WO2012053114A1 - 測定装置及び測定方法 - Google Patents
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Definitions
- the present invention relates to a measuring device and a measuring method for a force applied to a manpower machine equipped with a crank such as a bicycle or a fitness bike.
- Patent Document 1 discloses a technique for detecting torque with a magnetostrictive element, detecting a crank angle with an optical sensor, and detecting, displaying and recording power and calorie consumption.
- Patent Document 1 has a problem that it is impossible to present the direction and strength of the force according to the crank angle.
- An object of the present invention is to provide a measuring device and measuring means capable of presenting a direction of force according to a crank angle.
- the apparatus for measuring a force applied to a human power machine includes a strain detection unit that detects a strain of the crank of a human power machine that transmits a user's force with a crank and one selected from one or more gears. And a magnetic sensor that detects that the crank has passed a fixed position, and a control unit, wherein the control unit is an elapsed time from the time that the crank detected by the magnetic sensor has passed the fixed position.
- the method of measuring the force applied to the manpower machine is to detect distortion of the crank of the manpower machine that transmits a user's force with a crank and one selected gear among one or more gears, and the crank is in a fixed position.
- the rotation angle of the crank is calculated from the elapsed time from the time when the crank has passed a certain position
- the force applied to the crank is calculated from the amount of distortion of the crank
- the rotation angle and The distribution of the force applied by the user is calculated by calculating the correspondence with the force applied to the crank.
- FIG. 1 is an explanatory view showing the entire bicycle 1 according to the first embodiment of the present invention.
- the bicycle 1 includes a frame 3, a front wheel 5, a rear wheel 7, a handle 9, a saddle 11, a front fork 13, and a drive mechanism 101.
- the frame 3 is composed of two truss structures.
- a front fork 13 is rotatably connected to the front fork 13 in the forward direction.
- the front fork 13 is connected to the handle 9.
- the front fork 13 and the front wheel 5 are rotatably connected at the front end position of the front fork 13 in the downward direction.
- the front wheel 5 has a hub part, a spoke part, and a tire part.
- the hub portion is rotatably connected to the front fork 13. And this hub part and the tire part are connected by the spoke part.
- the frame 3 is rotatably connected to the rear wheel 7 at the rear end portion.
- the rear wheel 7 has a hub part, a spoke part, and a tire part.
- the hub portion is rotatably connected to the frame 3. And this hub part and the tire part are connected by the spoke part.
- the hub portion of the rear wheel 7 is connected to the rear gear 113.
- the bicycle 1 has a drive mechanism 101 that converts a stepping force by a user's foot into a driving force of the bicycle 1.
- the drive mechanism 101 includes a pedal 103, a crank mechanism 104, a front gear 109, a chain 111, and a rear gear 113.
- the pedal 103 is a part in contact with a foot for the user to step on.
- the crank mechanism 104 includes a crank 105, a crankshaft 107, and a pedal crankshaft 115 (shown in FIG. 4).
- the crankshaft 107 penetrates the frame 3 in the left-right direction.
- the crank 105 is formed at a right angle to the crankshaft 107.
- the crankshaft 107 is connected to the crank 105 at the end of the crank 105.
- the pedal crankshaft 115 is formed at a right angle to the crank 105.
- the axial direction of the pedal crankshaft 115 is the same as that of the crankshaft 107.
- the pedal crankshaft 115 is connected to the crank 105 at the end of the crank 105 opposite to the end where the crankshaft 107 is formed.
- the pedal crankshaft 115 and the pedal 103 are connected so that the pedal 103 can rotate freely.
- the crankshaft 107 is rotatably supported by the frame 3.
- the crank mechanism 104 has such a structure on the side opposite to the side surface of the bicycle 1. That is, the crank mechanism 104 has two cranks 105 and two pedal crankshafts 115, and has two pedals 103. When distinguishing whether these are on the right side or the left side of the bicycle 1, they are described as a right crank 105a, a left crank 105b, a right pedal crankshaft 115a, a left pedal crankshaft 115b, a right pedal 103a, and a left pedal 103b, respectively. To do.
- the right crank 105a and the left crank 105b are formed to extend in opposite directions around the crankshaft 107.
- the right crank 105a and the left crank 105b are formed on the same plane.
- the axes of the right crank 105a and the left crank 105b are formed in parallel.
- a front gear 109 is connected to the crankshaft 107.
- the front gear 109 is formed of a variable gear that can change the gear ratio.
- a chain 111 is engaged with the front gear 109.
- the chain 111 is engaged with the rear gear 113.
- the rear gear 113 is preferably formed by a variable gear.
- the rear gear 113 is connected to the rear wheel 7.
- the bicycle 1 converts the stepping force of the user into the rotational force of the rear wheel 7.
- a measuring module 301 is disposed on the crank 105. Also, in the frame 3, a cycle computer cadence radio reception unit 207 and a cycle computer radio reception unit 209 are arranged. Further, a cycle computer 201 is disposed on the handle 9.
- FIG. 2 is an explanatory diagram of the positional relationship between the cycle computer 201 and the measurement module 301.
- the cycle computer 201 includes a cycle computer display unit 203 that displays various types of information and a cycle computer operation unit 205 that receives user operations.
- Various information includes the speed of the bicycle 1, position information, distance to the destination, expected arrival time to the destination, distance traveled since departure, elapsed time since departure, (average) power, (average ) Loss amount.
- the power is the amount of energy per time due to the force applied in the rotation direction of the crank 105.
- the bicycle 1 is driven by this power.
- the loss amount is a force applied in a direction different from the rotation direction of the crank 105.
- the force applied in a direction different from the rotational direction is a useless force that does not contribute to the driving of the bicycle 1. Therefore, the user can drive the bicycle 1 more efficiently by increasing the power as much as possible and reducing the loss amount as much as possible.
- the cycle computer display unit 203 displays the rotational force (torque) output by the user at each angle (every 30 °) of the crank 105 and the normal force (loss amount) of the human power output by the user. ) Etc. are displayed.
- 360 ° is divided into 12 and displayed, so that the force (torque) in the rotation direction every 30 ° and the force (loss) in the normal direction of the human power output by the user Amount) etc. are displayed.
- the number of divisions for dividing 360 ° is represented as m [division].
- m 12.
- the cycle computer 201 also has a cycle computer wireless reception unit 209.
- the cycle computer wireless reception unit 209 is connected to the main body portion of the cycle computer 201 through wiring. Note that the cycle computer wireless reception unit 209 does not need to have a reception-only function. For example, you may have a function as a transmission part.
- an apparatus described as a transmission unit or a reception unit may have both a reception function and a transmission function.
- the measurement module 301 includes a measurement module magnetic sensor 311 formed from a reed switch (see also the measurement module 301 portion in FIG. 3).
- the measurement module magnetic sensor 311 is turned on by the magnetic force generated by the magnet 311a approaching the reed switch, and thus detects the position of the magnet 311a.
- the magnet 311 a is fixed to a certain position of the frame 3. That is, when the reed switch of the measurement module magnetic sensor 311 is turned on, it means that the crank 105 is detected at the position (angle) where the magnet 311a of the frame 3 is installed. From this measurement module magnetic sensor 311, the measurement module 301 can obtain cadence [rpm].
- the measurement module magnetic sensor 311 is used to calculate the position (angle) of the crank 105. That is, the rotation angle of the crank 105 is estimated from the position (angle) information of the crank 105. First, the interval at which the measurement module magnetic sensor 311 is turned on coincides with the interval at which the crank 105 rotates 360 °. Then, the current position of the crank 105 can be estimated from the elapsed time from the time when the latest measurement module magnetic sensor 311 is turned on. Specifically, (elapsed time) / (interval at which the measurement module magnetic sensor 311 is turned on) ⁇ 360 ° is the rotation angle of the crank 105 when the position of the measurement module magnetic sensor 311 is the initial rotation angle.
- the position information of the crank 105 is detected and estimated by the measurement module magnetic sensor 311 having the magnet 311a and the reed switch, but the position of the crank 105 is detected by an angle sensor (for example, a rotary encoder). Etc.).
- the measurement module 301 detects the human force applied by the user to the pedal 103 using a plurality of strain sensors 366 provided on the crank 105 (see also FIG. 3). Specifically, the measurement module 301 calculates an average torque (average power) and an average loss amount that are the rotational force of the crank 105.
- FIG. 3 is a block diagram of the cycle computer 201 and the measurement module 301.
- the configuration of the measurement module 301 will be described using the lower part of FIG. 3, the measurement module 301 includes a measurement module magnetic sensor 311, a measurement module wireless transmission unit 309, a measurement module timer 361, a measurement module control unit 351, a measurement module storage unit 353, and a measurement module A / D 363. And a measurement module strain detection circuit 365 and a strain sensor 366.
- the strain sensor 366 is bonded to the crank 105 and integrated. The mounting position will be described with reference to FIG.
- a generic term for the upper and lower surface strain gauge sets 369 and the side surface strain gauge set 371 is referred to as a strain sensor 366.
- the upper and lower surface strain gauge set 369 includes an upper and lower surface first strain gauge 369a and an upper and lower surface second strain gauge 369b.
- the respective terminals of the upper and lower surface first strain gauges 369a and the upper and lower surface second strain gauges 369b are connected to the measurement module strain detection circuit 365.
- the measurement module strain detection circuit 365 amplifies and adjusts the output of the upper and lower surface first strain gauges 369a and the output of the upper and lower surface second strain gauges 369b.
- the output of the upper and lower surface first strain gauges 369a and the output of the upper and lower surface second strain gauges 369b amplified by the measurement module strain detection circuit 365 is converted from analog information to digital strain information by the measurement module A / D 363. Converted.
- the distortion amount information signal is output to the measurement module storage unit 353.
- the distortion amount information signal input to the measurement module storage unit 353 is stored in the measurement module RAM 355 as distortion amount information.
- the side surface strain gauge set 371 includes a side surface first strain gauge 371a and a side surface second strain gauge 371b.
