JP2017519917A - 位置フィードバックを提供するヘルメット - Google Patents

Abstract

乗車中に乗り手の頭部位置を最適化するためのシステムであって、該システムは、ヘッドウェア（１）であって、−方向Ｘ及び重力場によって定義される平面における乗り手の頭部の傾斜Ｉ_１に対応する値をリアルタイムで決定することを可能にする、センサユニット（３）と、−リアルタイムのＩ_１値をリアルタイムで基準値Ｉ_ＲＥＦと比較するように構成される、処理ユニットと、−処理ユニットによって行われる比較の関数として、（リアルタイムの）出力信号を乗り手に提供する、出力ユニットと、を備えるヘッドウェアを備える。

Description

本発明は、スポーツ用ヘルメットに関し、具体的には、空気力学を改善するためのフィードバックを着用者に提供するヘルメットに関する。

タイムトライアルサイクリングは、非常に特殊なサイクリング分野であり、成功するには空気力学が非常に重要な鍵であり、また、空気力学は、自転車の乗り手の位置及び姿勢に大きく依存する。タイムトライアル用ヘルメットは、とりわけ、サイクリング中の乗り手の空気抵抗を最小にするように設計され、また、それらの有効性を証明している。しかしながら、ヘルメットの位置が最適でなければ乗り手の空気抵抗に悪影響を及ぼすことになるので、乗車方向の観点からタイムトライアル用ヘルメットの位置は、空気抵抗を最小にするために極めて重要である。

タイムトライアルサイクリングを専門とする乗り手は、自転車に乗っているときの自分の頭部位置を含めて、自分の位置を改善して、最良の位置を識別するために、及び乗車しているときに最適な位置をとり、かつ維持するように自分を成長させるために、多くの時間と努力を費やしている。

練習は、しばしば、自転車競走場で訓練すること、乗車を記録すること、及びその後に、次の乗車の際又は周回訓練中に自分の位置を調整することができる乗り手に通信される最適位置を計算するための特定の画像分析ソフトウェアによって、記録した画像を分析することなどの、試行錯誤方法によって行われる。他の方法としては、坂を下り、頭部位置を調整して、坂を下る最速時間をもたらす位置を見出すことが挙げられ、それによって、乗り手の頭部に提供されたセンサによって頭部位置が撮影又は記録される。この練習を何度も繰り返すことによって、乗り手は、最も効果的な頭部位置をとるように、事実上自分をカスタマイズする。他の方法としては、ヘルメット上に提供されたセンサを用いて、又は乗り手の頭部周辺の空気の動きを決定することを可能にするカメラを用いて、風洞の中で訓練し、空気抵抗を測定することが挙げられる。

このような訓練は、非常に時間がかかり、緩慢な学習曲線を有し、また、測定を行い、結果を解釈するために、練習中に乗り手を調査する人員が必要なため、費用がかかる。上記の事実に加えて、再調整した位置に乗り手をカスタマイズするために自転車又はヘルメットを変更するときには、訓練を繰り返すことが必要である。

上記から、改善した空気力学に合わせて乗り手の頭部位置を調整するために、瞬時のフィードバックを乗り手に提供するタイムトライアル用ヘルメットに対する必要性があることは明白である。

米国特許第５１５８０８９号は、着用者の姿勢及び満足感を改善するために、サジタル平面の観点から着用者の頭部位置を決定し、着用者に瞬間的に通知するためのセンサを備えるヘッドバンドを開示している。
米国特許出願公開第２００４０１７１９６９号は、頭部位置又は運動位置を示す認識可能なフィードバック信号を着用者に提供するための運動センサ及び／又は位置センサを備えるヘルメットを開示している。

