CN111589164A - 一种骑行台路感模拟实现方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种骑行台路感模拟实现方法，APP/游戏扭矩值为APP/游戏的虚拟环境中获得当前场景下实际的扭矩值；骑行台控制模块接收APP/游戏扭矩值的信号，并传输给扭矩判定模块；扭矩判定模块判定扭矩值，若扭矩值<M0，则启动PWM整流器，使电机工作于电动机象限，电机旋转产生驱动扭矩；若扭矩值≥M0，则启动PWM整流器，使三相电机于发电机象限，产生阻力扭矩控制骑行功率；反馈模块将经过扭矩判定模块重新获得的扭矩值反馈给APP/游戏，实时生成新的APP/游戏扭矩值并重新传输给骑行台控制模块。通过控制扭矩脉动工况有规律的产生和关断，以较小幅度和频率的扭矩变化，使用户在室内骑行台上获得真实的自然路况骑行模拟，给用户产生一种虚拟的颠簸路感。
Description
技术领域
本发明属于路感模拟技术领域，具体涉及一种骑行台路感模拟实现方法。
背景技术
随着现在科技的不断发展，近年来人们运动兴趣的增加，以及对健康生活的追求，自行车凭借其独特的健身优势重新回归，逐渐渗透到人们的运动和生活中，自行车骑行也逐渐风靡全国。但户外的骑行运动通常会受制于天气状况、空气质量、交通和安全等诸多外在因素，使骑行运动无法随心所欲地进行。但随着自行车健身的回归和普及，智能功率骑行台越来越成为大众自行车室内锻炼设备的首选，它的出现解决了户外条件不适宜骑行的现实问题，可以为用户提供一个稳定的骑行环境，而不必过多考虑自然条件的影响和骑行安全问题。现阶段，智能功率骑行台可以最大程度地还原户外骑行的阻力感受，并能实时反馈用户的骑行功率、骑行速度等功能数据。但是由于受技术方法的限制，大部分智能功率骑行台只能模拟部分自然骑行场景，虽然在上坡阻力调节和目标功率控制方面，具有不错的体验，但在骑行台上模拟自行车在不同路面路况上骑行的时候，路感模拟的效果还很不理想。
在真实的自然情况中，用户可能会在各种各样的路面路况上骑行，比如石子路、沙土路、木栈道等，会产生不同的颠簸感即所谓的“路感”。由于目前的主流骑行台设备都是采用电磁线圈加阻方式，通过带动阻尼轮提供平滑的模拟阻力，这时候不能产生颠簸的路感，因而现阶段大部分智能骑行台都不能在室内很好的模拟自然状态的颠簸路感场景。这大大限制了用户在骑行游戏软件或者APP中真实的路感模拟体验。
针对此，我们提出了一种实现骑行台模拟不同路况路感的方法。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种骑行台路感模拟实现方法，解决了现有技术中限制了用户在骑行游戏软件或者APP中真实的路感模拟体验。
本发明的目的可以通过以下技术方案实现：
一种骑行台路感模拟实现方法，包括APP/游戏扭矩值、骑行台控制模块、扭矩判定模块、反馈模块；
所述APP/游戏扭矩值为APP/游戏的虚拟环境中获得当前场景下实际的扭矩值；
所述骑行台控制模块接收APP/游戏扭矩值的信号，并传输给扭矩判定模块；
所述扭矩判定模块判定扭矩值，若扭矩值<M0，则启动PWM整流器，使电机工作于电动机象限，电机旋转产生驱动扭矩；若扭矩值≥M0，则启动PWM整流器，使三相电机于发电机象限，电机旋转产生阻力扭矩；
所述反馈模块将经过扭矩判定模块重新获得的扭矩值反馈给APP/游戏，实时生成新的APP/游戏扭矩值并重新传输给骑行台控制模块；
其中M0为平稳扭矩的扭矩值。
进一步的，所述扭矩判定模块中采用三相电机和PWM整流器相结合，并通过控制PWM整流器两端串联的MOS管开关的开断，实现骑行台的电机扭矩大小和方向改变。
进一步的，所述MOS管开关的开断状态，实现直流电压在与PWM整流器串联的协防电阻R上导通，实现对直流电流的大小控制，进而实现对骑行台电机扭矩大小和方向的控制。
进一步的，所述PWM整流器的两端并联有电容器C。
进一步的，所述扭矩判定模块中，根据平稳扭矩M0的基础上确定扭矩脉动周期和扭矩脉动幅度以及扭矩脉动时间；并将数值传递给骑行台的DSP芯片中，并通过FOC电机控制方法转化为MOS管开关的PWM占空比，进而实现对骑行台电机扭矩大小和方向的控制。
