マウンテンバイクの電子サスペンション制御

親愛なるコミュニティ、私は私の2つの趣味、マウンテンバイクとマイクロエレクトロニクスを交差させることによって行われた作業についてのレポートをあなたの注意に提示します。

したがって、この記事では、電子マウンテンバイクサスペンション制御システムの国内開発に焦点を当てます。 写真とビデオに直接触れて、長い序文であなたを苦しめません。







次に詳細を説明します。

問題：

2サスペンションバイクのアクティブなペダリングでは、ライダーのエネルギーの大部分がバイクサスペンションのスイングに費やされます。これは、リアサスペンションとフロントサスペンションの両方に当てはまります。 リアサスペンションはほとんど常にビルドアップの影響を受けやすく、フロントサスペンションは主にペダルの「立った」影響を受けやすい。 わかりやすくするために、ショックアブソーバーを備えたマウンテンバイクの隣に立って、手でフォークを周期的に地面に押したり押したりすることを想像してください。 これを行うには、エネルギーを消費します。同じように、集中的にペダルを踏んだとき（上り坂など）、エネルギーはまったく使い物になりません。 つまり、ショックアブソーバーの「蓄積」がなければ、すべてのエネルギーが有用なもの、つまりペダリングに費やされることになります。

この問題を解決するために、多くの機械システムが開発され、サスペンションのさまざまなメーカーによって導入され、スイング振動を減衰させています。 RockShoxのモーションコントロールや、FOXなどのProPedalを使用したTerralogicなど。
このような機械システムはペダリングの効率を確実に向上させるが、これらのソリューションはすべて「受動的」であるため、エネルギー散逸を完全に排除するわけではないことに同意するしかない。

つまり、機械システムでは、次のようなさまざまな外部条件が考慮されません。

• 移動速度
• ケイデンス（ケイデンス）
• 路面キャラクター

そのため、最近、大規模な自転車メーカーは、さまざまなセンサーのおかげで、上記の外部条件を考慮した「アクティブな」サスペンション制御システムを開発しました。

• 速度とリズムのリードスイッチ
• 加速度センサー

アイデア：

いつものように、これは私たちの祖国で受け入れられ、タスクは次のように設定されました：「パフォーマンス特性の点で外国のアナログを数回凌ぐこと！」 つまり、 これらの外国部門は、次の指標によって技術的に追い越され、追い越される必要がありました。

1. 有効性
2. 寸法
3. 重さ
4. システムをBluetoothデバイスとペアリングする機能
5. 知能
6. 安さ
7. 在庫状況
8. 最小限の変更で既存の機器（プラグアンドアモルト）に簡単にインストール
9. 保守性
10. 耐障害性
11. ハードウェア変更の可能性（アップグレード）
12. ソフトウェア部分を変更する機能（アップグレード）
13. シングル充電時間

達成されたこと：

1.効率

まず、外国のアナログとは異なり、コントロールはフロントとリアのサスペンションと同時に行われます。
次に、ハードウェア（マイクロコントローラー）を使用すると、公的に入手可能なツール、つまりC ++プログラミング言語を使用して、サスペンション制御アルゴリズムを実装できます。

2.寸法

特別に選択されたコンポーネントは非常に小さいため、プラグステムに配置できます。 つまり、「脳」とバッテリーは、プラグステムの空きスペースに直接配置されます。
したがって、制御要素のサイズは、長さ200 mm、幅22 mmを超えません。 実際のサイズは約150x19です。
その結果、目に見えないエレガントなソリューションが得られます。最も重要なことは、ここで行われているように突き出ておらず、適切な場所をとらないことです（水を入れた重要なフラスコの代わりにかさばるバッテリーパックを取り付けます）

3.重量

サイクリングに慣れていない人のために、重量は競技会で使用される自転車の装備の主要な重要な指標の1つであることを説明します。 このため、この基準には特に注意が払われています。 その結果、重量は約120グラムでした。 これには以下が含まれます：

サーボドライブ（2〜19グラム）	38
マイコンボード	10
バッテリー	30
加速度センサー（バネ）	5
加速度センサー（バネ下、密閉ハウジング付き）	15
リードスイッチとマグネット（2〜10）	20
制御モジュール（ボタン）	5
転記	5
合計：	128グラム

