CN1873734B - 自行车模拟系统 - Google Patents

Abstract

一种能够很容易运输的自行车模拟系统，该自行车模拟系统包括车架、由骑乘者操作的转向手柄、由骑乘者操作以使飞轮旋转的左右一对踏板、用于支撑头管的两个前叉、和可旋转后轮。后轮放在地板上，从而它与前叉一起支撑车架。该自行车模拟系统确保闸把的操作伴随与在操作真实自行车中相同的感觉。骑乘者操作闸把与用于与闸把结合地摩擦制动飞轮旋转的鼓式制动器。闸线从闸把中延伸出并且分支成两根闸线，一根闸线连接到鼓式制动器上，并且另一根闸线连接到转动传感器上。

Description

自行车模拟系统

相关申请的交叉引用

本申请根据35 USC 119要求于2005年5月30日提交的日本专利申请No.2005-157427和No.2005-157233的优先权，它们的全部内容由此被引用作为参考。

技术领域

本发明涉及一种用于交通安全教育、游戏和身体训练的自行车模拟系统。

背景技术

为了关于驾驶飞机、汽车、摩托车、自行车等的模拟体验，已经提出与相应交通工具对应的模拟系统。这些设计中的一些已经投入到实际使用中。在自行车模拟系统中，骑乘者(操作者)在坐跨在模型自行车的鞍座上的同时操作踏板，由此进行模拟骑自行车，通过用预定的速度传感器检测踏板的转动来获得模拟速度等，并且执行模拟过程。

用在自行车模拟系统中的模型自行车可以设有飞轮，该飞轮用于将适当的载荷施加给踏板的转动。例如参见日本专利公布No.Hei6-7873。

自行车模拟系统的应用形式不限于固定式应用。例如，在将自行车模拟系统用在各个地方为小孩举办的交通安全课堂中的情况下，在每次举办或结束该课堂时都用运输车辆等运输该自行车模拟系统。该系统必须手动地从使用位置搬运到运输车辆。考虑到这种使用情况，将日本专利公布No.Hei 6-7873中所述的模型自行车完全升起并搬运需要费点力，因为设置在模型自行车中的飞轮特别重。

另外，在自行车模拟系统中，如果踏板、闸把和转向手柄能够按照如在骑乘真实自行车中一样的方式操作，则真实感较高。更具体地说，如果能够通过操作闸把来降低模拟车速，则进一步有利地增强真实感。另外，优选的是，根据速度和加速度将与真实自行车中相同的载荷施加在踏板上。优选的是，操作闸把的感觉尽可能接近在真实自行车中的感觉。

从这一点看，已经提出一种模拟器，其中在闸把的端部处设置由弹性材料例如橡胶形成的限制部分。该限制部分在闸把的操作下变形以便使得操作感觉接近于在真实骑自行车期间的感觉。例如参见日本专利公开No.Hei 11-174944。

在日本专利公开No.Hei 11-174944中所述的模拟器中，简单地根据在显示器上的画面来调节施加在踏板上的载荷，从而没有充分考虑在踏板的转动、由该转动获得的模拟速度或加速度、施加在踏板上的载荷以及闸把操作之间的相互关系。因此，估计可能产生以下麻烦。在闸把操作之后和在减速开始之前可能产生时间延迟，或者可能不能获得根据闸把操作量的适当程度的减速度。另外，难以精确再现一种情况，在该情况中，在起动时的开始阶段施加高载荷，并且在加速之后的恒速运行期间施加低载荷。

另外，在日本专利公开No.Hei 11-174944中所述的模拟器中的制动机构中，仅对固定弹性材料进行压缩，从而不能再现传递给闸把的旋转体的微弱振动。因此，难以实现通过较小的闸把操作进行的精细速度控制。

发明内容

本发明是考虑到现有系统的这些问题而作出的。因此，本发明一实施方案的目的在于提供能够容易搬运或运输的自行车模拟系统。

根据本发明一实施方案，提供一种包括模型自行车的自行车模拟系统，其中该模型自行车包括车架、由骑乘者操作的左右一对踏板、随着这些踏板的操作而旋转的旋转体、用于相对于地面支撑该车架的一部分的支座、以及车轮，该车轮不与旋转体及踏板结合，并且能够相对于车架旋转。该车轮与地面接触并且与支座一起支撑车架。在车轮不与旋转体及踏板结合并且车轮与地面接触的情况下，车轮与支座一起支撑车架，并且在模拟骑自行车期间使模型自行车保持竖立。另外，在搬运该模型自行车时，将支座拉起并且转动车轮。因此，即使在旋转体较重的情况下也能够很容易用较轻的力搬运该模型自行车。

在该情况中，优选的是，支座支撑车架的前侧，并且车轮支撑车架的后侧。这样确保车轮看起来像真实自行车的后轮，由此提供自然的外观。这样减轻了可能与骑乘模型自行车伴随的抵抗感觉。另外，在车轮设置在与后轮对应的位置处的情况下，不必使车轮如前轮转向，从而车轮不与地面摩擦接触。

