| DE3218086A1 | 1983-12-01 | |||
| GB2114901A | 1983-09-01 | |||
| DE3428675A1 | 1986-02-13 | |||
| DE2703025A1 | 1978-07-27 | |||
| EP0199442A2 | 1986-10-29 | |||
| EP0176277A2 | 1986-04-02 |
| 1. | Vorrichtung zur Simulation einer Sportart, bei der durch Muskelkraft des Benutzers Wege zurückgelegt werden, unter Verwendung eines Sportgerätes (1) mit einem Bewegungsmechanismus (7), der eine Abbremseinheit (6) oder eine Antriebseinheit (6a) umfaßt, mit einem Bildschirm (8), einer Tasta¬ tur (61) zur Eingabe von Daten, einer Meßeinrichtung (11) zur Messung der Bewegungsgeschwindigkeit und/oder der Drehzahl (n) des Bewegungsmechanis¬ musses, einer Meßeinrichtung (19) zur Messung der Bremskraft und/oder des Drehmomentes (M. .) des Bewegungsmechanismusses, einem Videogenerator (9) mit Bildspeicher, mit dem ein Umgebungsbild erzeugbar ist, einem Computer (10), mit dem das Umgebungsbild in Abhängigkeit von Betriebsdaten des Be¬ wegungsmechan smusses wie zum Beispiel der Drehzahl (n) veränderbar ist und mit dem Leistungsdaten des Benutzers sowie Rückmeldungen über gewähl¬ te Betriebszustände auf dem Bildschirm ausgebbar sind, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß a) über den Computer (10) auf dem Bildschirm (8) das vom simulierten Sport¬ ler erblickte perspektivische Bild einer simulierten Umgebung mit Kurven, Steigungen und Gefällen erzeugbar ist, daß b) mit dem Computer (10) sowie den zugehörigen Eingangs/Ausgangsbausteinen durch SoftwareÄnderung und durch Austausch des Sportgerätes verschiedene Sportarten wie Radfahren, Rudern, Paddeln, Skilanglaufen, Schwimmen, Laufen, Treppensteigen, Klettern und dergleichen in Abhängigkeit von physikalischen Gegebenheiten in Ausübung der Sportart und in Abhängig¬ keit von wählbaren, geometrischen Bezugsgrößen eines Vorbildes simulier¬ bar sind, daß c) ein Regler (20) vorgesehen ist, mit dem die Bremskraft (M. ,) und/oder die Drehzahl (n t) verschiedener Bewegungsmechanismen (7) einem ent¬ sprechenden vom Computer ausgebbarem Sollwert (M ,, beziehungsweise n ,,) nachführbar ist. |
| 2. | Vorrichtung nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n z e c h n e t , daß der Videogenerator (9) einen Teilbildspeicher (46) umfaßt, der zur Ab¬ speicherung des Bildes eines gegnerischen Sportlers oder mehrerer Sportler aer gleichen Sportart, sowohl von vorne als auch von hinten gesehen, in verschiedenen Größen gemäß dem Abstand von der Position des Benutzers und/ oder der Bewegungsphasen ausgelegt ist, wobei die Größe, die Position und/ oder die Schräglage des Sportlerbildes vom Computer (10) berechenbar sind. |
| 3. | Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß mehrere gleichartige über Signalleitungen miteinander verbind¬ bare SportartenSimulatoren (62) vorgesehen sind, die zusätzliche Steuerein¬ richtungen umfassen, über die jedem Benutzer die Positionen (Z) anderer Be¬ nutzer und/oder ihre simulierten Schräglagen auf dem Bildschirm anzeigbar sind. |
| 4. | Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, d a d u r c h g e ¬ k e n n z e i c h n e t , daß der Videogeπerator (9) einen Teilbildspei¬ cher (50) zur Abspeicherung der Bilder eines Sportlers in verschiedenen Bewegungsphasen und Schräglagen konstanter Größe in Ansicht von hinten enthält, mit dem sich der Benutzer identifiziert, und daß die Bewegungs¬ phasen und Schräglagen dieses Identifikationsbildes vom Computer (10) be¬ rechenbar sind. |
| 5. | Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, d a d u r c h g e ¬ k e n n z e i c h n e t , daß a) der Computer (10) einen Speicher (14) enthält, der von der Distanz (Z) des simulierten Sportlers vom Start adressierbar ist und in dem Gradien¬ tenwerte für Steigungen und Gefälle (St) und/oder Krümmungswerte (KK) für Kurven abspeicherbar sind, daß b) der Videogenerator (9) einen Teilbildspeicher (13a) zur Darstellung meh¬ rerer Horizontlandschaften und einen Teilbildspeicher (13b) zur Darstel¬ lung mehrerer Vordergrundlandschaften enthält, daß c) der Videogenerator (9) einen Teilbildspeicher (13c) zur Darstellung meh¬ rerer Objekte am Rande des Sportpfades in verschiedenen Größen gemäß der Annäherung enthält, die bei Kuppen und Wannen vertikal und nach Maßgabe der Kurven und der Spur horizontal verschiebbar sind, daß d) der Computer (10) eine Additionsstufe (15) enthält, in der die Steigungs¬ werte (St) zum Zeilensignal (CY) des Bildschirms (8) vorzeichenrichtig addierbar sind, und daß die Summe (CY + St) nur dem Teilspeicher (13a) für die Horizontlandschaft zuführbar ist, daß e) der Computer (10) einen Speicher (16) enthält, der ebenfalls von der Distanz (Z) adressierbar ist, und in dem Werte für die Höhe (Hς) des Vordergrundlandschaftsbildes abgespeichert sind, daß f) das im TeilSpeicher (13b) für das Vordergrundlandschaftsbild gespei¬ cherte Teilbild durch einen Teilbildbegrenzer (17) nach oben begrenzbar ist und daß g) die Videodaten des Horizontlaπdschaftsbildes und die des begrenzten Vor¬ dergrundlandschaftsbildes in einem Bildmischer (18) derart mischbar sind, daß die Horizontlandschaft durch die Vordergrundlandschaft verdeckt wird. |
| 6. | 5 Vorrichtung nach einem der Ansprüche l bis 5, d a d u r c h g e k e π n z e i c h n e t , daß der Computer (10) eine Recheneinheit zur Berechnung und Anzeige sowohl der im Bewegungsmechanismus (7) umgesetzten physikalischen Energie (E) und Leistung (P) als auch der vom Benutzer auf¬ gewendeten Energie (Eß) und Leistung (Pß) enthält. |
| 7. | Vorrichtung nach einem der* Ansprüche 1 bis 6, d a d u r c h g e ¬ k e n n z e i c h n e t , daß eine HerzpulsMeßeinrichtung (63) vorge¬ sehen ist, deren Ausgangssignal, der Herzpuls (HP), dem Computer zuführbar ist. |
| 8. | Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, d a d u r c h g e ¬ k e n n z e i c h n e t , daß eine BlutdruckMeßeinrichtung (64) vorge¬ sehen ist, deren Ausgangssignalei" die obere (Do) und die untere Blutdruck¬ grenze (Du), dem Computer (10) zuführbar sind. |
| 9. | Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, d a d u r c h g e ¬ k e n n z e c h n e t , daß ein Drucker oder Linienschreiber (65) vorge¬ sehen ist, der über der Zeit die Leistung (Pß), die Herzpulsfrequenz (F) , die obere Blutdruckgrenze (Do), die untere Blutdruckgrenze (Du) und den,.» Energieverbrauch (Eß) des Benutzers aufzeichnet. |
| 10. | Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, d a d u r c h g e ¬ k e n n z e i c h n e t , daß der Computer (10) eine Recheneinheit (66) enthält, mit der aus dem Herzpuls (HP), der oberen Blutdruckgrenze (Do), der unteren Blutdruckgrenze (Du), der Energie (Eß) und persönlichen Da¬ ten des Benutzers eine Zahl (FQ) oder eine ergometrische Diagnose berechen¬ bar ist, die über den FitnessZustand des Benutzers Auskunft gibt. |
| 11. | Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, d a d u r c h g e ¬ k e n n z e i c h n e t , daß mit der Tastatur (61) die Daten Start, Stop, Betriebsart, Gegnerwahl, Erläuterungswahl, Textfortschaltung, Dreh¬ moment, Leistung, Geschwindigkeit, Gang, Belastungsgrad, Trainingszeit, Trainingsdistaπz, Landschaftswahl, Alter des Benutzers, Gewicht des Be¬ nutzers, Geschlecht des Benutzers und/oder Gegnerleistung in den Computer (10) zur Verarbeitung und Rückmeldung über den Bildschirm in der Art eines Computermenues eingebbar sind. |
| 12. | Vorrichtung nach Anspruch 11, d a d u r c h g e k e n n z e i c h ¬ n e t , daß ein Taster (21) zum Erhöhen und ein Taster (22) zum Vermin¬ dern der Daten Drehmoment, Leistung, Geschwindigkeit, Gang, Belastungs¬ grad, Trainingszeit, Trainingsdistanz, Landschaftswahl, Alter des Be¬ nutzers, Gewicht des Benutzers, Geschlecht des Benutzers und/oder Gegner¬ leistung vorgesehen sind und daß im Computer (10) ein VorwärtsRückwärts Zähler (23) vorgesehen ist, er von den Signalen der beiden Taster (21 und 22) getaktet wird und der die betreffenden Daten bildet. |
| 13. | Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 12, d a d u r c h g e ¬ k e n n z e i c h n e t , daß a) als Sportler ein Gegner dargestellt wird, dessen Leistung (P) oder Geschwindigkeit (Vß) entweder vom Benutzer über die Tastatur (61) oder von einem Zufallsgenerator (48) vorgegeben wird, daß b) die Distanz (Z~) des Gegners vom Start aus seiner Leistung (PQ) und der zum Gegner gehörigen Steigung (Stg^.oder aus seiner Geschwindig keit (VG) berechenbar ist, oder daß sie von einem anderen Sportarten Simulator (62) über eine Signalleitung übertragbar ist, daß c) eine Subtraktionsstufe (44) vorgesehen ist, in der das Signal (Z) für die Distanz des Benutzers vom Signal (Zg) für die Distanz des Gegners subtrahierbar ist und welche die Differenz (DZ) ausgibt, daß d) ein AlphanumerikGenerator (35) vorgesehen ist, mit dem Ziffern und Buchstaben erzeugbar sind und dem die Signale (Vg) für die Geschwin¬ digkeit des Gegners, (Pg) für die Leistung des Gegners und (DZ) für die Distanz des Gegners zum Benutzer zuführbar sind und der nach Be¬ wertung mit den physikalisch und biologisch vorgegebenen Faktoren die entsprechenden Größen auf dem Bildschirm anzeigt, daß e) ein HyperbelSpeicher (45) vorgesehen ist, der mit dem Signal (DZ) für die Distanz des Gegners zum Benutzer adressierbar ist und der das Sig¬ nal (YFg) ü'r den Abstand des Fußpunktes des Gegnerbildes von der Ho¬ rizontlinie an den Videogenerator (46) zur Erzeugung des Gegnerbildes in den verschiedenen Größen und Bewegungsphasen ausgibt, daß f) das Videosignal (S„ ) des Gegnerbildes im Bildmischer (18) derart mischbar ist, daß die Horizontlandschaft und normalerweise auch die Straßenlandschaft vom Gegnerbild verdeckt werden, daß aber das Gegner¬ bild von der Straßenlandschaft verdeckt wird, wenn es sich hinter einer Kuppe befindet und daß g) mit dem Videogenerator (46) auch Rückspiegelbilder des Gegners erzeug¬ bar sind, die vor dem Hintergrund einer Rückspiegelfläche ins Bild eingeblendet werden, wenn sich der Gegner hinter dem Benutzer befindet. |