- the terminals of the first side strain gauge 371a and the second side strain gauge 371b are connected to the measurement module strain detection circuit 365, respectively.
- the measurement module strain detection circuit 365 amplifies and adjusts the output of the side first strain gauge 371a and the output of the side second strain gauge 371b.
- the output of the side first strain gauge 371a and the output of the side second strain gauge 369b amplified by the measurement module strain detection circuit 365 are converted from analog information to strain amount information that is digital information by the measurement module A / D 363.
- the distortion amount information signal is output to the measurement module storage unit 353.
- the distortion amount information signal input to the measurement module storage unit 353 is stored in the measurement module RAM 355 as distortion amount information.
- timerA [s] Tk this time / n
- timerA is a sampling time.
- the sampling time is a period for digitally converting the output from the measurement module distortion detection circuit 365. That is, it is a time for sampling the strain amount information from the output of the strain sensor 366. Based on the strain amount information for each sampling time, the torque Tr and the loss amount for each sampling time are calculated. Further, Tk this time is the time from when the measurement module magnetic sensor 311 detects the approach of the magnet 311a last time to the time when the approach of the magnet 311a is detected immediately before.
- N is the total number of samplings. That is, n is the number of times sampling is performed while the crank 105 rotates once.
- the average torque and the average loss amount are calculated by averaging the strain amount information every ten pieces.
- the total number of samplings n is large, it means that the value of the sampling time timerA is small. Therefore, if the total number of samplings is increased, the analog / digital conversion of the measurement module A / D363 may not be in time. is there. Further, the fact that the total sampling number n is large means that the distortion amount information stored in the measurement module storage unit 353 increases. In order to hold the increased amount of distortion information, it is necessary to have the measurement module storage unit 353 having a large capacity.
- a first timer which will be described later, is used to count the period of timerA.
- the measurement module timer 361 is a timer counter and always counts a clock having a predetermined period. Furthermore, the measurement module timer 361 also has a role of instructing the measurement module wireless transmission unit 309 to transmit timing. Specifically, for example, the transmission timing is commanded to the measurement module wireless transmission unit 309 every 1 ⁇ 4 second. Note that the measurement module timer 361 can count the first timer and the second timer separately.
- the measurement module wireless transmission unit 309 transmits the average torque information and the average loss amount information calculated from the distortion amount information by the measurement module control unit 351 to the cycle computer wireless reception unit 209.
- the measurement module wireless transmission unit 309 also transmits information that associates the position (angle) of the crank 105 estimated from the detection information of the measurement module magnetic sensor 311 with the average torque information and the average loss amount information. Further, the measurement module wireless transmission unit 309 also transmits cadence information.
- the measurement module wireless transmission unit 309 transmits the average torque information and the average loss amount information, the information for associating these information with the crank 105, and the cadence information every 1 ⁇ 4 second as instructed by the measurement module control unit 351. Has been done. However, this 1/4 second is variable as needed.
- the measurement module wireless transmission unit 309 causes the average torque information, the average loss amount information, and information that associates these information with the crank 105. And cadence information may be transmitted.
- the various types of information are, for example, a control program for the measurement module control unit 351 and temporary information required when the measurement module control unit 351 performs control.
- distortion amount information is stored.
- the measurement module storage unit 353 includes a measurement module RAM 355 and a measurement module ROM 357.
- the measurement module RAM 355 stores distortion amount information and the like.
- the measurement module ROM 357 stores a control program and various parameters, constants, and the like for calculating the average torque from the strain amount information.
- the measurement module control unit 351 comprehensively controls the measurement module 301. Specifically, the measurement module control unit 351 calculates an average torque for a certain period from the strain amount information.
- X is the measured distortion amount
- the distortion amount when the crank 105 is horizontal and m [kg] is placed vertically on the pedal 103 is Xc
- the distortion amount in each unloaded state is Xz.
- the distance from the crankshaft 107 to the pedal 103 is L.
- g is a gravitational acceleration.
- This torque is calculated for each of a plurality of points in time, and the average is obtained as the average torque. Then, the calculated average torque is transmitted to the cycle computer 201 via the measurement module wireless transmission unit 309 every other second. More specifically, when one rotation is divided into 12 parts and displayed on the cycle computer display unit 203, the torque at each time point within the range of the 30 ° angle of the crank 105 is calculated from the above equation, 30 An average torque is calculated by averaging a plurality of torques included in the angle range of °.
- the strain amount information substituted for X is a value obtained by amplifying the output from the upper and lower surface strain gauge set 369 by the measurement module strain detection circuit 365 and converting the output into a digital value by the measurement module A / D 363.
- Y is the amount of distortion output
- the amount of distortion when the crank 105 puts m [kg] perpendicularly to the pedal 103 at the bottom dead center is Yu
- the amount of distortion in each unloaded state is Yu.
- Yz Moreover, g is a gravitational acceleration. In this way, it is possible to calculate the normal component (loss amount) of human power from the strain amount in the inner and outer directions.
- This loss amount is calculated for each of a plurality of time points, and the average is the average loss amount. Then, the calculated average loss amount is transmitted to the cycle computer 201 via the measurement module wireless transmission unit 309 every other second. More specifically, when one rotation is divided into 12 and displayed on the cycle computer display unit 203, the amount of loss at each point in time within the 30 ° angle range of the crank 105 is calculated from the above formula, An average loss amount is calculated by averaging a plurality of loss amounts included in the 30 ° angle range.
- the strain amount information substituted for Y is a value obtained by amplifying the output from the side strain gauge set 371 by the measurement module strain detection circuit 365 and converting the output into a digital value by the measurement module A / D 363.
- the measurement module control unit 351 receives an output of an information signal indicating that the measurement module magnetic sensor 311 is turned on, the measurement module control unit 351 performs the following operation.
- the measurement module control unit 351 instructs the measurement module timer 361 to output the timer value information of the second timer.
- the measurement module control unit 351 calculates cadence from the timer value information of the second timer. Specifically, the measurement module control unit 351 multiplies the count number (C) of the timer value information of the second timer by one count interval (predetermined cycle of clock) (T), thereby measuring the measurement module magnetic sensor.
- the time (period) [s] at which 311 is turned on is calculated.
- cadence [rpm] is calculated by dividing 60 by this period. Further, the measurement module control unit 351 stores the cadence information in the storage buffer. Further, the measurement module control unit 351 outputs a counter value reset command to the second timer of the measurement module timer 361.
- the measurement module control unit 351 adds information that associates the information and the position (angle) of the crank 105 to the average torque information and the average loss amount information. Then, the measurement module control unit 351 stores average torque information and average loss amount information, and information that associates these with the position of the crank 105 in the transmission buffer. Further, cadence information calculated from the measurement module magnetic sensor 311 is also stored in the transmission buffer. Note that the transmission buffer may be the measurement module RAM 355 of the measurement module storage unit 353, or a storage unit included in the measurement module wireless transmission unit 309.
- the cycle computer 201 includes a cycle computer display unit 203, a cycle computer operation unit 205, a cycle computer wireless reception unit 209, a cycle computer timer 261, a cycle computer storage unit 253, and a cycle computer control unit 251.
- a cycle computer display unit 203 includes a cycle computer display unit 203, a cycle computer operation unit 205, a cycle computer wireless reception unit 209, a cycle computer timer 261, a cycle computer storage unit 253, and a cycle computer control unit 251.
- the cycle computer operation unit 205 receives a user instruction (input).
- the cycle computer operation unit 205 receives a display content instruction from the user on the cycle computer display unit 203. More specifically, it receives an input of a display method of information on average power and average loss displayed on the cycle computer display unit 203, the division number m, and the like.
- the cycle computer display unit 203 displays various types of information based on user instructions and the like. Specifically, the average power and average loss amount of each angle (every 30 °) of the crank 105 are visualized and displayed. Any visualization method may be used.
- the visualization method here may be, for example, vector display, graph display, color-coded display, symbol display, three-dimensional display, etc., and any method may be used. Further, a combination thereof may be used.
- the cycle computer wireless reception unit 209 receives the average torque information and the average loss amount information transmitted from the measurement module 301 and information that associates these with the position of the crank 105.
- the cycle computer radio reception unit 209 also receives cadence information.
- the cycle computer timer 261 is a timer counter and always counts a clock having a predetermined period.
- the timer value information generated by the cycle computer timer 261 is used in various ways by the cycle computer control unit 251 and the like.
- the cycle computer storage unit 253 includes a cycle computer RAM 255 and a cycle computer ROM 257.
- the cycle computer ROM 257 stores a control program, various parameters, constants, and the like.
- the cycle computer ROM 257 also stores various parameters, constants, and the like for calculating the average power from the average torque information.
- Tra is the average torque [Nm]
- R is the cadence amount [rpm].
- PI is the circumference ratio. That is, the average power P can be calculated by substituting the average torque information into Tra and substituting the cadence information into R.
- the average power within the range of 30 ° is calculated.
- the cycle computer control unit 251 performs processing for visualizing the average power and the average loss every 30 °.
- the result of processing by the cycle computer control unit 251 is displayed by the cycle computer display unit 203.
- FIG. 4 is an explanatory diagram of the force applied to the right crank 105a.
- the crank mechanism 104 includes a left pedal 103b, a left crank 105b, a crankshaft 107, a right crank 105a, a right pedal crankshaft 115a, and a right pedal 103a.
- human power FL applied by the user is applied to the right pedal 103a.
- the human force FL is composed of a rotational force F ⁇ of the crank 105 and a normal force Fr of the crank 105.
- a direction perpendicular to the rotation direction and the normal direction is defined as an inner / outer direction.
- the distortion of the crank 105 that occurs in the rotation direction of the crank 105 is referred to as rotation direction distortion.
- the distortion of the crank 105 that occurs in the inward / outward direction is referred to as inward / outward distortion.
- distortion caused by the torsional force generated in the crank 105 is referred to as torsional direction distortion.
- a central portion on the upper surface side (or lower surface side) of the right crank 105 a is defined as an upper and lower surface portion 117.
