一种功率车及其功率调节方法与流程

本发明属于健身器材，具体涉及一种功率车及其功率调节方法。背景技术：1、功率车又名功率自行车，在运动医学科研中应用广泛，通常与心肺测试系统或者心脏康复系统联合使用，用于运动负荷测试或康复训练，可以进行心脏运动负荷实验，测量心肺功能，确诊症状不明显的心脏病，还可以通过较长时间、适当强度的运动来促进心血管的运动，加快新陈代谢，增强心脏和肺部功能，从而改善人体的体质。功率车在体育教学和训练方面也有广泛使用，既可以做有氧运动也可以做无氧运动，功率车能有效的进行身体热量的燃烧，相比较跑步机锻炼者脚踩处会受到较小的压力,具有较高的安全性，与其他有氧健身器材比较，功率车具有较好的臀部及腿部塑形效果和较小的占地面积等优势。目前的功率车的阻力控制方式与健身车（动感单车）相同，主要分为磁控和摩擦阻力控制。例如中国专利局2023年7月25日公开的，公开号为cn116480702a，名称为一种健身车磁控刹车装置的发明专利技术，通过旋钮正转或反转拉紧或放松钢丝绳来达到磁控板绕螺栓转动，实现磁控板靠近和远离金属飞轮，让磁块和金属飞轮的感应面积增大和减小，从而实现磁控阻力增大和减小；中国专利局2018年6月19日授权公告的，授权公告号为cn207506918u，名称为一种娱乐健身动感单车的实用新型专利技术，其负重轮上方设置有用于增加阻力的摩擦片，摩擦片顶部连接旋钮，旋钮贯穿车架，旋钮与车架之间螺纹连接，使用时通过调节旋钮调节摩擦阻力。2、上述两种常用控制方式缺陷为：3、1）阻力调整不精确，导致无法精确控制功率，通过旋钮等装置实现模糊调整或通过档位等装置实现有级调整，且有级调整也无法实现精准控制，不同时刻调整到同一档位，阻力都可能有偏差，导致无法精确控制功率，舒适性差，影响锻炼效果；4、2）响应慢，即时可控性差，很难实现智能控制；5、3）阻力调节机构复杂，易发生故障。技术实现思路1、本发明的目的在于提供一种功率车及其功率调节方法，其使用发电机作为阻力源，不借助其他制动机构，实现阻力精准灵活调整，从而达到精确控制功率的目的。2、本发明是通过如下技术方案来实现的：3、即一种功率车的功率调节方法，其特征在于阻力源为发电机，骑行者通过驱动装置带动发电机转动，发电机处于发电状态，实时采集发电机的输出电压u和发电机电流i，根据公式：p=u×i，计算出发电机的实时输出功率p，与功率车的设定功率值进行比较，实时调整发电机电流的大小来控制发电机的输出功率，使发电机的输出功率趋向于设定功率值，保持功率车的功率稳定。4、本发明中提及的输入功率定义为骑行者骑行时输出的功率；5、设定功率值定义为骑行者在本发明的功率车上设定的预期达到的功率值；6、发电机的输出功率即为发电机提供的阻力的功率。7、本发明保持功率车的功率稳定，即保持功率车的阻力稳定。8、在实际使用中，考虑到机械传递损耗和发电效率等因素。计算功率时需要设定一个补偿系数，即功率计算公式为p=k×u×i，k为补偿系数（经验估值），通过补偿系数的调整可以优化并补偿上述损耗，达到精确度的要求。9、本发明的功率调节原理如下：10、控制器（单片机）接收发电机的输出电压和电流，计算出实时输出功率，与设定功率值进行比较，根据内置算法计算后通过负载功能控制模块发送给阻力控制组件（发电机和电子负载），通过调节发电机回路中电子负载的增加和减少即可控制发电机回路中电流的大小，使得发电机的输出功率接近设定功率值，此过程形成一个闭环控制，达到输出功率的稳定控制。11、本发明的控制器优选使用单片机，例如：stm32系列单片机、pic系列单片机、51系列单片机。12、单片机与各模块、元件的连接以及为了控制各模块、元件所进行的编程为本领域技术人员的常规技术手段。