| 14. | Vorrichtung nach Anspruch 13, d a d u r c h g e k e n n z e i c h ¬ n e t , daß zur Leistungsvorgabe oder Geschwindigkeitsvorgabe des Geg¬ ners ein Zufallsgenerator (48) vorgesehen ist, dem das Signa] (DZ) für die Distanz zwischen Gegner und Benutzer zuführbar ist und der immer dann auf eine andere Zufallszahl springt, wenn das Gegnerbild außer Sichtweite gerät, und daß im Computer (10) ein Umschalter (47) vorgesehen ist, der über die Tastatur (61) vom Benutzer zu betätigen ist, min ern die Leistung (Pr) oder die Geschwindigkeit (Vß) wahlweise vom Benutzer über die Tasta¬ tur (61) oder vom Zufallsgenerator (48) oder über die Signalleitung von einem zweiten SportartenSimulator vorgebbar ist. |
| 15. | Vorri chtung nach ei nem der Ansprüche 1 bi s 14 , d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß a) eine Meßeinrichtung (67) zur Messung der Bewegungsfrequenz (Fß) des Benutzers vorgesehen ist, daß b) der Teilbildspeicher (50) zur Auswahl der Bilder mit den verschiede¬ nen Bewegungsphasen von einem digitalen Signal (p) ansteuerbar ist, daß c) ein Zähler (51) vorgesehen ist, der jedesmal bei der Ausgabe eines neuen Moπitorbildes vom Computer (10) getaktet wird und der die Ord¬ nungszahl (B) der Monitorbilder ausgibt, daß d) ein Speicher (52) vorgesehen ist, an dessen Adresseneingang zum Teil die Ordnungszahl (B) und zum Teil das Datenwort (D) für den Bewegungs¬ bereich des Benutzers angelegt wird und der ein Bit (PW) für den • Wechsel des Bewegungsbereichs ausgibt, daß e) ein Zähler (53) vorgesehen ist, der vom Ausgangsbit (PW) des Speichers (52) getaktet wird und der das Signal (p) für den Bewegungsbereich ab¬ gibt, daß f) ein Ko parator (54) vorgesehen ist, dem das Signal (p.) für den Bewe¬ gungsbereich und eine Konstante (P , ) für die Gesamtzahl der Bewe 3 3 x max' gungsbereiche zuführbar sind und der ein Signal (R) zum Rücksetzen der Zähler (51 und 53) abgibt, daß g) ein Funktionsbildner (55) vorgesehen ist, der aus der Bewegungsfre¬ quenz (F„) ein Signal (D<>) für einen gröber gestuften Geschwindig¬ keitsbereich bildet, daß h) ein Pulsgeber (56) am Rahmen des Trainingsgerätes vorgesehen ist, der in einer bestimmten Bewegungsphase des Benutzers einen Puls (p=0) ab¬ gibt, daß i) eine Abtastvorrichtung (57) vorgesehen ist, der das Signal (p) für die fortlaufende Bewegung des Benutzers und der Puls (p=0) zuführbar sind und die das Phasensignal (W) für die Beweguπgsphase im Zeitpunkt des Pulses (p=0) ausgibt, daß j) ein Regler (58)~mit integralem übertragungsverhalten vorgesehen ist, dem das Phasensignal (W) zuführbar ist und der ein Signa! (dD) zur Phasenregelung abgibt und daß k) eine Additionsstufe (59) vorgesehen ist, der das Signal (Dς) vom Funk¬ tionsbildner (55) und das Signal (dD) vom Regler (58) zuführbar sind und die das Signal (D) zur Teiladressierung des Speichers (52) abgibt. 16". |
| 16. | Vorrichtung nach Anspruch 13, d a d u r c h g e k e n n z e i c h ¬ n e t , daß der Computer (10) einen BildabszissenRechner (68) zum Drehen des Vordergrund!andschaftsbildes um den Fluchtpunkt des Sport¬ pfades auf der Horizontlinie gemäß der Spurverschiebung und zum hori¬ zontalen Verschieben des Vgrdergrundlandschaftsbildes gemäß der Spur¬ drehung des Benutzers beim überholen des Gegners enthält und daß die Ab¬ szissen der einzelnen Zeilen des Vordergrund!aπdschaftsbildes in Abhängig¬ keit von der Distanzendifferenz (DZ) zwischen Gegner und Benutzer gemäß dem nachzubildenden überholVorgang veränderbar sind. |
| 17. | Vorrichtung nach Anspruch 13, d a d u r c h g e k e n n z e i c h ¬ n e t , daß a) der Computer (10) einen GegnerabszissenRechner (69) zum horizontalen Verschieben des Gegnerb ldes gemäß der Spurverschiebung des Gegners beim Überholen des Benutzers enthält, daß b) die Abszissen des Gegnerbildes in Abhängigkeit von der Distanzendif¬ ferenz (DZ) zwischen Gegner und Benutzer gemäß dem nachzubildenden überholVorgang veränderbar sind, daß <τ* c) das Gegnerbild durch linearen horizontalen Versatz der einzelnen Zei¬ len in Schräglage gebracht werden kann und daß d) diese Schräglage mittels einer Quadrierstufe (70) und einer Multipli plizierstufe (71) vom Produkt Kurvenkrümmung (KK) mal Geschwindigkeit 2 (V ) berechenbar ist. |
| 18. | Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 13, wobei die Leistung (P) des Gegners vorgegeben wird, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß a) eine Subtraktionsstufe (38c) vorgesehen ist, in der aus den Signalen für die auf den Gegner einwirkenden Kräfte die Beschleunigungskraft (K,g) des Gegners berechenbar ist, daß b) eine Integrationsstufe (28c) mit einem positiven Bewertungsfaktor (C3) vorgesehen ist, mittels derer aus dem Beschleunigungssignal (K.g) das Geschwindigkeitssignal (Vp) des Gegners berechenbar ist, daß c) eine Divisionsstufe (43c) mit einem Bewertungsfaktor (C8) vorgesehen ist, mittels derer das Leistungssignal (Pg) durch das Geschwindigkeits signal (V ) dividierbar ist und deren Ausgangssignal als Antriebskraft (KpG) der Subtraktionsstufe (38c) mit positivem Vorzeichen zuführbar ist, daß d) eine Quadrierstufe (24c) mit einem Bewertungsfaktor (C4) vorgesehen ist, mittels derer aus dem Geschwindigkeitssignal (Vp) die auf den Geg¬ ner einwirkende Wind oder Wasserkraft (KWp) berechnet wird und deren Ausgang der Subtraktiongsstufe (38c) mit negativem Vorzeichen zuführ¬ bar ist, daß e) eine Integrationsstufe (36c) vorgesehen ist, die aus dem Geschwindig¬ keitssignal (Vp) des Gegners das Distanzsignal (Zp) des Gegners bil¬ det, daß f) ein Steigungsspeicher (14c) zur Bestimmung der Schwerkraft des Gegners vorgesehen ist,..dessen Inhalt mit dem zur Bestimmung der Schwerkraft des Benutzers identisch ist, der vom Signal (Zp) für die Distanz des Gegners adressierbar ist und der ein Signal (Stß) für die zum Gegner gehörige Steigung ausgibt, daß g) eine Bewertungseinrichtung (C6) vorgesehen ist, mittels derer aus dem Signal (Stg) für die zum Gegner gehörigen Steigung die horizontale Kom¬ ponente (Kςg) der Schwerkraft des Gegners berechenbar ist und deren Ausgang der Subtraktionsstufe (38c) mit negativem Vorzeichen zuführbar ist und daß h) ein konstantes Signal (KRG) für die auf den Gegner einwirkende Reibungs¬ kraft der Subtraktionsstufe (38c) mit negativem Vorzeichen zuführbar ist. |
| 19. | Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 18, wobei der Bewegungsmechanismus (7) eine elektrisch regelbare Abbremseinheit (6) umfaßt, deren Drehzahl (n) mit der Meßeinrichtung (11) meßbar ist und wobei das Bremsmoment (M. ,) mittels des Reglers (20) dem Sollwert (M Qιι) nachführbar ist, d a ¬ d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß a) die Drehzahl (n) des Bewegungsmechanismus (7) dem Computer (10) zuführ¬ bar ist, b) aus den über die Tastatur (61) vorgegebenen Größen der Drehmomenten Sol Iwert (M ,,) der Abbremseinheit (6) berechenbar und dem Regler (20) zuführbar ist, daß c) eine Muliplizierstufe (34) vorgesehen ist, in der das DrehzahlSignal (n) mit dem Drehmomentensignal (M .,) multiplizierbar ist und die das Produkt als Leistungssignal (P) ausgibt, daß d) eine Subtraktionsstufe (38) vorgesehen ist, in der aus den Signalen für die auf den simulierten Sportler einwirkenden Kräfte die Beschleu¬ nigungskraft (K. ) berechnet wird, daß e) eine Integrationsstufe (28) mit einem Bewertungsfaktor (C3) vorgesehen ist, mittels derer aus dem Beschleunigungssignal (K, ) das Geschwindig keitssignal (V) berechenbar ist, daß 2? f) eine Divisionsstufe (39) mit einem Bewertungsfaktor (C8) vorgesehen ist, mittels derer das Leistungssignal (P) durch das Geschwindigkeits¬ signal (V) dividierbar ist und deren Ausgangssignal als Antriebskraft (Kp) der Subtraktionsstufe (38) mit positivem Vorzeichen zuführbar ist, daß g) eine Quadrierstufe (24) mit einem Bewertungsfaktor (C4) vorgesehen ist, mittels derer aus dem Geschwindigkeitssignal (V) die auf den simulierten Sportler einwirkende Fahrtwind oder Wasserkraft (K,,) berechnet wird und deren Ausgang der Subtraktionsstufe (38) mit negativem Vorzeichen zugeführt wird, daß h) eine Bewertungseinheit (C6) vorgesehen ist, mittels derer aus dem Sig¬ nal (St) für die Steigung des Sportpfades die horizontale Komponente (K) der Schwerkraft des Sportlers berechenbar ist und deren Ausgang der Subtraktionsstufe (38) mit negativem Vorzeichen zugeführt wird, daß i) ein konstantes Signal (KR) für die auf den simulierten Sportler ein¬ wirkende Reibungskraft der Subtraktionsstufe (38) mit negativem Vor¬ zeichen zugeführt wird, daß j) eine Integrationsstufe (36) vorgesehen ist, die aus dem Geschwindig¬ keitssignal (V) das Distanzsignal (Z) bildet und daß k) ein AlphanumerikGenerator (35) vorgesehen ist, der Ziffern und Buch¬ staben erzeugen kann, dem die Signale (n) für die Drehzahl, (V) für die Geschwindigkeit, (M ,,) für das Drehmoment, (P) für die Leistung und (Z) für die Distanz zuführbar sind und der nach Bewertung mit den physikalisch vorgegebenen Faktoren die entsprechenden Größen und nach Bewertung der Leistung mit dem biologischen Wirkungsgrad eines Menschen den Energieverbrauch auf dem Bildschirm anzeigt. |
| 20. | Vorrichtung nach Anspruch 19, d a d u r c h g e k e n n z e i c h ¬ n e t , daß über die Tastatur (61) das Signal für das vom Benutzer ge¬ wünschte Drehmoment (M) in den Computer (10) eingebbar ist und daß die¬ ses als MomentenSol Iwert ( SQll) für die Abbremseinheit (6) ausgebbar ist. |
