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自行车模拟系统

阅读:414发布:2021-04-12

专利汇可以提供自行车模拟系统专利检索,专利查询,专利分析的服务。并且实现类似真实 自行车 的轻便转向把手,获得类似真实自行车的外观。一种自行车模拟系统具有能够转动的转向把手,一副左右 踏板 ,用于以旋转方式 支撑 转向把手和踏板的车架,根据第一速度接收器需要的模拟行驶速度用于显示景象的显示器,为控制显示器的主控制部件提供 传感器 信号 的 控制器 。控制器安装在具有前部支撑台功能的 前叉 上。,下面是自行车模拟系统专利的具体信息内容。

1.一种自行车模拟系统,包括:模拟自行车,所述的模拟自行车包括:供骑乘者操作的转向把手;供骑乘者操作的一副左右踏板;以可转动方式支撑转向把手和踏板的车架;和控制器,所述的控制器被装配到车架上;和显示部件,其中,所述的控制器将信号从预先确定的电子部件传播到所述的显示部件。
2.根据权利要求1的自行车模拟系统,其特征在于,所述的车架包括安装在所述转向把手的较低部分的作为支撑部分的支撑台,并且所述的控制器安装在所述支撑台上。
3.根据权利要求1的自行车模拟系统,其特征在于,进一步包括用于检测骑乘者的一只脚或两只脚踩在地板上的脚垫开关,所述的脚垫开关与所述的控制器相连。
4.根据权利要求1的自行车模拟系统,其特征在于,所述的模拟自行车进一步包括:与所述左右踏板的操作协同运作的转动体;检测所述转动体转动速度的第一速度传感器;检测曲轴转动速度的第二速度传感器,所述左右踏板在所述曲轴上旋转;模拟速度设定部件,基于所述第一速度传感器检测的所述转动体转动速度,确定模拟行驶速度,所述显示部件根据模拟行驶速度显示景象;确定频率的频率设定部件,通过链齿轮转动速度和虚拟后轮转动速度的差乘以一个系数得到所述频率,其中由预先设定的齿轮齿数比乘以由第二速度传感器检测的曲轴转动速度得到所述链齿轮转动速度,通过所述模拟行驶速度得到虚拟后轮转动速度;和基于频率产生模拟声音的模拟发声部件。
5.根据权利要求4的自行车模拟系统,其特征在于,模拟声音为通过录入单向离合器产生的压入声音得到的声音。
6.根据权利要求4的自行车模拟系统,其特征在于,当链齿轮转动速度不低于虚拟后轮转动速度时,所述的模拟发声部件停止发出模拟声音。
7.根据权利要求4的自行车模拟系统,其特征在于,当模拟骑乘假定的情景是斜坡时,所述的模拟速度设定部件根据斜坡的倾斜度改变模拟行驶速度。
8.根据权利要求1的自行车模拟系统,其特征在于,所述的模拟自行车进一步包括:检测曲轴转动速度的速度传感器,所述的左右踏板在所述的曲轴上转动;设定模拟行驶速度的模拟速度设定部件,所述的显示部件显示与模拟行驶速度相一致的景象变化;频率设定部件,当从所述的模拟行驶速度中减去曲轴转动速度乘以一个系数得到的值为正值时,确定与正值成正比的频率;和基于频率发出模拟声音的模拟发声部件。
9.根据权利要求1的自行车模拟系统,其特征在于,所述的显示部件是与模拟自行车分开的部件。
10.根据权利要求1的自行车模拟系统,其特征在于,预先确定的电子部件为曲柄转动传感器、速度传感器或转向角传感器。
11.一种自行车模拟系统,包括:自行车,所述的自行车包括:供骑乘者操作的一副踏板;以可转动方式支撑所述踏板的车架;控制器,所述的控制器安装在所述的车架上;和检测所述踏板转动的速度传感器;和显示部件,其中,所述的速度传感器的信号通过所述的控制器转播到显示部件,所述的显示部件显示与所述的速度传感器检测的速度对应的图像。
12.根据权利要求11的自行车模拟系统,其特征在于,所述的车架包括作为支撑部分的支撑台,并且所述的控制器安装在所述的支撑台上。
13.根据权利要求11的自行车模拟系统,其特征在于,进一步包括用于检测骑乘者的一只或两只脚踩在地板上的脚垫开关,所述的脚垫开关与所述的控制器相连。
14.根据权利要求11的自行车模拟系统,其特征在于,所述的模拟自行车进一步包括:与所述踏板的操作协同运作的转动体;所述的速度传感器为检测曲轴转动速度的第一速度传感器,所述的踏板在所述的曲轴上转动;检测所述转动体转动速度的第二速度传感器;模拟速度设定部件,基于所述第二速度传感器检测的所述转动体转动速度来确定模拟行驶速度,所述的显示部件基于模拟行驶速度来显示景象;确定频率的频率设定部件,通过链齿轮转动速度和虚拟后轮转动速度的差乘以一个系数得到所述频率,由预先设定的齿轮齿数比乘以由第一速度传感器检测的曲轴转动速度得到所述链齿轮转动速度,通过所述模拟行驶速度得到虚拟后轮转动速度;和基于频率产生模拟声音的模拟发声部件。
15.根据权利要求14的自行车模拟系统,其特征在于,模拟声音为通过录入单向离合器产生的压入声音得到的声音。
16.根据权利要求14的自行车模拟系统,其特征在于,当链齿轮转动速度不低于虚拟后轮转动速度时,所述的模拟发声部件停止发出模拟声音。
17.根据权利要求14的自行车模拟系统,其特征在于,当模拟骑乘假定的情景是斜坡时,所述的模拟速度设定部件根据斜坡的倾斜度改变模拟行驶速度。
