Wireless bicycle brake light

本考案は主に、ＭＥＭＳ構造を用いた加速度計および制御技術を利用して、「強い」制動だけでなく「弱い」制動にも反応できるワイヤレス自転車ブレーキライトを可能にする。

先行技術１：自転車の乗り手がブレーキレバーを下げると、ブレーキライトを作動させる電波を発する、旧式のワイヤレス自転車ブレーキライト。 短所として、（１）自転車の乗り手が自転車の両方のブレーキレバーにセンサーを設置する必要があるため、自転車の種類またはブランドが異なると、ブレーキレバーの形状またはデザインが異なるという理由から、設置上の問題が実際に生じる。 （２）スキーやスノーボードといったスポーツの場合、当該の製品は、作動装置の役割を果たせる明白なブレーキ機構を有していないため、機能しない可能性がある。

先行技術２：米国特許第６２４９２１９号（特許文献１）には、強い制動ライトシステムのように、加速度計を利用した強いブレーキライトの発明がいくつか存在した。 このような発明は、「強い」制動には反応して機能するが、「弱い」制動機能では働かないことがある。 その理由は、重力の影響によって、減速の検出に重大な誤りが生じることがあるからである。 例えば０．１Ｇの「弱い」減速が検出された場合、自転車が１０度の下り坂で停止すると、ブレーキライトが誤って点灯する。 その理由は、自転車が実際にはまだ減速していないにもかかわらず、Ｇの力０．１７Ｇが減速閾値の０．１Ｇを上回るからである。 「強い」ブレーキが検出された場合、これは許容される誤りである可能性がある。 例えば２．０Ｇの「強い」減速が検出された場合、自転車が１０度の下り坂で停止すると、ブレーキライトが誤って点灯することはない。 その理由は、Ｇの力０．１７Ｇが減速閾値の２．０Ｇからはるかに隔たっているからである。

米国特許第６２４９２１９号

本考案の主要な特徴は、ＭＥＭＳ構造を用いた加速度計チップと、主に制動によって機械的摩擦が生じたときに、制動が弱い場合でも本考案がブレーキライトを発光させることができるようにする制御技術とを採用したことである。 その理由は、（１）適用される車両が、特別な特徴を有する自転車であり、（２）本考案の制御回路ユニットが、減速だけでなく自転車の停止／前進状態も検出するからである。 自転車は、自動車やオートバイとは異なる特徴（自然の機械的摩擦が非常に低い）を有している。 下り坂の道でペダルをこがずに自転車が自然に加速するとき、理論上、加速度計は、平坦な道でペダルをこがずに自転車が自然に徐々に減速するとき、および上り坂の道でペダルをこがずに自転車が自然にすぐに減速するときと同じ大きさの信号を出力する。 その理由は、下り坂の道でペダルをこがずに自転車が自然に加速するとき、自転車が「摩擦が低い」という特徴を有しているため、加速効果が重力によってほとんど相殺されるからである。 一方、上り坂の道でペダルをこがずに自転車が自然に減速するとき、減速効果も重力によって相殺される。

前述の状況では、自転車の実際の加速／減速状態およびＧの力の影響に関係なく、制動によって引き起こされる信号が加速度計によって必ず検出できるようになり、加速度計によって検出される減速信号の原因がほとんどブレーキの作動であるとみなすことができる。 但し、自転車が急な下り坂の道で停止したときのみ問題が生じる。 なぜならば、加速度計がＧの力のみ検出するため、自転車が実際には動いておらず且つ減速状態にもない場合には、ブレーキライトが誤って点灯するからである。 本考案の制御回路ユニットは、自転車の停止／前進状態を検出することでこの問題を解決する。 自転車が動いていないことを検出した制御回路ユニットは、たとえ加速度計によって減速信号も検出されていても、ブレーキライトを発光させることを点灯装置に指示せず（減速信号が減速力ではなくＧの力によって生じる可能性があるからである）、動いている自転車が顕著な機械的摩擦（主に制動による）に遭遇したときのみブレーキライトに反応させる。

さらに明確にするために、急な下り坂の道でブレーキを作動させて加速を抑えながら自転車が加速しているとき、本考案のブレーキライトは、加速という事実にもかかわらず点灯する。 なぜならば、この場合に加速度計が実際に捕捉するのが、ブレーキによって生じる減速信号だからである。 このような理由から、本考案を「ワイヤレス減速ライト」ではなく「ワイヤレスブレーキライト」と呼ぶのである。