| 21. | Vorrichtung nach Anspruch 19, d a d u r c h g e k e n n z e i c h ¬ n e t , daß a) direkt über die Tastatur (61) oder vom Programmspeicher in Stufen gemäß einem vom Benutzer über die Tastatur (61) wählbaren Trainingsprogramm das Signal (Py) für die vorgegebene Leistung in den Computer (10) ein¬ gebbar ist, daß b) eine Divisionseinrichtung (40) vorgesehen ist, in der das Signal (Py) für die vorgegebene Leistung durch das Drehzahl Signal (n) dividiert wird, und die das Signal (My) für das vorgegebene Drehmoment ausgibt, daß c) eine Bewertungseinrichtung (C9) vorgesehen ist, die das Signa! (M„) für das HochfahrMoment bei niedrigen Drehzahlen ausgibt und daß d) ein Ablöseglied (42) vorgesehen ist, die das kleinere der beiden Ein¬ gangssignale (Mv und MH) zum Ausgang (M ,.) durchschaltet. |
| 22. | Vorrrichtung nach Anspruch 19, d a d u r c h g e k e n n z e i c h ¬ n e t , daß über die Tastatur das Signal (B) für den vom Benutzer vor¬ gegebenen Belastungsgrad (Drehmoment/Drehzahl der Abbremseinheit) in den Computer (10) eingebbar ist und daß eine Mul iplizierstufe (72) vorge¬ sehen ist, in der das Drehzahlsignal (n) mit dem Belastungsgrad (B) multi¬ plizierbar ist und die das Signal (M ,■) für den DrehmomentenSo! Iwert ausgibt. |
| 23. | Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 22, d a d u r c h g e ¬ k e n n z e i c h n e t , daß a) als Sportgerät (1) das Tretgestell eines RadfahrTrainingsgerätes ver¬ wendet wird, daß b) der Bewegungsmechanismus (7) aus Pedalen (4a und 4b), Tretkurbel (5), Transmission und der Abbremseinheit (6) besteht, daß c) als Bewegungsphasen des Radfahrers die Pedalstellungen darstellbar sind und daß d) als Bewegungsfrequenz (F„) des Benutzers das Drehzahlsignal (n) der Tretkurbel verwendet wird. |
| 24. | Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 22, d a d u r c h g e ¬ k e n n z e i c h n e t , daß im Fahrcomputer (10) a) über die Tastatur (61) Werte (i) zwischen 1 und 12 entsprechend den 12 Gängen einer RennradGangschaltung in den Computer (10) eingeb¬ bar sind, daß b) eine Multiplizierstufe (60) mit einer Bewertungseinrichtung (Cl) vor¬ gesehen ist, in der das Drehzahlsignal (n) mit dem Signal (i) für den gewählten Gang unter Berücksichtigung des konstanten Faktors (Cl) mul tip.l izierbar ist, und die das Signal für die Drehzahl (n„) des simu¬ lierten Kettenritzels eines Fahrrades mit Kettenschaltung abgibt, daß c) ein Schalter (AI) vorgesehen ist, der im Antriebszustand (A) geschlos¬ sen und im Freilaufzustand offen ist und der bewirkt, daß im Antriebs¬ zustand das Geschwindigkeitssignal (V) über. einen konstanten Faktor (C7) aus dem Drehzahlsignal (nR) des Kettenritzels berechnet wird, daß d) eine Differenzierstufe (25) mit einem konstanten Bewertungsfaktor (C5) vorgesehen ist, mittels derer aus dem Geschwindigkeitssgnal (V) die zur Beschleunigung des simulierten Fahrrades im Antriebszustand not¬ wendige Beschleunigungskraft (KbA) berechnet wird, daß e) ein Schalter (A2) vorgesehen ist, der im Antriebszustand (A) geschlos¬ sen und im Freilaufzustand offen ist und mit dem das Beschleunigungs¬ signal (K, .) zu und abschaltbar ist, daß f) eine Additionsstufe (26) vorgesehen ist, der die Signale (Kg.) für die Fahrtwindkraft, (KbA) für die Beschleunigung im Antriebszustand, (Kς) für die Schwerkraft und eine konstante Reibungskraft (KR) zuführbar sind und die am Ausgang (K ) im Antriebszustand die zum Erzielen der 3 J an vorgegebenen Geschwindigkei (V) von den Pedalen erforderlichen Kraft (Kp) und im Freilauf die auf das simulierte Fahrrad von außen zur Be¬ schleunigung einwirkende Kraft ( ,p) abgibt, daß 3ü g) ein Schalter (A3) vorgesehen ist, der im Antriebszustand (A) geschlo¬ ssen und im Freilaufzustand offen ist, und mit dem das Signal (Kp) für die von den Pedalen erforderlichen Antriebskraft zu und abschalt¬ bar ist, daß h) eine Multiplizierstufe (27) mit einer Bewertungseinrichtung (C2) vor¬ gesehen ist, in der das Kraftsignal (Kp) mit dem Übersetzungsverhält¬ nis (i) multiplizierbar ist und die das an den Pedalen aufgebrachte Drehmoment (M) abgibt, daß i) das so berechnete Drehmoment (M) als MomentenSo!Iwert (Mς0ιι) für die Abbremseiπheit (6) ausgebbar ist, daß j) ein Schalter (A4) vorgesehen ist, der im Antriebszustand .(A) offen und im Freilaufzustand geschlossen ist und mit dem das Signal (K.r) für die Beschleuπigungskraft im Freilauf ab und zuschaltbar ist, daß k) eine Integrationsstufe (28) mit einem Bewertungsfaktor (C3) vorgesehen ist, mittels derer im Freilaufzustand aus dem Beschleunigungssignal (K, p) das Geschwindigkeitssigna! (V) berechenbar ist und dessen Ausgang im Antriebszustand immer dem Geschwindigkeitssignal (V) nachgeführt wird, daß eine Subtraktionsstufe (29) vorgesehen ist, der die Drehzahl (nR) des Kettenritzels und die über eine Bewertungseinrichtung (1/C7) aus der Geschwindigkeit (V) berechnete Drehzahl (n„) des Hinterrades zuführbar sind, daß m) eine Kippstufe (30) vorgesehen ist, der der Ausgang der Subtraktions¬ stufe (29) zuführbar ist und die ein digitales Signal (S) abgibt, wenn die Drehzahl (nR) des Ritzels gleich oder größer als die Drehzahl (nH) des Hinterrades ist, daß n) eine Kippstufe (31) vorgesehen ist, der der Ausgang (K ) der Additions aπ stufe (26) zuführbar ist und die ein digitales Signal (R) abgibt, wenn die von den Pedalen erforderliche Antriebskraft (Kp) negativ ist, daß o) ein FlipFlop (32) vorgesehen ist, welches vom Ausgang (S) der Kipp¬ stufe (30) gesetzt und vom Ausgang (R) der Kippstufe (31) rückgesetzt wird und welches das digitale Signal (A) für den Antriebszustand ab¬ gibt und daß p) ein Relais oder eine SignalVerzweigung (33) vorgesehen ist, welches vom Ausgang (A) des FlipFlops (32) ansteuerbar ist welches die vier Signale zur Betätigung der Schalter (AI, A2, A3 und A4) abgibt. |
| 25. | Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 24, d a d u r c h g e ¬ k e n n z e i c h n e t , daß a) die Lenkstange (3) des RadfahrTrainingsgerätes drehbar gelagert ist, daß b) eine Meßeinrichtung (12) für die WinkelStellung (<=,) der Lenkstange (3) vorgesehen ist, daß c) im Computer (10) eine Subtraktionsstufe (73) zur Subtraktion der im Computer vorgegebenen Kurvenkrümmung (KK) der Straße vom Lenkradwinkel (o ) vorgesehen ist, daß d) im Computer (10) ein geschwindigkeitsproportionaler Integrator (74) zur Berechnung der Spurdrehung (ß) aus dem Signal ( < KK) vorgesehen ist, daß e) im Computer (10) ein zweiter geschwindigkeitsproportionaler Integra¬ tor (75) zur Berechnung der Spurverschiebung (X) aus dem Signal (ß) vorgesehen ist und daß f) im Bildabszissenrechner (68) das Vordergrund! arfdschaftsbild nach Ma߬ gabe der Spurdrehung (ß) und der Spurverschiebung (X) verschiebbar und drehbar ist. |
| 26. | Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 22, d a d u r c h g e ¬ k e n n z e i c h n e t , daß als Sportgerät (1) das Gestell eines RuderTrainingsgerätes verwendet wird. |
| 27. | Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 23, d a d u r c h g e ¬ k e n n z e c h n e t , daß eine Vorrichtung zur Veränderung des Nei¬ gungswinkels (N) des Bewegungsmechanismusses (7) gegen die horizontale Längsachse vorgesehen ist, die entweder von Hand oder mittels eines gere¬ gelten Servoantriebs unter Verwendung eines Elektromotors (81), eines Reglers (82) und einer NeigungswinkelMeßeinrichtung (83) durch Vorgabe eines NeigungswinkelSoll ertes '(N ,,) vom Computer (10) verstellbar ist. |
| 28. | Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 22 oder 27, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß a) die Sportart des Skilanglaufs simuliert wird, daß b) der Bewegungsmechanismus (7) zwei Fußschlitten (84a und 84b), zwei Hebel¬ arme (85a und 85b) mit Handgriffen (86a und 86b), eine Kraftübertragungs¬ einrichtung und die Abbremseinheit (6) umfaßt, daß c) als Bewegungsphasen des Skilang!aufers die Schrittsteüungen und die Armstellungen darstellbar sind, daß d) als Bewegungsfrequenz (Fß) des Benutzers die Frequenz der Fußschlitten (84a und 84b) oder die Frequenz der Hebelarme (85a und 85b) verwendet wird und daß e) als Meßeinrichtung zur Erfassung der Bewegungsgeschwindigkeit des Be¬ nutzers die Meßstelle (87) für die Frequenz eines Fußschlittens (84b) oder die Meßstelle (88) für die Frequenz eines Hebelarms (85b) verwen¬ det wird. |
| 29. | Vorrichtung nach Anspruch 28, d a d u r c h g e k e n n z e i c h ¬ n e , daß a) die Kraftübertragungseinrichtung zum Teil aus Ketten oder Seilen (89a und 89b) besteht, die an den Fußschlitten (84a und 84b) befestigt sind und aus Frei!aufgetrieben (90a und 90b) mit Rückstellfeder, welches die Abbremseinheit (6) in VorwärtsRichtung antreibt, daß b) hinten hochgebogene Schienen (91a und 91b) vorgesehen sind, auf denen die Fußschlitten (84a und 84b) gleitend oder rollend befestigt sind, daß c) Schnallen (92a und 92b) an den Fußschlitten (84a und 84b) zu Αnschnal len der Füße des Benutzers vorgesehen sind und daß d) die Hebelarme (85a und 85b) über Freilaufgetriebe (93a und 93b) auf die Abbremseinheit (6) einwirken. |
| 30. | Vorrichtung nach Anspruch 29, d a d u r c h g e k e n n z e i c h ¬ n e t , daß außer der Meßeinrichtung (19) für den DrehmomentenIstwert (M, ,) der Abbremseinheit (6) noch eine Meßeinrichtung (94) für die Kraft der Fußschlitten oder des Drehmomentes der beiden Hebelarme vorgesehen ist und daß der Meßwert auf dem Monitor anzeigbar ist. |
| 31. | Vorrichtung nach einem der Ansprüche 27 oder 28 bei Verwendung eines Servoantriebs für die Veränderung des Neigungswinkels, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß ein Kennlinienbildner vorgesehen ist, der aus der vom Benutzer eingegebenen Date (G) für das Gewicht des Benutzers und aus dem Drehmoment (M) der Abbremseinheit (6) einen Nei¬ gungswinkelSollwert (N ■,]) bildet, der optimale Haltung des Benutzers beim Training gewährleistet. |