旋转体的旋转轴线在前后方向上的位置可以位于踏板的旋转轴线和车轮之间，由此即使在旋转体较重的情况中也能够根据所谓的杠杆原理用较轻的力将支座拉起。另外，在车轮位于与真实自行车的后轮对应的位置处的情况下，旋转体位于在踏板的旋转轴线和后轮之间的死区中，从而在其它组成部件的布置方面的自由度没有受到限制，并且在模拟骑自行车中在蹬踏板操作时飞轮不妨碍骑乘者脚的运动。

旋转体的旋转轴线可以设置在车轮的旋转轴线的上侧，由此能够减小在拉起支座中的工作量。

根据本发明一实施方案的自行车模拟系统，车轮不与旋转体及踏板结合使用。车轮与地面接触。因此，车轮与支座一起支撑车架，并且在模拟骑自行车期间使模型自行车保持竖立。另外，在搬运该模型自行车时，将支座拉起并且允许车轮转动。因此，即使在旋转体较重的情况下也能够很容易用较轻的力搬运该模型自行车。

本发明一实施方案的目的在于提供一种自行车模拟系统，从而能够以与在真实自行车的情况中相同的感觉来进行闸把操作。

根据本发明一实施方案，提供一种包括模型自行车和控制器的自行车模拟系统，其中模型自行车包括由骑乘者操作的左右一对踏板、随着这些踏板的操作而旋转的旋转体、由骑乘者操作的闸把、用于与该闸把结合地摩擦制动旋转体的旋转的制动器、以及用于检测闸把上的操作量的制动操作检测装置。该控制器根据从制动操作检测装置提供的操作量进行预定的输出。

因此，通过根据闸把操作来摩擦制动旋转体，从而能够以与在真实自行车的情况中相同的感觉来操作闸把。

在该情况中，优选的是，闸把连接到以分叉形式分支的闸线上，在一侧上的闸线连接到制动器上，并且在另一侧上的闸线连接到制动操作检测装置上。这样能够分开并且独立地提供制动器和制动检测装置。另外，能够采用与在能够操作闸线的真实自行车中的制动机构类似的制动器，从而操作感觉和闸把的外观接近真实自行车。因此，增强了真实感。

另外，当在模拟骑自行车的情形期间控制器根据从制动操作检测装置提供的操作量输出警报时，能够更安全地进行制动操作的学习，这对于教学和训练而言尤为有利。

另外，可以采用一种结构，其中闸把包括第一闸把和第二闸把，第一闸把和第二闸把分别与这些闸线的一端连接。这些闸线的另一端连接到制动器上。该结构能够通过第一闸把和第二闸把以组合的方式操作一个制动器，例如能够通过操作右闸把或左闸把来进行制动。

根据本发明一实施方案的自行车模拟系统，根据闸把操作来摩擦制动旋转体，由此能够以与在真实自行车的情况中相同的感觉来操作闸把。另外，根据从制动操作检测装置提供的操作量来判断骑乘者进行的操作。因此，根据该判断，预定的输出用于警报、指导等，由此能够实现各种模拟。

从下面给出的详细说明中将显而易见本发明的进一步的适用范围。但是，应该理解的是，该详细说明和具体实施例虽然指出了本发明的优选实施方案，但是只是以举例说明的方式给出，因为本领域普通技术人员从该详细说明中将显而易见在本发明的精神和范围内的各种变化和改进。

附图说明

从下面给出的详细说明和附图中将更加全面地理解本发明，这些附图是按照举例说明的方式给出的，因此不是对本发明进行限制，而且其中：

图1为根据本实施方案的自行车模拟系统的透视图；

图2为模型自行车中的旋转驱动机构单元及其附近的透视图；

图3为模型自行车中的飞轮及其附近的从斜上方看的透视图；

图4为该模型自行车的前视图；

图5为自行车模拟系统的电气部件的方框图；

图6为在使用该自行车模拟系统来进行模拟骑自行车的方法中的主程序的流程图；

图7为在提升转向手柄的情况下该模型自行车的侧视图；

图8(a)为示意图，显示出在将飞轮布置在相对于后轮轮轴的上方的情况中飞轮运动的高度；

图8(b)为示意图，显示出在将飞轮布置在相对于后轮轮轴的下方的情况中飞轮运动的高度；

图9为分支机构的放大透视图；

图10显示出鼓式制动器，其中臂设有连接到左右闸把上的两根闸线；

图11显示出设有两个用于制动的夹钳式制动器的飞轮；并且

图12显示出具有与之连接的两根闸线的闸把。

具体实施方式

现在，下面将参照附图1到8(b)通过本发明的实施方案对根据本发明的自行车模拟系统进行说明。根据该实施方案的自行车模拟系统10例如用于各个地方为小孩举办的交通安全课堂中。在每次该课堂举办或结束时，通过运输车辆等来运输该自行车模拟系统10。

如图1所示，该自行车模拟系统10具有模型自行车12、用于根据模型自行车12的操作在屏幕14a上显示场景的监视器14、用于给骑乘者提供模仿声音和声音指示的扬声器15、设置在骑乘者上下该模型自行车12的位置处的垫子开关16、以及用于对自行车模拟系统10进行总控制的主控制单元18。该主控制单元18设置在模型自行车12的前侧上。监视器14和扬声器15设置在主控制单元18的上部处并且设置在让位于模型自行车12上的骑乘者很容易进行视觉检查的位置处。主控制单元18、监视器14和扬声器15由四个支柱21可提升地支撑，从而能够根据骑乘者的体形来调节它们的高度。另外，主控制单元18具有在屏幕14a上显示与模拟对应的画面的功能，并且还包括作为画面处理计算机的功能。