米国特許第５１５８０８９号 米国特許出願公開第２００４０１７１９６９号

本発明は、独立請求項において定義される。好ましい実施形態は、従属請求項において定義される。具体的には、本発明は、乗車中に乗り手の頭部位置を最適化するためのシステムに関し、該システムは、
ヘッドウェアであって、
−方向Ｘ及び重力場によって定義される平面における乗り手の頭部の傾斜Ｉ_１に対応する値をリアルタイムで決定することを可能にする、センサユニットと、
−リアルタイムのＩ_１値をリアルタイムで基準値Ｉ_ＲＥＦと比較するように構成される、処理ユニットと、
−処理ユニットによって行われる比較の関数として、（リアルタイムの）出力信号を乗り手に提供する、出力ユニットと、を備える、ヘッドウェアを備える。

好ましい実施形態によれば、ヘッドウェアは、乗り手が着用するためのヘルメット、眼鏡又はイヤホン、のうちの１つである。

より好ましくは、本発明による、乗車中に乗り手の頭部位置を最適化するためのシステムは、
ヘルメットであって、
−方向Ｘ_１を有するように設計された外部ケーシングであって、該方向Ｘ_１において、該ヘルメットが、任意の他の方向における該ヘルメットの空気抵抗（係数）よりも小さい該空気抵抗（係数）を有する、外部ケーシングと、
−方向Ｘ_１と、重力場及び方向Ｘ_１によって定義される平面において定義される所定の方向Ｘ_ＲＥＦとの間の角度に対応する値を決定することを可能にする、ヘルメットに統合されたセンサユニットと、を備える、ヘルメットと、
センサユニットによって決定された値の関数として、出力信号をヘルメット着用者に提供する、出力ユニットと、を備える。

ヘルメットは、好ましくは、サイクリング用ヘルメット、スキー用ヘルメット若しくはスノーボード用ヘルメット、又は乗馬若しくはオートバイ用ヘルメット、及び特に、タイムトライアルサイクリング用ヘルメット、ロードサイクリング用ヘルメット、又はトライアスロン用ヘルメットである。

システムは、更に好ましくは、移動の方向における乗り手が乗車する表面の傾斜を決定するセンサを備える。更に好ましい実施形態において、システムは、少なくとも３つのセンサを備え、１つが、ヘルメットに統合され、１つが、ヘルメットとは別個で乗り手に提供され、１つが、乗り手の車両に提供され、車両の観点から乗り手及びそのヘルメットの相対位置を決定することを可能にする。

潜在的に、システムは、ヘルメットの位置の観点から風向を決定し、更に潜在的に、乗り手の前進速度も決定することを可能にする、少なくとも１つセンサを更に備える。

ヘルメットは、視覚、音声、及び／又は触覚フィードバックを提供する出力信号を出力ユニットに対して発するための、信号エミッタを備えることができる。

代替の実施形態によれば、システムは、ヘルメットの尾部の中に移動可能に搭載された重りと、センサユニットの出力の観点から該尾部の中を重りが移動することを可能にする作動及び案内手段とを備える。

本発明によるシステムを有する、タイムトライアル用ヘルメットを概略的に例示する図である。 本発明の別の実施形態を概略的に表す図である。 本発明において適用可能なセンサの実施形態を概略的に表す図である 本発明の代替の実施形態を表す図である。 本発明の代替の実施形態を表す図である。 本発明の代替の実施形態を表す図である。

（定義）
空気抵抗係数：空気抵抗係数Ｃ_ｄは、次式のように定義され、

式中、
Ｆ_ｄは、流速の方向における力成分であると定義される空気抵抗力であり、
ｐは、流体の質量密度であり、
ｖは、流体に対する物体の速度であり、
Ａは、基準面積である。

図１は、乗り手の頭部を頭部外傷から保護するための、更には、レース中に乗り手の空気抵抗を低下させるなどのように設計された外部ケーシングを備える、タイムトライアルサイクリング用ヘルメット１を概略的に表す。

このようなヘルメット１を、外部ケーシング２がレース中に優先的な配向を有するように設計することが知られており、その位置において、ケーシングの設計は、最小の空気抵抗係数を有し、レース中の乗り手の空気抵抗を改善する（低下させる）。最適な効果のために、乗り手は、利得を最大にするためのヘルメットの最良の位置に対応する位置に自分の頭部を維持しなければならない。

