公路自行车的动力学分析及仿真研究.pdf

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1、文章编号：10029826(2014)01—0125—04中国体育科技2014年(第5O卷)第1期CHINASPORTSCIENCEANDTECHN0L0GYVo1．50，No．1，125—128，2014．公路自行车的动力学分析及仿真研究AnalysisontheDynamicsandSimulationofRoadCycling蔡睿，陈亮，何申杰，江崇民，李然，刘智。CAIRui，CHENLiang，HEShen—jie，JIANGChong—min，LIRan，LIUZhi。摘要：自行车骑

2、行是一个受重力、地面支撑力、空气阻力、地面摩擦力等多种力综合作用的过程，而在户外骑行公路自行车因风速和骑行路面的变化受力过程更为复杂。健身车如何在骑行过程中做到现实场景的真实感，不仅需要在视觉上进行表现，更重要的是实现健身车骑行的负荷与实地骑行感觉的一致性。在力学分析的基础上，建立公路自行车骑行过程的动力学数学模型，通过模型求解，分析不同骑行状态下的特征与规律。仿真结果显示，在相对平缓路面上骑行时，速度应保持在12m／s左右；在通过连续起伏路段时，若距离较短可加快骑行速度，若距离较长应降低骑行速

3、度；在以额定功率上坡和下坡骑行时，倾斜度较小的上坡路段和倾斜角度较大的下坡路段对速度影响不大；全力冲刺200m可达到速度的峰值，而2O。～250m是完成冲刺阶段的最佳距离。该组参数将运用于健身车样车的控制系统。关键词：健身车；公路自行车；动力学；模型；仿真Abstract：Cyclingisanintegratedeffectprocessofseveralphysicalforcesincludinggravity，supportforce，airresistanceandgroundfric

4、tion．Forthechangesofairspeedandridingroad，thestressprocessesofoutdoorsroadcyclingaremorecomplex．Intheprocessofriding，howtoproviderealisticscenesliketherealscene，notonlyinthevisual，butalsotoachievethecon—sistencyofexercisebicycleridingloadandactua1rid

5、ingfeelingismoreimportant．Basedontheanalysisofthestress，theresearchconstructedthemathematicalmodelofcyclingprocessofroadbicycleandstudiedthefeaturesandlawsunderdifferentridingconditionsbysolvingthemode1．Thefindingsareasfollows：firstly，speedshouldbema

6、intainedataround12m／Sintherelativelyflatroadriding；secondly，inthecontinuousroilingroad，wecanacceleratetheridingspeedifthedistanceisshort，weshouldreducethespeedifitislonger；thirdly，inratedpoweruphillanddownhil1riding，speedhaslittleeffectwhenthereareth

7、euphillsectionwithsmallerinclinedangleanddownhillsectionwithlargerinclinedangle；lastly，spring200mcanreachspeedpeak．whilethethebestdistancetOthesprintstageis200～250m．Theseparameterswillbeusedforthecontrolsystemofexercisebicycle．Keywords：exercisebike；r

8、oadcycling；dynamics；model；simulation中图分类号：G804．6文献标识码：A随着人们物质文化生活水平的提高，自行车在作为交骑行过程的力学原理复杂，骑行者踩动踏板驱动自行车通工具的同时，也已成为一种体育活动的器械。健身自行时，需要克服由车体、地面和空气造成的诸多阻力，而骑行车可以模拟户外骑行的用力和做功过程，可以起到与公路中的加减速、路线、风向等因素的实时变化都会综合影响白行车相似的健身效果。交互式健身自行车集计算机技收稿日期：20120828；修订日期：2013