接下来将对模型自行车12进行说明。在下面的说明中，对于模型自行车12中的左右一对机构，将“L”附属于用于左边一个机构的附图标记，并且将“R”附属于用于右边一个机构的附图标记。

该模型自行车12具有车架20、通过座柱连接到车架20上的鞍座24、能够绕着车架20的头管20a转动的转向手柄28、作为用于固定地支撑头管20a的支座的两个前叉30R和30L、以及由车架20的座撑20b和后下叉20c可旋转地支撑的后轮(车轮)32。在前叉30R和30L的顶端处设置沿着水平方向延伸的管31。该管31放在地板上。转向手柄28的茎部28a在头管20a附近具有能够折叠或拆卸的折叠机构28b。

虽然前叉30R、30L在外观方面与自行车(或者摩托车)的前叉形状类似，但是它们与真实前叉的不同之处在于，它们没有与转向手柄28一起转动，并且它们未设有前轮。

后轮32具有可旋转轮毂32d、多根相对于该轮毂32d大致沿径向设置的辐条32b、由这些辐条32b支撑的轮辋32c、以及安装到该轮辋32c上的轮胎32a。轮毂32d、辐条32b、轮辋32c和轮胎32a与在真实自行车中通常使用的那些类似。后轮32为小直径类型，它能够在轮毂32d的作用下相对于车架20旋转。

虽然后轮32在外观方面与真实自行车中的后轮相同，但是它是不与曲柄轴60和飞轮(旋转体)74一起操作的独立结构，并且它在模拟骑自行车期间不旋转。更具体地说，后轮32放在地板上，从而它也用作后支座，并且它与前叉30R和30L一起支撑车架20并使模型自行车12保持竖立。控制器通过托架33固定在前叉30R、30L和管31之间。

另外，模型自行车12具有旋转驱动机构单元40、速度检测机构单元42、制动机构单元44、控制器46、用于检测转向手柄28的转向角度的转向角度传感器50(参见图4)、用于输入骑乘者的声音的麦克风52、以及设置在鞍座24的后部处的后退开关54。该后退开关54为在骑乘者从模型自行车12下来并且进行预定的模拟后退运动时要操作的开关。

旋转驱动机构单元40具有一对与设置在曲柄管20e内部的曲柄轴(踏板的旋转轴)60的左右部分连接的曲柄62L和62R、设置在曲柄62L和62R的顶端处的踏板64L和64R、设置在曲柄62R上的前链轮66、由前链轮66通过链条68旋转驱动的后链轮70、以及由后链轮70通过单向离合器(也被称为自由轮毂)72旋转驱动的铁制飞轮74。单向离合器72沿着前后方向的位置位于曲柄轴60和轮毂32d之间，由此飞轮74位于相对于模型自行车12的中心的后侧上，更具体地说，在座管20f和后轮32之间。单向离合器72设置在相对于后轮32的轮毂32d的上侧上。

虽然飞轮74用作在模拟骑自行车期间的载荷并且因此为重的物体，但是因为它设置在前后支座(即，前叉30R、30L和后轮32)之间，所以稳定性较高。另外，布置飞轮74的位置在没有被其它部件使用的死区中，从而不限制布置其它部件的自由度。另外，在模拟骑自行车期间，该飞轮不妨碍在蹬踏板操作时骑乘者脚的运动。

单向离合器72通过其内的棘轮机构只沿着后链轮70的正方向传递旋转驱动力。因此，当曲柄轴60沿着反方向旋转时，或者当在飞轮74的正转期间使曲柄轴60的旋转停止时，与曲柄轴60无关地保持飞轮74在那时的旋转状态(正转或停止)。

如图2和3所示，速度检测机构单元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具有设置在从位于右侧上的座撑20b到后下叉20c的范围上的安装托架80、和设置在安装托架80上的第一速度检测器82。第一速度检测器82设置在与飞轮74的三根辐条74a接近地对置的位置处。因此，在飞轮74旋转时，第一速度检测器82给控制器46提供表示辐条74a的存在或不存在的信号。

曲柄转动检测部分78具有固定到曲柄管20e上的安装托架84、设置在安装托架84上的第二速度检测器86、和固定到前链轮66的内侧上的被检测转子88。被检测转子88大致为与第二速度检测器86接近且对置地设置的大约90°的圆弧形板。在操作踏板64L和64R并且由此使曲柄轴60和前链轮66旋转时，第二速度检测器86给控制器46提供表示被检测转子88的存在或不存在的信号。第二速度检测器86和第一速度检测器82可互换。

如图4所示，制动机构单元44具有设置在转向手柄28上的两个闸把100L和100R、分别连接到这些闸把100L和100R上的闸线102和104、可弹性旋转的滑轮106L和106R、转动传感器108L和108R、以及用于对飞轮74制动的鼓式制动器110(参见图3)。