ヘルメットの移動方向の観点からヘルメットの最適な配向は、方向Ｘ_１によって定義され、その方向において、該ヘルメットは、任意の他の配向における該ヘルメットの空気抵抗（係数）よりも小さい空気抵抗（係数）を有する。

乗り手が自分の頭部を最適な（空気抵抗が最も低い）位置に維持することを連続的に支援するために、本発明は、ヘルメットに統合された、又はヘルメットに提供された少なくとも１つのセンサユニット３を備えるシステムに関する。センサユニットは、その最も基本的な形態において、（機械式又は電子式）傾斜センサに関し、方向Ｘ_１と、重力場及び方向Ｘ_１によって定義される平面において定義される所定の方向Ｘ_ＲＥＦとの間の角度に対応する値を決定することを可能にする。最適な空気抵抗条件のために、ヘルメットの安全ガイドラインに従ってヘルメットを着用しなければならないことは明白である。例えばＥＮ１０７８：２０１２、ＣＰＳＣ１２０３、又はＡＳ−ＮＺＳ２０６３で説明されるこれらの安全ガイドラインに従ってヘルメットを着用したときに、Ｘ_ＲＥＦ方向は、その場合、乗り手の前方の水平方向を指す。

本発明によれば、システムはまた、センサの使用によって決定される値に基づいて出力信号を提供することを可能にする、出力ユニット４も備え、該出力ユニットは、ヘルメットに統合することができ、又はヘルメットとは別個とすることができ、また、フィードバックを直接乗り手に提供し、乗り手が、出力信号の観点から自分の頭部位置を即座に適合させて、自転車上で最も空気抵抗が小さい最適な位置に復帰することを可能にし、該最適な位置において、位置Ｘ１は、ＸＲＥＦに対応し、したがって、角度αは、０°に等しくなる。

出力信号は、例えば乗り手のアイウェア上で、乗り手に対して視覚化することができ、又は音声信号若しくは乗り手の皮膚への振動として提供することができる。

図３において表されるように、センサ３のユニットは、内部空洞を画定する筐体５を備え、該筐体には、該空洞の中を自由に転がるボール６が提供される。空洞は、湾曲した壁区分７によって区切られ、通常の状態（乗り手が自転車に座る）で安全ガイドラインに従ってヘルメットを着用したときに、該壁区分の上をボールが転がる。

Ｘ_１方向において、内部空洞の少なくとも１つ側部、しかし好ましくは２つの側部には、ボールと接触することで出力信号を生成する、センサ８が提供される。このように、重力場の観点からヘルメットがＸ_１方向に傾いて、Ｘ_１とＸ_ＲＥＦとの間の角度が増加したときに、ボールがその方向に転がり、２つのセンサ８のうちの１つに接触し、それによって、センサの１つを作動させて、乗り手へのリアルタイム出力に変換される信号を生成する。

センサユニット３の空洞の中の湾曲した壁区分７の傾斜及びセンサ８の位置が、信号が生成される前に、Ｘ_ＲＥＦの観点からＸ_１が傾斜し得る角度αの閾値を決定することは明白である。

他の実施形態によれば、センサユニットは、ジャイロスコープ又は加速度計を備え、乗り手がレース中に維持することが最も困難な角度であるので、方向Ｘ_１及び重力場によって定義される平面におけるヘルメットの傾斜、すなわち、頭部の上方向及び下方向への傾斜を測定することを可能にする。代替的な実施例として、センサユニットは、ヘルメットの安全手順に従って着用したときに乗り手の背面に向けられる、ＩＲ距離センサ又は音響センサを備える。このようなセンサは、乗り手の身体に対するヘルメットの距離及び位置を計算することを可能にし、よって、方向Ｘ_１と所定の方向Ｘ_ＲＥＦとの間の角度に対応する値を決定又は推定する。