13、本发明的负载功能控制模块为通信模块（无线通信模块或有线通信接口）或模拟电压输出接口或pwm脉冲输出接口。14、本发明的电子负载，直接连接发电机（大功率电阻或是mos管等电子元件可以作为电子负载），通过负载功能控制模块（通信接口或模拟电压接口或pwm脉冲接口）接收控制器下发的设定指令。15、本发明的电子负载优选使用mos大功率管，是利用大功率管的线性区，当作可变电阻来用的，把电消耗掉。大功率管在恒流区（放大状态）内，vgs一定时id不随vds的变化而变化，可实现大功率管输出回路电流恒定。只要改变vgs的值，即可在改变输出回路中恒定的电流的大小。16、大功率管可以使用igbt、晶体管、mos管等电子元件。17、一种功率车，包括车架，其特征在于所述发电机安装在车架上，所述发电机的一侧设有皮带轮，所述的皮带轮连接两侧带有曲柄的驱动轮，所述的曲柄顶端装有脚蹬，所述驱动轮和发电机通过多楔带连接，所述车架上还设有控制器，发电机与电子负载连接，控制器通过负载功能控制模块与电子负载信号连接。18、本发明的控制器，其用于接收测量电路测量的信息并且根据测量信息进行计算并控制发电机回路中的电流，通过采用上述技术方案，在功率车工作时，控制器根据检测到的发电机输出的电压和电流以及已知的设定功率值信息能够得到在发电机需要提供的功率的大小，然后根据需要的功率的大小得到发电机回路通过的电流的大小，之后控制器调节发电机回路中通过的电流的大小，从而能够保持发电机的输出功率稳定在系统设定的功率上，上述方案中电流调节方案由调节电子负载来实现。19、根据功率公式，p＝u*i, u=发电机输出电动势（电压）；i=发电机回路电流，对电流进行控制，就能实现对输出功率的控制；运动过程中使用者提高蹬踏速度则发电机转速提高其输出电压u升高，此时如发电机回路电流保持不变则会导致发电机功率上升，此时如需保持功率恒定就需要减少发电机内电流以保持系统功率不变；反之如使用者降低蹬踏速度则发电机转速会降低，导致其输出电压u降低，此时如发电机回路电流保持不变则会导致发电机功率下降，此时如需保持功率恒定就需要增加发电机内电流，以保持系统功率不变，且由于i=u/r，r=系统回路阻值，可以公式变换为p=u²/r，可以得知调节系统回路的阻值即可控制发电机的输出功率。20、本发明的控制器通过调节发电机回路中电子负载的增加和减少即可控制发电机回路中电流的大小，从而调节发电机输出的功率的大小。负载功能控制模块可以通过接收主控模块下发的命令来调节发电机回路中的电子负载，从而调节发电机回路内的电流。21、由于对系统内阻值的调节进行控制，阻力产生精准迅速，因此能够实现对功率的灵敏调控。结合具体算法，能够实现各种运动情况的模拟，如上坡、下坡、山地等环境，辅助健身者提高对身体各部位锻炼的侧重，增强锻炼趣味性；当踩动踏板达到不同位置，控制器结合人体工学相关算法，实时计算发电机应设的控制电流信号，提供当前运动位置处最合适的作用力，以模拟自然骑行。22、进一步的，本发明的驱动轮和发电机之间的中间多楔带上设有压带装置，所述压带装置为压带轮。23、压带轮用于压紧多楔带，防止打滑，所述的压带装置安装在发电机的支架上。24、本发明的车架上设有控制面板，通过控制面板调节设定功率值大的大小，从而达到锻炼目的，同时控制面板还可监控训练时间、实时功率值等参数。25、本发明使用发电机作为阻力源，通过实时调整发电机回路中的电流大小，实现阻力的实时无级调节，实现功率的精准控制，具有如下优点：26、1）结构合理、操作方便；27、2）相较于摩擦调阻，延长了产品寿命；28、3）通过调整发电机回路中的电流变化实时调节阻力，相对于转动旋钮调整阻力，响应速度更快，功率调整精准控制，训练更加舒适，给骑行者带来更好的体验效果。