如图9所示，闸线104在它的行程中被分支机构111分叉，位于一侧上的闸线104a向前叉30R、30L延伸，并且位于另一侧上的闸线104b连接到鼓式制动器110上。在闸线104的分支部分处，外线112的一部分被剥离，其端部由环114支撑，暴露出的内线116通过压粘、敛缝、焊接等与两根内线连接，这两根内线中的一根内线构成闸线104a，并且这两根内线中的另一根内线构成闸线104b。因此，在操作闸把100R时，这两根闸线104a和104b同时受拉。

闸线104a和闸线102在它们的行程中相互交叉，并且它们的下端部分连接到滑轮106R、106L上。在闸线100L和100R都没有受拉时，滑轮106L和106R由弹簧(未示出)弹性偏压，从而向上引导突起部分118L和118R。在该情况下，闸把100L和100R由滑轮106L和106R弹性偏压，从而与转向手柄28分离。

在将闸把100L、100R拉向转向手柄28的情况下，滑轮106L、106R弹性转动，由此向下引导突起部分118L和118R。这些滑轮106L、106R能够转动直到突起部分118L、118R紧靠在止动件120L、120R上。

通过转动传感器108L、108R能够检测滑轮106L、106R的转动角度，并且将所检测出的角度信号提供给控制器46。控制器46给主控制单元18提供根据滑轮106L和106R的所检测出的转动角度的信号，即闸把100L和100R的操作量的信号。

如图3所示，鼓式制动器110与飞轮74同心地设置，并且鼓式制动器110的臂110a连接到闸线104b的端部上。鼓式制动器110在其内设有鼓主体，该鼓主体连接到飞轮74上并且与飞轮74一体地旋转。另外，在操作闸把100L并且由此拉动闸线104b时，臂110a倾斜，在内部的闸瓦沿着外径方向打开更宽以与鼓主体接触，由此产生摩擦力，并且使飞轮74制动。鼓式制动器110可以为与闸把100R一起操作的其它类型的摩擦制动器(夹钳式制动器、盘式制动器等)。摩擦制动器在这里指的是除了电磁作用制动器之外的任何机械作用制动器。从闸把100R到制动器的操作传动手段不限于线式，而是可以为连杆式、液压式等。

另外，如图4所示，转向角度传感器50设置在头管20a的下端部分处，并且检测支撑着转向手柄28的茎部28a的转动角度。麦克风52设置在转向手柄28上，并且靠近骑乘者的面部，以便清楚地输入骑乘者的声音。转向角度传感器50、麦克风52和后退开关54连接到控制器46上，并且分别给控制器46提供转向角度信号、声音信号和开关操作信号。

回到图1，垫子开关16由左开关150L和右开关150R组成，左开关150L和右开关150R是独立的，并且设置在骑乘者在下车时跨过车架20的头管20a期间能够用脚踏的那些位置处。也就是说，左脚踏在左开关150L上，并且右脚踏在右开关150R上。左开关150L和右开关150R在被踏上时打开，并且将打开信号提供给控制器46。

左开关150L和右开关150R每个都为薄垫状形式，具有橡胶衬垫、与橡胶衬垫相对地以格栅形式布置的纵向电极线和横向电极线、以及插入在衬垫橡胶和面部橡胶之间的软绝缘材料。纵向电极线和横向电极线分别连接到两个输出端子(未示出)上。当骑乘者用其脚踏在橡胶面上时，该橡胶面弹性变形同时压缩绝缘材料，其中纵向电极线和横向电极线在它们的相交位置处相互接触。因此，两个输出端子导电，并且开关打开。在脚从橡胶面松开时，纵向电极线和横向电极线彼此分开，并且开关关闭。另外，垫子开关16可以不必为左右独立型，可以采用具有一体形成的两个开关的垫子开关16a，并且该垫子开关16a例如可以设置在模型自行车12的左侧上。在布置有该垫子开关16a的情况下，当骑乘者已经从模型自行车12向左侧下来并且将其脚放在橡胶面上时，更真实地实现了将在下面描述的在行走模式中的自行车推动行走动作。

如图5所示，控制器46具有输入接口单元170、CPU(中央处理单元)172以及第一通信单元174。第一通信单元174连接到主控制单元18的第二通信单元192上，以便与主控制单元18进行实时通信。输入接口单元170与转向角度传感器50、麦克风52、第一速度检测器82、第二速度检测器86、转动传感器108L、108R、后退开关54、左开关150L以及右开关150R连接，用于输入模拟信号和数字信号。

CPU172处理或转换来自上述电气部件的信号，并且通过第一通信单元174将经处理或转换的信号传递给主控制单元18。例如，CPU172根据从第一速度检测器82和第二速度检测器86提供的信号频率获得飞轮74的转速N1和曲柄轴60的转速N2，将转速N1乘以预定常数以获得模拟运行速度V，并且将该模拟速度V提供给主控制单元18。

主控制单元18具有用于设定模拟骑自行车状况的状况设定单元180、用于根据操作情况执行算术过程的算术处理单元182、用于控制监视器14上的显示的显示控制单元184、用于扬声器15的声输出的音频驱动器186、用于向骑乘者发出预定警报的警报单元188、用于识别从麦克风52输入的声音的声音识别单元190、用于控制与第一通信单元174的通信的第二通信单元192、以及可重写存储单元194。

