳踏車輸出之功及/或騎乘者輸出之功等。

例如，物理量算出部24可自對曲柄軸施加之轉矩、及利用檢測部11檢測之迴轉速(曲柄旋轉速度)，根據以下之式(1)算出騎乘者踩踏腳踏車之功。

功(W)=轉矩(N．m)×迴轉速(rpm)×2π/60………(1)

又，例如，物理量算出部24可基於對後輪施加之轉矩、及後輪之旋轉數而算出腳踏車輸出之功。

檢測部11安裝於曲柄軸之情形，迴轉速成為由檢測部11測定之旋轉速度。但，檢測部11安裝於車輪之情形，物理量算出部24基於齒輪比，自檢測部11之旋轉速度而推定曲柄之旋轉速度，且以該推定之旋轉速度為基礎而算出功。

另，物理量算出部24亦可基於安裝於上述之零件以外之感測器裝置21之輸出信號，算出不同之物理量。如此之物 理量有例如鏈條張力、踩踏踏板之力、把手、車架等之扭曲或撓度等。

最後，無線電路30將物理量算出部24所算出之算出結果傳送至腳踏車電腦(S7)。

<第1實施形態之效果>

以下，關於本實施形態之效果進行說明。因本實施形態之腳踏車用計測裝置可根據旋轉零件之旋轉狀態而變更感測器之檢測頻率，故可不進行不必要之檢測。因此，可一方面抑制電力消耗量並獲得充分之測定精度。

再者，旋轉零件之旋轉量成為特定值之情形時，腳踏車用測定裝置測定根據腳踏車之行走狀態而變化之物理量，故，旋轉零件成為特定之相位時，常可測定該物理量。又，腳踏車用測定裝置可使車輪每一旋轉或曲柄每一旋轉之檢測次數與其旋轉速度無關而特定。其結果，測定精度穩定。又，即使在腳踏車以低速行進之情形狹下，因檢測次數不增加，故可降低消耗電力。

另，作為檢測部，雖已舉利用發電機之情形、及利用速度計之磁性感測器之情形之兩者為例進行說明，但速度計之磁性感測器會產生測定延遲，與此相對，利用發電機之檢測部不會產生測定延遲。因此，利用發電機之檢測部，與利用速度計之磁性感測器之檢測部相比，可實現更高之測定精度。

<變化例>

另，控制部12之感測器20之檢測時序之判定方法並非限 定於上述者。例如，亦可行的是，檢測部11係檢測車速之腳踏車電腦，控制部12輸入檢測部輸出之車速，如圖6所示，根據車速決定採樣頻率，配合所決定之採樣頻率，將感測器20於特定時間起動。另，在車速v₁ ~v₂ 之間(v₁ <v₂ )與車速成比例而使採樣頻率增加至f_min ~f_max (f_min <f_max )之圖6所示之採樣頻率之決定方法充其量不過為一例。例如，車速v₁ 可為零，車速v₂ 可無線大。若隨著車速變快而採樣頻率變大，則可使用任意方法。

又，控制裝置10之旋轉零件之旋轉量之檢測方法並非限定於上述實施形態中所述者。例如，作為檢測部11亦可為使用旋轉編碼器等不同之裝置者。

再者，圖2係圖示安裝於如輪轂發電機之旋轉零件之旋轉軸上之發電機，但亦可取代其而利用車燈發電機。又，圖4之檢測部11雖安裝於車輪，但亦為可安裝於曲柄者。

又，感測器20之內部構成並非必然限定於上述實施形態中所述者。例如，感測器裝置21為輸出數位信號者之情形，亦可省略放大器電路22、A/D轉換電路23。又，利用有線對腳踏車電腦傳送與以感測器20計測之物理量相關之資料之情形，亦可省略無線電路30。

又，感測器20亦可為僅具備感測器裝置21之構成，放大器22、A/D轉換電路23及物理量算出部24亦可設置於控制部12。又，物理量算出部24亦可設置於腳踏車電腦中，該情形時，可自感測器20輸出表示感測器裝置21之輸出之資訊。

又，感測器裝置21雖係在檢測時序利用控制部12於特定時間起動之構成，但亦可為如下之構成：預先使感測器裝置21時常為起動狀態，成為檢測時序時，利用物理量算出部24、控制部12而取得感測器裝置21之輸出值，或，不設置物理量算出部之情形時，利用無線電路等取得。

又，控制裝置10亦可為如下之構成：不具備物理量算出部24，而預先設置單純記憶自A/D轉換電路23輸出之資訊之記憶部，使用無線通信或有線通信，讀取記憶部中所記憶之資訊。

