本實(shí)用新型涉及騎行能力分析技術(shù)，尤其是涉及一種騎行能力分析系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

隨著騎行健身愛好者的日益增多，人們對(duì)騎行方式也日益推崇，由于不同人群的騎行能力不同，故騎行過程中經(jīng)常性因騎行能力不夠而導(dǎo)致過渡騎行而影響身體健康，甚至影響生命安全。因此，準(zhǔn)確的評(píng)價(jià)自身的騎行能力以便于規(guī)劃更加合理的騎行距離和騎行線路對(duì)于騎行者來說十分重要，而目前騎行能力均采用計(jì)時(shí)法、勻速法等，即騎行者僅僅通過測(cè)速碼表或計(jì)時(shí)器簡(jiǎn)單評(píng)價(jià)自己的騎行能力，其存在較大的局限性，不能滿足騎行者的現(xiàn)有需求。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本實(shí)用新型的目的在于克服上述技術(shù)不足，提出一種騎行能力分析系統(tǒng)，解決現(xiàn)有技術(shù)中測(cè)速碼表、計(jì)時(shí)器功能單一、局限性大的技術(shù)問題。

為達(dá)到上述技術(shù)目的，本實(shí)用新型的技術(shù)方案提供一種騎行能力分析系統(tǒng)，包括用于測(cè)量騎行車速的測(cè)速碼表、用于測(cè)量騎行車在豎直方向上的加速度的加速度傳感器、用于輸入?yún)?shù)和顯示騎行數(shù)據(jù)的觸摸屏、用于測(cè)量騎行坡度的坡度計(jì)、用于檢測(cè)人體騎行姿態(tài)的姿態(tài)傳感器、用于供電的電源、用于檢測(cè)騎行者心率的心率帶、用于處理數(shù)據(jù)的處理器及用于存儲(chǔ)數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)器；所述測(cè)速碼表、加速度傳感器、觸摸屏、坡度計(jì)、姿態(tài)傳感器、電源、存儲(chǔ)器、心率帶均與所述處理器連接。

優(yōu)選的，所述測(cè)速碼表、姿態(tài)傳感器、心率帶均與所述處理器無線通信連接。

優(yōu)選的，所述測(cè)速碼表、姿態(tài)傳感器、心率帶通過ant+、藍(lán)牙或zigbee與所述處理器無線通信連接。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實(shí)用新型通過采集騎行過程中的相關(guān)參數(shù)和騎行數(shù)據(jù)獲取騎行者在不同階段的騎行功率和騎行時(shí)間，計(jì)算騎行者克服阻力所做的功、單位心率下的功率輸出、相鄰兩個(gè)騎行階段的功率輸出變化值并判斷騎行者騎行能力范圍，騎行者可根據(jù)上述數(shù)據(jù)準(zhǔn)確判斷自己的騎行能力，并根據(jù)騎行能力范圍規(guī)劃騎行距離和線路，其增加了騎行的安全性和健康鍛煉性。

附圖說明

圖1是本實(shí)用新型的騎行能力分析方法的流程圖；

圖2是本實(shí)用新型的步驟S1的子流程圖；

圖3是本實(shí)用新型的騎行能力分析系統(tǒng)的連接結(jié)構(gòu)示意圖；

圖4是本實(shí)用新型的騎行能力分析系統(tǒng)的連接框圖。

具體實(shí)施方式

為了使本實(shí)用新型的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合附圖及實(shí)施例，對(duì)本實(shí)用新型進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實(shí)施例僅僅用以解釋本實(shí)用新型，并不用于限定本實(shí)用新型。

請(qǐng)參閱圖1～4，本實(shí)施例提供了一種騎行能力分析方法，包括如下步驟：

S1、獲取騎行者在各個(gè)騎行階段的騎行功率和騎行時(shí)間，并通過各個(gè)騎行階段的騎行功率和騎行時(shí)間計(jì)算騎行者克服阻力所做的功；