实际上，主控制单元18具有作为主控制主体的CPU(中央处理单元)以及作为存储单元的RAM(随机存取存储器)、ROM(只读存储器)、HD(硬盘)等，并且在图5中所示的主控制单元18的功能单元实现为使得：CPU读取记录在HD上的程序，并且在与ROM、RAM和预定硬件协作的同时执行该程序。

现在，下面将对通过使用如上构造的自行车模拟系统10来模拟自行车的操作的方法进行说明。

在图6的步骤S1中，检查垫子开关16是否打开。具体地说，当垫子开关16的左开关150L和右开关150R中的至少一个开关打开时，进入步骤S2，而在两个开关都关闭时，控制过程在步骤S 1处等待。换句话说，当骑乘者站在垫子开关16上时，自动进入步骤S2，并且直到那时为止该控制过程一直在步骤S1处等待，并且能够维持预定的省电模式(例如，监视器14关闭)。

在步骤S2中，开始模拟骑自行车，并且在屏幕14a上显示预定的开始画面。在开始画面中，显示出静止自行车的图像和作为靠近该自行车的骑乘者的人的图像。另外，在屏幕14a上显示出“将要开始模拟骑自行车。请坐在鞍座上并且操作踏板”，或者从扬声器15发出具有相同词语的音频消息。如后面将描述的一样，还根据由转动传感器108L、108R检测出的转动量来进行这种输出。

因此，能够通过踏在垫子开关16上来自动地开始模拟骑自行车，并且能够无需复杂的操作并且没有任何不协调感地开始模拟骑自行车。另外，骑乘者根据从屏幕14a或扬声器15发出的指令进行操作就足够了，从而无需手动操作等，这些操作容易进行，并且甚至小孩也能够进行该模拟骑自行车。

在步骤S3中，检查垫子开关16是否关闭。更具体地说，在左开关150L和右开关150R两者都关闭时，进入步骤S4，而在这些开关中的至少一个开关打开时，控制过程在步骤S3处等待。

更具体地说，当骑乘者跨坐在鞍座24上并且使其脚从垫子开关16移开时，自动地进入步骤S4，并且能够开始在模拟骑自行车中的实际操作。在该情况中，该开始画面结束，并且显示出自行车的图像和骑在该自行车上的人的图像。

在步骤S4中，检查是否满足预定运行条件。在满足这些运行条件时，进入步骤S5中的运行模式，而在没有满足运行条件时，进入步骤S6。该运行模式是坐在鞍座24上的骑乘者蹬踏踏板64L和64R并且操纵转向手柄28以便进行模拟操作的模式。在该情况中，在屏幕14a上显示出根据基于第一速度检测器82和转向角度传感器50获得的模拟运行速度V和转向角度而变化的场景(参见图1)。在该运行模式中，可取的是，在模拟运行速度V不小于规定速度的情况、虚拟自行车已经离开虚拟道路等情况中发出预定警报。

更具体地说，首先，从飞轮74停止的状态开始，通过开始蹬踏踏板64L和64R来使飞轮74开始转动，与此伴随地通过第一速度检测器82检测该转动，并且模拟运行速度V从0开始上升。在该情况中，骑乘者所感觉到的载荷在开始时随飞轮74的惯性力矩而较高，并且在加速之后以恒速运行期间较低，从而获得非常接近于真实自行车的运行感觉的感觉。另外，骑乘者感觉到的载荷响应于骑乘者脚的运动没有延迟，并且该载荷接近在骑真实自行车中的载荷。

另外，在该运行模式中，根据闸把100R和100L上的操作使飞轮74制动并且执行各种控制处理。下面将对与闸把100R和100L相关的这些动作进行说明。

在步骤S6中，检查模拟骑自行车的状况是否停止、暂停或红色交通信号。在停止、暂停或红色交通信号的情况中，进入步骤S7中的脚着地模式；在其它情况中，进入步骤S8。在脚着地模式中，骑乘者操作闸把100L、100R以使模拟运行速度V为0，之后从模型自行车下来，并且踏在垫子开关16上。因此，在屏幕14a上显示出骑乘者和自行车在存在红色交通信号的情况下静止的场景。根据在模拟骑自行车中的状况，在交通信号从红色变为绿色时或者在确实确认左右安全时取消脚着地模式。

在步骤S8中，检查在模拟骑自行车中的状况是否为通过行人优先通道例如斑马线或者行人专用通道例如人行道的情况。在通过行人优先通道或行人专用通道的情况中，进入步骤S9中的行走模式；在其它情况下，进入步骤S10。行走模式为用于骑乘者在推着自行车的同时沿着行人专用通道等行走的模式，例如用于学习在推着自行车的同时行走以便不妨碍其它行人等的模式。在该情况中，骑乘者从模型自行车12下来并且踩在垫子开关16上，由此再现出行走状态，并且在监视器14的屏幕14a上显示出相应的场景。

在步骤S10中，检查在模拟骑自行车中的状况是否为使自行车向后运动的状况。在向后运动(后退)的情况中，进入步骤S11中的后退模式；在其它情况中，进入步骤S12。后退模式是已经从自行车上下来的骑乘者在推着自行车的同时后退的模式。在该情况中，骑乘者从模型自行车12上下来，并且踩在垫子开关16上，同时打开后退开关54，由此再现后退状态，并且在监视器14的屏幕14a上显示相应的场景。