より正しく理解するために、図１、図２、および図３を参照した好ましい態様の以下の記述および説明を参照されたい。 本考案のワイヤレス自転車ブレーキライトは、本体１０、加速度計２０、制御回路３０、点灯装置４０、電源５０、および固定装置６０を備えている。 中空の本体基部１１および透明カバー１２を備える本体１０は、加速度計２０、制御回路ユニット３０、および点灯装置４０の収容および保護に用いられる。

加速度計２０はＭＥＭＳ構造を用いており、チップ形状であり、Ｇの力と自転車の加速／減速状態を示す混合信号（例えばＧの力が−０．３Ｇを及ぼし、自転車が＋０．５Ｇで加速する場合、加速度計は＋０．２Ｇに相当する大きさの信号を出力する）を、さらなる解析のために制御回路ユニット３０に出力する。

制御回路ユニット３０は、スイッチ３２と、システムを制御するソフトウェアを保存できるマイクロコントローラ３１とを備えている。 マイクロコントローラ３１は、加速度計２０、点灯装置４０、および電源５０に電気的に接続されている。 マイクロコントローラ３１のソフトウェア内に事前にプログラムされた設定には、非制動状態において機能するいくつかの通常点灯モード（例えば、点滅、通常の点灯）と、マイクロコントローラ３１がブレーキが作動していると判断したときに機能する少なくとも１つのブレーキライトモード（例えば、非常に明るい点灯）と、適用される車両が動いているかどうかを判断するために用いられる振動閾値と、ブレーキが作動しているかどうかを判断するための比較で用いられる少なくとも１つの減速閾値とが含まれる。 スイッチ３２の機能には、使用者の好みの減速閾値を設定することと、電源を投入して通常点灯モードの１つを選択することが含まれる。 加速度計信号を受信し信号を処理することで、制御回路ユニット３０は、ブレーキの作動が認識されているかどうかに応じて、通常点灯モードとブレーキライトモードの間でライトを発光させるように点灯装置４０に指示する。

ブレーキライトの作動感度に対する乗り手の好みは異なる可能性があるため、機能を向上すべく本考案はさらに、乗り手が好みに基づいて選択できる複数の減速閾値を提案している。 減速閾値が高いほど、ブレーキライトを作動させるためにブレーキをより強くかける必要がある（例えば、減速閾値が０．２Ｇである場合、ブレーキによって０．１Ｇの減速が生じても、それは減速とみなせるほど十分に強くないため、ブレーキライトは作動しない。

停止／前進状態の検出に関して、信号の変化率と比較するために振動閾値が設定される。 この変化率が振動閾値よりも低い場合、自転車が動いていないと判断することができる。 停止／前進状態を検出することの別の利点は、自動電源切断機能が可能になることである。

点灯装置４０はＬＥＤまたは通常のランプであり得る。 電源５０はバッテリー、ダイナモ、太陽熱発電、またはその他の可能な電源であり得、加速度計２０、制御回路ユニット３０、および点灯装置４０に電気を供給する。 固定装置６０は、適用される自転車にライトを固定する取り付け金具、ベルト、またはネジであり得る。

図４のように本考案の制御回路ユニットの制御フローを参照すれば、さらに明確に理解することができる。 例示的な態様は以下のように説明される。 まず、透明カバー１２および点灯装置４０が追従する車両の方を向くように、提案されたライトが自転車のシートポストの平坦部に固定される。 フロー６００のように、マイクロコントローラ３１内のソフトウェアとやり取りしながら、乗り手が、スイッチ３２を操作して減速閾値を決めることで好みの減速閾値を設定する（例えば、マイクロコントローラ３１内で事前にプログラムされるソフトウェア設計では、スイッチを５秒間押し下げて、１０秒間持続する減速閾値設定モードに入り、対応する閾値を、設定モード期間、スイッチを押す回数によって設定することができる）。 当然のことながら、この減速閾値は予め工場で設定することもできる。