為了便于獲取各個(gè)騎行階段的騎行功率和騎行時(shí)間，本實(shí)施例所述步驟S1包括：

S11、根據(jù)騎行坡度將騎行路程分隔形成連續(xù)的多個(gè)騎行階段；

具體騎行時(shí)，本實(shí)施例根據(jù)坡度將騎行線路分隔成多個(gè)騎行路段，即當(dāng)坡度不發(fā)生明顯變化時(shí)，其記作一個(gè)騎行路段，該騎行路段的坡度可作為基準(zhǔn)坡度，若當(dāng)前坡度相對(duì)基準(zhǔn)坡度發(fā)生明顯變化時(shí)，具體可設(shè)置一個(gè)范圍，當(dāng)坡度變化超過該范圍時(shí)，則上一騎行路段結(jié)束并進(jìn)入當(dāng)前騎行路段，然后當(dāng)前騎行路段的坡度作為基準(zhǔn)坡度，當(dāng)坡度變化再次超過設(shè)定范圍時(shí)，則進(jìn)入下一騎行路段，且下一騎行路段的坡度作為基準(zhǔn)坡度，依次循環(huán)至騎行結(jié)束。通過上述坡度變化將整個(gè)騎行線路分隔為多個(gè)騎行路段，而每個(gè)騎行路段則為一個(gè)騎行階段，由于每個(gè)騎行階段的坡度不同，故騎行過程中每個(gè)騎行階段的阻力不同，其對(duì)應(yīng)的騎行克服阻力做功也是不同。故本實(shí)施例獲取每個(gè)騎行階段的騎行功率和騎行時(shí)間，從而計(jì)算騎行過程克服阻力做功，其準(zhǔn)確性高。

S12、獲取騎行者在各個(gè)騎行階段的騎行阻力和騎行速度；

由于騎行阻力主要由滾動(dòng)阻力、空氣阻力、重力阻力組成，具體可采用以下公式計(jì)算，即F＝Fg+Fk+Fz，F(xiàn)為騎行阻力，F(xiàn)g為騎行受到的滾動(dòng)阻力，F(xiàn)k為騎行受到的空氣阻力，F(xiàn)z為騎行受到的重力阻力。

其中，滾動(dòng)阻力主要為騎行過程中騎行車在地面滾動(dòng)形成的阻力，其具體計(jì)算公式為：

Fg＝Xz*(Mc+Mr)*Xl*Cosα (2)

其中，F(xiàn)g為騎行受到的滾動(dòng)阻力，Xz是騎行車的滾動(dòng)阻力系數(shù)，Mc為騎行者的重量，Mr為騎行車的重量，Xl為路面的阻力系數(shù)，α為路面的坡度角。

滾動(dòng)阻力系數(shù)Xz可根據(jù)車輛的車型、輪胎類型確定；騎行者和騎行車的重量則可通過稱重獲取；路面的阻力系統(tǒng)一般通過路面狀況確定，例如水泥路面、瀝青路面、土路和石子路等路面狀況不同，其摩擦系數(shù)也明顯不同，故為了便于獲取路面的阻力系數(shù)，本實(shí)施例通過加速度傳感器或重力傳感器檢測(cè)騎行車在豎直方向上的加速度變化頻率或重力變化頻率，進(jìn)而判斷騎行的振動(dòng)頻率，然后根據(jù)不同路面設(shè)置不同的振動(dòng)值范圍，當(dāng)騎行的振動(dòng)頻率位于對(duì)應(yīng)的振動(dòng)值范圍時(shí)，則調(diào)用與振動(dòng)值范圍相對(duì)應(yīng)的路面摩擦系數(shù)；路面的坡度角可通過坡度計(jì)實(shí)時(shí)測(cè)量，具體騎行時(shí)，每個(gè)騎行階段的坡度角理論上可認(rèn)為成一個(gè)定值，為了簡(jiǎn)化計(jì)算，本實(shí)施例以每個(gè)騎行階段的理論定值作為路面坡度角，或者將每個(gè)騎行階段內(nèi)測(cè)定的多個(gè)坡度角取平均值作為該騎行階段的坡度角。