在步骤S12中，检查是否满足预定的结束条件。在满足结束条件时，结束模拟骑自行车，而在没有满足这些条件时，控制过程返回到步骤S4，并且继续模拟骑自行车。另外，在完成步骤S5、S7、S9和S11中的每个步骤中的处理之后，控制过程返回到步骤S4。

在结束模拟骑自行车的情况中，如在步骤S1中一样，检查垫子开关16是否打开。在该情况中，根据垫子开关16打开的状况，能够检测出骑乘者已经从模型自行车12上下来，据此结束模拟骑自行车，并且该系统返回到等待状态例如预定的省电模式。另外，在垫子开关16在步骤S2中关闭之后的预定时期内没有对模型自行车12进行任何操作的情况中，认为骑乘者曾经踏在垫子开关16上但是在没有骑在模型自行车12上的情况下走开，在该情况中也建议该系统返回到等待状态。

在下一个地方，在从使用场所将如上所述的自行车模拟系统10搬运到运输车辆上的情况下，首先在连接器部分等处将预定的连接线断开。之后，如图7所示，将转向手柄28拉起以使管31与地面分离，由此实现只有轮胎32a与地面接触的状态。在该情况中，由于飞轮74沿着前后方向的位置位于相对于模型自行车的中央的后侧上，从轮毂32d到用作转动支撑轴的后轮32的距离L1较短，并且从用作力施加点的转向手柄28到轮毂32d的距离L2充分长于距离L1。因此，假设飞轮74的重量为W，则根据所谓的杠杆原理，由于飞轮74而施加在转向手柄28上的力Wh为Wh＝L1/L2·W·cosθ，这比重量W轻。在该公式中，θ为在转动的切向方向和垂直线之间形成的角度。

由于飞轮74在模型自行车12的组成元件之中是特别重的物体，所以该飞轮74的重心和重量与模型自行车12的重心和重量大致相同，并且飞轮74与力Wh平衡，由此能够通过接近等于力Wh的较轻力来提升转向手柄28。

另外，如图8(a)所示，在静止状态时(图8(a)中的双点划线部分)，与飞轮74的重心位置对应的单向离合器72相对于后轮32的轮毂32d位于上侧，从而如从后轮32的轮毂32d看，在拉起转向手柄28时飞轮74的圆弧运动轨迹为从斜前侧位置延伸到上侧的轨迹。因此，该轨迹在它的上部处大致水平。因此，飞轮74升起的高度H1较小。另一方面，如图8(b)所示，如果单向离合器72在静止状态(图8(b)中的双点划线部分)相对于轮毂32d位于下侧，则运动圆弧轨迹如从轮毂32d看处于歪斜位置，并且该轨迹没有大致水平的部分。因此，飞轮74升起的高度H2较大。

因此，在单向离合器72相对于轮毂32d位于上侧的情况中，飞轮74升起的高度H1小于在单向离合器72位于下侧的情况中的H2，并且由于在升起转向手柄28时的势能增大导致的工作量因此更小。

接着，已经升起转向手柄28的工作人员通过在抓住转向手柄28或车架20等的同时使后轮32滚动来将模型自行车12搬运到预定的运输装置例如运输车辆上。在该情况中，由于后轮32在轮毂32d的作用下平滑地转动，所以模型自行车12即使在飞轮74较重的情况下也能用较轻的力搬运，并且能够由单个工作人员搬运。另外，轮胎32a的作用保证了较低的滚动摩擦以及适当的振动吸收性能和优异的便携性。

在将模型自行车12搬运到运输装置上并且安装在运输装置上之后，工作人员将转向手柄28放下从而管31放在运输装置的承载平台上。另外，之后，必要时最好通过使用折叠机构28b将茎部28a折叠下来。和在将模型自行车12搬运并装载到运输装置上时一样，在从运输装置将模型自行车12卸下时，自然能够很容易地搬运模型自行车12。

如上所述，尽管模型自行车12设有用于施加载荷的重飞轮74，但是在根据本实施方案的自行车模拟系统10中的模型自行车12也能够很容易通过使可自由转动的后轮32滚动而用较轻的力搬运。另外，由于飞轮74的重心相对于后轮32的轮毂32d位于上侧，所以在提升转向手柄28时较小的工作量就足够。因此，该自行车模拟系统10能够有利地应用于例如在各个地方为小孩举办的交通安全课堂中，其中频繁地运输该自行车模拟系统10。

后轮32按照不与飞轮74、踏板64R、64L等结合的方式独立构造，从而在模拟骑自行车期间该后轮32不转动或转向，并且能够保持与地面接触。这使得该后轮32还用作与前叉30R和30L一起支撑车架20的后支座。

另外，虽然该自行车模拟系统10未设有前轮，但是，如果设置前轮，则该前轮将设置成与地面摩擦接触，因为它要由转向手柄28转向。如果这种前轮是固定的，则能够防止与地面的摩擦接触，但是前轮不与在转向轮28上的操作一起运动，这不自然。另一方面，后轮32不与转向手柄28一起使用。因此，后轮32没有与地面摩擦接触，能够具有自然的外观，并且有利地作为后支座。