18.根据权利要求11的自行车模拟系统,其特征在于,所述的模拟自行车进一步包括:所述的速度传感器检测曲轴的转动速度,所述的踏板在所述的曲轴上转动;设定模拟行驶速度的模拟速度设定部件,所述的显示部件显示与模拟行驶速度相应变化的景象;频率设定部件,当从所述的模拟行驶速度中减去曲轴转动速度乘以一个系数得到的值为正值时,确定与正值成正比的频率;和基于频率产生模拟声音的模拟发声部件。
19.根据权利要求11的自行车模拟系统,其特征在于,所述的显示部件是与模拟自行车分开的部件。

说明书全文

自行车模拟系统

技术领域

发明涉及用于交通安全教育和培训、游戏、身体训练或类似用途的自行车模拟系统。

背景技术

对应于各种车辆的模拟系统已经被用于飞机、汽车、摩托车、自行车或其他类似交通工具的模拟操作体验。某些模拟系统已经被用于实际应用。在自行车模拟系统中,骑乘者跨坐在模拟自行车的车座上,踩压踏板以实现模拟骑车。踏板的转动速度被速度传感器检测以确定模拟速度或类似速度,由此执行模拟处理。在车辆模拟系统中,优选的,为增强真实感,在监视屏幕上显示根据模拟行驶速度的不同而变化的场景,并产生模拟的声音。
在自行车模拟系统中,在屏幕上显示根据模拟行驶速度变化的场景时,真实感被提高了。用于显示屏幕上场景的图片处理计算机因为包括了用于储存大量数据的记录媒介、图片处理计算板和类似部件而相对较大。因此图片处理计算机作为与模拟自行车分离的部分安装。
此外,模拟自行车具有例如速度传感器的电子仪器。因此,配备了用于执行控制处理电子仪器的控制器。控制器与图片处理计算机相连。在用于训练的自行车模拟器中,控制器被装配在固定形式的转向把手部分(例如,见日本专利公开号2001-87417)。
由于没有类似达、引擎或类似的驱动装置,自行车能够安静运转。另外,根据驱动链轮齿的转动速度和后轮的转动速度间的差异,装配在后轮转动轴的单向离合器发出间歇的棘轮传动装置压入的“嘀哒-啪嗒”的声音。这种声音是骑自行车的时候所特有的声音。当自行车模拟系统产生这样的压入的声音时,真实感被有利的加强了。
用于自行车模拟系统的模拟自行车可以配备飞轮,该飞轮与踏板共同作用以便向踏板施加适当的负载。因此,通过提供具有单向离合器的飞轮可以产生真实的压入的声音。然而,依赖于飞轮的设计条件和齿轮齿数比,在预设的模拟行驶速度时飞轮的转动速度不必与同样行驶速度的真实自行车的后轮的转动速度相等。此外,在模拟骑车中采用的某些环境(例如下坡)中,飞轮的转动速度可以与后轮的转动速度不同。产生于飞轮的单向离合器的压入声音可以给骑乘者不相容的感觉。
为发出模拟车辆的声音,已经建议采用一种用于产生与真实的引擎声音类似的声音的设备,该设备通过检测加速器操作量和使用波动处理,声音传送路径模拟处理,用于合成多种发动机声音的声音合成处理,以及其他类似处理(参见日本专利公开号Hei10-277263)来产生模拟声音。

发明内容

本发明已考虑到上诉问题。因此,本发明的一个目的是,提供一种自行车模拟系统,能够根据真实的自行车和模拟骑车中假定的情形,产生适当的模拟声音。
自行车模拟系统中,当转向把手被设置为能够转向操作,并且此转向操作能够被显示屏上的场景所反映,真实感被有利的增强了。这个例子中,以与处理来自用于检测模拟速度的速度传感器的信号同样的方式,来自用于检测转向操作的转向传感器的信号通过控制器被处理,之后被提供给图片处理计算机。
自行车模拟系统中的控制器与不同的电子部件相连,例如除速度传感器和转向角传感器之外的曲柄角转动传感器,因此,根据将要处理的信号的数量而增大控制器的外形尺寸。
当这样的相对较大的控制器装备在转向把手部分时,由于其重量导致转向把手的操作变得困难。此外,控制器可显示在骑乘者的可见区域内,并可能不利的影响自行车模拟系统的外观。
本发明已考虑到上述的问题。因此,本发明的一个目的是提供具有类似真实自行车的轻转向把手操作的自行车模拟系统。此外,可得到与真实自行车相似的外观。
根据本发明的一个实施例,一种自行车模拟系统包括模拟自行车和显示部件。模拟自行车包括由骑乘者操作的转向把手,由骑乘者踩踏的左右踏板,以可转动方式支撑转向把手和踏板的车架,用于将预设电子部件的信号传播到显示部件的控制器,并且控制器被装配到车架上。通过控制器进行的信号传播包括通过预设的信号处理转播信号的情况。
将控制器装配到车架上而不是安装在例如转向把手的可转动部分上,这种构造保证了骑乘过程中的感觉类似于骑乘真实的自行车。特别的,转向把手提供了与真实自行车的转向把手同样的轻的转向感觉和外观。转向把手是自行车外观的主要特征部分之一,不仅从骑乘者坐在鞍座上的视角来看,而且包括从远处的视角来看。因此,通过与真实自行车的转向把手具有相同外观的配置,提供了增强的真实感。
本例中,优选的,车架具有用作支撑部件的支撑台,其装配在转向把手的较低部分。控制器被设置在支撑台上。支撑台的附近区域将不会轻易出现在骑乘者的视野内,因此控制器不会损坏模拟系统的外观。此外,由于显示部件位于骑乘者的前方,控制器在支撑台上的布置确保了将控制器连接到显示部件的信号电缆可调整为较短。因此,被传送的信号的稳定性增强,并且周围的信号电缆铺设变得容易。而且,支撑台的附近区域为静区,那里不会出现其他特别的部件。因此,即使相对较大的控制器,也能够在不影响其他部件的布局的前提下进行安装。
此外,优选的,设置有用于检测骑乘者一只或两只脚在地板上踩踏的脚垫开关。脚垫开关与控制器相连,由于脚垫开关布置在地板上,脚垫开关与控制器接近。因此,脚垫开关与控制器相连的控制电缆可调整为较短。