而所述空氣阻力的計(jì)算公式為：

Fk＝1/16*A*Cw*(Vq+Vz*Cosβ)² (3)

其中，F(xiàn)k為騎行受到的空氣阻力，A為迎風(fēng)截面面積、Cw為風(fēng)阻系數(shù)，Vq為騎行者的騎行速度，Vz是自然界的風(fēng)速，β為風(fēng)向與騎行方向反向的夾角。

迎風(fēng)截面面積可根據(jù)騎行者的身高、體重和騎行姿態(tài)確定，其具體根據(jù)身高和體重參數(shù)形成對(duì)應(yīng)的最大迎風(fēng)面積，例如身高178～180cm、體重76～80kg的迎風(fēng)面積為一個(gè)定值，而身高178～180cm、體重71～85kg為另一定值，而為了最大迎風(fēng)面積的準(zhǔn)確性，也可將直接測(cè)量人體的最大迎風(fēng)面積，而騎行姿態(tài)可通過姿態(tài)傳感器獲取，每個(gè)對(duì)應(yīng)的姿態(tài)均與一姿態(tài)參數(shù)相對(duì)應(yīng)，姿態(tài)參數(shù)與最大迎風(fēng)面積的乘積即為迎風(fēng)截面面積；風(fēng)阻系數(shù)為一常數(shù)；騎行者的騎行速度可通過測(cè)速碼表實(shí)時(shí)測(cè)量；自然界的風(fēng)速以及風(fēng)向與騎行方向反向的夾角則可通過氣象預(yù)報(bào)獲取。

所述重力阻力的計(jì)算公式為：

Fz＝(Mc+Mr)*g*Sinα (4)

其中，F(xiàn)z為騎行受到的重力阻力，Mc為騎行者的重量，Mr為騎行車的重量，g為重力常數(shù)，α為路面的坡度角。

騎行者和騎行車的重量則可通過稱重獲?。恢亓Τ?shù)為一常數(shù)；路面的坡度角與前述基本相同。

S13、根據(jù)騎行阻力和騎行速度計(jì)算各個(gè)騎行階段的騎行功率。

本實(shí)施例所述騎行功率的計(jì)算公式為：

P_i＝F_i*V_i (1)

其中，P_i為第i階段的騎行功率，F(xiàn)_i為第i階段受到的騎行阻力，V_i為第i階段的騎行速度，i為自然數(shù)。

通過公式(2)、(3)、(4)可獲取騎行阻力，而每個(gè)階段的騎行速度均可通過測(cè)速碼表測(cè)量，故本實(shí)施例每個(gè)階段的騎行功率可通過公式(1)計(jì)算獲得，由于每個(gè)階段內(nèi)的騎行阻力和騎行速度可能不斷發(fā)生變化，故本實(shí)施例將每個(gè)騎行階段計(jì)算的多個(gè)騎行功率取平均值即為該騎行階段的騎行功率。

當(dāng)獲取各個(gè)階段的騎行功率之后，則可按以下公式計(jì)算整個(gè)騎行過程中的克服阻力做功：

W＝P₁*T₁+P₂*T₃+P₃*T₃+…..+P_n*T_n (7)

其中，W為騎行過程中克服阻力做功，P₁為第一階段的騎行功率，T₁為第一階段的騎行時(shí)間，P₂為第二階段的騎行功率，T₂為第二階段的騎行時(shí)間，P₃為第三階段的騎行功率，T₃為第三階段的騎行時(shí)間，P_n為第n階段的騎行功率，T_n為第n階段的騎行時(shí)間，n為最后一個(gè)騎行階段。