別の実施形態によれば、図２において表されるように、システムは、少なくとも２つのセンサユニット３、３’を備え、第１のセンサユニット３は、ヘルメットに統合され、第２のセンサユニット３’は、乗り手に、好ましくは、タイムトライアル用ヘルメットの尾部に近接して乗り手の背面に提供される。

この場合、どちらのセンサユニットも、両センサユニット間の距離を決定する距離測定ユニットとすることができ、それによって、測定した距離は、方向Ｘ_１を示す値に対応し、事前設定した距離は、値Ｘ_ＲＥＦに対応する。システムの一部として出力信号を生成する出力ユニットは、リアルタイムのフィードバックを乗り手に提供し、レース中に、乗り手の最適な最低空気抵抗位置を維持すること、又は該位置に復帰することを可能にする。

更に別の代替の実施形態において、システムは、ヘルメットに統合されるか、又はその上に提供される少なくとも１つのセンサユニット（傾斜センサ）と、１つが乗り手の身体の所定の位置に提供され、１つが自転車の所定の位置に提供される、ヘルメットとは別個の２つのセンサユニットとを備え、それによって、２つの別個のセンサユニットは、乗り手の頭部位置とともに、自転車上の乗り手の位置を示すことを可能にする。このような実施形態は、乗り手の全体的な位置に関するより多くの情報を提供し、出力ユニットを通して、レース中に乗り手の位置を最適化するためのより詳細かつ広範囲なフィードバックを可能にする。

上で説明されるシステムの異なる実施形態に加えて、追加的なセンサユニットをヘルメットに提供することができ、レース中にヘルメットに作用する風向及び風力を、並びに潜在的には（風速とは無関係に）乗り手の前進速度も、リアルタイムで決定することを可能にする。これらの追加的なセンサユニットからの出力は、処理され、ヘルメットによって生成された試験データと比較され、所与の環境下でのヘルメットの最適な配向に対応する最適なＸ_ＲＥＦを決定することができる。その場合、測定したＸ_１値は、実際のレース条件を最も代表する変数Ｘ_ＲＥＦと比較され、レーサーへのより正確なフィードバックを可能にする。

システムに統合することができる別の追加的なセンサユニットは、自転車に提供される傾斜センサ又はＧＰＳレシーバであり、乗り手が乗る経路の傾斜を決定することを可能にする。このようなセンサユニットによって決定された値は、ここでも、レース条件の観点からヘルメットのＸ_ＲＥＦのより正確な決定を可能にする。

上で説明される実施形態において、出力ユニットは、視覚信号、音響信号、又は振動信号としてのリアルタイムのフィードバックとは別に、ヘルメットの質量中心を変化させる機構に関して乗り手に対する追加的な補助を含むことができる。このような出力ユニットは、方向Ｘ１に沿って移動可能であり、タイムトライアル用のヘルメットの尾部に統合される、重り要素を備える。移動の作動は、好ましくは、本発明によるシステムの（プロセッサを含む）センサユニットによって制御される、モーターである。ヘルメットの質量中心を変化させることによって、レース中に乗り手の頭部を最適な低空気抵抗位置に維持しながら、乗り手の快適さを高めることができる。

本発明によるシステムの使用は、所与の乗り手のヘルメットのＸ_ＲＥＦを決定することを含む。このような決定は、通常、風洞の中で、又は路上試験において広範囲に行われる。Ｘ_ＲＥＦが決定されると、Ｘ_１方向のリアルタイムの測定値と比較するために、システムに記憶される。

システムが、レース条件を決定することを可能にする多数のセンサユニットを備える場合、自分のヘルメットによる特定の乗り手のＸ_ＲＥＦが、幅広い種類の条件の下で理想的に決定され、よって、これらの条件の各々について、最適なＸ_ＲＥＦをシステムに利用することができ、また、リアルタイムに測定したＸ_１と比較することができる。

