直線運動と回転について

質問

自転車のペダルかクランクに、センサーをつけようとしています。自転車の速度と距離を測定するためです。

センサーを、ペダルにつけても、クランクにつけても、同じ回転運動をするのだから、どっちにつけても同じだ、と書いたのですが、「違う。ペダルは自ら回転するのではなく、円を描く直線運動をしている。しかしクランク（pedal arm)は、自ら回転している」という意味の英文の返答がきました。だから、どっちにつけるかによって、センサーの種類が違う、とも。

どっちにセンサーをつけても、同じではないのでしょうか？どなたか初心者にも分かるように、ご説明お願いできないでしょうか？
<(_ _)>

英語原文を参照まで
actualy no, because pedal is not rotating - it have linear movement. it moves by a circle, but not rotate itself. but in case of pedal arm, it rotates by itself

回答No.8

Postizos

5ですが
「エアロバイク」は商品名ですが、つまり床固定の運動器具ですよね？
移動しないので速度はゼロですよ、いくら漕いでも。

ですので通常は運動強度は出力で表示します。
それをあえて速度表示をする場合は出力からだいたいの目安として適当に表示するしかないでしょうね。
↓だいたい実感ではこんな感じ
http://cyclist.sanspo.com/316971
http://ryuzie.jugem.jp/?eid=2077
http://hobbyride.4d-pkt.com/wp-content/uploads/2016/04/Image-2.png
↓図16：秒速と出力（W数）との関係。
http://www.cycle-sports.net/data/baio/05.html

実際走行する場合空気抵抗は速度の二乗に比例して増えますのでその人の能力で平地での限界となる速度が違ってくるわけです。
速度が半分になれば空気抵抗は1/4になります。
経験的には固定バイクの出力ではだいたいしかわかりませんから「正確に」などと考えるのは無駄のように思います。アバウトをよしとするしかないでしょう。

お持ちのトレーニングバイクにW数メーターが無い場合はどうする？
トルクを測らないとW数も出せないですよね。他の人の答えを待ちます。
高校の実験レベルで考えると測りをクランクにつないで引っ張って読むとかですかね。

回答No.7

cwdecoder

No １です。
それなら回転数だけカウントすればいいでしょう。
クランクに磁石をつけてホールセンサーでカウントします。

想定される架空のギヤ比とタイヤサイズを決めておいて、単位時間内の回転数から速度を計算して表示する仕組みにしてはいかがでしょうか。

回答No.6

ddtddtddt

単純に自転車の重心位置（だいたいの位置）に加速度センサーを付ける、では駄目ですか？。

　得られた加速度データを1回積分して速度，2回積分して走行距離です。積分はExcelでできます。基線補正は必要と思いますが。

お礼

ありがとうございます。

すみません、これはエアロバイクにつけるセンサーなのです。
説明不足で申し訳ありません。

回答No.5

Postizos

http://blog.livedoor.jp/black_jack1968_228/archives/66178432.html
この図を見ていただけばご理解いただけると思いますが、例えばペダルの前端に印をつけてその軌跡を見るならクランクの軌跡から横に平行移動した円軌道をとっています。
しかしペダルは実際には踏み面の角度が変わりますからきれいな円にはなりません、しかしクランク回転一回に対してペダルは一回転という関係は変わらない。
ですから回数を測る限りはペダルでもクランクでも同じです。

それから速度を測るためにはクランク回転数を測る必要は全くありません。1と2の人が言うように、車輪に回数センサーをつけるのが最もシンプルで間違いの無い方法です。クランク回転数（=ペダル回転数）はギヤ比で変わりますが、車輪回転数は距離が同じなら変わりませんので。
速度を測るのが目的でしたら市販の最も安い自転車用メーターがそのようにできているのでそれを買われることをお勧めします。

実際に走っている自転車のクランク上やペダル上の1点は地面に対してはサイクロイド的な運動をしているので、加速度計では話がわかりにくくなると思いますよ。
https://m.youtube.com/watch?v=feFrGR4McGg
http://rika.g.dgdg.jp/rika/gakushuhouhou/souteigai/cycloid/