参考のため、外国メーカーの類似システムの重量は300g以上です。

4.インテリジェンス

センサーとマイクロコントローラーのプログラミングの可能性により、高度なc ++言語で任意のアルゴリズムを実装できます。 その結果、現在、次の機能が実装されています。

手動モード

このモードでは、ユーザーはネオプレンインフルエンザ（ステアリングホイールのゴム製ハンドル）の下にあるボタンを使用して、前後のショックアブソーバーのロックを（共同または個別に）制御できます。 このモードの動作は、上のビデオで見ることができます。 単純さにもかかわらず、このモードは非常に便利で便利な機能です。自転車で、特に高速で運転する場合、ショックアブソーバーのロックレバーを手でひねるのは非常に難しいためです。

半自動モード

主に、このモードは、CTDレバーを備えたFOX社の新しいショックアブソーバー用に開発されました 。 このモードの主なアイデアは、ショックアブソーバーの最大の機械的特性を使用することでした。 つまり、システムは、センサーに応じて、3つのCTD（登坂-下り）モードのいずれかを選択し、ショックアブソーバー自体にショックアブソーバーを最適化するためのすべてのロジックを与える必要があります。 モードは、ショックアブソーバーの特定の動作モードに対応する特定の角度だけサーボを回すことにより選択されます。

現在、CTDモードは自転車の角度に基づいて選択されています。 つまり、次のように機能します。

• 自転車が上り坂になります-登山モードが有効になります。
• 自転車は直線で走行します-トレイルモード。
• 山から自転車に乗る-降下モード。

モードからモードへの移行の制限は調整可能です（傾斜キャッチの値は度単位）。 また、モードからモードへの切り替えのタイムアウトも構成可能です。

このモードは非常に尊敬されている一人のライダーのために特別に開発されました（同意したので名前を付けません）が、最後に彼はスポンサーを変更し、新しいバイクにシステムをインストールすることができなくなりました。

仕組みは次のとおりです。

自動モード

これは、必要なときに正確にショックアブソーバーロックをインテリジェントにオン/オフすることにより、ペダリングの効率を最大化するように設計されているため、最も興味深く、難しいモードです。

このモードを実装するために、システムのいくつかの可能な状態とそれらの間の遷移のルールが特定されました。要するに、次のようになります。

センサーを使用するシステム：

• 加速度センサーのバネ付き（プラグステム内）
• 加速度センサーバネ下（フォークズボン）
• スピードセンサー
• ケイデンスセンサー

次の指標を計算します。

• バンプ重大度
• 垂直面および動きに垂直な面でのフォークの蓄積
• 自転車の角度
• スピード
• ケイデンス

そして、これらのインジケータに基づいて、彼は必要な状態を選択し、次から次へと移動します。

システムステータス（ドライブモード）	ショックアブソーバーのロック状態
休息モード	フルロック
フォークスイングペダル	フルロック
ペダリング	フォークショックロック解除、リアショックロック
フリーローリングモード	すべてロック解除
バンプの吸収モード	すべてロック解除

残念ながら、このモードがどのように機能するかについてのビデオをまだ撮影していません。 ビデオレコーダーを見つけたら、撮影を試みます。
それまでの間、静的モードでのこのモードの操作のビデオを次に示します。

5.システムとBluetoothデバイスのペアリング

内蔵のBluetoothモジュールのおかげで、Bluetoothデバイスをシステムに接続して、システムのテレメトリーを表示したり、設定を編集したりできます。
現時点では、自転車のコンピューターおよびシステム設定エディターとして機能するAndroidアプリケーションが作成されています。 スクリーンショットは次のとおりです。

手動モード：

CTDモード：

赤い曲線 -フィルタリングされていない角度データ
青い曲線は、数学フィルターを適用して得られた傾斜角です
上昇/下降勾配しきい値 - 上昇/下降 /下降モードの動作の制限角度（スライダーまたはステアリングホイールのボタンから調整）。 また、チャートには破線で示されています。

自動モード：

赤い曲線 -フォークズボンに吊るされた加速度センサーの測定値（ばね下センサー）
青い曲線 -プラグステム内の加速度センサーの読み取り値（バネ付きセンサー）
ばね上/ばね下の重大度のしきい値 -ばね下の値を超えた場合、プラグとアモルトをロックするためのセンサーの制限値（感度）-ばね上の値が交差する場合、モルトはブロックされます-ばね付きの値を超えない場合、つまり、バンプがない場合、スライダーはブロックされます（スライダーまたはハンドルのボタン）。 また、チャートには破線で示されています。