<安裝例>

另，上述之運算部121、物理量算出部24，典型而言，係利用微電腦而實現，但亦可利用CPU(Central Processing Unit：中央處理器)解釋執行可執行儲存於記憶裝置(ROM、RAM等)中之上述處理程序之程式資料而實現。又，A/D轉換電路23及物理量算出部24亦可一併利用控制部12及1台微電腦而實現。又，自控制部12傳送至感測器裝置21之信號，不僅為脈衝波，若為可作為觸發信號之信號，或可對感測器裝置21供電之信號，則可為任意形態之信號。

1‧‧‧腳踏車用計測裝置

10‧‧‧相位檢測部

11‧‧‧檢測部

12‧‧‧控制部

20‧‧‧感測器

21‧‧‧感測器裝置

22‧‧‧放大器電路

23‧‧‧A/D轉換電路

24‧‧‧物理量算出部

30‧‧‧無線電路

111‧‧‧磁鐵

112‧‧‧磁鐵檢測部

121‧‧‧運算部

圖1係顯示本發明之第1實施形態之腳踏車用計測裝置之概略構成之方塊圖。

圖2係顯示利用發電機實現之檢測部之一例之圖。

圖3(a)-(c)係顯示安裝有發電機之旋轉零件旋轉時產生 之交流電壓及處理該交流電壓之電壓之一例之圖。

圖4係顯示利用速度計之磁性感測器實現之檢測部之一例之圖。

圖5係顯示第1實施形態之腳踏車用計測裝置之處理流程之流程圖。

圖6係顯示控制部根據車速變更感測器之採樣頻率之情形之車速與採樣頻率之關係之圖。

1‧‧‧腳踏車用計測裝置

10‧‧‧相位檢測部

11‧‧‧檢測部

12‧‧‧控制部

20‧‧‧感測器

21‧‧‧感測器裝置

22‧‧‧放大器電路

23‧‧‧A/D轉換電路

24‧‧‧物理量算出部

30‧‧‧無線電路

111‧‧‧磁鐵

112‧‧‧磁鐵檢測部

121‧‧‧運算部

Claims (13)

1. 一種控制裝置，其係安裝於含有旋轉零件之腳踏車上之感測器之控制裝置，且根據上述旋轉零件之旋轉狀態而變更上述感測器之檢測頻率，其中該旋轉狀態為一旋轉速度；該感測器檢測根據腳踏車之行走狀態而變化之一物理量，且當該旋轉速度增加時該檢測頻率也隨之增加；而該物理量包含對上述旋轉零件施加之轉矩、使上述旋轉零件旋轉之功率、鏈條張力、踩踏踏板之力、及把手或車架之扭曲或撓度其中之一。
2. 如請求項1之控制裝置，其包含：檢測部，其係檢測上述旋轉零件之旋轉狀態；及控制部，其係根據上述檢測部之檢測結果而變更上述感測器之檢測頻率。
3. 如請求項1之控制裝置，其中上述旋轉零件包含車輪、曲柄、輪轂、鏈輪、滑輪及踏板之任一者。
4. 如請求項2之控制裝置，其中上述旋轉零件包含車輪、曲柄、輪轂、鏈輪、滑輪及踏板之任一者。
5. 如請求項1至4中任一項之控制裝置，其中上述檢測部係由發電機構成。
6. 如請求項5之控制裝置，其中上述發電機包含輪轂發電機或車燈發電機。
7. 如請求項5之控制裝置，其中上述控制部基於上述發電機產生之交流電壓，變更上述感測器之檢測頻率。
8. 如請求項6之控制裝置，其中上述控制部基於上述發電機產生之交流電壓，變更上述感測器之檢測頻率。
9. 如請求項2至4中任一項之控制裝置，其中在進行上述感測器之檢測時，上述控制部對上述感測器供給電力。
10. 如請求項2至4中任一項之控制裝置，其中上述檢測部檢測上述腳踏車之前輪或後輪之旋轉速度、或者曲柄或踏板之旋轉速度。
11. 如請求項2至4中任一項之控制裝置，其中上述檢測部包含：磁鐵；及磁鐵檢測部，其檢測上述磁鐵。
12. 如請求項11之控制裝置，其中上述控制部包含運算部，其根據上述磁鐵檢測部之檢測結果而運算檢測頻率。
13. 一種控制方法，其係安裝於含有旋轉零件之腳踏車上之感測器之控制方法，且根據上述旋轉零件之旋轉狀態而變更上述感測器之檢測頻率，其中該旋轉狀態為一旋轉速度；該感測器檢測根據腳踏車之行走狀態而變化之一物理量，且當該旋轉速度增加時該檢測頻率也隨之增加；而該物理量包含對上述旋轉零件施加之轉矩、使上述旋轉零件旋轉之功率、鏈條張力、踩踏踏板之力、及把手或車架之扭曲或撓度其中之一。