而且，可將各個(gè)階段的騎行功率和克服阻力做功可判斷騎行者的騎行消耗。

S2、獲取騎行者在各個(gè)騎行階段的心率，計(jì)算各個(gè)騎行階段在單位心率下的功率輸出，功率輸出的計(jì)算公式如下；

N_i＝P_i/HR_i (5)

其中，N_i為第i個(gè)騎行階段的單位心率下的功率輸出，P_i為第i階段的騎行功率，HR_i為第i個(gè)騎行階段的心率。各個(gè)騎行階段的心率可通過心率帶實(shí)時(shí)檢測(cè)，由于騎行者的心率是不斷變化的，故每個(gè)騎行階段的心率為該騎行階段的騎行時(shí)間內(nèi)檢測(cè)的多次心率的平均值。

通過計(jì)算在各個(gè)騎行階段下的單位心率下的功率輸出，當(dāng)單位心率下的功率輸出隨時(shí)間呈遞增狀態(tài)，則說明騎行能力較強(qiáng)。

S3、計(jì)算相鄰兩個(gè)騎行階段的功率輸出變化值；

所述騎行功率變化值的計(jì)算公式分別為：

NP_i＝(P_i+1-P_i)/(HR_i+1-HR_i) (6)

其中，，NP_i為第i個(gè)騎行階段與第i+1個(gè)騎行階段之間的騎行功率變化值，P_i+1為第i+1階段的騎行功率，HR_i+1為第i+1個(gè)騎行階段的心率。

具體操作時(shí)，可根據(jù)多項(xiàng)數(shù)據(jù)判斷分析，例如，當(dāng)克服阻力做功較大，則說明騎行者消耗較大，可根據(jù)克服阻力做功規(guī)劃適合的距離，以便于騎行者能夠達(dá)到健康鍛煉的效果；而對(duì)于單位心率下的功率輸出，可將計(jì)算的多個(gè)功率輸出繪制成曲線，若該曲線相對(duì)騎行時(shí)間呈遞增狀態(tài)，則說明騎行者具有富余騎行體力，該騎行者能夠適當(dāng)延長(zhǎng)騎行距離以促進(jìn)鍛煉效果；當(dāng)功率輸出變化值越大，說明騎行者的心率變化輸出能力越強(qiáng)，其能夠適應(yīng)具有較大坡度的騎行。

故通過本實(shí)施例的騎行能力分析，能夠準(zhǔn)確的了解騎行者的騎行能力，并根據(jù)騎行能力規(guī)劃合適的線路和距離，以保證安全的前提達(dá)到最佳的鍛煉效果。

同時(shí)，如圖1～4所示，本實(shí)施例還提供一種騎行能力分析系統(tǒng)，包括用于測(cè)量騎行車速的測(cè)速碼表1、用于測(cè)量騎行車在豎直方向上的加速度的加速度傳感器2、用于輸入?yún)?shù)和顯示騎行數(shù)據(jù)的觸摸屏3、用于測(cè)量騎行坡度的坡度計(jì)4、用于檢測(cè)人體騎行姿態(tài)的姿態(tài)傳感器5、用于供電的電源6、用于檢測(cè)騎行者心率的心率帶7、用于處理數(shù)據(jù)的處理器8及用于存儲(chǔ)數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)器9；所述測(cè)速碼表1、加速度傳感器2、觸摸屏3、坡度計(jì)4、姿態(tài)傳感器5、電源6、存儲(chǔ)器9、心率帶7均與所述處理器8連接。

