[发明专利]力反馈方向盘的处理系统

说明书

[技术领域]

本发明涉及游戏机方向盘控制技术领域，具体地说是一种力反馈方向盘的处理系统。

[背景技术]

所谓力反馈，其实是一种机械表现出的反作用力，将虚拟现实中传递的数据通过力反馈设备表现出对应的力量与方向，力反馈的作用是让操作者感受到虚拟现实中力的真实性，随着科技的迅速发展，对能够实现多维移动或转动控制并能反馈力、力矩的多维控制器的需求越来越多。

2006年4月，国家出台了《关于推动我国动漫产业发展的若干意见》，鼓励游戏产业发展并先后两次确定上海、中山、成都、杭州、南京、南宁、济南、珠海、长春共9个城市为电子游戏经营场所管理工作试点城市。昔日藏身于街头巷尾的电子游戏厅，如今已经“堂而皇之”地步入大型购物广场，而且随着行业的逐步规范，大型游戏机也已变成一种时尚，被越来越多的人所接受。

赛车游戏是众多大型游戏机中长久以来广受街机玩家青睐的游戏之一。目前，市场最流行的赛车游戏主要是日本世嘉的《头文字D》，Rockstar的《湾岸》，以及众所周知的《极品飞车》，而这些赛车游戏所采用的力反馈方向盘均是采用国外游戏设备厂家自制的控制系统，或是罗技、微软等知名厂商生产的专用力反馈方向盘配件，这些国外厂家生产的设备或价格昂贵或存在诸多不符合真实驾驶效果，不满足国内玩家需求的问题，且长期购买国外设备或采用国外配件，不利于国内大型游戏机产业的发展壮大，且核心技术受制于国外，很难进行符合国内玩家需求的升级和改进。

脉宽调制(PWM)是利用微处理器的数字输出来对模拟电路进行控制的一种非常有效的技术，广泛应用在从测量、通信到功率控制与变换的许多领域中。

[发明内容]

本发明的目的在于克服现有技术的不足，基于ARM平台的力反馈控制主板为基础，研究大型赛车游戏机用方向盘在游戏模拟环境中各种不同状况下的力反馈状态，以及各种力反馈状态的电子算法，最终实现与真实驾驶各种汽车相似的力反馈效果。

为实现上述目的，设计一种力反馈方向盘的处理系统，采用单片机结合力反馈控制系统控制控制主板，进而控制驱动电路板发出力反馈命令来驱动方向盘进行力反馈操作，其特征在于：力反馈控制主板基于ARM平台，力反馈控制系统中还设有数据采集模块、根据不同车型及排量的数据库建立的力反馈等级数学模型，并采用如下处理方法：

(1)确定方向盘零点位置：数据采集模块通过采集方向盘上的电位器实时判断当前方向盘的位置，在系统上电时，系统通过搜寻方向盘上电位器的最大和最小值判断方向盘的旋转范围，再通过求平均值找出方向盘的零点，这样每次上电系统都会自动搜索零点，误差范围+/-1度；

(2)设阻尼区：在零点两侧40度范围的区域设置成阻尼区，当进入方向盘阻尼区时力反馈控制系统根据数据采集模块实时采集的方向盘当前的位置、转动方向，及由刹车和油门控制的速度、加速度，并预判方向盘的加速度，采用加速度前瞻阻尼算法，使得方向盘迅速稳定的回到零点，并最多在零点附近震荡一次；

(3)多路PWM波形的叠加输出：结合数据采集模块，根据游戏车型，从力反馈等级数学模型中取出相应车型方向盘的回中力及受外部环境影响产生的自然反应力采用ARM平台自带的多路PWM脉宽调制模块实现多路PWM波形的叠加输出，并通过S型曲线加减力的算法，使得各种力的叠加和衰减自然平衡，最终形成方向盘的反馈力。

所述的外部环境影响产生的自然反应力包括游戏车辆打滑、急转弯、遇陡坡产生的抖动力、持续力。

所述的数据采集模块采用了软件滤波算法保证了采样数据的精度，每9ms采集一组数据，数据包括3路AD值，20路按键，其中投币事件当作特殊的按键，数据采集模块的时序由ARM平台的定时器中断管理，表示刹车、油门、方向盘位置的每个坐标轴的AD采样是轮换式的，每隔1ms的定时器中断里，要进行一次AD采样，以及一次检测按键输入口的按键采样。

每次AD采样的时间为13us，一次按键采样的时间为1-2us。

AD采样采用RC滤波电路。

按键采样采用高速光耦隔离电路。

本发明同现有技术相比具有如下优点：

1、方向盘的回中过程采用加速度前瞻阻尼算法，是通过预判方向盘加速度，使得阻尼力的产生随时间积分而渐变，符合人体工学和实际驾驶效果，并使方向盘能快速稳定回到零点；

2、在国内首创了根据不同车型和排量建立数学模型，自动生成与车辆相匹配的力反馈等级，再现各种车辆在模拟环境下接近真实，从而不需要根据不同车型来定制各种不同功率输出的控制系统，这样大大节省了大型游戏机制造的采购和管理成本；