- a central portion of the side surface of the right crank 105a is referred to as a side surface portion 119.
- An upper and lower surface strain gauge set 369 is bonded to the upper and lower surface portions 117, and a side surface strain gauge set 371 is bonded to the side surface portion 119.
- FIG. 5 is an explanatory diagram of the arrangement of the upper and lower strain gauge sets 369 and the lateral strain gauge set 371.
- the upper and lower surface strain gauge sets 369 are disposed on the upper and lower surface portions 117.
- the upper and lower surface first strain gauges 369a and the upper and lower surface second strain gauges 369b are orthogonal to each other. That is, the strain detection direction of the upper and lower surface first strain gauges 369a and the strain detection direction of the upper and lower surface second strain gauges 369b are orthogonal to each other.
- the intermediate direction between the detection direction of the upper and lower surface first strain gauges 369 a and the detection direction of the upper and lower surface second strain gauges 369 b is arranged to be the longitudinal direction of the crank 105. That is, the detection direction of the upper and lower first strain gauges 369a and the direction of the axis of the crank 105 have an angle of 45 degrees.
- the side surface strain gauge set 371 is disposed on the side surface portion 119.
- the side first strain gauge 371a and the side second strain gauge 371b are orthogonal to each other. That is, the strain detection direction of the side surface first strain gauge 371a and the strain detection direction of the side surface second strain gauge 371b are orthogonal to each other.
- the intermediate direction between the detection direction of the side surface first strain gauge 371 a and the detection direction of the side surface second strain gauge 371 b is arranged to be the longitudinal direction of the crank 105. That is, the detection direction of the side first strain gauge 371a and the axis direction of the crank 105 have an angle of 45 degrees.
- FIG. 6 is a flowchart showing the processing flow of the measurement module 301.
- FIG. 6A shows a main flow of the measurement module control unit 351.
- step ST01 the system is initialized.
- step ST03 the measurement module control unit 351 performs a sleep process.
- the sleep process means that the process is stopped until a wake process is performed in step ST27 in FIG.
- step ST05 the measurement module control unit 351 saves data such as distortion amount information from the measurement module RAM 355.
- the capacity of the measurement module RAM 355 in the measurement module storage unit 353 is limited.
- the capacity of the measurement module RAM 355 is increased, it is not necessary to save the data of the distortion amount information.
- designing with a large margin is not appropriate because it increases the cost.
- the distortion amount information is continuously written one after another, if the data is not saved, new information may be overwritten before the average torque is calculated by the process in step ST09 described later. is there.
- the measurement module control unit 351 calculates an average torque and an average loss amount. Specifically, the measurement module control unit 351 performs the processing performed in the description of the measurement module control unit 351 in FIG. 3, and calculates the torque and the loss amount. Then, the measurement module control unit 351 calculates the average torque and the average loss amount by taking an average for each sampling number (n / m) of the averaging section calculated in step ST07. Further, the measurement module control unit 351 adds information relating the calculated torque and average loss amount and the position (angle) of the crank 105 to the calculated torque and average loss amount. Further, the measurement module control unit 351 performs the processing performed in the description of the measurement module control unit 351 in FIG. 3 to calculate cadence.
- step ST11 the measurement module control unit 351 stores various information calculated in step ST09 in the transmission buffer. Specifically, what is stored in the transmission buffer is average torque information and average loss amount information, and information that associates these with the position of the crank 105. Furthermore, cadence information is also stored in the transmission buffer. After this process is performed, the process returns to the process of step ST03, shifts to the sleep state, and stops until the wake process is performed.
- FIG. 6B is a flowchart of an interrupt routine by the measurement module magnetic sensor 311.
- the measurement module control unit 351 detects the output of the measurement module magnetic sensor 311 (approach of the magnet 311a), it interrupts and starts the following processing (step ST21). Note that the interruption means that the processing so far is interrupted and the designated processing is executed.
- the measurement module control unit 351 calculates a sampling time timerA.
- n is the number of samplings, which is 120
- Tk this time is the time interval required for one rotation of the latest crank 105. It can be understood from this equation that acquiring data for each timer A acquires data with a time resolution obtained by dividing one rotation of the crank 105 into 120 parts.
- step ST25 the measurement module control unit 351 sets the sampling time timerA to the value calculated in step ST23.
- step ST27 the measurement module control unit 351 executes a wake process. Specifically, the processing after step ST05 in FIG. Thereafter, the process is terminated, and when the output of the measurement module magnetic sensor 311 is detected again, the process after step ST23 is started.
- FIG. 6C is a flowchart of the measurement module wireless transmission unit 309.
- the measurement module wireless transmission unit 309 transmits the average torque information and the average torque information stored in the transmission buffer to the cycle computer wireless reception unit 209.
- what is stored in the transmission buffer is average torque information and average loss amount information, and information that associates these with the position of the crank 105.
- cadence information is also stored in the transmission buffer.
- step ST43 it waits for 1/4 second. This wait time is variable as required.
- the process of step ST43 ends the process returns to step ST41. That is, the processing of step ST41 and step ST43 is performed every 1 ⁇ 4 second.
- FIG. 6D is a flowchart of the measurement module storage unit 353.
- the measurement module storage unit 353 interrupts processing when the measurement module A / D 363 finishes A / D conversion.
- step ST63 the measurement module storage unit 353 stores, in the measurement module RAM 355, the distortion amount information measurement A / D converted by the measurement module A / D 363. Thereafter, the process ends.
- FIG. 6E is a flowchart of the measurement module A / D363.
- the measurement module A / D363 receives an interrupt from timerA. Specifically, the measurement module A / D 363 is interrupted when the value of the first timer of the measurement module timer 361 becomes the same as the value of the sampling time timerA. And the process after step ST83 is performed.
- the measurement module A / D 363 performs A / D conversion (analog / digital conversion).
- a / D conversion is information relating to the strains of the upper and lower strain gauge sets 369 and the side strain gauge set 371 output from the measurement module strain detection circuit 365.
- the measurement module 301 can obtain the strain amount information of the upper and lower surface strain gauge sets 369 and the side surface strain gauge set 371 as digital values.
- FIG. 7 is a flowchart of processing of the cycle computer 201.
- step ST91 when the cycle computer control unit 251 receives the average torque information, the average loss amount information, and the cadence information, an interruption is performed. Note that the position (angle) information of the crank 105 is also added to the average torque information and the average loss amount information. That is, when the cycle computer control unit 251 detects that the cycle computer wireless reception unit 209 has received the average torque information, the average loss amount information, and the cadence information, the cycle computer control unit 251 interrupts (interrupts) the processing. Then, the processing after step ST93 is started.
- Tra is the average torque [Nm]
- R is the cadence strain amount [rpm]. That is, the average power P can be calculated by substituting the average torque information and the cadence information into Tra and R in this equation.
- step ST95 the cycle computer control unit 251 performs calculation for visualizing the average power and average loss amount of each angle (every 30 °) of the crank 105. Based on the calculation result, the cycle computer control unit 251 displays the contents on the cycle computer display unit 203.
- Any visualization method may be used.
- the visualization method here may be, for example, vector display, graph display, color-coded display, symbol display, three-dimensional display, etc., and any method may be used.
- step ST97 the cycle computer control unit 251 stores the calculation / calculation results performed in step ST93 and step ST95 in the cycle computer storage unit 253. Then, the cycle computer 201 ends the process until an interrupt is generated again in step ST91.
- the average power and the average loss amount corresponding to the position of the crank 105 can be displayed.
- the average power and the average loss amount corresponding to the position of the crank 105 are displayed to the user, and information on how the force is applied to the pedal 103 of the bicycle 1 is displayed to the user. Can be provided. This can help the user perform more appropriate pedaling.
- FIG. 8 is an explanatory diagram when the speed of the crank 105 changes.
- crank 105 when the rotation of the crank 105 is halved halfway, the same 10 pieces The crank 105 can advance only 15 ° even if the number of samplings is. Conversely, when the rotation of the crank 105 has increased 1.5 times from the middle, the crank 105 can advance 45 ° even with the same 10 sampling numbers. And if it is the above structure, the cycle computer 201 or the measurement module 301 will not be able to detect this advance or delay.
- FIG. 8B is an explanatory diagram when the rotation speed of the crank 105 is decreased.
- FIG. 8B shows a case where there is a magnet 311a at a point X and the rotation speed of the crank 105 does not change until the point Y after the passage. Therefore, the average power and the average loss amount in the range of every 30 ° can be calculated even if the number of samples is 10 up to the point Y. However, if the speed of the crank 105 is halved from the Y point, if the number of samplings is 10, it can only travel 15 °, and even if the sampling number for 12 sections is sampled, Only data can be detected. Moreover, the cycle computer 201 recognizes the data at the Z point as the data at the X point.
- the cycle computer 201 performs calculation and display by recognizing the average power and average loss amount at the Preal point as the average power and average loss amount at the Passage point.
- FIG. 8C shows a case where there is a magnet 311a at the point X and the rotation speed of the crank 105 does not change until the point Y after the passage. Therefore, the average power and the average loss amount in the range of every 30 ° can be calculated even if the number of samples is 10 up to the point Y. However, if the speed of the crank 105 is doubled from the Y point, if the number of samplings is 10, only 15 ° can be advanced, and even if the sampling number of 12 sections is sampled, the Z point is advanced. . Moreover, the cycle computer 201 recognizes the data at the Z point as the data at the X point. As a result, there is a problem that the data display of the average power and the average loss amount of the cycle computer 201 becomes inaccurate.
- this problem is solved by using a measurement module storage unit 353 (measurement module RAM 355) having a sufficient capacity. That is, this embodiment has a configuration in which a measurement module storage unit 353 (measurement module RAM 355) having a sufficient capacity is used. As a result, overflow can be avoided.
- FIG. 9 is a block diagram of the cycle computer 201 and the measurement module 301 in the second embodiment.
- FIG. 9 is basically the same as FIG. 3, and the description of the same parts is omitted.