构成后轮32的轮毂32d、轮胎32a等为通用构件，因此它们是廉价的并且在外观上与真实自行车中的类似，这增强了真实感。另外，还能够进行针对用于轮胎32a的气压检查、给轮胎32a供气、轮胎更换、补洞等的训练。

现在，下面将对在运行模式中的制动操作的动作进行说明。首先，在闸把100R被骑乘者操作时，闸线104b拉动鼓式制动器110的臂110a(参见图2)，由此在鼓主体和内部的闸瓦之间产生摩擦力，并且使飞轮74制动，从而导致减速。另外，通过第一速度检测器82检测出飞轮74的转动，在控制器46中将该转动转换成模拟运行速度V，并且将该模拟运行速度V提供给主控制单元18。在该主控制单元18中，根据模拟运行速度V降低屏幕14a上显示的场景的变化速度。

在该情况中，鼓式制动器110为与在真实自行车中的车轮的制动机构相同的制动机构，并且从由第一速度检测器82进行的速度检测过程到将模拟运行速度V提供给主控制单元18的时间延迟非常短，从而在屏幕14a上显示出与在真实骑自行车中同样的没有响应延迟的非常自然的减速场景。

另外，鼓式制动器110通过利用滑动摩擦进行机械作用来使飞轮74制动。因此，与真实自行车的情况中一样，轻微的振动传递给闸把100L，并且产生出实际的制动器滑动声音，从而骑乘者能够获得更真实的感觉。

另外，在控制器46和主控制单元18中，根据来自转动传感器108L和108R的信号能够检测出骑乘者对闸把100L、100R的操作量，并且能够进行以下过程。

在模拟骑自行车的状况为到达具有红色交通信号的十字路口并且没有进行制动操作时，输出“请进行制动停车”的警报。另外，在操作量太小或者太大时，分别输出“制动太慢”或者“制动太快”的警报。

另外，转动传感器108R和108L与用于真实自行车中的前轮和后轮的制动操作量对应，并且能够单独判断前轮和后轮的制动操作量。因此，例如通过比较模拟骑自行车的状况和所检测出的各个信号，建议输出“在下坡时请不要只对前轮进行制动”或者“后轮的制动操作相对于前轮的制动操作太强烈”的警报。在模拟运行速度V不小于规定速度并且没有进行制动操作的情况下，建议输出“速度太高，请进行制动”的警报。通过这样根据制动操作量和模拟骑自行车的状况输出警报，能够更安全地实现学习制动操作，这对于教学和训练而言尤为优选。

另外，至于判断是否存在闸把操作，可以通过对从第一速度检测器82获得的模拟运行速度V进行微分来确定减速度，并且假定在减速度大于预定值时该鼓式制动器110正在作用。但是，在该情况中，只检测到闸把100R上的操作并且该检测是间接的，从而在检测方面产生时间延迟。另一方面，在使用转动传感器108R和108L的情况下，能够单独直接检测出闸把100L和100R上的操作，从而能够更适当地并且按照多种方式应对该情况。此外，即使在飞轮74停止时也能够检测闸把100L和100R上的操作。

另外，在使真实自行车停止时，可以采取专属于自行车的脚在踏板上的姿态，其中连续地进行制动以便限制踏板的正转动(即，向前运动)，一只脚放在踏板上，并且另一只脚放在地面上。在该自行车模拟系统10中，飞轮74由闸把100L和100R固定，由此能够限制踏板64R、64L的正转动。这确保了能够呈现出与在真实自行车的情况中类似的脚在踏板上的姿态。因此，实现了与在真实自行车上的操作接近的操作。

如上所述，根据本实施方案中的自行车模拟系统10，根据闸把100R上的操作以摩擦的方式使飞轮74制动，由此能够以与在真实自行车的情况中相同的感觉来操作闸把100R。另外，如上所述，闸把100R连接到以分叉形式分支的闸线104a和104b上，在一侧上的闸线104b连接到鼓式制动器110上，并且在另一侧上的闸线104a连接到转动传感器108L上。这样能够分开并且独立地提供转动传感器108L和鼓式制动器110。另外，对于鼓式制动器110而言，实际上可以采用线操作的真实自行车的通用制动机构。因此，可以将操作闸把100R的感觉设定为接近在真实自行车上操作的感觉，并且该闸把100R的构造廉价。另外，能够获得与在真实自行车中接近的外观，骑乘者能够感到好像他/她正在骑着真实自行车，并且在操作中的安全感得到进一步增强。作为旋转体的飞轮74结构简单，并且在设计方面允许较高的自由度。

另外，能够根据从转动传感器108L提供的闸把100R的操作量来判断骑乘者的操作，并且，基于该判断，能够输出警报或指导，并且能够实现各种各样的模拟。

另外，虽然已经对只通过闸线104a使鼓式制动器100进行制动的实施例进行了说明，但是可以采用如下结构，在该结构中，如图10所示，另一根闸线200与闸线104b一起连接到臂110a上，并且在拉动这两根闸线中的至少一根闸线时使飞轮74制动。在该情况中，将闸线200制作成从与连接到右闸把100R上的闸线104中被与分支机构111(参见图9)类似的机构分支的线中的一根线，由此左闸把100L也能够用于制动作用。换句话说，能够通过闸把100R和闸把100L按照组合的方式操作一个鼓式制动器110，并且能够通过操作这两个闸把中的任一个或两者来进行制动。