| 32. | Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 22, d a d u r c h g e ¬ k e n n z e i c h n e t , daß a) die Sportart des Kraulens auf dem Wasser oder unter Wasser in stehen¬ der Haltung des Benutzers simuliert wird, daß zu diesem Zweck b) der Bewegungsmechanismus (7) zwei kreisbogenförmig geführte Fußständer (95) beinhaltet, die über ein zweiseitiges Getriebe (98) sowohl in Vorwä tsRichtung als auch in RückwärtsRichtung Drehmomente auf den Drehanker der Abbremseinheit (6) übertragen, daß c) der Bewegungsmechanismus (7) weiterhin zwei Hebelarme (96) mit Hand¬ griffen (97) enthält, die in Schulterhöhe des Benutzers drehbar ge¬ lagert sind, daß d) die Hebelarme (96) über Freüaufgetriebe (99) auf die Abbremseinheit (6) einwirken, daß e) als Bewegungsphasen des Schwimmers die Bein und Armstellungen in Längsrichtung des Schwimmers darstellbar sind und daß f) als Bewegungsfrequenz (Fß)'des Benutzers die Frequenz der Hebelarme (96) verwendet wird. |
| 33. | Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 22, d a d u r c h g e ¬ k e n n z e i c h n e t , daß als Sportgerät (1) eine Kurbel (100) mit zwei Handgriffen (101a und 101b) verwendet wird, die auf die Ab¬ bremseinheit (6) einwirkt. |
| 34. | Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 22, d a d u r c h g e ¬ k e n n z e c h n e t , daß a) die Sportart des Paddeins in einem Paddelboot in sitzender oder stehen¬ der Haltung des Benutzers simuliert wird, daß zu diesem Zweck b) eine querliegeπde Hebelstange (102) vorgesehen ist, die um eine Ver¬ tikalwelle (103) drehbar gelagert ist, daß c) die Hebelstange (102) entweder direkt oder über ein in Längsrichtung axial geführtes Doppelgestänge mit zwei Handgriffen (104a und 104b) antreibbar ist und daß d) ein DoppelFrei!aufgetriebe (105) vorgesehen ist, durch das die Ab¬ bremseinheit (6) in jeder der beiden Drehrichtungen von der Verti¬ kalwelle (103) antreibbar ist. |
| 35. | Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 22 oder 27, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß a) als Sportgerät (1) ein Laufband (106) verwendet wird, welches durch die Laufbewegung des Benutzers in Bewegung gesetzt wird und durch welches die Abbremseinheit (6) antreibbar ist, daß b) die Schrittfrequenz des Läufers durch eine Lichtschranke (107) oder einen Drucksensor (108) meßbar und als Bewegungsfrequenz (FR) ausgeb¬ bar ist und daß c) als Bewegungsphasen des Läufers die Bein und Anstellungen dar¬ stellbar sind. |
| 36. | Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 18 oder 27, wobei die Dreh¬ zahl (n. ,) dem Sollwert (n ,,) nachführbar ist, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß a) als Sportgerät (1) ein Laufband (106) verwendet wird, welches einen Antriebsmotor (109) enthält, dessen Drehzahl (n. .) mittels des Reg lers (20) regelbar ist, daß b) die Schrittfrequenz des Läufers durch eine Lichtschranke (107) oder einen Drucksensor (108) meßbar und als Bewegungsfrequenz (FR) aus¬ gebbar ist, daß c) als Bewegungsphasen des Läufers die Bein und Armstellungen darstell¬ bar sind, daß d) das überschreiten (UEV) einer vorderen Schrittdistanz durch eine Lichtschranke (110) oder einen Drucksensor (111) und das überschrei¬ ten (UEH) einer hinteren Schrittdistanz durch eine Lichtschranke (112) oder einen Drucksensor (113) meßbar sind, daß e) ein Integrator (114) vorgesehen ist, der den Drehzahlsollwert (n , , ) für den Antriebsmotor (109) des Laufbandes (106) bildet, daß f) eine Subtraktionsstelle (110) vorgesehen ist, dessen positivem Ein¬ gang das Signal (UEV) und dessen negativem Eingang das Signal (UEH) zuführbar sind und dessen Ausgang über einen von der Tastatur (61) aus zu betätigenden Umschalter (115) dem Eingang des Integrators (114) zuführbar ist und daß g) dem Umschalter (115) der Ausgang einer weiteren Subtraktionsstufe (116) zuführbar ist, dessen Eingänge durch von der Tastatur (61) aus zu betätigende Signale "Höher" und "Tiefer" gebil et werden. |
| 37. | Vorrichtung nach Anspruch 36, d a d u r c h g e k e n n z e i c h ¬ n e t , daß a) der Computer (10) einen Funktionsbildner enthält, mit dem aus der Drehzahl (n), dem Neigungswinke! (N) und dem eingegebenen Gewicht (G) des Benutzers eine Leistungsangabe (PR) bestimmbar ist, die an¬ nähernd der Leistung bei solchen Sportarten gleich ist, bei denen die physikalisch an eine Abbremseinheit abgegebene Leistung meßbar ist. b) eine Integrationsstufe (36) vorgesehen ist, die aus dem Geschwindig¬ keitssignal (V) das Oistanzsignal (Z) bildet und daß c) ein AlphanumerikGenerator (35) vorgesehen ist, dem die Signale (n) für die Drehzahl, (P„) für die Leistung und (Z) für die Distanz zu¬ fuhrbar sind und der nach Bewertung mit den physikalisch vorgegebenen Faktoren die entsprechenden Größen und nach Bewertung der Leistung mit dem biologischen Wirkungsgrad eines Menschen den Energieverbrauch auf dem Bildschirm anzeigt. |
| 38. | Vorrichtung nach Anspruch 37, d a d u r c h g e k e n n z e i c h ¬ n e t , daß über die Tastatur (61) die Geschwindigkeit (V) und der Neigungswinkel (N) vorgebbar sind und daß diese Signale nach Bewertung als Sollwerte (n, ,, und N„ .,) den Regelkreisen für, die Drehzahl und sol I so! I den Neigungswinkel zuführbar sind. |
| 39. | Vorrichtung nach Anspruch 37, d a d u r c h g e k e n n z e i c h ¬ n e t , daß über die Tastatur (61) der Neigungswinkel (N) vorgebbar ist, daß dieses Signal als Sollwert (N τι) dem NeigungswinkelRegel¬ kreis zuführbar ist und daß dem DrehzahlRegelkreis der DrehzahlSoll¬ wert (n ii) vom Integrator (114) zuführbar ist. 57" . |
| 40. | Vorrichtung nach Anspruch 37, d a d u r c h g e k e n n z e i c h ¬ n e t , daß a) vom Integrator (114) die Drehzahl (n) und über die Tastatur (61) die Leistung (PR) vorgebbar sind, daß b) ein Funktionsbildner (118) 'vorgesehen ist, der aus der Leistung (Pß), der Drehzahl (n) und dem eingegebenen Gewicht (G) des Benutzers den Neigungswinkel (N) bestimmt und daß c) die Drehzahl (n) und der Neigungswinkel (N) als Sollwerte den ent¬ sprechenden Regelkreisen zuführbar sind. |
| 41. | Vorrichtung nach Anspruch 37, d a d u r c h g e k e n n z e i c h ¬ n e t , daß a) über die Tastatur der Belastungsgrad (B) und vom Integrator (114) die Drehzahl (n) vorgebbar sind, daß b) eine Quadrierstufe (119) vorgesehen ist, die aus dem Drehzahlsignal (n) das Quadrat (n2) bildet, daß c) eine Multiplikationsstufe (120) und eine Bewertung (C13) vorgesehen 2 ssiinndd,, ddiiee aauuss ddeem Signa! (n ) und dem Belastungsgrad (B) die Leistung (PB) bildet, daß d) ein Funktionsbildner (118) vorgesehen ist, der aus der Leistung (PR) der Drehzahl (n) und dem eingegebenen Gewicht (G) des Benutzers den Neigungswinkel (N) bestimmt und daß e) die Drehzahl (n) und der Neigungswinkel (N) als Sollwerte den ent¬ sprechenden Regelkreisen zuführbar sind. |
| 42. | Vorrichtung nach Anspruch 37, d a d u r c h g e k e n n z e i c h ¬ n e t , daß a) in der Mitte des Laufbandes (106) mehrere vertikal übereinander ange¬ ordnete Lichtschranken (107a und 107b) vorgesehen sind, die Hürden verschiedener Höhe nachbilden, daß b) auf dem Monitor Hürden darstellbar sind, deren Höhe über die Tastatur (61) vorgebbar ist, daß c) ein akkustisches oder ein optisches Signal ausgebbar ist, wenn die Sprunghöhe des Benutzers die Höhe der vorgewählten Lichtschranke nicht erreicht und daß d) die Zahl der Schritte zwischen den Hürden über die Tastatur (61) vor¬ gebbar ist. |
| 43. | Vorrichtung nach Anspruch 37, d a d u r c h g e k e n n z e i c h ¬ n e t , daß anstelle des Laufbandes eine Rolltreppe vorgesehen ist. |
| 44. | Vorrichtung nach Anspruch 37, d a d u r c h g e k e n n z e i c h ¬ n e t , daß anstelle des Laufbandes ein von oben nach unten laufendes Sprossenband vorgesehen ist, welches vom Benutzer mit Füßen und Händen zu beklettern ist. |
| 45. | Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 44, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß als perspektivisches Bild eine Landschaft mit Straße, eine Landschaft mit Fluß, eine Landschaft mit LanglaufLoipe, eine Landschaft mit Laufpfad, eine Bergwand, eine UnterwasserLandschaft, eine Halle mit Gang oder Rolltreppe, eine surrealistische Umgebung oder eine beliebige andere Umgebung darstellbar ist. |
| 46. | Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 45, d a d u r c h g e ¬ k e n n z e i c h n e t , daß im Computer (10) aus den Eingangssig¬ nalen Leistung (PR) des Benutzers, Leistung (Pg) des Gegners, Geschwin¬ digkeit (V) des Benutzers, Geschwindigkeit (Vp) des Gegners, Drehmoment (M) und Bewegungsfrequenz (FR) des Benutzers, Abstand (DZ) des Benutzers zum Gegner, Herzpuls (HP), Blutdruck (Do und Du), Alter, Gewicht und Ge¬ schlecht des Benutzers, vorgegebener Zeit oder Distanz und anderen Ein¬ flußgrößen informative und 1eistungsmoti ierende Texte auswählbar und auf dem Bildschirm anzeigbar sind. |
Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zur Simulation einer Sportart, bei ' der durch Muskelkraft des Benutzers Wege zurückgelegt werden, unter Verwen¬ dung eines Sportgerätes 1 mit einem Bewegungsmechanismus 7, der eine Abbrems¬ einheit 6 oder eine Antriebseinhei,t δa umfaßt, mit einem Bildschirms 8, einer Tastatur 61 zur Eingabe von Daten, einer Meßeinrichtung 11 zur Messung der Be¬ wegungsgeschwindigkeit und/oder der Drehzahl n des Bewegungsmechanismusses, einer Meßeinrichtung 19 zur Messung der Bremskraft und/oder des Drehmomen¬ tes M. . des Bewegungsmechanismusses, einem Videogenerator 9 mit Bildspei¬ cher, mit dem ein Umgebungsbild erzeugbar ist, einem Computer 10, mit dem das Umgebungsbild in Abhängigkeit von Betriebsdaten des Bewegungsmechanismusses wie zum Beispiel der Drehzahl n veränderbar ist und mit dem Leistungsdaten des Benutzers sowie Rückmeldungen über gewählte Betriebszustände auf dem Bildschirm ausgebbar sind.