- the measurement module 301 includes a gear change detection unit 381.
- the gear change detection unit 381 can detect that there has been a gear change. However, the gear change detection unit 381 can only detect the presence or absence of a gear change, and cannot detect which gear has changed.
- a gear change detection unit 381 is provided to detect the presence or absence of a gear change and perform the following control.
- the gear has only two states.
- gear ratio 2.
- the capacity required for the measurement module storage unit 353 is: Total sampling times x gear ratio. That is, even if there is a gear change immediately after the point X in FIG. 8B and the rotational speed of the crank 105 is slow, if there is such a capacity, the measuring module will be used until the crank 105 returns to the point X again.
- the storage unit 353 (measurement module RAM 355) does not overflow. As a result, the measurement module storage unit 353 (measurement module RAM 355) having a small capacity can be used, which saves cost.
- FIG. 10 is an explanatory diagram of the process of step ST09 described in FIG. 6 in the second embodiment. Other parts are the same as those of the first embodiment.
- step ST09 is processed.
- the measurement module control unit 351 determines whether there is a change in the gear change detection unit 381 between the detection of the previous measurement module magnetic sensor 311 and the detection of the current measurement module magnetic sensor 311. Yes.
- “current” refers to various current data that has been detected
- “previous” refers to various previous data. If it is determined that the gear change detection unit 381 has not changed, the process proceeds to step ST09-2. If it is determined that the gear change detecting unit 381 has changed, the process proceeds to step ST09-3. Further, in the second embodiment, the average power and the average loss amount are calculated by obtaining respective values for the previous one rotation after the crank 105 has passed the position of the magnet 311a and displaying this value on the cycle computer. The mode displayed on the part 203 is assumed.
- step ST09-2 the process in step ST09 of measurement module control section 351 ends.
- step ST09-3 the measurement module control unit 351 compares the previous time Tk required for one revolution of the crank 105 with the current time Tk required for one revolution of the current crank 105. If it is determined that Tk previous time> Tk current time, the process of the measurement module control unit 351 proceeds to the process of step ST09-4. On the other hand, if it is determined that Tk last time ⁇ Tk current time, the process of the measurement module control unit 351 proceeds to the process of step ST09-5.
- step ST09-4 the process in step ST09 of measurement module control section 351 ends.
- step ST09-5 is executed, the process in step ST09 of the measurement module control unit 351 ends.
- the cycle computer 201 can calculate the average power and the average loss amount in each section divided into 12 as it is.
- the cycle computer 201 can calculate the average power and the average loss amount in each section divided into 12 as it is. That is, the cycle computer 201 can display the average power and the average loss amount in each accurately divided section.
- the average power value and the average loss amount can be calculated only after the crank 105 passes through the magnet 311a. Furthermore, in the second embodiment, the capacity of the measurement module storage unit 353 has to be designed with a margin corresponding to the gear ratio. A method for solving these problems is the third embodiment.
- FIG. 11 is a block diagram of the cycle computer 201 and the measurement module 301 in the third embodiment.
- the measurement module 301 includes a gear ratio detection unit 383.
- the gear ratio detection unit 383 is a device that can detect up to which gear the number of gear teeth has shifted. This makes it possible to estimate how much the crank 105 has changed in rotational speed when there is a change in gear.
- FIG. 12 is a flowchart of processing in the third embodiment.
- FIG. 12A shows interrupt processing further added to the flowchart shown in FIG.
- the measurement module control unit 351 interrupts when the gear ratio detection unit 383 detects a gear change (step ST31).
- step ST33 the value of the sampling time timerA is set as follows.
- timerA (number of gears after change / number of gears before change) ⁇ timerA
- the current number of gears before change is 30 and the number of gears after change is 15, so the crank 105 is 30/15 due to the change of gears. Since the vehicle rotates twice as fast, it becomes possible to continue averaging the range of the rotation angle of 30 ° for every same sampling number (every 10) by halving the sampling time.
- “timerA present” is the sampling time timerA value before newly set, and this value is rewritten in the process of step ST33. After completing the process in step ST33, the process interrupted in step ST31 ends.
- FIG. 12B is an explanatory diagram showing that the process of step ST09 is different from that of the second embodiment. As shown in FIG. 12B, the process in step ST09 in FIG. 6 is different from that in the second embodiment (see also FIG. 10). Specifically, the process of step ST09 of FIG. 6 in the third embodiment is the same as that of the first embodiment.
- the reason why the number of samples does not change in this way regardless of the change in gear is that there is a process in FIG. That is, in order to adjust the sampling time timerA in response to the change in the rotational speed of the crank 105 due to the presence of step ST33 in FIG. 12A, sampling is performed at regular intervals without changing the number of samplings. It becomes possible.
- the third embodiment has the above-described configuration, it is possible to cope with a case where a plurality of gears are provided.
- the average power value and the average loss amount can be calculated before the crank 105 passes through the magnet 311a.
- the measurement module storage unit 353 since the third embodiment has the above-described configuration, the measurement module storage unit 353 only needs to have a minimum capacity, which saves costs.
- FIG. 13 is a block diagram of the cycle computer 201 and the measurement module 301 in the fourth embodiment.
- FIG. 13 is basically the same as FIG. 11, and the description of the same parts is omitted.
- the measurement module 301 includes a speed detection unit 385.
- the speed detection unit 385 can detect the speed of the bicycle 1. Any device for detecting the speed may be used as long as the crank 105 has a time resolution enough to measure a slightly fine speed during one rotation. A cadence sensor or the like may be used as long as it has such a capability.
- FIG. 14 is a flowchart of processing in the fourth embodiment.
- FIG. 14 is an interrupt process used in place of the process of FIG. As shown in FIG. 14, the measurement module control unit 351 interrupts when a change occurs in the result of the speed detection unit 385 (step ST11).
- step ST13 the value of the sampling time timerA is set as follows.
- step ST09 is the same as that of the third embodiment.
- the fourth embodiment Since the fourth embodiment has the above-described configuration, it can cope with a case where the speed of the bicycle 1 changes.
- the fourth embodiment can be added to the configuration of the third embodiment. In this case, not only the speed change of the bicycle 1 but also the gear change can be handled.
- the force measurement module 301 applied to the bicycle 1 transmits the force of the user by the crank 105 of the bicycle 1 that transmits the force by the user with the crank 105 and one front gear 109 selected from the one or more front gears 109.
- a strain sensor 366 that detects strain, a measurement module magnetic sensor 311 that detects that the crank 105 has passed a certain position, and a measurement module control unit 351 are included.
- the measurement module control unit 351 calculates the rotation angle of the crank 105 based on the elapsed time from the time when the crank 105 detected by the measurement module magnetic sensor 311 passes a certain position, and from the strain amount of the crank 105 detected by the strain sensor 366.
- the distribution of the force applied by the user is calculated by calculating the force applied to the crank and calculating the correspondence between the rotation angle and the force applied to the crank 105.
- the average power and the average loss amount corresponding to the position of the crank 105 are displayed to the user, and information on how the force is applied to the pedal 103 of the bicycle 1 is provided to the user. can do.
- the method of measuring the force applied to the bicycle 1 is the distortion of the crank 105 of the bicycle 1 that transmits the force by the user with the crank 105 and one front gear 109 selected from one or more front gears 109. And detecting that the crank 105 has passed a certain position, calculating the rotation angle of the crank 105 based on the elapsed time from the time when the crank 105 has passed the certain position, and adding the crank 105 to the crank 105 from the amount of distortion of the crank 105 The force is calculated, and the correspondence between the rotation angle and the force applied to the crank 105 is calculated, thereby calculating the distribution state of the force applied by the user.
- the average power and the average loss amount corresponding to the position of the crank 105 are displayed to the user, and information on how the force is applied to the pedal 103 of the bicycle 1 is provided to the user. can do.
- the human-powered machine refers to a machine driven by human power provided with a crank 105 such as a bicycle 1 or a fitness bike.
- a crank 105 such as a bicycle 1 or a fitness bike.
- any human-powered machine may be used as long as it is a machine that is driven by a human power equipped with the crank 105 (it is not always necessary to move locally).
- the measuring device in the present invention may be a part of the cycle computer 201 or may be another independent device. Further, it may be an aggregate of a plurality of devices physically separated. In some cases, the device other than the strain sensor 366 may be a device located in a completely different place through communication. That is, the measurement module 301 is an example of a measurement apparatus according to the present invention.
- the measurement module magnetic sensor 311 is an example of a sensor in the present invention. That is, the sensor in the present invention may be any sensor as long as it can know the position of the crank 105.
- the front gear 109 and the rear gear 113 are examples of gears in the present invention. That is, the gear in the present invention may be any gear that can change the rotational speed of the crank 105.
- the measurement module control unit 351 and the cycle computer control unit 251 are examples of the control unit in the present invention. That is, the control unit according to the present invention may be any unit as long as it has a control function. The control unit may be distributed.
- the present invention is not limited to the above embodiment, and various changed structures, configurations, and controls may be performed.