另外，可以采取如下结构，在该结构中，连接到左右闸把100L和100R上的闸线102和104分别分支出，并且在这些分支闸线的一侧上的闸线104b和200连接到图11中所示的两个夹钳式制动器202和204上。这些夹钳式制动器202和204为独立设置的制动器。因此，在拉动闸线104b和200时，这两个臂关闭，设置在这些臂的顶端处的闸瓦与飞轮74的轮缘74b摩擦接触，由此引起制动动作。

如图11所示，在这样使左右闸把100L和100R作用以对飞轮74进行制动的情况下，使该操作接近在真实自行车上的操作，这是优选的。

另外，用于使转动传感器108L和臂110a由闸把100R操作的装置不限于分支机构111。例如，可以采取如下结构，在该结构中，如图12所示，两根闸线104a和104b由闸把100R直接拉动。在该情况中，使闸线104b产生出更强的力，并且可以用于鼓式制动器110的制动作用。能够用更小的力来操作另一个转动传感器108L。

根据本发明的自行车模拟系统不限于上述实施方案，并且在不脱离本发明要点的情况下自然能够采用各种结构。

虽然这样描述了本发明，但是显然本发明可以按照许多方式变化。这些变体不应该被认为脱离本发明的精神和范围，并且对于本领域普通技术人员而言显而易见，所有这些变型都意图包括在所附权利要求的范围内。

Claims (12)

1.一种用于模拟在道路上骑车的体验的自行车模拟系统，所述系统包括屏幕，该屏幕用于显示模拟情况；和模型自行车，该模型自行车包括：

车架；

用于相对于地面支撑所述车架的一部分的支座；

由骑乘者操纵的转向手柄；

由骑乘者操作的左右一对踏板；

随着所述踏板的操作而旋转的旋转体；和

后轮，该后轮能够相对于所述车架旋转，但是该后轮不与所述旋转体及所述踏板一起旋转；

其中，当所述系统用于模拟在道路上骑车的体验时，所述后轮与所述地面接触并且与所述支座一起支撑所述车架，并且所述旋转体的旋转轴线比所述后轮的旋转轴线高，

从而当所述模型自行车在模拟结束后被移动时，提升力被施加到所述转向手柄以提升所述模型自行车，所述支座从所述地面被提升，并且所述旋转体围绕所述后轮的旋转轴线移动，使得所述旋转体位于所述后轮上方，这允许使用者通过抓持所述转向手柄并沿所述地面滚动所述后轮来移动所述模型自行车，

其中，所述旋转体为用于模拟操作自行车的效果的飞轮。

2.如权利要求1所述的自行车模拟系统，其中

所述支座支撑所述车架的前侧，并且

所述后轮支撑所述车架的后侧。

3.如权利要求1所述的自行车模拟系统，其中所述旋转体的旋转轴线沿着前后方向的位置位于所述踏板的旋转轴线和所述后轮之间。

4.如权利要求2所述的自行车模拟系统，其中所述旋转体的旋转轴线沿着前后方向的位置位于所述踏板的旋转轴线和所述后轮之间。

5.如权利要求1所述的自行车模拟系统，所述自行车模拟系统还包括控制器，其中所述模型自行车还包括：

由骑乘者手动操作的闸把；

制动器，用于与所述闸把结合地摩擦制动所述旋转体的旋转；以及

制动操作检测装置，用于检测所述闸把上的操作量；

所述控制器根据从所述制动操作检测装置提供的操作量进行预定的输出。

6.如权利要求5所述的自行车模拟系统，其中

所述闸把连接到以分叉形式分支的第一闸线和第二闸线上，其中在一侧上的所述第一闸线连接到所述制动器上，并且在另一侧上的所述第二闸线连接到所述制动操作检测装置上。

7.如权利要求5所述的自行车模拟系统，其中在模拟骑自行车期间所述控制器根据从所述制动操作检测装置提供的操作量输出警报。

8.如权利要求6所述的自行车模拟系统，其中在模拟骑自行车期间所述控制器根据从所述制动操作检测装置提供的操作量输出警报。

9.如权利要求6所述的自行车模拟系统，其中所述闸把包括第一闸把和第二闸把，所述第一闸把与所述第一闸线和第二闸线的近端连接，而所述第二闸把与另一根闸线的近端连接，并且所述第一闸线和所述另一根闸线连接到所述制动器上。

10.如权利要求8所述的自行车模拟系统，其中所述闸把包括第一闸把和第二闸把，所述第一闸把与所述第一闸线和第二闸线的近端连接，而所述第二闸把与另一根闸线的近端连接，并且所述第一闸线和所述另一根闸线连接到所述制动器上。

11.如权利要求5所述的自行车模拟系统，还包括用于根据来自控制器的输出来示出自行车的模拟操作的显示器。

12.如权利要求6所述的自行车模拟系统，还包括用于根据来自控制器的输出来示出自行车的模拟操作的显示器。

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