Derartige Vorrichtungen dienen der unterhaltsamen Verbesserung der körperlichen Kondition und der Gesundheit. Sie sind zum Radfahren in einfachen Ausführungen bereits bekannt.
So ist in der Patentschrift DE 2703025 C3 ein Fahrtsimulator beschrieben, der bei ebener Straße auch ein Zweirad simulieren kann. Hierbei wird gemäß der Schräglage des Zweirades in Kurven das Landschaftsbild gedreht. Der Einfluß von Steigungen und Gefällen und einer Gangschaltung sowie die besonderen Er¬ fordernisse an die Abbremsung eines Trimm-Dich-Gerätes, nämlich Drehmomenten¬ vorgabe und Leistungsvorgabe bleiben jedoch unberücksichtigt. Auch fehlen der Leistungsanreiz durch andere Rennradfahrer sowie ein Vordergrundbild zur Iden- tifiktaion zum Geschehen auf dem Bildschirm.
In dieser Patentschrift ist auch eine Anordnung von mehreren gleichartigen Fahrtsimulatoren beschrieben, die über Signalleitungen miteinander verbun¬ den sind und somit vergleichende Fahrten mehrerer Fahrer erlauben. Allerdings bezieht sich diese auf Autofahrten und auf einen besonderen Videogenerator.
In der Offenlegungsschrift DE 3218086 AI ist ein Fahrrad-Trainingsgerät mit Situationsprogrammierung beschrieben, bei dem jedoch die zu simulierende Fahrtstrecke nicht durch einen elektronischen Videogenerator^αndern durch
Film oder Videoband aufgezeichnet wird. Dadurch entfällt die Möglichkeit, ei¬ nen Oberhol Vorgang mit Spurwechsel des Fahrers durch eine Drehung des Bildes um den Fluchtpunkt der Straße darzustellen. Auch entfällt die Möglichkeit, ein Identifikationsbild πrit steuerbarer Tretkurbeldrehzahl im Bild darzustellen. Auch ist in dieser Schrift offengelassen, wie aus der Muskelbetätigung des An¬ triebs die Geschwindigkei und das Drehmoment des Hinterrades berechnet werden. Das Hinterrad wird bei dieser Vorrichtung bei Talfahrten angetrieben. Dadurch sind ein besonderer Antriebsmotor und ein rotierendes Hinterrad erforderlich, was die Sicherheit des Gerätes gegen Berührungen beeinträchtigt.
Andere Trainingsgeräte mit Bildschirm für ein Umgebungsbild sind nicht be¬ kannt. Es gibt heute kein Konzept für Sportarten-Simulatoren mit Bildschirm.
Der vorliegenden Erfindung liegt zunächst die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung der eingangs genannten Art zu schaffen, mit der Sportarten zu simulieren sind, bei denen durch Muskelkraft des Benutzers Wege zurückgelegt werden, wie Radfahren, Rudern, Paddeln, Skilanglaufen, Schwimmen, Laufen, Treppensteige , Klettern und dgl.
Darüber hinaus soll im Rahmen der Erfindung eine Vorrichtung geschaffen werden, die derart ausgestaltet werden kann, daß mit ihr ein naturgetreues ümgebungsbild mit Steigungen, Gefäl¬ len und Kurven darstellbar ist, in möglichst vielfältiger und natürlicher Weise trainiert werden kann, bei der die Geschwin¬ digkeit der Fortbewegung im Bild naturgetreu der Bewegungsge- schwindigkeit und der Kraftanstrengung des Benutzers folgen kann, mit der mit einfachen Mitteln ein Höchstmaß an Leistungs¬ anreiz geschaffen wird, mit der sich der Benutzer weitgehend mit dem Geschehen auf dem Bildschirm identifizieren kann, mit der auch der Einsatz in den Bereichen der Medizin und der Reha¬ bilitation ermöglicht wird, mit der alle interessierenden Daten sehr genau angezeigt werden können und die einfach zu bedienen ist.
Des weiteren soll im Rahmen der Erfindung ein Weg aufgezeigt werden, verschiedene Sportgeräte und Bewegungsmechaniken zur
Simulation solcher Sportarten zu schaffen, bei denen durch Muskelkraft des Benutzers Wege zurückgelegt werden, die mit einer Hardware-Schaltung ansteuerbar sind und die für breite Anwendungen wirtschaftlich herzustellen sind.
Zur Lösung der erstgenannten Aufgabenstellung zeichnet sich die Vorrichtung der eingangs genannten Art durch die im kenn¬ zeichnenden Teil des Anspruchs 1 angegebenen Merkmale aus. Hinsichtlich weiterer wesentlicher Ausgestaltungen der Erfin¬ dung, insbesondere auch zur Lösung der darüber hinaus angege-" benen Teilaufgabenstellungen, wird auf die Unteransprüche verwiesen.
Bevor nun auf die Lösung im Einzelnen eingegangen wird, sei am Beispiel eines Radf ahr-Simulators erörtert, welche grundlegen¬ den Betriebsarten inf ragekommen.
Zunächst sei eine Vorrichtung erörtert, mit der mit einem Dreh¬ moment trainiert werden kann, welches von der Drehzahl der Tret¬ kurbel und von Steigungen im Monitorbild unabhängig ist. Ein solcher Betrieb entspricht im wesentlichen dem Training auf einem herkömmlichen Trainingsgerät, bei dem man zur Anschauung anneh¬ men kann, daß eine automatische stufenlose Gangschaltung das Drehmoment bei Steigungen konstant hält.
Weiterhin sollte ein gutes Trainingsgerät insbesondere für medizinische Zwecke als Ergometer betrieben werden können. Hierzu ist es notwendig, die Leistung unabhängig von der Drehzahl der Tretkurbel konstant zu regeln.
Schließlich sollte auch ein Betrieb möglich sein, bei dem der Quotient von Drehmoment zu Drehzahl, hier "Belastungsgrad" genannt, vorgebbar ist. Dabei, steigt mit steigender Drehzahl das Drehmoment linear an, was für Leistungs- . Sportler von Vorteil ist.
Während diese drei Betriebsarten bei allen Trainingsgeräten der Aufgabenstel¬ lung möglich sind, ergibt sich beim Radfahr-Simulator noch die Aufgabe, die Fahrt mit Gangschaltung zu simulieren. Oblich sind Kettenschaltungen mit Frei¬ lauf und 10 bis 12 Gängen. Hierbei steigt das Drehmoment an der Tretkurbel mit der Drehzahl der Tretkurbel, da von dieser die Geschwindigkeit abhängt und die d urc h d en Fahrtwind erzeugte auf den Radfahrer einwirkende Gegenkraft
wiederum von dieser abhängig ist. Außerdem steigt das Drehmoment bei Stei¬ gungen und beim Hochschalten.