- Cycle computer display part 205 ... Cycle computer operation part, 207 ... Cycle computer cadence radio
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Abstract
Description
図1は、本発明の第1の実施形態に係る自転車1の全体を示す説明図である。
フレーム3は、2つのトラス構造から構成されている。
またフロントフォーク13の前方方向には、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、ハンドル9と接続されている。
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。
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。
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のハブ部はリアギア113と接続されている。
駆動機構101は、ペダル103、クランク機構104、フロントギア109、チェーン111、リアギア113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。
具体的には、クランク軸107はフレーム3を左右方向に貫通している。
クランク105は、このクランク軸107と直角に形成されている。
クランク軸107は、クランク105の端部において、クランク105と接続されている。
ペダルクランク軸115は、このクランク105と直角に形成されている。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のクランク軸107が形成されている側の端部とは反対側の端部において、クランク105と接続されている。
ペダルクランク軸115とペダル103とは、ペダル103が回転自在となるように接続されている。
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。
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、そして、2個のペダル103を有している。
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105a、左側クランク105b、右側ペダルクランク軸115a、左側ペダルクランク軸115b、右側ペダル103a及び左側ペダル103bと記載する。
また、右側クランク105aと左側クランク105bは、クランク軸107を中心として反対方向に伸びるように形成されている。
右側クランク105a及び左側クランク105bは、同一の平面上に形成されている。右側クランク105a及び左側クランク105bの軸は、平行に形成されている。
フロントギア109には、チェーン111が係合されている。
チェーン111は、リアギア113に係合している。
リアギア113は、可変ギアによって形成することが好適である。
リアギア113は、リア車輪7と接続されている。
また、フレーム3には、サイクルコンピュータケイデンス無線受信部207及びサイクルコンピュータ無線受信部209が配置されている。
さらに、ハンドル9には、サイクルコンピュータ201が配置されている。
一方、損失量とは、クランク105の回転方向とは別の方向に加わる力である。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、パワーをできるだけ増加させ、損失量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。
なお、本実施形態では、360°を12分割して表示する実施形態としていることから、30°毎に回転方向の力(トルク)、ユーザが出力している人力の法線方向の力(損失量)等を表示する。
以下、360°を分割する分割数をm[分割]と表示する。本実施形態では、m=12である。
もっとも、あくまで12分割(m=12)というのは一例であり、必要に応じて、多い分割又は少ない分割を行ってよい。
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。
なお、サイクルコンピュータ無線受信部209は、受信のみの機能を有する必要はない。例えば、送信部としての機能を有していても良い。以下、送信部又は受信部と記載した装置も、受信機能及び送信機能の両方を有していて良い。
ここで、磁石311aはフレーム3の一定の位置に固定されている。
つまり、測定モジュール磁気センサ311のリードスイッチがONになるということは、フレーム3の磁石311aが設置されている位置(角度)に、クランク105が位置していることを検出したことを意味する。
この測定モジュール磁気センサ311から、測定モジュール301は、ケイデンス[rpm]を得ることができる。
つまり、このクランク105の位置(角度)情報から、クランク105の回転角度を推測する。
まず、測定モジュール磁気センサ311がONになる間隔は、クランク105が360°回転する間隔と一致する。
そうすると、クランク105の現在位置の推測は、直近の測定モジュール磁気センサ311がONになった時間からの経過時間から推測することができる。
具体的には、(経過時間)/(測定モジュール磁気センサ311がONになる間隔)×360°が、測定モジュール磁気センサ311の位置を初期回転角度としたときのクランク105の回転角度となる。
もっとも、クランク105の角度ごと(例えば、非常に細かく1°毎)のデータを取る必要がない本実施形態の場合には、360°を12分割(m=12)して、その範囲(30°毎)で値を求めている。
具体的には、30°毎の回転区間の回転力である平均トルク(平均パワー)及び平均損失量であることから、360°を12分割(m=12)している。
そして、測定モジュール301は、測定モジュール磁気センサ311からのクランク105の位置情報によって、各クランク回転角度(30°毎に区分された期間)について、平均トルク及び損失量を算出している。
なお、発展的な実施形態においては、磁石311aとリードスイッチを有する測定モジュール磁気センサ311によって、クランク105の位置情報を検出・推測しているが、クランク105の位置を角度センサ(例えば、ロータリーエンコーダ等)によって検出することも可能である。
具体的には、クランク105の回転力である平均トルク(平均パワー)及び平均損失量を測定モジュール301は算出する。
図3の下側部分を用いて、測定モジュール301の構成を説明する。
図3の下側部分のように、測定モジュール301は、測定モジュール磁気センサ311、測定モジュール無線送信部309、測定モジュールタイマ361、測定モジュール制御部351、測定モジュール記憶部353、測定モジュールA/D363、測定モジュール歪検出回路365、歪センサ366を有している。
ここで、上下面歪ゲージセット369及び側面歪ゲージセット371等の総称を歪センサ366と呼んでいる。
上下面歪ゲージセット369は、上下面第1歪ゲージ369a及び上下面第2歪ゲージ369bを有している。
上下面第1歪ゲージ369a及び上下面第2歪ゲージ369bのそれぞれの端子は、測定モジュール歪検出回路365に接続されている。
測定モジュール歪検出回路365は、上下面第1歪ゲージ369aの出力及び上下面第2歪ゲージ369bの出力を増幅及び調整する。
測定モジュール歪検出回路365によって増幅等された上下面第1歪ゲージ369aの出力及び上下面第2歪ゲージ369bの出力は、測定モジュールA/D363によって、アナログ情報からデジタル情報である歪量情報に変換される。
そして、歪量情報信号は測定モジュール記憶部353に出力される。測定モジュール記憶部353に入力された歪量情報信号は、測定モジュールRAM355に歪量情報として記憶される。
側面第1歪ゲージ371a及び側面第2歪ゲージ371bのそれぞれの端子は、測定モジュール歪検出回路365に接続されている。
測定モジュール歪検出回路365は、側面第1歪ゲージ371aの出力及び側面第2歪ゲージ371bの出力を増幅及び調整する。
測定モジュール歪検出回路365によって増幅等された側面第1歪ゲージ371aの出力及び側面第2歪ゲージ369bの出力は、測定モジュールA/D363によって、アナログ情報からデジタル情報である歪量情報に変換される。
そして、歪量情報信号は測定モジュール記憶部353に出力される。測定モジュール記憶部353に入力された歪量情報信号は、測定モジュールRAM355に歪量情報として記憶される。
timerA[s]=Tk今回/n
ここで、timerAはサンプリングタイムである。ここで、サンプリングタイムとは、測定モジュール歪検出回路365からの出力をデジタル変換する周期である。つまり、歪センサ366の出力から歪量情報をサンプリングする時間である。
そして、サンプリングタイム毎の歪量情報に基ついて、サンプリングタイム毎のトルクTr及び損失量が算出される。
また、Tk今回は、測定モジュール磁気センサ311が、磁石311aの接近を前回検出してから磁石311aの接近を直前に検出するまでの間の時間である。
つまり、Tk今回は、直前にクランク105が一回転するまでに要した時間である。
また、nは全サンプリング数である。つまり、nはクランク105が1回転する間にサンプリングを行う回数である。
本実施形態では、全サンプリング数nは120回(n=120)としている。
また、本実施形態では360°を12分割(m=12)しているので、一区間あたりのサンプル数は10個(n(=120)/m(=12))となる。そうすると、平均トルク及び平均損失量の算出は、歪量情報を10個毎に平均をとって算出していることになる。
なお、全サンプリング数n(n=120)は、多ければ多いほど平均をとった場合に値が安定化するという利点がある。さらに、全サンプリング数nが多ければ、分割数(m=12)をさらに多分割した場合にもより正確に平均トルク及び平均損失量を算出できるという利点がある。
もっとも、全サンプリング数nが多いということは、サンプリングタイムtimerAの値が小さくなるということを意味することから、全サンプリング数を増やすと測定モジュールA/D363のアナログ・デジタル変換が間に合わなくなる可能性がある。
また、全サンプリング数nが多いということは、測定モジュール記憶部353に記憶される歪量情報が多くなることを意味する。そして、その多くなった歪量情報を保持するために、容量の大きい測定モジュール記憶部353を有する必要があることになる。そして、容量の大きい測定モジュール記憶部353を測定モジュール301に搭載することは、コストの増加、容積の増加、処理の複雑化等の問題を有する。
したがって、全サンプリング数nをどの程度とするかは、分割数mをどの程度とするか、平均パワーP及び平均損失量をどの程度まで高精度とするか、コスト、許容される容積等を比較考量して決定されうる。
このtimerAの期間をカウントするために後述する第1タイマを用いる。
さらに、測定モジュールタイマ361は、測定モジュール無線送信部309に、送信のタイミングを命令する役割をも有している。具体的には、例えば、1/4秒ごとに、測定モジュール無線送信部309に送信タイミングを指令している。
なお、測定モジュールタイマ361は第1タイマと第2タイマとを別にカウントすることが可能である。
また、測定モジュール無線送信部309は、測定モジュール磁気センサ311の検出情報から推測されるクランク105の位置(角度)と、平均トルク情報及び平均損失量情報とを対応付ける情報も発信する。
さらに、測定モジュール無線送信部309は、ケイデンス情報も送信する。