タイムトライアル用ヘルメットによる乗車中の乗り手の頭部位置を最適化するためのシステムとして上で説明されているが、本発明によるシステムが、トライアスロン、スキー用ヘルメット、又はスノーボード用ヘルメットを含む他のタイプのサイクリング用ヘルメットなどの、多数のヘルメットで使用することができることは明白である。

図４〜図６において表されるような更なる代替の実施形態によれば、システムは、イヤホン９（図４）、眼鏡１０（図５）などのヘッドウェアに提供若しくは統合することができ、又は単純に、接着剤を用いて乗り手の頭部に直接適用することができる（図６）。

システムが、イヤホン、眼鏡などのヘッドウェアに、又は乗り手の頭部に直接提供若しくは統合される場合において、該システムが、２つ以上のセンサを備えることができ、例えば、上述のヘルメットの距離測定センサに関してより詳細に説明されるように、第２のセンサがヘッドウェアから離れて提供されることは明白である。

Claims (10)

1. 乗車中に乗り手の頭部位置を最適化するためのシステムであって、
   ヘッドウェアであって、
   −方向Ｘ及び重力場によって定義される平面における前記乗り手の頭部の傾斜Ｉ_１に対応する値をリアルタイムで決定することを可能にする、センサユニットと、
   −リアルタイムの前記Ｉ_１値をリアルタイムで基準値Ｉ_ＲＥＦと比較するように構成される、処理ユニットと、
   −前記処理ユニットによって行われる前記比較の関数として、（リアルタイムの）出力信号を前記乗り手に提供する、出力ユニットと、を備える前記ヘッドウェアを備える、
   システム。
2. 前記ヘッドウェアが、前記乗り手が着用するためのヘルメット、眼鏡、又はイヤホンである、請求項１に記載のシステム。
3. 前記システムが、
   ヘルメットであって、
   −方向Ｘ_１を有するように設計された外部ケーシングであって、前記方向Ｘ_１において、前記ヘルメットが、任意の他の方向における前記ヘルメットの空気抵抗（係数）よりも小さい前記空気抵抗（係数）を有する、外部ケーシングと、
   −前記方向Ｘ_１と、前記重力場及び前記方向Ｘ_１によって定義される前記平面において定義される所定の方向Ｘ_ＲＥＦとの間の角度に対応する値を決定することを可能にする、前記ヘルメットに統合されたセンサユニットと、を備える、ヘルメットと、
   前記センサユニットによって決定された前記値の関数として、出力信号を前記ヘルメット着用者に提供する、出力ユニットと、を備える、請求項１又は２に記載のシステム。
4. 前記ヘルメットが、サイクリング用ヘルメット、スキー用ヘルメット若しくはスノーボード用ヘルメット、又は乗馬若しくはオートバイ用ヘルメットである、請求項３に記載のシステム。
5. 前記ヘルメットが、タイムトライアルサイクリング用ヘルメット、トライアスロン用ヘルメット、又はロードサイクリング用ヘルメットである、請求項３に記載のシステム。
6. 移動の方向における前記乗り手が乗車する表面の傾斜を決定するセンサを備える、請求項１〜５のいずれかに記載のシステム。
7. 少なくとも３つのセンサを備え、１つが、前記ヘルメットに統合され、１つが、前記ヘルメットとは別個で前記乗り手に提供され、１つが、前記乗り手の車両に提供され、前記車両の観点から前記乗り手及びそのヘルメットの相対位置を決定することを可能にする、請求項１〜６のいずれかに記載のシステム。
8. 前記ヘルメットの位置の観点から風向を決定することを可能にする、少なくとも１つのセンサを備える、請求項１〜７のいずれかに記載のシステム。
9. 前記ヘルメットが、出力信号を前記出力ユニットに対して発するための信号エミッタを備える、請求項３に記載のシステム。
10. 前記ヘルメットの尾部の中に移動可能に搭載された重り要素と、前記センサユニットの前記出力の観点から前記尾部の中を前記重りが移動することを可能にする作動及び案内手段と、を備える、請求項３に記載のシステム。