お礼

ありがとうございます。

図解がものすごくわかりやすかったです。

じつはこのセンサーはエアロバイクにつけるものですが、ご説明を伺っていると、正確な速度を測ることは不可能なようですね。エアロバイクを軽く設定すれば、ペダル・クランクの回転数は上がるけど、実際の走行距離は短い、逆もまたしかり。といったことは、エアロバイクのギアと連動させなければ、検知不可ですよね。
うーーーん、、、。エアロバイクで速度と距離を測るセンサーというのは、相当難しそうですね・・・

回答No.4

QCD2001

ペダルを踏んで「回転」させるとき、ペダルの上面は常に上を向いています。ペダルの下面は常に下を向いています。ですから、ペダルは平行移動をしているわけです。

一方、クランクの先端にセンサーを付けると、クランクが上にいるとき、センサーはクランクの上方にあります。センサーの形状が板状であるとすると、センサーがクランクと接着している面の反対側は上になっています。クランクが下へ来ると、クランクの先端に付けたセンサーはクランクの先端の下方になります。ですから、板状のセンサーの、クランクと反対側の面、（クランクが上にあったときに上を向いていた面）は下を向くことになります。ですから、センサーは平行移動ではなく回転運動をすることになります。

センサーが加速度を測定するようなものであった場合、ペダルに取り付けると、前方への移動と後方への移動を繰り返しますから、センサーに加わるか速度は前方への加速度と後方への加速度とを交互に繰り返すことになります。これをカウントすれば、回転数がわかります。

しかし、クランクの先端に加速度センサーを取り付けた場合、遠心力による加速度は常にクランクの先端方向に作用します。ですから、加速度センサーには常に一定の力が加わることになり、回転数をカウントできません。

お礼

そういうことなのですね！！！
わかりました。たしかにペダルにつけると、センサーは平行のままですよね。しかしクランクにつけると、センサーが上下になると。

そうなると、速度を距離を知りたい場合、クランクにつけるセンサーだと、加速度センサー＋回転数センサー。ペダルにつけると、加速度センサーのみということでしょうか？

補足

あ、すみません、下でお礼いうの忘れていました。ありがとうございます！
質問欄と間違えてしまいました！！

回答No.3

Postizos

英語は苦手ですが、クランクに固定されているのだからペダルだけlinearのわけがないですね。ただし、ペダルaxleは固定されてますが、踏む部分は揺れがあります。

市販の自転車用メーターもクランク回転数（ケイデンス）を測れる製品があります。磁石を車輪スポークにつけて速度を測り、クランクに付けた磁石で回転数を測っています。
なぜ速度計と両方必要かというと、ギヤ比が変わるとクランク回転数が変わるからです。自動車のエンジン回転数と同様です。
変速機が無ければクランク回転数で速度を割り出すことはできますが。

速度計のみのメーターを使ってクランク回転数を測ることはできます。タイヤ周長のセットと単位の読み替えでできることが知られています。
http://roadbikecycling.blog135.fc2.com/blog-entry-17.html
↑ただしこの記事は「センサーをペダルの近くに」と書いていますが、根元の近くに付けても回転数は同じです。

http://www.cateye.com/jp/tire_guide/
http://piropiro.blog.jp/archives/cadence.html
https://www.cateye.com/pdf/ccpdf/rd200.pdf

機械工学系のアドバイザーを探されては？

お礼

速度計と回転数センサーの２つが必要なようですね。
ありがとうございます！
ただ下の方がおっしゃるとおり、クランクにつけると、上下になることから回転数がわかるが、ペダルの場合は平行移動だから、その方法ではできないということでした。

回答No.2

tetsumyi

ペダルかクランクにセンサーを付けても速度や距離はわからないでしょう？
赤信号ではかなり手前からクランクは回さないで慣性で走りますし、下り坂でも足は止めるはず。
変速付きの自転車では役に立たない。
なぜ車輪に付けないの？

お礼

ありがとうございます。
たしかに慣性や下り坂問題はありますよね。
ただ説明しませんでしたが、これはエアロバイクでのテストなので、車輪にはつけられないのです。

回答No.1

cwdecoder

ペダルから見たクランクの動きをカウントすれば良いとは思いますが、なぜタイヤ（車輪）につけないのでしょうか。

ギヤ比が変わったら測定できなくなりますし。
あと、走行中クランクは逆回転もしないフリーホイールのない自転車なのでしょうか。

お礼

ありがとうございます。

説明しませんでしたが、これはエアロバイクでのテストなので、車輪にはつけられないのです。