設定の編集：

最初の2つのスクリーンショットは、サーボ/モードキャリブレーションです。 スライダーをドラッグすると、サーボがリアルタイムで回転します。 これは使用可能な設定のほんの一部であり、約50種類のパラメーターのみです。

そして、ここにいくつかのビデオがあります：

手動モード：

CTDモード：

サーボ校正：

もちろん、将来的には、iPhoneなどのAndroidアプリケーションをbluetoothで移植することも可能になります。
すぐに、 Androidを搭載したこのようなデバイスを入手し、アプリケーションを移植します。 非常に便利だと思います：

5.安さ

選択したすべてのコンポーネントは、ebayまたはdx.comでわずかな価格で購入できます。 しかし、このシステムを作成するには、配達を待つ必要がなかったため、同じコンポーネントを高価格で購入する必要がありました。 結果は次のようになります。

	ebayまたはdx	地元のお店
マイクロコントローラー	300こする	1500こする
加速度センサー（x2）	〜300r	2000こする
バッテリー（良い18650）	200こする	500回こする
ボタンモジュール	〜30r	50こする
リードスイッチ	不明です	不明、古い自転車コンピューターから使用
ワイヤー	〜100r	400回こする
サーボドライブ（良好、金属ギア付き、最速、x2）	600回こする	1300r
ヒンジ（航空機のモデリング）	50こする	250こする
Bluetoothモジュール	200こする	〜500r
ソリッドステートリレー、リチウムイオンバッテリーマイクロコントローラー、小さなもの	〜300r	〜700r
合計：	〜2180r	〜7200r

同じシステムがメーカーからどれくらいのコストがかかるかはわかりませんが、発売されると、1桁またはさらに2倍のコストがかかると考えられます（おそらく、可能性は低くなります）。

6.可用性

すべてのコンポーネントは地元の店で見つけることができますが、高価です。 時間があれば、ebayとdx.comで購入できます。 さらに、1年後でも同様の外国のシステムが利用できるとは思わない。

7.最小限の変更で既存の機器（プラグアンドアモート）に簡単にインストールできます。

プラスチック製のwikiロックコントロールカバーとリアショックアブソーバーロックレバーに1つだけ穴が開けられました。 ベアリングジョイントがこれらの穴にねじ込まれています（航空機モデリングの標準ジョイント）。
サーボは、私が自宅で見つけたプラスチックとゴムのブラケットを介してプラスチック製のタイに取り付けられています（ほとんどが古い自転車のコンピューターから）。
その結果、ほとんどの場合、このシステムはどの自転車にも装着できます。

8.保守性

ご覧のとおり、システムは多くのコンポーネント/モジュールで構成されており、各コンポーネント/モジュールは簡単にアクセスして交換できます。 工場のショックアブソーバーが破損した場合に何が起こるか想像できます。ほとんどの場合、修理は不可能で、完全にショックアブソーバーを交換するだけで節約できます。 キャリッジが飛ぶ場合（同様のシステムのメーカーがケイデンスセンサーをどこに置いたのか）。 キャリッジが排出されるようです。

9.フォールトトレランス

バッテリーが切れたり、ワイヤーが切れたり、自転車に火がついたりした場合でも、手でロックを切り替えることは可能です。 外部システムとして、そのような場合（私が知る限り）、それらは単に詰まるでしょう。
サーボドライブは、耐水性を確保するために特別なゴム化合物で処理されています。

10.ハードウェアの変更の可能性（アップグレード）

システムは、モジュール方式を使用して構築されました。 現時点では、追加のセンサー（心拍数モニターなど）と他のデバイス（自転車コンピューターの機能のディスプレイとしてのLCDスクリーンなど）を接続（無料のコネクター）することは可能です。

11.ソフトウェア部分を変更する機能（アップグレード）

マイクロコントローラは、USBコードを介してc ++で記述された新しいファームウェアでいつでもフラッシュできます。 気まぐれを実現できるとしたら、どれほど素晴らしいか想像できます。

以下を実装する計画：

• バイクコンピューターのすべての可能な機能（お好きなもの、バイクコンピューターのトップモデルで使用可能な機能を含む）。
• 路面の性質（アスファルト、グレーダー、ルート）のより深い分析により、ブロッキング特性をより正確に較正/計算します。
• 他の多くのこと（アラームさえ）...