根据本发明的另外一个实施例的自行车模拟系统,其包括:与曲轴相连并且由骑乘者踩踏的左右踏板;相应于踏板的工作而协同转动的转动体;用于检测转动体转动速度的第一速度传感器;用于检测曲轴转动速度的第二速度传感器;基于第一速度传感器检测的转动体转动速度、用以确定模拟行驶速度的模拟速度设定部件;基于模拟行驶速度用于显示场景的显示部件;用于确定频率的频率设定部件,所述频率通过链齿轮转动速度与虚拟后轮转动速度的差乘以一个系数得到,其中由第二速度传感器检测的曲轴转动速度乘以预先设定的齿轮齿数比获得所述链齿轮转动速度,通过所述模拟行驶速度得到虚拟后轮转动速度;和基于频率用于发出模拟声音的模拟发声部件。
检测转动体的转动速度和曲轴的转动速度。这两个转动速度的差别由转动率确定。因此,根据真实自行车和模拟骑车中假定的情形发出合适的模拟声音成为可能。在这个例子中,当通过录入单向离合器发出的压入声音获得作为模拟声音的声音时,可能得到更具真实感的声音。
当链齿轮转动速度不低于虚拟后轮的转动速度时,模拟发声部件可停止发出模拟声音,因此在与真实的自行车停止产生压入声音的时刻一样的自然时刻,在自然调速时停止发出模拟声音。
优选的,当模拟骑车中假定的情形是斜坡时,模拟速度设定部件根据斜坡倾斜程度改变模拟行驶速度。结果是,模拟骑车中下坡时能够发出高频率的模拟声音。模拟骑车中上坡时能够发出低频率模拟声音。因此,模拟声音变得与真实骑乘的声音相似。
根据本发明的一个实施例的另一种自行车模拟系统,其包括:与曲轴相连并且由骑乘者踩踏的左右踏板;用于检测曲轴转动速度的速度传感器;用于设定模拟行驶速度的模拟速度设定部件;用于显示相应于模拟行驶速度变化的场景的显示部件;频率设定部件,当从模拟行驶速度中减去曲轴转动速度与一个系数的乘积所得到的值为正值时,确定与正值成正比的频率;和用于基于频率发出模拟声音的模拟发声部件。
在基于曲轴的转动速度乘以系数的乘积和模拟行驶速度的差所获得的频率下发出模拟声音。因此,根据真实自行车和模拟骑车中假定的情形发出适当的模拟声音成为可能。
根据本发明的自行车模拟系统,检测转动体的转动速度和曲轴的转动速度,并且考虑到转动率而得到这两个转动速度的差异,由此基于这个差异,根据真实自行车和模拟骑车中假定的情形发出适当的模拟声音成为可能。
模拟行驶速度不局限于由转动体的转动速度所确定的模拟行驶速度,并且可以是与显示部件中场景变化速度相对应的模拟行驶速度。在这种情况下,基于曲轴的转动速度与一个常量的乘积与模拟行驶速度之间的差异所获得的频率而发出模拟声音。因此,实现了自然的模拟骑车,其中由视觉获得的行驶感觉和由听觉获得的行驶感觉相一致。
本发明的进一步适用范围将从下文的具体描述中更加清晰。然而,具体描述和特殊实例将被理解为,当指出本发明的优选的实施例时,只是给予示例的方式,因为本领域的技术人员从详细说明中,能够明白在本发明的精神和范围内进行的不同改变和修改
附图说明
本发明将从下文的具体描述和仅以图示的方式展示的附图得到更充分的理解,因此不构成对本发明的限制,其中:图1为根据本实施例的自行车模拟系统的立体图;图2为模拟自行车的转动驱动结构单元和附近区域的立体图;图3为模拟自行车的飞轮和附近区域的立体图;图4为模拟自行车的主视图;图5为整体类型的脚垫开关安置在模拟自行车左侧的情况下自行车模拟系统的立体图;图6和图7为自行车模拟系统的电子组件部分的方框图;图8为使用自行车模拟系统时执行模拟骑车的方法中主程序的流程图;图9为示出压入声音产生程序的流程图;图10为获得模拟行驶速度程序的流程图;图11为压入声音产生程序的第一修正实例的流程图;图12为压入声音产生程序的第二修正实例的流程图;图13为转动驱动结构单元和附近区域的立体图,其中曲轴的两个转动传感器平行排列;和图14为通过利用发动机转动单向离合器而产生压入声音的机构。

具体实施方式

将参照附图对根据本发明的自行车模拟系统进行具体描述。需指出的是,同样的参照数被用于表示数个图示中同样或类似部件。
如图1所示,根据这个实施例的自行车模拟系统10具有模拟自行车12,根据模拟自行车12的操作在显示屏14a上显示景象的显示器14,提供模拟声音和给骑乘者声音提示的扬声器15,装配在骑乘者骑在和离开模拟自行车12的位置上的脚垫开关16,执行自行车模拟系统10总体控制的主控制部件18。主控制部件18被安置在模拟自行车12的前侧。显示器14和扬声器15被安置在主控制部件18的上部并且位于允许模拟自行车12的骑乘者能够轻易查看到的位置。主控制部件18、显示器14和扬声器15由四个支柱21支撑,因此其高度可根据骑乘者身体外形调整。此外,主控制部件18具有在显示屏14a上显示与模拟情形一致的景象的功能,并也具有图片处理计算机的功能。
现在将描述模拟自行车12。在以下的描述中,关于模拟自行车12的左右成对的机械部件,“L”附在参照数字后指代左边一个,“R”附在参照数字后指代右边一个。
模拟自行车12具有车架20,通过座柱与车架20相连的鞍座24,关于车架20的头管20a可转动的转向把手28,形成支架用于固定支撑头管20a的两个前叉30R和30L,以及由车架20的后上叉20b和后下叉20c以可转动方式支撑的后轮32。在前叉30R和30L的顶端配备有在平方向延伸的管31,管31与地面接触。转向把手28的竖管28a在头管20a的附近具有可折叠的机构28b,并能被折叠或分解。