进一步的，所述APP/游戏扭矩值和骑行台控制模块之间，以及反馈模块和APP/游戏扭矩值之间的信号传输通过蓝牙/ANT+无线通信协议的方式传递。
本发明的有益效果：
1、本发明通过控制扭矩脉动工况的电路中MOS管开关有规律的产生和关断，使用户在室内骑行台上获得真实的自然路况骑行模拟。
2、通过本发明的程序控制的扭矩脉动产生的是在电机正常工况时，以较小幅度和频率的扭矩变化，给用户产生一种虚拟的颠簸路感。且这种虚拟的扭矩脉动并不会引起骑行台剧烈的肉眼可见的“抖动”，不会对用户的骑行台和自行车车架产生振动损害。
3、通过本发明的控制电路，使用PWM整流器作为三相电机的控制电路，并在直流母线的两端设置的电容器，可以起到充放电的功能，有效利用三相电机的发电功能产生的电能，大大节约了能源的消耗，起到很好的绿色环保、节能减排的效果。
附图说明
为了更清楚地说明本实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明实施例的整体控制流程示意图；
图2是本发明实施例的电路控制示意图；
图3是本发明实施例的扭矩变化示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
如图1所示，一种骑行台路感模拟实现方法，包括APP/游戏扭矩值、骑行台控制模块、扭矩判定模块、反馈模块；
所述APP/游戏扭矩值为APP/游戏的虚拟环境中获得当前场景下实际的扭矩值；
所述骑行台控制模块接收APP/游戏扭矩值的信号，并传输给扭矩判定模块；
所述扭矩判定模块判定扭矩值，若扭矩值<M0，则启动PWM整流器，使电机工作于电动机象限，电机旋转产生驱动扭矩；若扭矩值≥M0，则启动PWM整流器，使三相电机于发电机象限，电机旋转产生阻力扭矩，控制骑行功率；
所述反馈模块将经过扭矩判定模块重新获得的扭矩值反馈给APP/游戏，实时生成新的APP/游戏扭矩值并重新传输给骑行台控制模块；
其中M0为平稳扭矩的扭矩值。
扭矩脉动是一般三相电机应用场景中尽量去避免的现象，在现有的电机应用领域，人们基本上都是选择去尽量避免扭矩脉动情况，更多的是追求电机扭矩平稳的工况，在正常的电机使用情况中，如果整流器控制PWM信号不对或者是频繁改变负载都有可能引起这种扭矩脉动的情况。本申请的路感模拟的场景，就是利用这种有规律的扭矩脉动工况，实现一种骑行台路感模拟的方法。人为地控制好PWM信号频繁改变负载引起这种扭矩脉动，并稳定产生和关闭，就能实现一种很好的路感模拟方法。通过程序控制产生的是一种小幅度的扭矩变化的脉动，通过骑行台的飞轮和自行车的链条将这种振动传递到用户的脚上，进而给用户产生一种虚拟的颠簸路感。使用户脚踏上是一种虚拟的“齿感振动”，而不是一般工况中电机剧烈“抖动”，这种方法和电机肉眼可见的剧烈抖动是不同的，并且不会对骑行台和自行车车架本身产生振动损害。
如图2所示，本发明实施例采用的智能骑行台采用三相电机和PWM整流器相互结合的工作方式，通过使用PWM整流器技术方案，可以在同一个三相半桥电路中实现电能的双向控制，PWM整流器可分别运行于整流工作状态和有源逆变状态，进而实现分别在发电机和电动机两象限运行的变流装置。
其中PWM整流器可以工作于单位功率因数状态，具有非常高的能量转换效率，符合绿色电能变换的潮流。为满足单位功率因数整流器对直流电压纹波的要求，通常在整流器的直流母线两端并联有大容量电容器C，作为储能元器件起到充放电功能，这样可以在不使用外部电源的情况下仍能实现路感模拟功能，同时满足了对电压纹波的要求。同时直流电压检测的正确与否直接关系到整流器的稳定性，电容用于滤除直流母线由高频开关频率引起的纹波和毛刺干扰。
如图3所示，本实施例中平稳扭矩的扭矩值M0＝50，为骑行用户提供平稳的骑行阻力，根据实验模拟结果，针对不同路况路感，在平稳扭矩M0的基础上预设不同的扭矩脉动周期(频率)T0和扭矩脉动幅度M1、M2以及扭矩脉动时间T1、T2。