この測定モジュール無線送信部309による平均トルク情報及び平均損失量情報、これらの情報とクランク105との対応付ける情報及びケイデンス情報の送信は、測定モジュール制御部351によって命令されることによって1/4秒ごとに行われている。もっとも、この1/4秒は必要に応じて可変である。
または、測定モジュールタイマ361の値に基づいて測定モジュール制御部351が命令を出力することによって、測定モジュール無線送信部309は平均トルク情報、平均損失量情報、これらの情報とクランク105との対応付ける情報及びケイデンス情報を送信しても良い。
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。特に本発明の実施形態では、歪量情報を記憶している。
なお、測定モジュール記憶部353は、測定モジュールRAM355及び測定モジュールROM357から構成されている。測定モジュールRAM355には歪量情報等が記憶される。測定モジュールROM357には制御プログラム、及び、歪量情報から平均トルクを算出するための各種のパラメータ、定数、等が記憶される。
具体的には、測定モジュール制御部351は、歪量情報から一定期間の平均トルクを算出する。
その方法は、まずトルクTrを
トルクTr[Nm]=mgL(X-Xz)/(Xc-Xz)で計算する
(以下、この式を式(1)という。)。
ここで、Xが測定された歪量、クランク105が水平状態でペダル103に垂直にm[kg]を載せた場合の歪量がXcであり、それぞれの無負荷状態の場合における歪量がXzであり、クランク軸107からペダル103までの距離がLである。また、gは重力加速度である。
このトルクを複数時点毎に算出して、その平均をとったものが平均トルクとなる。
そして、計算された平均トルクは、測定モジュール無線送信部309を介して1秒おきに、サイクルコンピュータ201に送信される。
より具体的には、一回転を12分割してサイクルコンピュータ表示部203に表示する場合には、クランク105の30°の角度の範囲内の各時点におけるトルクを上記の式から計算し、その30°の角度範囲に含まれる複数のトルクを平均して平均トルクを算出する。
なお、Xに代入される歪量情報は、上下面歪ゲージセット369からの出力を測定モジュール歪検出回路365が増幅等し、これを測定モジュールA/D363がデジタル値に変換した値である。
その方法は、損失量を、
損失量[N]=mg(Y-Yz)/(Yu-Yz)で計算する
(以下、この式を式(2)という。)。
ここで、Yが出力された歪量、クランク105が下死点においてペダル103に垂直にm[kg]を載せた場合の歪量がYuであり、それぞれの無負荷状態の場合における歪量がYzである。また、gは重力加速度である。
このように、内外方向の歪量から人力の法線方向成分(損失量)を算出することが可能となる。
この損失量を複数時点毎に算出して、その平均をとったものが平均損失量となる。
そして、計算された平均損失量は、測定モジュール無線送信部309を介して1秒おきに、サイクルコンピュータ201に送信される。
より具体的には、一回転を12分割してサイクルコンピュータ表示部203に表示する場合には、クランク105の30°の角度の範囲内の各時点における損失量を上記の式から計算し、その30°の角度範囲に含まれる複数の損失量を平均して平均損失量を算出する。
なお、Yに代入される歪量情報は、側面歪ゲージセット371からの出力を測定モジュール歪検出回路365が増幅等し、これを測定モジュールA/D363がデジタル値に変換した値である。
測定モジュール制御部351は、測定モジュールタイマ361に第2タイマのタイマ値情報の出力を命令する。
そして、測定モジュール制御部351は、測定モジュールタイマ361から第2タイマのタイマ値情報を受けると、その第2タイマのタイマ値情報からケイデンスを算出する。
具体的には、測定モジュール制御部351は、第2タイマのタイマ値情報のカウント数(C)と1度のカウント間隔(クロックの所定周期)(T)をかけあわせることによって、測定モジュール磁気センサ311がONになる時間(周期)[s]を算出する。そして、60をこの周期で割ることによって、ケイデンス[rpm]を算出する。
さらに、測定モジュール制御部351は、このケイデンス情報を記憶バッファに記憶する。
また、測定モジュール制御部351は、測定モジュールタイマ361の第2タイマにカウンタ値のリセット命令を出力する。
そして、測定モジュール制御部351は、平均トルク情報及び平均損失量情報、並びに、これらとクランク105の位置とを対応付ける情報を送信用バッファに記憶する。
さらに、測定モジュール磁気センサ311から算出されるケイデンス情報も送信用バッファに記憶する。
なお、送信用バッファは、測定モジュール記憶部353の測定モジュールRAM355であってもよいし、測定モジュール無線送信部309が有する記憶部等であっても良い。
図3の上側部分のように、サイクルコンピュータ201は、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タイマ261、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。
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に表示内容の指示を受ける。
より具体的には、サイクルコンピュータ表示部203に表示する平均パワー及び平均損失量の情報の表示方法、分割数m等の入力を受ける。
具体的には、クランク105の各角度(30°毎の)平均パワー及び平均損失量を視覚化して表示する。なお、視覚化の方法はどのような方法であっても良い。
ここでの、視覚化の方法は、例えば、ベクトル表示、グラフ表示、色分け表示、記号の表示、3次元表示等がありえ、どのような方法であってもよい。
さらには、これらの組み合わせ等であってもよい。
また、サイクルコンピュータ無線受信部209は、ケイデンス情報も受信する。
サイクルコンピュータタイマ261によって生成されるこのタイマ値情報はサイクルコンピュータ制御部251等が様々に利用している。
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、サイクルコンピュータRAM255及びサイクルコンピュータROM257から構成されている。サイクルコンピュータROM257には制御プログラム、及び、各種のパラメータ、定数、等が記憶されている。
また、サイクルコンピュータROM257には平均トルク情報から平均パワーを算出するための各種のパラメータ、定数、等も記憶されている。
また、サイクルコンピュータ制御部251は、平均パワーPを算出する。
具体的には、サイクルコンピュータ制御部251は、平均トルク情報及びケイデンス情報から一定期間の平均パワーPを算出する。
その方法は、平均パワーPを
平均パワーP[W]=(2PI/60)Tra×Rで計算する
(以下、この式を式(3)という。)。
ここで、Traが平均トルク[Nm]であり、Rがケイデンス量[rpm]である。なお、PIは円周率である。
つまり、この式のTraに平均トルク情報を代入し、Rにケイデンス情報を代入することによって、平均パワーPを算出することが可能となる。
本実施形態のように一回転を12分割してサイクルコンピュータ表示部203に表示する場合には、30°の範囲内の平均パワーを算出する。
そして、サイクルコンピュータ制御部251の処理の結果は、サイクルコンピュータ表示部203によって表示される。
そして、右側ペダル103aにはユーザにより加えられる人力FLが加えられる。人力FLは、クランク105の回転方向の力Fθとクランク105の法線方向の力Frから構成されている。なお、ここで、回転方向及び法線方向に垂直な方向を内外方向と定義する。
以下、クランク105の回転方向に生ずるクランク105の歪を回転方向歪という。同様に、内外方向に生ずるクランク105の歪を内外方向歪という。さらに、クランク105に生ずるねじり力による歪をねじり方向歪という。
右側クランク105aの上面側(又は下面側)の中心部分を上下面部分117とする。右側クランク105aの側面の中心部分を側面部分119とする。
この、上下面部分117には上下面歪ゲージセット369が接着され、側面部分119には側面歪ゲージセット371が接着される。
また、上下面第1歪ゲージ369a及び上下面第2歪ゲージ369bは、互いに直交している。つまり、上下面第1歪ゲージ369aの歪検出方向と上下面第2歪ゲージ369bの歪検出方向とは互いに直交している。
さらに、上下面第1歪ゲージ369aの検出方向と上下面第2歪ゲージ369bの検出方向との間の中間方向が、クランク105の長手方向になるように配置されている。つまり、上下面第1歪ゲージ369aの検出方向とクランク105の軸の方向とは45度の角度を有する。
また、側面第1歪ゲージ371a及び側面第2歪ゲージ371bは、互いに直交している。つまり、側面第1歪ゲージ371aの歪検出方向と側面第2歪ゲージ371bの歪検出方向とは互いに直交している。
さらに、側面第1歪ゲージ371aの検出方向と側面第2歪ゲージ371bの検出方向との間の中間方向が、クランク105の長手方向になるように配置されている。つまり、側面第1歪ゲージ371aの検出方向とクランク105の軸の方向とは45度の角度を有する。
図6(a)は、測定モジュール制御部351のメインフローを表している。
Sleep処理とは、後述する図6(b)のステップST27によるwake処理が行われるまで処理を停止することを意味する。
その理由を説明する。
まず、測定モジュール記憶部353の測定モジュールRAM355の容量には限りがある。ここで、測定モジュールRAM355の容量を大きくすれば歪量情報のデータ退避は必要なくなるが、あまり余裕を持たせて設計するとコストの増加をもたらし適切ではない。また、歪量情報は連続的に次々書き込まれるため、データ退避を行わないと、後述するステップST09での処理によって平均トルクを計算する前に、新たな情報が上書きされてしまうおそれがあるからである。
具体的には、測定モジュール制御部351は、平均化するサンプリング区間(平均化する際に使用するサンプリングの個数)を算出する。
クランク速度及びギア比の変化がない場合に、360°中において、120点のデータをサンプリングする場合に、360°を12分割するときには、
平均化区間のサンプリングの個数は、n(=120)/m(=12)=10[サンプリングの個数]となる。
具体的には、測定モジュール制御部351は、図3の測定モジュール制御部351の説明のところで行った処理を行ない、トルク及び損失量を算出する。
そして、測定モジュール制御部351は、ステップST07で算出した平均化区間のサンプリング個数(n/m個)毎に平均をとることによって、平均トルク及び平均損失量を算出する。
さらに、測定モジュール制御部351は、算出したトルク及び平均損出量とクランク105の位置(角度)を関係付ける情報を、算出したトルク及び平均損出量に付加する。
また、測定モジュール制御部351は、図3の測定モジュール制御部351の説明のところで行った処理を行ない、ケイデンスを算出する。
具体的には、送信バッファに保存されるのは、平均トルク情報及び平均損失量情報、並びに、これらとクランク105の位置とを対応付ける情報である。さらに、ケイデンス情報も送信バッファに保存される。
この処理が行われた後、ステップST03の処理に戻り、sleep状態に移行して、wake処理が行われるまで処理を停止する。
測定モジュール制御部351は、測定モジュール磁気センサ311の出力(磁石311aの接近)を検知すると、割り込んで以下の処理を開始する(ステップST21)。
なお、割り込みとは、それまでの処理を中断して、指定された処理を実行することをいう。
具体的には、サンプリングタイムtimerAは、