从外部看,尽管前叉30R、30L外形类似于自行车(或摩托车)的前叉,它们与真正的前叉的区别在于不会与转向把手共同转动,同时没有装配前轮。后轮32配备有直径稍小的轮胎32a。轮胎32a接地因此后轮32的作用也相当于后支架。因此,模拟自行车12由前叉30R、30L和后轮32的支撑而直立。控制器46被固定在前叉30R、30L和管31之间,穿过支架33。控制器46放置的位置不局限在前叉30R、30L和管31之间。控制器46可以固定在车架20的任何其他位置。
此外,模拟自行车12具有转动驱动结构单元40,速度检测结构单元42(见图3),制动结构单元44(见图4)和控制器46。设置转向角传感器50用于检测转向把手28的转向角度(见图4)。设置麦克52用于输入骑乘者声音。鞍座24的后部设有后退开关54。后退开关54是当骑乘者离开模拟自行车12并执行预定的模拟后退动作时需要操作的开关。
转动驱动结构单元40具有与曲轴60左右部分相连的一对曲柄60L和62R,装配在曲柄管20e的内部。踏板64L和64R装配在曲柄62L和62R的末端。前链轮66装配在曲柄62R上。后链轮70(见图2)通过链条68由前链轮66以可转动方式驱动。质飞轮(转动体)74通过单向离合器(也称作自由轮毂)72由后链轮70以可转动方式驱动。飞轮74安装在座管20f和后轮32之间,由单向离合器72以可转动方式支撑。前链轮66的齿数z1大于后链轮的齿数z2,例如z1=52,z2=24。齿轮齿数比(转动比率)R为R=52/24。
单向离合器72和飞轮74被透明盖75所覆盖。单向离合器72产生的压入声音被盖75充分屏蔽。可使用静音类型的单向离合器以限制产生真实的压入声音。
单向离合器72通过其中的棘轮传动装置,只传送沿后链轮70到飞轮74向前方向的转动驱动。因此,当曲轴60在相反方向转动时或飞轮74向前转动中曲轴60停止转动时,当时的飞轮74的转动状况(向前转动或停止)得到保留,与曲轴60无关。
如图2和图3所示,速度检测结构单元42具有车轮转动检测部分76和曲柄转动检测部分78。车轮转动检测部分76具有越过从后上叉20b到后下叉20c的右侧这一范围的支撑架80。第一速度接收器82安装在支撑架80上。第一速度接收器82被安置在与飞轮74的三个轮辐74a紧密相对的位置。当飞轮74转动时,第一速度接收器82提供给控制器46信号,提示轮辐74a的出现和缺失。为使内部机械部件可见,图3中忽略了盖75。
曲柄转动检测部分78具有固定在曲柄管20e的支撑架84。第二速度接收器86安装在支撑架84上。检测转子88固定在前链轮66内部。检测转子88为大约90°的圆拱形平板,与第二速度接收器86紧密相对。当踏板64L和64R启动后曲轴60和前链轮66开始转动,第二速度接收器86提供给控制器46信号,提示检测转子88的出现和缺失。第二速度接收器86和第一速度接收器82是可互换的。
如图4所示,制动结构单元44具有安装在转向把手28上的两个制动杆100L和100R。制动线102和104分别与制动杆100L和100R相连。制动结构单元44也具有弹性可转动滑轮106L和106R,转动传感器108L和108R,和用于制动飞轮74的鼓式制动器110(见图3)。
制动线104在线路上被分支部件111分叉。一侧的制动线104a向前叉30R和30L延伸。另一侧的制动线104b与鼓式制动器110相连。在制动线104的分叉部分,外部线112的一部分被剥皮,其末端由环114支撑,露出的内部线116通过压力结合、砸边、焊接或类似方法与两个内部线相连。这两条内部线中的一条组成制动线104a,两条内部线的另一条组成制动线104b。因此,当制动杆104R起作用时,两条制动线104a和104b被同时拉动。
制动线104a和制动线102在线路上相互交叉,其低端部分与滑轮106R和106L相连。当制动线100L和100R都没被拉动时,滑轮106L和106R被弹簧(未显示)弹性地偏压,因此突出部分118L和118R朝向向上。这种情况下,制动杆100L和100R被滑轮106L和106R弹性地偏压,而与转向把手28相分离。
制动杆100L、100R被拉向转向把手28时,滑轮106L和106R弹性地转动,由此突出部分118L和118R朝向向下。滑轮106L和106R可转动直到突出部分118L和118R抵靠阻挡物120L、120R。
滑轮106L、106R的转动角度可由转动传感器108L、108R检测,检测角度的信号被传送到控制器46。控制器46根据检测到的滑轮106L、106R的转动角度信号向总控制部件18传送信号,换句话说,即,制动杆100L和100R的操作总量。
如图3所述,鼓式制动器110被布置成与飞轮74同中心。其中支臂110a与制动线104b的端部相连。鼓式制动器110因此具有鼓形主体,该主体与飞轮74相连并与飞轮74一体旋转。当操作制动杆100L和制动线104b因此被拉动时,支臂110a倾斜,内部的闸皮沿外径方向展开变宽,与鼓形主体相接触并产生摩擦力,从而飞轮74被制动。