Die Erfindung sei nun anhand der Figuren näher erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 ein Blockschaltbild des Sportarten-Simulators gemäß Anspruch 1
Fig. 2 ein Blockschal bild des Videogenerators gemäß den Ansprüchen 2, 4 und 5
Fig. 3 eine bildliche Darstellung eines Sportlers von hinten und vorne ge¬ sehen, am Beispiel eines Radfahr-Simulators
Fig. 4 ein Blockschaltbild einer Zusarπmenschaltuπg mehrerer gleichartiger Sportarten-Simulatoren gemäß Anspruch 3
Fig..5 ein Blockschaltbild des , Computers und des Videogenerators gemäß An¬ spruch 5
Fig. 6 ein B ockschaltbild des Computers und einiger angeschlossener Geräte gemäß den Ansprüchen 7, 8, 9, 10, 11 und 12
Fig. 7 ein Blockschaltbild des Computers mit den in den Ansprüchen 13, 14 und 18 angegebenen Merkmalen zur Beeinflussung der gegnerischen Längsbewegung
Fig. 8 ein Blockschaltbild des Computers mit den in Anspruch 15 angegebe¬ nen Merkmalen zur Bewegungssteuerung des Identifikationsbildes
Fig. 9 ein Blockschaltbild der Vorrichtungen zur Veränderung des Vordergrund¬ landschaftsbildes beim Oberholen gemäß Anspruch 16
Fig. 10 ein Blockschaltbild der Vorrichtungen zur Veränderung des Gegnerbil¬ des beim überholen gemäß Anspruch 17
Fig. 11 ein Blockschaltbild des Computers mit den in Anspruch 19 angegebenen Merkmalen der Vorrichtung mit Abbremseinheit
Fig. 12 ein Blockschaltbild des Computers mit den in Anspruch 21 angegebenen Merkmalen der Vorrichtung mit Leistungsregelung
Fig. 13 ein Blockschaltbild des Computers mit den in Anspruch 22 angegebenen Merkmalen der Vorrichtung mit Regelung des Belastungsgrades
Fig. 14 ein Strukturbild der Vorrichtungen zur Simulation einer Fahrrad¬ fahrt gemäß den Ansprüchen 23 und 25
Fig. 15 ein Blockschaltbild des Computers mit den in Anspruch 24 angegebenen Merkmalen der Vorrichtung als Radfahr-Simulator mit Gangschaltung
Fig. 16 ein Blockschaltbild des Computers mit den in Anspruch 25 angegebenen Merkmalen zur Bildveränderung beim Lenken eines Fahrrades
Fig. 17 eine Querschnittszeichnung eines Ruder-Trainingsgerätes gemäß An¬ spruch 26
Fig. 18 ein Strukturbild einer Vorrichtung zur Veränderung des Neigungswin¬ kels eines Sportgerätes gemäß Anspruch 27
Fig. 19 eine Querschnittszeichnung eines Skilanglauf-Trainingsgerätes gemäß den Ansprüchen 28, 29 und 30
Fig. 20 eine Querschnittszeichnung eines Kraul-Trainingsgerätes gemäß An¬ spruch 32
Fig. 21 eine Seitenansicht eines Sportgerätes mit Handkurbel gemäß Anspruch 33
Fig. 22 eine Querschnittszeichnung eines Paddel-Trainingsgerätes gemäß An¬ spruch 34
Fig. 23 ein Strukturbild eines Lauf-Simulators gemäß Anspruch 35
Fig. 24 ein Strukturbild eines Lauf-Simulators gemäß den Ansprüchen 36 und 42
Fig. 25 ein Blockschaltbild des Computers mit den in Anspruch 38 angegebenen Merkmalen des Lauf-Simulators zur Vorgabe von Geschwindigkeit und Neigungswinkel
Fig. 26 ein Blockschaltbild des Computers mit den in Anspruch 39 angegebenen Merkmalen des Lauf-Simulators zur Vorgabe des Neigungswinkels bei freier Laufgeschwindigkeit
Fig. 27 ein Blockschaltbild des Computers mit den in Anspruch 40 angegebenen Merkmalen des Lauf-Simulators zur Vorgabe der Leistung
Fig. 28 ein Blockschaltbild des Computers mit den in Anspruch 41 angegebenen Merkmalen des Lauf-Simulators zur Vorgabe des Belastungsgrades bei freier Laufgeschwindigkeit
Die Blockschaltbilder lassen offen, ob der Computer als Analogrechner oder Digi¬ talrechner aufgebaut ist. Naheliegend und wirtschaftlich ist es heute, einen Mikroprozessor mit Festwertspeichern, Schreib-Lese-Speichern, Zeitgeber-Bau¬ steinen, Treibern, Eingangs/Ausgangs-Bausteinen, Analog/Digital-Wandlern, Digital/Analog-WandTern und anderen Peripherie-Bausteinen zu verwenden. Der Videogenerator kann pixel-orientiert unter Verwendung eines Bildwiederhol- speichers, farbflächen-orientiert unter Verwendung von Konturen-Zählern, Kom- paratoren oder Schieberegistern oder raumkoordinaten-orientiert unter Verwen¬ dung schneller Grafik-Prozessoren und Echtzeit-Videorechnern aufgebaut sein. Dementsprechend sind in den Bildspeichern bildpunkt-bezogene, bildkonturen- bezogene oder raumbezogene Farbwerte abgespeichert.
Bild 1 zeigt ein Blockschaltbild des Sportarten-Simulators. Die einzelnen Blöcke sind im Oberbegriff und im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 be¬ stimmt.
Als Bildschirm 8 kommt eine Monitorröhre, ein Projektionsmonitor, eine Bild¬ wand mit Video-Projektor oder neuartige bildpunktspeicher-orientierte Systeme infrage.
Der Regler 20 enthält einen Eingangsteil, der vom Computer 10 steuerbar ist und einen Kraftverstärker mit Pulsbreitensteuerung^rAmplitudensteuerung oder
Frequenzsteuerung.
Der Bewegungsmechanismus 7 enthält bei den meisten Sportarten-Simulatoren eine Abbremseinheit, die nur in einer Drehrichtung läuft und aus einem elektrischen Gleichstromgenerator, Asynchrongenerator, Synchrongenerator, einer Wirbelstrom¬ bremse oder einer Magnetpulverbremse bestehen kann. Sie muß vom Regler 20 her ansteuerbar sein. Bei manchen Sportarten-Simulatoren wie einem Lauf-Simulator muß der Bewegungsmechanismus 7 eine Antriebseinheit enthalten, die zwar nur in einer Richtung läuft, aber Drehmomente in beiden Richtungen aufbringt. Hierzu können Gleichstrommotoren, Asynchronmotoren oder Synchronmotoren ver¬ wendet werden. Die übrigen Merkmale des Bewegungsmechanismus 7 sind für die einzelnen Sportarten verschieden und in den folgenden Ansprüchen näher ausge¬ führt.
Die Drehzahl-Meßeinrichtung 11 kann als Tachogenerator oder Pulsgeber mit nachgeschaltetem analogen Frequenz/Spannungs-Wandler oder digitalem Frequenz/ Datenwort-Wandler ausgeführt sein.
Die Drehmomenten-Meßeinrichtung 19 kann mit Dehnungs-Meßstreifen oder - ein¬ fach - als Ankerstrom-Meßeinrichtung des im Bewegungsmechanismus 7 verwendeten Elektromotors ausgeführt sein. Bei nichtlinearer Beziehung zwischen Anker¬ strom und Drehmoment ist die Nichtlinearität mittels eines Kennlinienbildners im Computer 10 zu kompensieren.
Fig. 2 zeigt ein Blockschal bild des Videogenerators 9.
Der Teilbildspeicher 46 für den gegnerischen Sportler ist im Anspruch 2 erläu¬ tert. Er kann die Form- und Farbdaten für einen 'Radfahrer auf einem Fahrrad, einen Ruderer in seinem Ruderboot, einen Paddeler in seinem Paddelboot, einen Skilangläufer, einen Schwimmer, einen Läufer oder andere Sportler enthalten. Darzustellen sind etwa 8 Bewegungsphasen. Sie beschreiben die sich wiederho¬ lenden Bewegungen der Arme, Beine, Paddel, Riemen, Skier, usw. Die Erfindung sieht vor, daß verschiedenfarbige und verschiedenförmige Gegnerbilder dar¬ stellbar sind. Auch soll es möglich sein, nicht nur einen sondern gleichzeitig mehrere Gegner ins Bild einzublenden. Da Sportgeräte keinen Rückspiegel haben, soll das Bild eines von hinten nahenden gegnerischen Sportlers mit einfarbigem,
rechteckför igen oder runden Hintergrund links oder rechts vom Identifikations¬ bild ins Landschaftsbild eingeblendet werden.
Der Teilbildspeicher 50 für das Identifikationsbild ist in Anspruch 4 erläu¬ tert. Da das Identifikationsbild konstante Größe hat, benötigt es verhältnis¬ mäßig wenig Speicherplatz und kann daher detailliert und - insbesondere bei Radfahrern - in etwa 16 Schräglagen abgespeichert werden. Die Erfindung sieht vor, daß verschiedenfarbige und verschiedenförmige Identifikationsbilder gemäß dem eingegebenen Geschlecht, Gewicht und Alter des Benutzers darstellbar sind.
Bezüglich des videografischen Aufwandes ist es am einfachsten, bei der Simula¬ tion einer Schräglage des Benutzers das Identifikationsbild zu drehen und das Umgebungsbild nicht. Man kann aber auch das Umgebungsbild drehen und das Iden- tifikationsbild nicht. Dieser Ansatz ist bereits in der DE 2703025 C3 beschrie¬ ben.
Der Teilbildspeicher 13a zur Darstellung der Horizontlandschaft enthält Gegen¬ stände wie Berge und Wolken, die so weit entfernt sind, daß es nicht auffällt, wenn sie mit der Annäherung nicht größer werden. Zur Anreicherung des Gesche¬ hens sieht die Erfindung vor, daß typische Umgebungsbilder s allen Teilen der Welt und zu allen Jahreszeiten abspeicherbar sind -und auf Wunsch des Be¬ nutzers aufgerufen werden. In Anspruch 45 sind einige Umgebungsbilder aufge¬ führt. Das Horizontlandschaftsbild wird gemäß der Erfindung bei Steigungen und Gefällen vertikal verschoben. Die hierfür notwendige Vorrichtung ist in Anspruch 5 beschrieben.
Der Teilbildspeicher 13b zur Darstellung der Vordergrundlandschaft enthält den Blick auf den Sportpfad, das heißt eine Straße, einen Fluß, eine Lang!auf- Loipe, eine Unterwasser-Trasse, einen Waldweg, eine Rennbahn, eine Kaufhaus- Rolltreppe, usw. Auch hier ist vorgesehen, daß typische Sportpfade aus allen Teilen der Welt und zu allen Jahreszeiten abspeicherbar sind. Es ist vorge¬ sehen, daß bei einer Kuppe im Sportpfad die Vordergrundlandschaft oben hori¬ zontal abgeschnitten und bei einer Wanne erhöht wird. Oberhalb der Schnittli¬ nie wird die Horizontlandschaft dargestellt. Die hierfür notwendige Vorrich¬ tung ist in Anspruch 5 beschrieben.
Der Teilbildspeicher 13c zur Darstellung von Objekten am Rande des Sportpfades enthält Bäume, Sträucher, Felsen, Korallen, usw.
Fig. 3 zeigt in bildlicher Darstellung einen Radfahrer von hinten und von vorne als Beispiel für ein Gegnerbild oder ein Identifikationsbild. Das rechte Bild, welches den Radfahrer von vorne zeigt, wird als Rückspiegelbild dann eingeblendet, wenn sich der Gegner im toten Sichtbereich des Benutzers be¬ findet.
Fig. 4 zeigt beispielhaft für Anspruch 3 ein Blockschaltbild einer Zusammen¬ schaltung von drei gleichartigen Sportarten-Simulatoren 62a, 62b und 62c. Die drei Bildschirme 8a, 8b und 8c zeigen beispielhaft Umgebungsbilder einer Rad¬ fahrstrecke. Der Benutzer a liegt vorne, b in der Mitte und c hinten. An der Position des Baumes ist zu erkennen, daß alle drei Bildschirme die selbe Land¬ schaft zeigen, lediglich um die Abstände zwischen den drei Fahrern versetzt. Als wichtigste zwischen den Geräten zu übertragenden Daten sind die Distanzen Z , Z, und Z der drei Radfahrer vom Start eingezeichnet. Darüberhinaus können noch Schräglagen, Leistungen oder Färb- und Formdaten der Gegnerbilder übertra¬ gen werden.