timerA[s]=Tk今回/n
によって算出される(図3の測定モジュールA/D363の説明のところも参照されたい)。
ここで、nはサンプリング数であり120であり、Tk今回は直近でのクランク105が1回転するのに要した時間間隔である。
この式から分かることは、timerA毎にデータを取得することは、クランク105の一回転を120分割した時間分解能にてデータを取得するということである。
具体的には、図6(a)のステップST05以下の処理を実行する。
その後処理を終了し、再び測定モジュール磁気センサ311の出力を検知すると、ステップST23以下の処理を開始する。
ステップST41において、測定モジュール無線送信部309は、サイクルコンピュータ無線受信部209に対して、送信バッファに記憶されている平均トルク情報及び平均トルク情報等を送信する。
具体的には、送信バッファに保存されているのは、平均トルク情報及び平均損失量情報、並びに、これらとクランク105の位置とを対応付ける情報である。さらに、送信バッファには、ケイデンス情報も保存されている。
このステップST43の処理が終了すると、ステップST41の処理に戻る。つまり、ステップST41及びステップST43の処理は1/4秒毎に行われる。
ステップST61において、測定モジュール記憶部353は、測定モジュールA/D363がA/D変換を終了すると処理の割り込みを行う。
その後処理を終了する。
ステップST81において、測定モジュールA/D363は、timerAによる割り込みを受ける。
具体的には、測定モジュールA/D363は、測定モジュールタイマ361の第1タイマの値がサンプリングタイムtimerAの値と同じくなった場合に、割り込みがかけられる。
そして、ステップST83以下の処理を行う。
ここで、A/D変換されるのは、測定モジュール歪検出回路365が出力した上下面歪ゲージセット369と側面歪ゲージセット371の歪に関する情報である。
この測定モジュールA/D363のA/D変換によって、測定モジュール301は、上下面歪ゲージセット369及び側面歪ゲージセット371の歪量情報をデジタル値として得ることが可能となる。
なお、平均トルク情報、平均損失量情報には、クランク105の位置(角度)情報も付与されている。
つまり、サイクルコンピュータ無線受信部209が平均トルク情報、平均損失量情報及びケイデンス情報を受信したことを、サイクルコンピュータ制御部251が検出した時には、サイクルコンピュータ制御部251は、処理を中断(割り込み)し、ステップST93以下の処理を開始する。
具体的には、サイクルコンピュータ制御部251は、平均トルク情報及びケイデンス情報から一定区間の平均パワーPを算出する。
その方法は、平均パワーP[W]=(2PI/60)Tra×Rで計算される。ここで、Traが平均トルク[Nm]であり、Rがケイデンス歪量[rpm]である。
つまり、この式のTra及びRに平均トルク情報及びケイデンス情報を代入することによって、平均パワーPを算出することが可能となる。
そして、その演算の結果に基づいて、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表示部203にその内容を表示する。
なお、視覚化の方法はどのような方法であっても良い。
ここでの、視覚化の方法は、例えば、ベクトル表示、グラフ表示、色分け表示、記号の表示、3次元表示等がありえ、どのような方法であってもよい。
そして、サイクルコンピュータ201は、再びステップST91による割り込みが発生するまで処理を終了する。
このような構成によって、本実施形態では、ユーザにクランク105の位置に対応する平均パワー及び平均損失量を表示して、ユーザに自転車1のペダル103へどのように力を加えているかの情報を提供することができる。
これによって、ユーザがより適切なペダリングをする助けとすることができる。
なお、X地点に磁石311aが配置されていると想定している。
しかし、以上の構成のままだと、クランク105の回転速度が遅くなる場合及び早くなる場合には、同じ10個のサンプリングの個数をサンプリングしてもクランク105の進む角度は異なってしまう。
なぜなら、サンプリングタイムtimerAはクランク105が一回転して磁石311aの位置まで来て、図6(b)のステップST25の処理が終わるまで変化しないからである。
10個のサンプリングの個数をサンプリングしてもクランク105の進む角度は異なってしまうとは、具体的には、例えば、クランク105の回転が途中から1/2になった場合には、同じ10個のサンプリング個数であっても、クランク105は15°しか進むことができない。
逆に、クランク105の回転が途中から1.5倍になった場合には、同じ10個のサンプリング個数であっても、クランク105は45°も進むことができる。
そして、以上の構成のままだと、サイクルコンピュータ201又は測定モジュール301は、この進みすぎ又は遅れていることを検出できない。
図8(b)は、X地点に磁石311aがあって、その通過後Y地点まではクランク105の回転速度は変化ない場合である。
したがって、Y地点までは10個のサンプリング個数であっても30°毎の範囲の平均パワー及び平均損出量を算出することができる。
しかし、Y地点からクランク105の速度が1/2になると、10個のサンプリング個数だと、15°しか進むことができず、12個の区間分のサンプリング個数をサンプリングしてもZ地点までのデータしか検出することができない。
しかも、サイクルコンピュータ201は、Z地点のデータをX地点のデータとして認識してしまう。
その結果、サイクルコンピュータ201の平均パワー及び平均損失量のデータ表示が不正確になってしまう。
つまり、サイクルコンピュータ201はPreal地点の平均パワー及び平均損出量を、Passume地点の平均パワー及び平均損出量と認識して計算・表示を行ってしまうという問題点がある。
したがって、Y地点までは10個のサンプリング個数であっても30°毎の範囲の平均パワー及び平均損出量を算出することができる。
しかし、Y地点からクランク105の速度が2倍になると、10個のサンプリング個数だと、15°しか進むことができず、12個の区間分のサンプリング個数をサンプリングしてもZ地点すすんでしまう。
しかも、サイクルコンピュータ201は、Z地点のデータをX地点のデータとして認識してしまう。
その結果、サイクルコンピュータ201の平均パワー及び平均損失量のデータ表示が不正確になってしまうという問題点がある。
その結果、全サンプリング個数120に対応する容量の測定モジュール記憶部353だと、データがオーバーフローしてしまうことになる。
それを避けるために、本実施形態では、十分な容量の測定モジュール記憶部353(測定モジュールRAM355)を用いることによってこの問題を解決している。
つまり、本実施形態は、十分な容量の測定モジュール記憶部353(測定モジュールRAM355)を用いるという構成を有する。
これによって、オーバーフローを回避することができる。
以上の第1の実施形態においては、単に、オーバーフローを回避するために分な容量の測定モジュール記憶部353(測定モジュールRAM355)を用いるという事のみを行っていた。
しかし、測定モジュール記憶部353(測定モジュールRAM355)をあまりに余裕をみて大きな容量のものにするのであれば、無駄にコストがかかってしまい適切とは言えない。
また、単に大きな容量にしても、サイクルコンピュータ201の平均パワー及び平均損失量のデータ表示が不正確になってしまうという問題点の解消にはならない。
そこで、第2の実施形態では、これらの問題を解決するべく、測定モジュール301にギア変化検出部381を設けている。
図9のように、測定モジュール301は、ギア変化検出部381を有する。
そして、ギア変化検出部381は、ギアの変化があったこと検出可能である。もっとも、ギア変化検出部381は、単にギアの変化の有無のみを検出可能であり、どのギアに変化したか等の検出はできない。
クランク105の回転速度が大きく変化する場合には、ギアを異なるギアに入れた場合が想定されるからである。
なお、自転車1の速度が大きく変化した場合にも、クランク105の回転速度は大きく変化するが、通常、自転車の速度はそれほど急速に変化するものではないので、ここでは、自転車1の速度ほとんど変化しないものと想定している。
なお、この第2の実施形態においては、ギアは2つ状態のみを有するものを想定している。例えば、ギアの歯数の比が大きいものと小さいものとの比をギア比(=ギアの歯数が多いもの/ギアの歯数が少ないもの)であるものを想定している。例えば、ギア比=2を想定して以下の説明を行う。
全サンプリング回数×ギア比となる。
つまり、図8(b)のX地点の直後にギア変化が有ってクランク105の回転速度が遅くなっても、これだけの容量があれば再びクランク105がX地点に戻ってくるまで、測定モジュール記憶部353(測定モジュールRAM355)がオーバーフローすることはない。
これによって、容量の小さい測定モジュール記憶部353(測定モジュールRAM355)を使用することができ、コストの節約になる。
ステップST09-1において、測定モジュール制御部351は、前回の測定モジュール磁気センサ311の検出から今回の測定モジュール磁気センサ311の検出の間にギア変化検出部381の変化が有ったかを判定している。
なお、以後、「今回」とは、検出が完了している現在の各種データのことであり、「前回」とは現在の1つ前の各種データのことである。
そして、ギア変化検出部381の変化が無かったと判断した場合には、ステップST09-2の処理に移行する。
ギア変化検出部381の変化が有ったと判断した場合には、ステップST09-3の処理に移行する。
また、第2の実施形態においては、平均パワー及び平均損失量の算出は、クランク105が磁石311aの位置を通過した後に、前回の一回転についてのそれぞれの値を求めてこれを、サイクルコンピュータ表示部203に表示する態様を想定している。
ギア変化検出部381の変化が無かったのであるから、そのままのサンプル数でよいからである。
ステップST09-2が実行されると、測定モジュール制御部351のステップST09での処理は終了する。
そして、Tk前回>Tk今回と判断した場合には、測定モジュール制御部351の処理は、ステップST09-4の処理に移行する。
他方、Tk前回<Tk今回と判断した場合には、測定モジュール制御部351の処理は、ステップST09-5の処理に移行する。
さらに、測定モジュール制御部351は、ギア変化検出部381の検出の後はn/m×ギア比(120/12×2=20)個毎に平均トルク及び平均損失量を算出する旨決定する。
Tk前回<Tk今回となったのであるから、ギアの歯数が小さなものから大きなものに変化した結果、クランク105の回転が遅くなったものと判断されるからである。
ステップST09-4が実行されると、測定モジュール制御部351のステップST09での処理は終了する。
さらに、測定モジュール制御部351は、ギア変化検出部381の検出の後はn/m/ギア比(120/12/2=5)個毎に平均トルク及び平均損失量を算出する旨決定する。
Tk前回<Tk今回となったのであるから、ギアの歯数が大きなものから小さなものに変化した結果、クランク105の回転が早くなったものと判断されるからである。
ステップST09-5が実行されると、測定モジュール制御部351のステップST09での処理は終了する。
また、第2の実施形態は以上のような構成を有することから、サイクルコンピュータ201は、そのまま12分割したそれぞれの区間での平均パワー及び平均損失量を算出することができる。
つまり、サイクルコンピュータ201は、正確に分割した各区間における平均パワー及び平均損失量を表示することができる。
第2の実施形態では、複数のギアを有する場合には、対応が困難であった。