另外,如图4所示,转向角传感器50安装在头管20a的低端部分。转向角传感器检测支撑转向把手28的竖管28a的转向角度。麦克风52安装在转向把手28上,并接近骑乘者的脸部,因此骑乘者的声音可清晰的输入。转向角传感器50、麦克风52和后退开关54与控制器46相连,并分别向控制器46传送转向角信号、声音信号和开关操作信号。
回到图1,脚垫开关16由左开关150L和右开关150R组成,它们是独立的并被布置在这样的位置:当骑乘者下来时,骑乘者跨着车架20的头管20a,其脚部能够踩踏到开关上。即左脚踩踏在左开关150L,右脚踩踏在右开关150R。当踩踏时左开关150L和右开关150R打开,并传送给控制器46“开”信号。
左开关150L和右开关150R各自为薄垫外形,具有衬背橡胶,纵向电极线和横向电极线相对于衬背橡胶排列成格子形状。衬背橡胶和正面橡胶之间填充软的绝缘材料。纵向电极线和横向电极线分别与两个输出端子(未显示)相连。当骑乘者的脚踩在正面橡胶时,正面橡胶发生弹性变形挤压绝缘材料,在上面的纵向电极线和横向电极线在交叉位置相互接触。结果,两个输出端子间开始导电,开关打开。当脚离开时,纵向电极线和横向电极线相互分离,开关关闭。脚垫开关16不必须是左右独立的类型;例如,也可以采用图5所示的具有两个成整体的开关的脚垫开关16a,可放置在模拟自行车的左侧。使用这样的脚垫开关16a,当骑乘者离开模拟自行车12来到左侧并踏在脚垫开关16时,进入以步行模式的推车步行动作,这将在稍后进行更实际的描述。
如图6和图7所示,控制器46具有输入界面部件170,CPU(中央处理器)172,以及第一通信部件174。第一通信部件174与主控制部件18的第二通信部件192相连,以实现与主控制部件18的实时通信。输入界面部件170与转向角传感器50、麦克风52、第一速度接收器82、第二速度接收器86、转动传感器108L和108R、后退开关54、左开关150L、和右开关150R相连,用于输入模拟信号数字信号
CPU 172具有转播功能,比如处理或转换上述电子零部件的信号和通过第一通信部件174将处理过的或转换过的信号传送给主控制部件18。例如CPU 172从第一速度接收器82和第二速度接收器提供的信号频率获得飞轮74的转动速度N1和曲轴60的转动速度N2,转动速度N1乘以预设的常量得到模拟行驶速度V,并将转动速度提供给主控制部件18。
主控制部件18具有用于设定模拟骑车情形的情景设定部件180。算法处理部件(频率设定部件)182根据行驶条件进行算法处理。显示控制部件184控制显示器14的显示。音频驱动器(模拟发声部件)186为扬声器15提供声音输出。警报部件188对骑乘者发出预设的警报。语音识别部件190识别麦克风52输入的声音。第二通信部件192控制与第一通信部件174的通信。主控制部件18也具有可写的存储部件194。通过预先数字记录的真实单向离合器旋转发出的压入声音,获得压入声音的数据194a被记录在存储部件194内。
实际上,主控制部件18具有作为控制主体的CPU(中央处理器)172和RAM(随机存取存储器),ROM(只读存储器),HD(硬盘)和类似存储部件。主控制部件18的功能部件如图6和图7所示,通过CPU读取记录在硬盘的程序,与ROM、RAM和预设的硬件合作执行程序实现这些功能。
音频驱动器186具有用于根据运行状态发出模拟周围环境声音(气流声,轮胎与路面的声音,高音汽笛等)的环境声音产生部件186a。语音产生部件186b发出警报或指引者的声音。压入声音产生部件186c读取和储存上述的压入声音数据194a。混频器186d合成声音产生部件提供的声音数据。放大器186e放大得到的合成信号并将发大的信号传送到扬声器15。另外,音频驱动器186具有压入声音供应控制部件186f,该部件基于从算法处理部件182得到的频率,用于设定从压入声音产生部件186c向混频器186d提供压入声音的间隔。虽然在图5中只显示了一套音频驱动器186和扬声器15,也可以采用符合立体声模式的配置。压入的声音可以从另一个独立扬声器发出,而代替从混频器186d发出。
参考图7,控制器46通过独立的连接导线200、202和204分别与左开关150L、右开关150R和主控制部件18相连。因为其他电子零部件装配在模拟自行车12上,控制器通过综合带206与其他部件相连。由图4可清晰的看到,控制器46被装配在较低位置,在左开关150L和右开关150R附近,因此之间的连接导线200和202被调整得非常短(见图1)。此外,由于控制器46被装配在模拟自行车12的前侧,二者之间的导线204也被调整得非常短。这确保了有序的外观,增强了信号传输的稳定性并使信号线的布局变得容易。
现在,使用上述配置的自行车模拟系统10模拟骑车自行车的方法将在下文描述。
图8中的步骤S1,判断脚垫开关16是否打开。明确的,当脚垫开关16的左开关150L和右开关150R中的至少一个为打开时,进入步骤S2,当全部开关为关闭时,控制处理停留在S1。换句话说,当骑乘者站在脚垫开关16上时,自动进入步骤S2,并且,直到控制处理停留在步骤S1,和能够保持在预设的节电模式(例如显示器14关闭)。
在步骤S2,模拟骑车开始,并且预设的起始图片显示在屏幕14a上。起始图片中,显示了一台空闲的自行车的图像和站在自行车附近的作为骑乘者的人的图像。另外,“模拟骑车将要开始。请坐在鞍座上并踩动踏板”的文字显示在屏幕14a上,或扬声器15发出同样文字的声音。