Fig. 5 zeigt ein Blockschaltbild des Computers 10 und des Videogenerators 9. Die Funktionsblöcke zeigen, wie das Teilbild für die Horizontlandschaft und die Obergrenze der Vordergrundlandschaft bei Steigungen und Steigungsände¬ rungen vertikal verschiebbar sind. Sie sind in Anspruch 5 beschrieben.
Fig. 6 zeigt ein Blockschaltbild des Computers 10 und einiger angeschlossener Geräte, die in den Ansprüchen 7 bis 12 bestimmt sind. Insbesondere wird ver¬ deutlicht, daß mit der Tastatur 61 Daten entweder direkt als Ziffern einzuge¬ ben oder mit den Pulsen "Höher" oder "Tiefer" im Vorwärts-Rückwärts-Zähler 23 durch Takten zu bilden sind.
Die über den Fitness-Zustand des Benutzers Auskunft gebende Zahl sei "Fitness- Quotient" FQ genannt. Hier wird vorgeschlagen, den F tness-Quotienten im Grund¬ prinzip als Verhältnis von abgegebener Energie zu aufgewendeter Energie über die gesamte Trainingsdauer oder über ein bestimmtes Zeitintervall zu berech¬ nen. Die abgegebene Energie bestimmt sich dabei aus der Leistung der Abbrems¬ einheit 6 mal der Zeit. Die aufgewendete Energie ist in erster Näherung die Gesamtzahl der Herzschläge während der Zeit. Dieses Maß für die aufgewendete Energie kann mit Hilfe der Blutdruckgrenzen Do und Du genauer bestimmt wer¬ den. Schließlich ist der so entstandene Quotient, der Wirkungsgrad des Be¬ nutzers, noch um einen gewichtsabhängigen, einen altersabhängigen und einen
gesc echtsabhängigen Faktor zu korrigieren.
Fig. 7 zeigt ein Blockschaltbild des Computers 10 mit den Merkmalen zur Beein¬ flussung der gegnerischen Längsbewegung, das heißt seiner Geschwindigkeit und seiner Distanz Z ß vom Start. Auch ist zu erkennen, wie aus der Gegnerdistanz Z g und der Distanz des Benutzers Z das Gegnerbild ansteuerbar ist. Die einzel¬ nen Blöcke sind in den Ansprüchen 13, 14 und 18 beschrieben.
Fig. 8 zeigt ein Blockschal bild des Computers mit den Merkmalen zur Bewegungs¬ steuerung des Identifikationsbildes. Die einzelnen Blöcke sind im Anspruch 15 beschrieben. Die Bewegungssteuerung zeichnet sich dadurch aus, daß nicht nur die Frequenz sondern auch die Phase der Bildbewegung mit der der Benutzerbe¬ wegung übereinstimmt. Deshalb ist außer der Meßeinrichtung 67 zur Frequenz¬ messung noch ein Pulsgeber 56 zur Messung der Phasen-Nullage vorgesehen. Der Ansatz beruht auf der Überlegung, daß die Dauer einer Bewegungsphase nicht stetig veränderbar ist sondern nur ein Vielfaches der Dauer eines Monitorbil- des sein kann. Die minimale Periodendauer eines Bewegungszyklus ergibt sich aus der Dauer eines Monitorbildes (20 ms) mal der Gesamtzahl Pma,x der Bewe- gungsphasen pro Zyklus. Zur Verlangsamung der Bildbewegungsfrequenz muß man die P m ma„x„ Phasenbilder auf mehr als P ax„ Monitorbilder verteilen. Die Gesamt¬ zahl der Monitorbilder kann nur diskret vorgegeben werden und erfordert somit gewisse zugehörige Zyklus-Frequenzen. Da der Benutzer nicht nur diese Fre¬ quenzen, sondern auch beliebige andere Zwischenwerte vorgibt, wird der ' Funk- tionsbildner 55 vorgesehen. Um die richtige Phasenlage zu erzwingen, ist der Regler 58 vorgesehen, mit dem die Geschwindigkeitsbereiche so umschaltbar sind, daß sich daraus alle Zwischenfrequenzen ergeben.
Fig. 9 zeigt ein Blockschaltbild der Vorrichtungen zur Veränderung des Vor¬ dergrundlandschaftsbildes beim Oberholen. Die Blöcke sind in Anspruch 16 be¬ schrieben. Das Bild zeigt beispielhaft eine gerade Straße mit Mittellinie. Die Bildabszissen sind in diesem Beispiel als die Abszissen dieser Mittel¬ linie definiert. Mit ihrer horizontalen Verschiebung verschieben sich im gleichen Maße auch alle anderen Bildpunkte der zugehörigen Zeile wie zum Beispiel die Straßenränder.
Fig. 10 zeigt ein Blockschaltbild der Vorrichtungen zur Veränderung des Geg¬ nerbildes im Falle, daß der Gegner überholt. Die Blöcke sind in Anspruch 17
beschrieben. Das Bild zeigt beispielhaft einen Radfahrer. Solange das Gegner¬ bild in vertikaler Position ist, sind alle seine Abszissen XQ gleich. Das Gegnerbild durch linearen Versatz der einzelnen Bildzeilen in Schräglage zu bringen ist zwar bei größeren Schräglagenwinkeln mit Verzerrungen verbunden, spart aber Speicherplatz, der beim vollständigen Abspeichern aller Schrägla- genbilder erforderliche wäre. Die Schräglage kompensiert im Vorbild die Flieh¬ kraft und ist deshalb dem Quadrat der Geschwindigkeit und der Kurvenkrümmung proportional .
Fig. 12 zeigt ein Blockschaltbild des Computers 10 mit den Merkmalen zur Lei¬ stungsregelung. Die für die Leistungsregelung wichtigen Blöcke sind in An¬ spruch 21 beschrieben. Beispielhaft ist hier angenommen, daß die vom Benutzer vorgegebene Leistung mittels der beiden Taster "Höher" 21 und "Tiefer" 22 und des Vorwärts-Rückwärtszählers 23 gebildet wird. Da bei reiner Leistungsrege- gelung das Drehmoment beim Anfahren sehr groß wäre, ist vorgesehen, daß bei kleinen Drehzahlen das Drehmoment der Drehzahl proportional gemacht wird.
In der Betriebsart "Konstantes Drehmoment" entfallen die Divisionsstufe 40 und das Ablöseglied 42. Diese Vorrichtung ist Gegenstand des Anspruchs 19.
Fig. 12 enthält noch die drei Blöcke zur Berechnung der Antriebskraft K p . Diese sind in Anspruch 19 beschrieben.
Fig. 13 zeigt ein Blockschaltbild des Computers 10 mit den Merkmalen zur Re¬ gelung des Belastungsgrades gemäß Anspruch 22. Der Belastungsgrad B hat die Dimension Nms. Das entsprechende Signal wird in der Multiplizierstufe 72 mit der Drehzahl n multipliziert, um das Drehmomenten-Sollwert-Siqnal M ,, zu
3 soll erhalten.
Fig. 14 zeigt ein Strukturbild der Vorrichtungen zur Simulation einer Fahrrad¬ fahrt. Das Tretgestell und die für die Radfahr-Simulation eigenartigen Funk¬ tionsblöcke sind in Anspruch 23 beschrieben. Auf dem Bildschirm 8 ist ein Landschaftsbild mit Straße und Kuppe dargestellt (vergl. auch Anspruch 5). Diejenigen Funktionsblöcke, die sich auf eine lenkbare Ausführung des Rad- fahr-Simulators beziehen, sind in Anspruch 25 beschrieben.
Fig. 15 zeigt ein Blockschaltbild des Computers mit den Merkmalen eines Rad- fahr-Simulators mit Gangschaltung. Die für die Simulation der Gangschaltung eigenartigen Blöcke sind in Anspruch 24 beschrieben. Dieses Blockschaltbild beinhaltet zwei recht verschiedene Teilblockschaltbilder, von denen das eine eine Vorrichtung zur Simulation einer Fahrradfahrt im Antriebszustand und das andere eine Vorrichtung zur Simulation einer Fahrradfahrt im Freilauf be¬ schreibt. Diese beiden Blockschaltbilder sind durch den Wert des digitalen Signals A aufrufbar. Im Antriebszustand folgt die Geschwindigkeit V über das gewählte Übersetzungsverhältnis i immer starr der Drehzahl n ds Tretkurbel. Im Freilaufzustand stellt sich die Geschwindigkeit nach Maßgabe des Kräfte¬ gleichgewichtes an der Additionsstufe 26 ein.
Ein Sprung in der Drehzahl n erfordert im Antriebszustand im Vorbild eine unendlich hohe Antriebskraft K . Das dies in der Simulations-Vorrichtung an 3 nicht möglich ist, wird empfohlen, eine Glättungseinrichtung in den Zweig des Drehzahlsignals n einzuschleifen.
In Fig. 15 ist angenommen, daß das vom Benutzer während der Fahrt vorgegebene Übersetzungsverhältnis i mittels der beiden Taster "Höher" 21 und "Tiefer" 22 und des Vorwärts-Rückwärtszählers 23 gebildet wird.
Die Funktionsweisen der Multiplizierstufe 34, der Integrationsstufe 36 und des Alphanumerikgenerators 35 sind in Anspruch 19 beschrieben.
Fig. 16 zeigt ein Blockschaltbild des Computers 10 mit den Merkmalen zur Bild¬ veränderung beim Lenken des Fahrrades. Die einzelnen Blöcke sind in Anspruch 25 beschrieben. Diese Anordnung basiert auf der Theorie, daß einem Einschlag ° der Lenkstange die Spurdrehung ß des Fahrrades gegenüber der Straßenlängs¬ richtung zeitlich integral folgt, wobei die Integrationskonstante der Ge¬ schwindigkeit proportional ist, und daß dieser Spurdrεhung ß die Spurverschie- buπg X des Fahrrades gegenüber Straßenmitte wiederum zeitlich integral folgt, wobei die Integrationskonstante wiederum der Geschwindigkeit proportional ist. Diese Geschwiπdigkeitsabhängigkeit der beiden Integratoren läßt sich in einem digitalen Computer 10 durch Multiplikationsroutinen oder durch ge¬ schwindigkeitsabhängige Interruptfolge der Echtzeit-Integrationen erzielen.
Fig. 17 zeigt eine Querschnittszeichnung eines Ruder-Trainingsgerätes. Derar¬ tige Geräte sind bekannt. Sie umfassen einen Sitzschlitten 76und Handgriffe 77 die an einem Ende eines Seils 78 befestigt sind, welches auf einer Seiltrommel 79 aufgewickelt ist, mit der die Abbremseinhei 6 antreibbar ist.
Eine solche Ausführung ist die einfachste. Man kann anstelle des Seils 78 auch Stangen verwenden, die in Axiallagern geführt sind. Man kann auch zur besseren Simulation der Riemenbewegung beim Rudern zwei HebelStangen verwen¬ den, die seitlich in Drehgelenken gelagert sind.