12. 1回の充電での稼働時間

スリープモード

スリープモードでは、サーボ、Bluetooth、およびi2cポート（LCD画面では現在使用されていません）を無効にする3つのソリッドステートリレーが埋め込まれているため、ダウンタイム中にシステムは1mAを消費します。 したがって、非アクティブ状態では、システムは数か月間アイドル状態になります（これはすべて、バッテリーの内部抵抗、つまりバッテリーが負荷なしで充電状態にできる量に依存します）。
スリープモードでは、タイムアウトによって自動的に実行されます。 タイムアウト時間を変更するか、スリープモードの使用を完全に無効にすることができます。 スリープモードから、システムはケイデンスセンサーイベントまたはハンドルのボタンによって終了します。

アクティブモード

繰り返しになりますが、ソリッドステートリレーのおかげで、すべてのサーボは作動後すぐにオフになります。 したがって、サーボドライブの時間の約80％が回路にまったく接続されていません（保持モードは使用されないため、電荷が大幅に節約されます）。
さらに、Bluetoothモジュールは独立したリレーによって無効にされるため、Bluetoothを使用せずに動作時間が長くなります。 Bluetoothは、ステアリングホイールのボタンから、またはタイムアウトにより切断されます。 タイムアウト時間は設定可能です。

	消費電流	別料金での耐用年数（推定）
スリープモード	1mA	4か月（内部バッテリー抵抗を除く）
アクティブモード	20mA	6日間連続
アクティブモード+ Bluetooth	40mA	2。5日間連続
アクティブモード+サーボ	150mA	連続して20時間、つまり、サーボが前後に連続して作動した場合

13.通常のUSBポートからのバッテリー充電

Li-Ionバッテリーを充電するための内蔵マイクロチップのおかげで、システムは通常のUSBコードから充電できます。 フル充電までの時間〜10時間。 バッテリーが完全に充電されると充電は自動的にオフになり、バッテリーの「再充電」がなくなり、バッテリーの寿命が延びます。

結論の代わりに：

システムは数ヶ月間開発され、テストされました。 現時点では、作業はまだ完了していません。自転車のシーズンが終了したことは残念であり、テストは次のシーズンまで延期する必要があります。 しかし今では、このシステムによりショックアブソーバーを実際に最適化できるため、サイクリストがより良い結果を示すのに役立つことが明らかに感じられます。

PS。 記事のサイズではシステムのすべての機能を詳細に説明することはできなくなったため、この記事はあくまでもガイダンスです。 この記事が一般の人々の興味を引くものであれば、システムの各部分のより詳細なレビューを書くことをお約束します。たとえば、私の意見では興味深いです。

• 加速度計を使用する
• 信号フィルタリングアルゴリズム
• システム状態モデル
• Bluetoothデバイスと対話する最も効果的な方法
• 電気回路
• などなど

更新：
すべてのビデオを削除する必要がありました。 ラピエールの同志が訴訟で私を脅しているからです。 今の生活状況では、モンスターとお尻に機会がありません。 謝ります

最近、彼らは私が彼らの特許に違反していることを伝える公式の手紙（デジタル署名付き）を含むメールを送信しました（ところで、特許は私がYouTubeにビデオを投稿した翌日、つまりその時点で私のシステムはすでに機能しており、私はそれを強力に使用していました）。 また、この手紙では、私はシステムの販売をすぐに停止し（誰にも販売しなかったが）、YouTubeからすべてのビデオを削除し（最も人気のあるビデオの視聴回数は35+千回）、（ 注意 ）システムの使用を停止することを要求しています！ そうでなければ、彼らは「さらなる法的措置を講じる」つもりです。

私のシステムの人気が彼らの製品を販売することを幾分妨げているようです。 ところで、 bikerumorの記事がシステムについて公開されました。
1か月間のこの記事は最も人気があり、1万7千のビューを獲得しました（それはthat慢ではありませんが、それでも:-)）。 「バイク自動サスペンションシステム」をグーグルで検索すると、システムに関する記事が最初に表示されます。 だから私は彼らの壮大な計画を少し台無しにしたようです:)