因此,通过踩踏脚垫开关16,模拟骑车能够自动开始,启动模拟骑车不需要复杂的操作并且没有任何不适的感觉。能够满足骑乘者根据屏幕14a或扬声器15发出的指引进行操作,因此不需要操作手册或类似物品,操作容易完成,甚至孩子也能模拟骑车。
在步骤S3,判断脚垫开关16是否关闭。明确的,当左开关150L和右开关150R全部关闭时,进入步骤S4,然而当至少一个开关打开时,控制处理停留在S3。
更多的细节为,当骑乘者跨坐在鞍座24上并且他的脚离开脚垫16时,自动进入步骤S4,模拟骑车的真实行驶将开始。这种情况下,起始图片结束,屏幕14a显示自行车的图像和骑在自行车上的人的图像。
在步骤S4,判断预设的行驶条件是否满足。当满足行驶条件时,进入步骤S5的行驶模式,其中当行驶条件不满足时,进入步骤S6。行驶模式为骑乘者坐在鞍座24上踩压踏板并控制转向把手28以实现模拟行驶的模式。这种情况下,根据模拟行驶速度V和基于第一速度接收器82、转向角传感器50得到的转向角而变化的景象显示在屏幕14a上(见图1)。行驶模式下,在模拟行驶速度V不低于指定速度,虚拟自行车离开虚拟道路形或类似情形下,推荐发出预设的警告。此外,行驶模式下,基于算法处理部件182设定的频率T,扬声器15发出压入的声音。产生压入声音的程序将稍后描述。
在步骤S6,判断模拟行驶是否为停止、暂停或红灯信号的情况。在停止、暂停或红灯信号的情况下,进入步骤S7脚支地的模式,其他情况进入步骤S8。脚支地的模式中,骑乘者操作制动杆100L、100R使模拟行驶速度V降到0,之后离开模拟自行车并踩压脚垫开关16。结果屏幕14a显示骑乘者和自行车在红灯信号前静止的场面。当交通信号由红转绿,或基于模拟行驶的情况,左右两侧的安全被确认时,脚支地模式被取消。
在步骤S8,判断模拟骑乘的情况是否为穿过步行优先的小路,例如斑马线或仅供步行的小路,比如人行道。在穿过步行优先或仅供步行的小路的情况下,进入步骤S9的步行模式,其他情况进入步骤S10。步行模式是骑乘者推动自行车沿着仅供步行的小路或类似的路步行的模式,例如认识到推车步行不会打扰其他步行者等的模式。这种情况下,骑乘者离开模拟自行车12并站在脚垫开关16上,由此再现了步行环境,相应的景象显示在显示器14的屏幕14a上。
在步骤10,判断模拟骑乘的情况是否为向后移动自行车的情形。在向后移动(后退)的情况下,进入步骤S11的后退模式,其他情况进入步骤S12。后退模式是骑乘者离开自行车并推动自行车后退的模式。这种情况下,骑乘者离开模拟自行车12,站在脚垫开关16上并打开后退开关54,由此再现了后退情况,相应的景象显示在显示器14的屏幕14a上。
在步骤12,判断是否满足预设的结束条件。当满足结束条件时,模拟骑乘结束,但是当条件不满足时,控制程序进入步骤S4,模拟骑乘继续进行。当每个步骤S5、S7、S9和S11结束后控制程序也返回步骤S4。
在结束模拟骑乘的情况下,判断脚垫开关16是否打开,类似步骤S1。在这种情况下,基于脚垫开关16被打开的情况,能够发现骑乘者已离开模拟自行车12。基于这个条件,模拟骑乘结束,系统返回待机状态,比如预设的节电模式。在步骤S2脚垫开关16关闭后,在预设时间没有操作模拟自行车12的时候,系统认为骑乘者曾经踩压脚垫开关16,但是已经走开,没有骑在模拟自行车上。这种情况下系统返回待机状态。
基于行驶模式下算法处理部件182设定的频率T,用于从扬声器15中发出压入声音的程序将参照图9-13在下文描述。图9所示的流程基于非常短的预定时间由主控制部件18内的算法处理部件182和音频驱动器186反复执行。
首先,在步骤S101,基于第一速度接收器82得到的信号确定曲轴60的转动速度N2,乘以齿轮齿数比R,得到后链轮转动速度P,P←N2×R。
在步骤S102(模拟速度设定部件),基于预设的子程序(见图8)获得模拟行驶速度V。该程序将在下文描述。
在步骤S103,基于模拟行驶速度V得到虚拟后轮的转动速度Nx,Nx←V/A,其中常量A根据假定的真实自行车后轮直径确定。
在步骤S104,从转动速度Nx减去后链轮转动速度P以得到转动速度差ΔN,即ΔN←Nx-P。
在步骤S105,判断转动速度差ΔN是正或负。当ΔN>0时,进入步骤S106,当ΔN≤0时,进入步骤S107。
在步骤S106,从扬声器15中,音频驱动器186发出由压入声音产生部件186c基于算法处理部件182提供的频率T产生的压入声音。频率T的值为T←ΔN×Kc,其中常量Kc为假定的真实自行车后轮的单向离合器每转动一次产生的压入声音的次数。例如,常量Kc被设定为12到36之间的任一值。步骤S106后,进入步骤S108。
由上文所述,单向离合器72被盖75覆盖,真实产生的压入声音很少被骑乘者听见,并听到步骤S106以频率T产生的压入声音。
在步骤S107,预设的控制信号传送到压入声音供应控制部件186f,以致停止发出压入声音。
在步骤S108,基于模拟行驶速度V,在显示控制部件184作用下,不同图像显示在屏幕14a上。显示的图像根据模拟行驶速度V变化;明确的,当模拟行驶速度更高时,显示图像的流动速度更高。步骤S108之后,图7所示的本次程序结束。