当不开启路感模拟功能时，用户按照正常的平稳扭矩M0进行骑行和控制，此时电机上没有附加的扭矩脉动。当用户开启路感模拟功能时，骑行台根据用户选择的具体“路况”，骑行台内的DSP芯片处理器调取预设的T0\M1\M2\T1\T2这五个值，将这5个值通过蓝牙端发送PWM整流器的DSP芯片，DSP芯片中通过FOC电机控制方法转化为MOS管开关的PWM占空比，从而实现对三相电机的程序控制，进而使PWM整流器的电机产生相应的扭矩脉动效果。
在PWM整流器的直流母线上串联有泄放电阻R和MOS管开关S7；通过骑行台的DSP芯片控制MOS管开关S7的开断状态，实现直流电压在泄放电阻R上的导通，进而实现对直流电流的大小控制，再通过FOC电机控制方式，进一步实现对骑行台电机扭矩大小和方向的控制。
路面的颠簸感是由于路面上分布的小石子、沙子、鹅卵石、砖头、木栈道等引起自行车有规律的上下起落，进而给用户一种起伏的颠簸感。这种上下起伏的状况反应在骑行台阻力上就是一种周期性的扭矩上涨和下落的脉动现象。根据实验模拟体验实际效果，通过设置不同的扭矩脉动周期(频率)和扭矩脉动幅度以及扭矩脉动持续时间，即可模拟出不同的路况路感。扭矩脉动周期越短、幅度越大，说明路面颠簸的越厉害。
以石子路为例，扭矩脉动周期越短，路感颠簸频率越高，说明路面上的石子分布的越密集。扭矩脉动幅度越大，路感颠簸起伏的强度越大，说明路面上的石子形状越大，扭矩上涨和下落的幅度越大，涨落持续的时间T1、T2也越长。这与实际情况是一致的。
当骑行台工作于正常的上坡阻力模式时，扭矩值≥M0，则启动PWM整流器，使三相电机于发电机象限，产生阻力扭矩控制骑行功率。通过控制PWM整流器的MOS管开关S1-S6的开断状态，将产生的正弦波形的三相交流电整流为直流电流，再经过大容量电容C的稳压作用产生稳定的直流电压波形，最后泄放在泄放电阻R上，使骑行台的电机产生阻力扭矩，产生制动力，模拟用户的骑行阻力。
当骑行台工作于下坡溜车模式时，扭矩值<M0，则启动PWM整流器，使电机工作于电动机象限，电机旋转产生驱动扭矩。通过控制PWM整流器的MOS管开关S1-S6的开断状态，将大容量电容C中储存的电量转化为电动机的三相电流，使骑行台的电机产生驱动扭矩。
以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。
Claims (6)
1.一种骑行台路感模拟实现方法，包括APP/游戏扭矩值、骑行台控制模块、扭矩判定模块、反馈模块；其特征在于，
所述APP/游戏扭矩值为APP/游戏的虚拟环境中获得当前场景下实际的扭矩值；
所述骑行台控制模块接收APP/游戏扭矩值的信号，并传输给扭矩判定模块；
所述扭矩判定模块判定扭矩值，若扭矩值<M0，则启动PWM整流器，使电机工作于电动机象限，电机旋转产生驱动扭矩；若扭矩值≥M0，则启动PWM整流器，使三相电机于发电机象限，电机旋转产生阻力扭矩；
所述反馈模块将经过扭矩判定模块重新获得的扭矩值反馈给APP/游戏，实时生成新的APP/游戏扭矩值并重新传输给骑行台控制模块；
其中M0为平稳扭矩的扭矩值。
2.根据权利要求1所述的骑行台路感模拟实现方法，其特征在于，所述扭矩判定模块中采用三相电机和PWM整流器相结合，并通过控制PWM整流器两端串联的MOS管开关的开断，实现骑行台的电机扭矩大小和方向改变。
3.根据权利要求2所述的骑行台路感模拟实现方法，其特征在于，所述MOS管开关的开断状态，实现直流电压在与PWM整流器串联的协防电阻R上导通，实现对直流电流的大小控制，进而实现对骑行台电机扭矩大小和方向的控制。
4.根据权利要求2所述的骑行台路感模拟实现方法，其特征在于，所述PWM整流器的两端并联有电容器C。
5.根据权利要求2所述的骑行台路感模拟实现方法，其特征在于，所述扭矩判定模块中，根据平稳扭矩M0的基础上确定扭矩脉动周期和扭矩脉动幅度以及扭矩脉动时间；并将数值传递给骑行台的DSP芯片中，并通过FOC电机控制方法转化为MOS管开关的PWM占空比，进而实现对骑行台电机扭矩大小和方向的控制。
6.根据权利要求1所述的骑行台路感模拟实现方法，其特征在于，所述APP/游戏扭矩值和骑行台控制模块之间，以及反馈模块和APP/游戏扭矩值之间的信号传输通过蓝牙/ANT+无线通信协议的方式传递。
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