また、第2の実施形態では、クランク105が磁石311aを通過した後にのみ平均パワー値及び平均損失量を算出可能であった。
さらに、第2の実施形態では、測定モジュール記憶部353の容量はギア比だけ余裕を持って設計しなければならなかった。
これらの問題点を解決する方法が第3の実施形態である。
図11のように、測定モジュール301は、ギア比検出部383を有する。
そして、ギア比検出部383は、ギアの歯数がどの大きさのギアに移行したのかまで検出可能な装置である。これによって、ギアの変化が有ったときに、どれだけのクランク105の回転速度変化があるのかを推測可能である。
クランク105の回転速度が大きく変化する場合には、ギアを異なるギアに入れた場合が想定されるからである。
なお、自転車1の速度が大きく変化した場合にも、クランク105の回転速度は大きく変化するが、通常、自転車の速度はそれほど急速に変化するものではないので、ここでは、自転車1の速度ほとんど変化しないものと想定している。
なお、この第3の実施形態においては、ギアは複数の状態を有するものを想定している。
図12(a)のように、測定モジュール制御部351は、ギア比検出部383がギアの変化を検出すると割り込みを行なう(ステップST31)。
そして、ステップST33において、サンプリングタイムtimerAの値を以下のように設定する。
timerA=(変化後のギア数/変化前のギア数)×timerA現在
変化前のギア数を30とし、変化後のギア数を15とすると、ギアが変わったことによってクランク105は30/15で2倍の速さで回ることになるので、サンプリングタイムを1/2倍にすることによって、同じサンプリング個数毎(10個毎)で回転角度30°の範囲の平均を取り続けることが可能になる。
なお、timerA現在とは、新たに設定する前のサンプリングタイムtimerA値であり、この値がステップST33の処理において書き換えられる事になる。
このステップST33の処理を終了した後、ステップST31で割り込んだ処理は終了する。
図12(b)のように、図6のステップST09の処理は第2の実施形態とは異なる処理を行っている(図10も参照のこと)。具体的には、第3の実施形態における図6のステップST09の処理は第1の実施形態と同一の処理を行っている。
なぜ、ギアの変化にかかわらず、このようにサンプリング個数が変化しないかというと、図12(a)での処理があるからである。
つまり、図12(a)のステップST33があることによって、クランク105の回転速度が変化したのに対応してサンプリングタイムtimerAを調整するために、サンプリング個数を変化させなくとも一定間隔のサンプリングをすることが可能となる。
また、第3の実施形態では、以上のような構成を有することから、クランク105が磁石311aを通過する前に平均パワー値及び平均損失量を算出可能である。
さらに、第3の実施形態では、以上のような構成を有することから、測定モジュール記憶部353の容量は最低限の余裕さえ持っていればよく、コストの節約となる。
第3の実施形態では、自転車1の速度はほとんど変化しない場合を想定していた、しかし自転車の速度が急激に変化する場合もありえる。
この問題点を解決する方法が第4の実施形態である。
図13のように、測定モジュール301は、速度検出部385を有する。
そして、速度検出部385は、自転車1の速度を検出する事ができる。この速度を検出する装置はクランク105が1回転中のある程度細かな速度を計測可能な程度の時間分解能を持ったものであればどのようなものであっても良い。このような能力を持っていればケイデンスセンサ等であっても良い。
クランク105の回転速度は、ギアが変わった場合以外にも、自転車1の速度が変化した場合にも変化するからである。
図14のように、測定モジュール制御部351は、速度検出部385の結果に変化が発生すると割り込みを行なう(ステップST11)。
timerA=(変化前の速度/変化後の速度)×timerA現在
なお、変化前の速度及び変化後の速度は速度検出部385で検出可能である。
変化前の速度を3m/s、変化後のギア数を1.5m/sとすると、速度が変わったことによってクランク105は3/1.5で2倍の速さで回ることになるので、サンプリングタイムを1/2(=1.5/3)倍に伸ばすことが同じサンプリング個数毎(10個毎)で、平均を取り続けることが可能になる。
このステップST13の処理を終了した後、ステップST11で割り込んだ処理は終了する。
なお、この第4の実施形態は第3の実施形態の構成に付加することも可能である。
この場合には、自転車1の速度の変化のみならず、ギアの変化にも対応可能となる。
測定モジュール制御部351は、測定モジュール磁気センサ311が検出したクランク105が一定位置を通過した時間からの経過時間によってクランク105の回転角度を算出し、歪センサ366が検出したクランク105の歪量からクランクに加わる力を算出し、回転角度とクランク105に加わる力との対応を算出することによって、ユーザが加えた力の分布状態を算出する。
以上のような構成を有することから、ユーザにクランク105の位置に対応する平均パワー及び平均損失量を表示して、ユーザに自転車1のペダル103へどのように力を加えているかの情報を提供することができる。
以上のような方法を用いることから、ユーザにクランク105の位置に対応する平均パワー及び平均損失量を表示して、ユーザに自転車1のペダル103へどのように力を加えているかの情報を提供することができる。
本発明における測定装置とは、サイクルコンピュータ201の一部であってもよいし、他の独立した装置であっても良い。さらに、物理的に別れた複数の装置の集合体であっても良い。場合によっては、歪センサ366以外は通信を介することとし全く別の場所にある装置であってもよい。つまり、測定モジュール301は、本発明における測定装置の一例である。
測定モジュール磁気センサ311は、本発明におけるセンサの一例である。
つまり、本発明におけるセンサとは、クランク105の位置を知ることができるものであればどのようなものであっても良い。
フロントギア109及びリアギア113は、本発明におけるギアの一例である。つまり、本発明におけるギアとは、クランク105の回転速度を変化させる可能性のあるものであればどのようなものであっても良い。
測定モジュール制御部351及びサイクルコンピュータ制御部251は、本発明における制御部の一例である。つまり、本発明における制御部とは、制御機能を有するものであればどのようなものであっても良い。制御部は、分散されていても良い。
201…サイクルコンピュータ、203…サイクルコンピュータ表示部、205…サイクルコンピュータ操作部、207…サイクルコンピュータケイデンス無線受信部、209…サイクルコンピュータ無線受信部、251…サイクルコンピュータ制御部、253…サイクルコンピュータ記憶部、261…サイクルコンピュータタイマ、
301…測定モジュール(測定装置)、309…測定モジュール無線送信部、311…測定モジュール磁気センサ(磁気センサ)、311a…磁石、351…測定モジュール制御部(制御部)、353…測定モジュール記憶部、361…測定モジュールタイマ、363…測定モジュールA/D、365…測定モジュール歪検出回路、366…歪センサ、369…上下面歪ゲージセット、369a…上下面第1歪ゲージ、369b…上下面第2歪ゲージ、371…側面歪ゲージセット、371a…側面第1歪ゲージ、371b…側面第2歪ゲージ、381…ギア変化検出部、383…ギア比検出部、385…速度検出部、
Claims (8)
- ユーザによる力をクランク及び1つ以上のギアのうち選択された1つのギアで伝達する人力機械の前記クランクの歪を検出する歪検出部と、
前記クランクが一定位置を通過したことを検出するセンサと、
制御部と、を有し、
前記制御部は、
前記センサが検出した前記クランクが一定位置を通過した時間からの経過時間によって前記クランクの回転角度を算出し、
前記歪検出部が検出した前記クランクの歪量から前記クランクに加わる力を算出し、
前記回転角度と前記クランクに加わる力との対応を算出することによって、ユーザが加えた力の分布状態を算出する
人力機械に加わっている力の測定装置。 - 前記ギアを2つ以上有し、2つ以上のギアのうち選択されているギアの変更の有無を検出するギア変化検出部を有し、
前記制御部は、
前記磁気センサが検出した前記クランクが一定位置の通過を検出した時点からの経過時間、及び、前記ギア変化検出部がギアの変更を検出した時点からの経過時間によって前記クランクの回転角度を算出する
請求項1に記載の測定装置。 - 前記ギアを2つ以上有し、2つ以上のギアのうち選択されたギアのギア比を検出するギア比検出部を有し、
前記ギア比検出部がギア比の変化を検出した場合には、前記ギア比に応じて、前記歪検出部が検出するサンプリング周期を変更する
請求項1に記載の測定装置。 - 前記人力機械の速度を検出する速度検出部を有し、
前記速度検出部が速度の変化を検出した場合には、前記速度に応じて、前記歪検出部が検出するサンプリング周期を変更する
請求項1又は請求項3に記載の測定装置。 - ユーザによる力をクランク及び1つ以上のギアのうち選択された1つのギアで伝達する人力機械の前記クランクの歪を検出し、
前記クランクが一定位置を通過したことを検出し、
前記クランクが一定位置を通過した時間からの経過時間によって前記クランクの回転角度を算出し、
前記クランクの歪量から前記クランクに加わる力を算出し、
前記回転角度と前記クランクに加わる力との対応を算出することによって、ユーザが加えた力の分布状態を算出する
人力機械に加わっている力の測定方法。 - 2つ以上のギアのうち選択されているギアの変更の有無を検出し、
前記クランクが一定位置の通過を検出した時点からの経過時間、及び、ギアの変更を検出した時点からの経過時間によって前記クランクの回転角度を算出する
請求項5に記載の測定方法。 - 2つ以上のギアのうち選択されたギアのギア比を検出し、
ギア比の変化を検出した場合には、当該ギア比に応じて、サンプリング周期を変更する
請求項5に記載の測定方法。 - 前記人力機械の速度を検出し、
前記速度検出部が速度の変化を検出した場合には、前記速度に応じて、前記歪検出部が検出するサンプリング周期を変更する
請求項5又は7に記載の測定方法。
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
121 | Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application |
Ref document number: 10858668 Country of ref document: EP Kind code of ref document: A1 |
|
ENP | Entry into the national phase |
Ref document number: 2012539555 Country of ref document: JP Kind code of ref document: A |
|
NENP | Non-entry into the national phase |
Ref country code: DE |
|
WWE | Wipo information: entry into national phase |
Ref document number: 13880881 Country of ref document: US |
|
122 | Ep: pct application non-entry in european phase |
Ref document number: 10858668 Country of ref document: EP Kind code of ref document: A1 |