接下来,将参照图10描述上述的在步骤S102中确定模拟行驶速度V的程序。
首先在步骤S201,基于从第二速度接收器86得到的信号确定飞轮74的转动速度N1。
在步骤S202,用于确定模拟行驶速度V的第一形式参数V1由V1←N1×A+Kb获得,其中变量Kb为由于制动产生的减速变化(m/s),通过转动传感器108L和108R得到变量Kb。
在步骤S203,判定第一形式参数V1是否为V1<0。当V1<0时,V1←0的设定被触发(步骤S204),其中第一形式参数V1被调整为非负值。
步骤S205中,考虑到本次模拟行驶速度V0和模拟环境,用于确定模拟行驶速度V的第二形式参数V2由V2←V0+K1+K2得到,其中,变量K1为由于道路表面倾斜造成的增加或减少的变化量(m/s)。变量K2为由于环境因素、比如风造成的增加或减少的变化量(m/s)。
从情景设定部件180中,根据本次模拟骑乘的情景得到和设定变量K1和K2的数据。例如,当K1和K2为0时,作为参考,相当于在水平地面和无风的环境行驶。当在斜坡行驶时,建立K1的设定为K1←K1+t×s,其中变量t为斜坡行驶时间,变量s具有随斜坡倾斜角度增加的绝对值,当下坡时其符号为正,上坡时符号为负。
另外,根据模拟骑乘时假定的风力设定变量K2。明确的,在无风时常量K2设定为0,在顺风的情况下为随风速增加的正值,在顶风的情况下为负值,其绝对值随风速增加。
在步骤S206,判定第二形式参数V2是否为V2<0;当V2<0时,进入步骤S207,反之当V2≥0时,进入步骤S208。
在步骤S207,考虑到制动操作来处理第二形式参数V2;明确的,导入V2的增加量,V2←V2+Kb,进入步骤S209。另一方面,在步骤S208,导入V2的减少量,V2←V2-Kb,进入步骤S210。
在步骤S209,判定第二形式参数V2是否为V2>0。当V2<0时,导入V2←0的设定(步骤S211),由此第二形式参数被调整为非负值。当V2≥0时进入步骤S212。
在步骤S210,判定第二形式参数V2是否为V2>0。当V2>0时,导入V2←0的设定(步骤S211),由此第二形式参数V2被调整为非正值。当V2≤0时,进入步骤S212。步骤S210中的比较程序为考虑到由于上坡或逆风导致向后移动的情况的程序。当V2>0时V2←0的调整是为了当制动操作大于造成负荷的向后移动时,避免向前移动。
在步骤S212,第一形式参数V1和第二形式参数相互比较。当V1≥V2时,进入步骤S213,其模拟行驶速度V被设定为V←V1。当V1<V2时,进入步骤S213,其模拟行驶速度V被设定为V←V2。明确的,在V<0的情况下,踏板的运动发生错误匹配,因此只考虑正值的情况。
此外,在步骤S215,更新后的模拟行驶速度V被存储在预设存储部件内,被用作下次处理中步骤S205中的模拟行驶速度V0。
在预设的模拟行驶速度V中,飞轮74的转动速度和真实自行车以同样行驶速度时后轮转动数值不经常相互符合,骑乘者会感到单向离合器72产生的压入声音频率不自然。考虑到这点,自行车模拟系统10中,转动速度差ΔN被乘以常量Kc,以获得不会使骑乘者有不相容感觉的频率T。
此外,由于变量K1和K2为根据模拟骑乘情景变化的值,通过使用变量K1和K2,考虑到除施加在踏板上的作用力以外的其他作用力,例如斜坡情况下的重力和风的压力,确定频率T。因此得到的频率T被提供到压入声音供应控制部件,以使压入声音产生程序有效。
图9和图10所示的程序被用来描述在行驶模式下执行,类似的程序可在步行模式下执行。在步行模式,骑乘者踩压脚垫开关16的时间间隔可被认为步行速度,与转动速度N1无关,并且步行速度可被认为是模拟步行速度V(模拟速度设定部件)。这种情况下,频率T由T←V×Kc/A(频率设定部件)得到,通过将频率T传送到音频驱动器186,当骑乘者推动自行车步行时从扬声器15能够发出相对低频率的压入声音。
接下来,将参照图11描述压入声音产生程序的第一修正程序,这个程序可被图9和图10中所示的程序替代。
如图11所示从步骤S301到S307之间的程序与上文从步骤S205到S311的程序相同。
步骤S307之后,在步骤S308,虚拟后轮的转动速度Nx由Nx←V2/A得到。
在步骤S309,基于第二速度接收器86获得的信号确定飞轮74的转动速度N1。
在步骤S310,飞轮74的转动速度N1与虚拟后轮的转动速度Nx相比较。当N1<Nx时,进入步骤S311,反之当N≥Nx时,进入步骤S313。
在步骤S311,转动速度差ΔN由ΔN←Nx-N1得到,频率T由T←ΔN×Kc得到。之后,在步骤S312,以与步骤S 106中的同样方式产生压入声音。
另一方面,在步骤S313,以与步骤S107中同样的方式停止产生压入声音。
根据图11所示的程序,对第二速度接收器检测曲轴60的转动的需求被消除了,这简化了配置并减少了用于控制的程序载入。
接下来,将参照图12和图13描述压入声音产生程序的第二修正程序。这个程序可被图9和图10所示的程序代替。
第二修正程序中,对应第二速度接收器86的两个传感器86a和86b(见图18)被平行装配,因此无论曲轴60沿正向或反向旋转都能被检测转子88的检测命令所识别。执行考虑旋转方向的控制。带有由两个传感器86a和86b检测的转动方向信号的转动速度表示为转动速度N2s,与上文使用的无信号转动速度N2相区别。