次に、フロー６０２に示したように自転車に乗る前に、乗り手は電源を投入し、マイクロコントローラ３１内に事前プログラムされた通常点灯モードの１つを、スイッチ３２を押すことで選択する。 電源の投入後、フロー６０４に示したように、加速度計２０が、解析のために電圧信号を制御回路ユニット３０に出力し続ける。 次に、フロー６０６に示したように、制御回路ユニット３０が最初に、そのローパスフィルタ機能を用いて加速度計２０の高周波信号のフィルタ処理（「弱い」制動が検出されると高周波雑音によって重大な誤りが生じ、誤動作が発生することがあるため）を試み（例えば、これは、移動平均効果など、抵抗器とコンデンサのハードウェア組み合わせまたはマイクロコントローラ３１内のソフトウェアのいずれかによって行うことができる）、自転車が動いているか、あるいは静止しているかを確認するために電圧振幅変化率をチェックすることで第１レベルの信号判断を受ける。 受信された信号の電圧の変化率が、予め設定された振動閾値を下回る場合、自転車は静止しているとみなされ、そうでない場合は動いているとみなされる。 フロー６０８に示したように、自転車が静止している場合、マイクロコントローラ３１は、電源を投入したときに設定された元の通常点灯モードで発光させるように点灯装置４０に指示し、時間のカウントを開始する。 そして、自転車が一定時間、静止したままである場合、マイクロコントローラ３１はシステムを自動的に停止する。 フロー６１０に示したように、自転車が動いているとみなされた場合、マイクロコントローラ３１は、ブレーキが作動しているかどうか判断するために第２レベルの信号判断を受ける。 フロー６１２に示したように、自転車が非制動状態であると判断された場合、電源投入時に設定された元の通常点灯モード（点滅など）で発光させる指示を点灯装置４０が受ける。 フロー６１４に示したように、自転車が制動状態であると判断された場合、ブレーキライトモード（非常に明るい点灯など）で発光させる指示を点灯装置４０が受ける。

このような考案は、先行技術が有していない特別な安全性を使用者にもたらす。 前述したことにもかかわらず、本考案は、その産業上の利用の可能性および絶対新規性に基づいて実用新案登録の付与に値する。 上記の例は本考案の例示的な態様にすぎず、本考案の範囲を限定するために利用されるべきではない。 本考案の実用新案登録請求の範囲におけるいかなる同等の変更も、本実用新案登録の保護に包摂されるものとする。

特定の好ましい態様を説明し、添付図面において図示してきたが、当然のことながら、かかる態様は広い考案を例示的に示すものであり、広い考案を制限するものではない。 本明細書に示した特徴および利点をすべて提供するとは限らない態様を含め、当業者にとって明白であるその他の態様も本考案の範囲に含まれる。

さらに、当然のことながら、当業者であれば本考案の精神と範囲から逸脱することなく様々な修正または変更を思いつくであろうから、本考案は、図示し説明した特定の構造および構成に限定されるものではない。 従って、本考案の範囲は以下の実用新案登録請求の範囲によって定められる。 この実用新案登録請求の範囲において、部分とは、ゼロよりも多く、最大で全体までを含む。

本考案の概要を示している。 １０は例示的な本体である。 １１は例示的な本体基部である。 １２は例示的な透明カバーである。 ２０は例示的な加速度計である。 ３０は例示的な制御回路である。 ３１は例示的なマイクロコントローラである。 ３２は例示的なスイッチである。 ４０は例示的な点灯装置である。 ５０は例示的な電源である。 ６０は例示的な固定装置である。

本考案の概要を示している。

好ましい態様の制御の概要を示している。

好ましい態様の制御フローを示している。

符号の説明

１０：本体１１：本体基部１２：透明カバー２０：加速度計３０：制御回路ユニット３１：マイクロコントローラ３２：スイッチ４０：点灯装置５０：電源６０：固定装置６００：閾値の設定６０２：電源を投入し、すべての通常点灯モードから１つを選択する。
６０４：ローパスフィルタ機能を適用した後の信号を加速度計から取得する。
６０６：第1レベル信号の判断（静止／前進の判断）
６０８：自転車が静止しており、制御回路ユニットが必要に応じて指示信号を点灯装置に出力する。
６１０：第２レベル信号の判断（通常の前進／減速の判断）
６１２：自転車が通常の動きをしており（加速または一定速度）、制御回路ユニットが必要に応じて指示信号を点灯装置に送信する。
６１４：自転車が減速しており、制御回路ユニットがブレーキライトの作動を点灯装置に指示する。