Fig. 18 zeigt ein Strukturbild einer Vorrichtung zur Veränderung des Neigungs¬ winkels eines Sportgerätes. Die einzelnen Blöcke sind in Anspruch 27 beschrie¬ ben. Diese Ausführung ist ein einfaches Beispiel für eine mögliche Ausgestal¬ tung des Anspruchs. Die Winkel-Meßeinrichtung 83 kann auch direkt zwischen dem neigbaren und dem feststehenden Teil des Bewegungsmechanismusses 7 ange¬ ordnet sein. Die Kraftübertragung zwischen Elektromotor 81 und Bewegungs¬ mechanismus 7 muß nicht aus einem Seil sondern kann auch zum Beispiel aus Zahnrädern mit Zahnriemen oder Zahnstangen bestehen.
Diese Vorrichtung kommt vor allem für Lauf- und Skilanglauf-Simulatoren in- frage.
Fig. 19 zeigt beispielhaft zwei Querschnittszeichnungen eines Skilanglauf- Trainingsgerätes gemäß der Erfindung. Fig. 19a zeigt die Ansicht von der Sei¬ te, Fig. 19b die Ansicht von oben. Die einzelnen Teile sind in den Ansprüchen 28, 29 und 30 beschrieben.
In diesem Ausgestaltungsbeispiel sind zur Kraftübertragung Seile vorgesehen. Stattdessen kann man zum Beispiel auch Zahnräder, Zahnriemen, und/oder Zahn¬ stangen verwenden. Das Übersetzungsverhältnis zwischen der Bewegung des Fu߬ schlittens 84 und der Hebelarme 85 ist so zu wählen, daß beim Benutzer der Eindruck entsteht, er würde sich mit Stöcken auf dem Boden abstoßen.
Im übrigen ist durch die Freilaufgetriebe 90 und 93 sichergestellt, daß die Armbewegung unabhängig von der Beinbewegung ist. Im Beispiel der Fig. 19 ist vorgesehen, daß auch der rechte Fußschlitten 84b unabhängig vom linken Fu߬ schlitten 84a und der rechte Hebelarm 85b unabhängig vom linken Hebelarm 85a
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zu betätigen sind. Sie können jedoch auch mechanisch über besondere Getriebe oder Hebelstangen so geführt werden, daß sie sich starr gegensinnig bewegen.
Die Schienen 91a und 91b sind deshalb hinten hochgebogen, damit der Benutzer in natürliche Weise mit großer Schrittweite trainieren kann, ohne die Füße von den Fußschlitten nehmen zu müssen.
Um dem Benutzer auf dem Monitor anzeigen zu können, wie sich seine Gesamt¬ leistung aus der Leistung der Beine und der der Arme zusammensetzt, ist die Meßeinrichtung 94 vorgesehen.
Fig. 20 zeigt beispielhaft eine Querschnittszeichnung eines Kraul-Trainings¬ gerätes gemäß der Erfindung. Die Einzelteile sind in Anspruch 32 beschrieben. Dieser Vorrichtung liegt die Erkenntnis zugrunde, daß es für eine breite An¬ wendung wenige sinnvoll ist, das Schwimmen in horizontaler Lage zu trainie¬ ren, weil bei einem Trocken-Trainigsgerät die natürliche Auftriebskraft des Wassers nicht hinreichend gut simuliert werden kann. Dagegen ist es sinnvoll, bei kreisender Bewegung der Arme und Beine Drehmomente zu übertragen, wobei normalerweise die Beine beidseitig, die Arme dagegen nur in einer Richtung be¬ lastet werden sollten. In * Sonderausführungen kann man jedoch von diesem Prinzip abgehen und auch die Arme beidseitig und/oder die Beine nur einsei¬ tig belasten. In jedem Falle müssen die Länge der Hebelarme für die Bein- und die Armbewegung durch eine Einstellmöglichkeit der Körpergröße des Benutzers anpaßbar sein. Die Kraftübertragungseinrichtung von den Hebelarmen auf die Abbremseinheit kann wiederum anders als in der Figur dargestellt ausgeführt werden.
Fig. 21 zeigt die Seitenansicht eines Sportgerätes mit Handkurbel 100, die um eine horizontale Achse drehbar ist, und Sitz gemäß Anspruch 33. An den Enden der Kurbel sind zwei Handgriffe 101 drehbar befestigt. Solche Sportgeräte sind bekannt. Sie lassen sich gemäß der Erfindung in die Familie der Sportarten- Simulatoren mit Bildschirm einreihen. Als Umgebungsbild kann eine natürliche Lardschaft oder ein surrealistisches Umfeld erzeugt werden.
Fig. 22 zeigt beispielhaft eine Querschnittszeichnung eines einfachen Paddel- Trainingsgerätes. Die besonderen Merkmale sind sind Anspruch 34 beschrieben. Die Handgriffe 104a und 104 b sollten bei direktem Antrieb der Hebelstange 102
um ihre Vertikalachsen drehbar sein. Sie müssen aber nicht vertikal sondern können vorbildgemäß horizontal oder - ergonomisch optimal - schräg ausgerich¬ tet sein. Es sind andere Vorrichtungen zur Simulation des Paddeins denkbar, bei denen die Drehung des Paddels um die Längsachse des Bootes, die Gegen¬ kraft in Abhängigkeit von dieser Drehung und das zwischen rechts und links wechselnde Zentrum des Drehmomentes simuliert werden. Diese sind aber wesent¬ lich aufwendiger und für breite Anwendungen weniger geeignet.
Zur Ansteuerung des Identifikationsbildes kann direkt die Frequenz der Hebel¬ stange 102 verwendet werden.
Fig. 23 zeigt ein Strukturbild eines Lauf-Simulators mit Abbremseinheit 6. Es beinhaltet ein Lauf-Trainingsgerät, bestehend aus Grundplatte 121, Gelän¬ der 122 und schrägliegendem Laufband 106. Solche Trainingsgeräte sind be¬ kannt. Fig. 23 zeigt weiterhin Funktionseinheiten gemäß der Erfindung, die in Anspruch 35 beschrieben sind. Die Geschwindigkeit des Laufbandes wird bei dieser Vorrichtung allein durch die Schrittgeschwindigkeit des Benutzers vor¬ gegeben.
Fig. 24 zeigt ein Strukturbild eines Lauf-Simulators mit Antriebseinheit 109. Es beinhaltet ebenfalls ein Lauf-Trainingsgerät, bestehend aus Grundplatte 121, Geländer 122 und schrägliegendem Laufband 106. Solche Trainingsgeräte mit Antrieb und regulierbarer Geschwindigkeit sind ebenfalls bekannt. Fig. 24 zeigt weiterhin Funktionseinheiten gemäß der Erfindung, die in Anspruch 36 beschrieben sind.
Während bei den bekannten Lauf-Trainingsgeräten die Geschwindigkeit nur über die Tastatur vorgebbar ist, bewirkt die Vorrichtung gemäß der Erfindung mit¬ tels der beschriebenen Gr ' enzsignale UEV und UEH, daß sich die Laufbandge¬ schwindigkeit automatisch der Schrittgeschwindigkeit anpaßt.
Die vom Benutzer aufgewendete biologische Leistung ist beim Laufen - insbeson¬ dere bei kleinem Neigungswinkel des Laufbandes - durch eine Drehmomentenmes¬ sung nicht zu bestimmen. Deshalb ist eine Berechnung der vergleichbaren Be¬ nutzerleistung P R gemäß Anspruch 37 erforderlich. In Anspruch 37sind weiter¬ hin Merkmale aufgeführt, die schon in Fig. 11 enthalten und in Anspruch 19 beschrieben sind.
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Fig. 24 enthält weiterhin vertikal übereinander angeordnete Lichtschranken 107a und 107b gemäß Anspruch 42. Diese Zusatzausstattung ermöglicht es, den Lauf-Simulator als Hürden!auf-Simulator zu betreiben.
Fig. 25 zeigt ein Blockschaltbild des Computers 10 für einen Lauf-Simulator mit Vorgabe von Geschwindigkeit und Neigungswinkel. Diese Betriebsart ist die einfachste, da sie sich auch mit Handverstellung von Laufbandgeschwin¬ digkeit und Neigungswinkel realisieren läßt. Fig. 25 zeigt dagegen zwei Re¬ gelkreise gemäß Anspruch 38. Aus der über die Tastatur vorgegebenen Geschwin¬ digkeit wird über eine Bewertung CIO der Drehzahlso!Iwert n ,, für den An¬ triebsmotor 109 gebildet. Diese Drehzahl wird mittels des Reglers 20 und der Drehzahl-Meßeinrichtung 11 eingeregelt. Der über die Tastatur vorgegebene Neigungswinkel N ,, bestimmt mittels eines Reglers 82, eines Elektromotors 81 und einer Neigungswinkel-Meßeinrichtung 83 den Neigungswinkel-Istwert
N ist-
Fig. 26 zeigt ein Blockschaltbild des Computers 10 für einen Lauf-Simulator mit Vorgabe des Neigungswinkels bei freier Laufgeschwindigkeit gemäß Anspruch 39. Diese Betriebsart ist die natürlichste. "Freie Laufgeschwindigkeit" bedeu¬ tet, daß die Laufbandgeschwindigkeit nach Anspruch 36 der Schrittgeschwindig¬ keit nachgeführt wird. Aus den Grenzsignalen UEV und UEH wird mittels -der Sub¬ traktionsstufe 110 und des Integrators 114 bei zu schnellem oder zu langsamen Lauf der Drehzahl-So!Iwert n -,,für den Antriebsmotor 199 verändert. Diese Drehzahl wird mittels des Reglers 20 und der Drehzahl-Meßeinrichtung 11 ein¬ geregelt. Darunter ist der Neigungswinkel-Regelkreis wie in Fig. 25 einge¬ zeichnet.
Fig. 27 zeigt das Blockschaltbild des Computers 10 für einen Lauf-Simulator mit Vorgabe der Leistung und der Laufbandgeschwindigkeit. Der Integrator 114 und der Funktionsbildner 118 sind in Anspruch 114 beschrieben. Die beiden Regelkreise sind in den vorherigen Figuren beschrieben. Nachdem die Leistung P n gemäß Anspruch 6 die vom Benutzer aufgewendete biologische Leistung ist, läßt sich diese Betriebsart bestens für ergometrische und medizinische Zwecke einsetzen.
Fig. 28 zeigt ein Blockschaltbild des Computers 10 für einen Lauf-Simulator mit Vorgabe des Belastungsgrades bei freier Laufgeschwindigkeit. Die beiden
Regelkreise für Drehzahl und Neigungswinkel sind in den vorherigen Figuren bereits beschrieben. Die übrigen Funktionsblöcke sind in Anspruch 41 beschrie¬ ben. In dieser Betriebsart steigt der Neigungswinkel mit steigender Geschwin¬ digkeit. Sie ist daher für Leistungssportler von Vorteil. Sie können durch Änderung ihrer freien Laufgeschwindigkeit ihre Leistung P„ überproportional • verändern.