图12中的步骤S401到S408组成与上文中步骤S301到S308相同的程序。
步骤S408之后,在步骤S409,由传感器86a和86b得到曲轴60的转动速度N2。
在步骤S410,转动速度N2s和齿轮齿数比R的乘积N2s×R与转动速度Nx相比较,当N2s×R<Nx时,进入步骤S411,反之当N2s×R≥Nx时,进入步骤S413。
在步骤S411,转动速度差ΔN由ΔN←Nx-N2s×R得到,频率T由T←ΔN×Kc得到。之后,在步骤S412,通过与步骤S106中同样的方式产生压入声音。
另一方面,在步骤S413,通过与步骤S107中同样的方式停止产生压入声音。
根据图12所示的程序,考虑到曲轴60的转动方向,能够产生更适当的压入声音。
如上文所述,依照自行车模拟系统10,驾驶者通过骑乘模拟自行车12能够从视觉上感觉象真正的骑车,因为由于情景设定而产生他本人对踏板64L、64R的操作和外部作用力,比如重力和风的压力。此外,骑乘者能够体验到真正骑车的声音,因为从扬声器15中发出依照模拟行驶速度V和曲轴60转动产生的压入声音。更具体的,在平地和无风的情况下行驶,基于踏板64R和64L的运转动速度度,也就是曲轴60的转动速度N2和飞轮74的转动速度N1,产生压入声音。这种压入声音的频率T不同于单向离合器72产生的真实压入声音的频率;即由于考虑到常量Kc,这种压入声音的频率T不依照飞轮74的转动速度N1的频率,而是基于真实自行车在同样条件下后轮转动速度的频率,因此压入声音听来是真实的声音。
这种情况下,当踏板64R、64L不运转时发出高频率的类似“嘀-哒-嘀”的声音,当踏板64R、64L低速运转时发出低频率的类似“嘀、哒、嘀”的声音。当踏板64R、64L高速运转时导致ΔN=0,单向离合器内的棘齿机构启动,结果驱动力有效的传送到飞轮74(后轮,模拟中假定)。这种情况下,与步骤S109和S110的条件相应,以与真实自行车同样情况下同样的方式停止发出压入声音,由此真实感被进一步增强。在踏板64R、64L停止运转的条件下制动杆100L启动的时候,飞轮74的转动速度N1被降低,所以,再次以与真实自行车同样情况下同样的方式降低产生的压入声音的频率。
在假定的由于外部作用力,例如斜坡的重力和风的压力,而改变行驶速度V的情景中,考虑到变量K1和K2来确定频率T,由此,根据假定的情景,扬声器15中发出的压入声音变为自然的声音。因此,由于和模拟行驶速度V相一致的在屏幕14a显示的景象改变速度变化产生的视觉速度,与由于扬声器15发出压入声音产生的听觉速度,这两者相互符合,由此排除了不相容的感觉。
附带的,产生的压入声音不局限于通过电子装置从扬声器15发出压入声音,也可以由机械装置发出。例如图14所示,配备由主控制部件18控制的反相器300和发动机302符合这种方式。反相器300控制转动速度,由此发动机302和单向离合器304以预定的速度转动。结果,获得与从扬声器15发出压入声音的电子装置同样的效果。由于真实的单向离合器304发出这种声音,因此获得了更真实的感觉。此外,音频驱动器的配置得到简化。这种情况下,推荐将反相器300和发动机302放置在盖75或类似物内部以屏蔽发出的声音。这种情况下,虽然单向离合器304产生的声音是真实的压入声音,但不是从后轮本身发出的声音。从这个意义上,它是模拟基础上的虚拟声音。
如上文所述,根据这个实施例的自行车模拟系统10,控制器不安装在可转动部分,例如转向把手28上,而是在固定车架20上,由此骑乘的感觉类似骑乘真实自行车。虽然相比比摩托车或类似车辆,真实自行车提供更轻便的转向把手的操作,控制器46安装在车架20上的布置保证了没有任何负载施加到转向把手28,实现了类似真实自行车操作转向把手的轻便感。
不仅从骑乘者跨坐在鞍座24的视角而且包括从远处的视角来看,转向把手28是基于自行车外观的特征部分,控制器47在前叉30L、30R上的布置提供了类似真实自行车的外观,由此增强了真实感。
此外,由于控制器被安装在用作前支撑架的车架20的前叉30L和30R上,控制器46不会轻易出现在骑乘者的视野范围内,没有影响外观。由于控制器46被安装在较低位置,模拟自行车12的重心低。显著的,因为模拟自行车的重量轻,由于控制器46的位置,重心被设在相对低的位置,因此骑乘者能够在稳定的条件下实现模拟。
此外,考虑到显示器14在骑乘者前侧的布置,在显示器14上显示图片的主控制器18也被布置在模拟自行车12的前侧;这种情况下,控制器46被安装在前叉30L和30R上,用于连接控制器46和主控制部件18的连接导线设定较短。因此,信号传输的稳定性得到增强,并且信号线的布置变得容易。
由于模拟自行车12构造简单,在相应机车模拟中模拟车辆的油箱部分、引擎部分和座位以下部分,几乎没有死角。然而,前叉30L、30R的附近区域将是死角,那里没有其他特别的部件。因此,即使相对较大的控制器46也能布置在那里,不会影响其他部件的布置。
对于这样描述的本发明,很明显,上述内容可以在很多方面变化。这些变化不被认为偏离发明精神和范围,并且所有这些修正对于本领域技术人员都是明显的,而且将被包括在以下权利要求的范围内。
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