其具體作用時(shí)，可通過觸摸屏3將騎行車的滾動(dòng)阻力系數(shù)、騎行者的重量、騎行車的重量、最大迎風(fēng)面積、風(fēng)阻系數(shù)、自然界的風(fēng)速、風(fēng)向與騎行方向反向的夾角、g為重力常數(shù)等可預(yù)知的參數(shù)輸入，處理器8將上述輸入的參數(shù)存儲(chǔ)于存儲(chǔ)器9，并根據(jù)需要調(diào)用；加速度傳感器2可實(shí)時(shí)檢測(cè)騎行車在豎直方向的加速度，而處理器8包括用于獲取加速度傳感器2的加速度信號(hào)的加速度采集模塊801和識(shí)別加速度采集模塊801采集的加速度信號(hào)的變化頻率的頻率識(shí)別模塊802，通過頻率識(shí)別模塊802識(shí)別騎行車的豎直方向的加速度變化頻率，進(jìn)而通過路面摩擦系數(shù)調(diào)用模塊803獲取與加速度變化頻率相對(duì)應(yīng)的摩擦系數(shù)；測(cè)速碼表1可實(shí)時(shí)測(cè)量騎行者的騎行速度，并通過處理器8的速度采集模塊804實(shí)時(shí)采集測(cè)速碼表1檢測(cè)的速度信號(hào)；坡度計(jì)4則實(shí)時(shí)獲取騎行坡度并通過坡度采集模塊805實(shí)時(shí)采集坡度計(jì)4檢測(cè)的坡度信號(hào)；姿態(tài)傳感器5則對(duì)應(yīng)采集騎行者的騎行姿態(tài)，具體可將姿態(tài)傳感器5制作為發(fā)帶，通過檢測(cè)騎行者頭部相對(duì)水平面的角度檢測(cè)其騎行姿態(tài)，其可通過姿態(tài)采集模塊806實(shí)時(shí)采集姿態(tài)傳感器5檢測(cè)的姿態(tài)信號(hào)，并由姿態(tài)參數(shù)調(diào)用模塊807根據(jù)姿態(tài)信號(hào)獲取與姿態(tài)信號(hào)相對(duì)應(yīng)的姿態(tài)參數(shù)；心率帶7可實(shí)時(shí)采集騎行者的心率信號(hào)，并通過處理器8的心率采集模塊808采集心率帶7的心率信號(hào)。

本實(shí)施例通過處理器8的處理運(yùn)算模塊809將觸摸屏3輸入的參數(shù)、摩擦系數(shù)調(diào)用模塊803獲取的摩擦系數(shù)、速度采集模塊804采集的速度信號(hào)、坡度采集模塊805采集的坡度信號(hào)、姿態(tài)參數(shù)調(diào)用模塊807調(diào)用的姿態(tài)參數(shù)、心率采集模塊808采集的心率信號(hào)按公式(1)～(7)進(jìn)行運(yùn)算處理即可獲取各個(gè)騎行階段的騎行功率、輸出功率、騎行功率變化值，而且在該騎行過程中實(shí)時(shí)將運(yùn)算處理的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)于存儲(chǔ)器9內(nèi)，以便于騎行完成后隨時(shí)查看。

其中，為了便于實(shí)現(xiàn)分階段運(yùn)算，本實(shí)施例處理器8還包括坡度信號(hào)比較模塊810和騎行階段調(diào)整模塊811，度信號(hào)比較模塊810用于比較所述坡度采集模塊805采集的相鄰兩次坡度信號(hào)的大小是否超出設(shè)定范圍值，若超出設(shè)定范圍值，則啟動(dòng)騎行階段調(diào)整模塊811，騎行階段調(diào)整模塊811則用于驅(qū)動(dòng)當(dāng)前騎行階段結(jié)束并進(jìn)入下一騎行階段，具體為以當(dāng)前時(shí)間節(jié)點(diǎn)作為當(dāng)前騎行階段結(jié)束時(shí)間，將與當(dāng)前騎行階段相對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)，同時(shí)以當(dāng)前時(shí)間節(jié)點(diǎn)作為下一騎行階段的開始時(shí)間，重新調(diào)用參數(shù)和采集數(shù)據(jù)進(jìn)行運(yùn)算處理、存儲(chǔ)。

在實(shí)際應(yīng)用時(shí)，本實(shí)施例的測(cè)速碼表1僅僅只有測(cè)速部分，且測(cè)速部分位于騎行車前輪位置，而加速度傳感器2、觸摸屏3、坡度計(jì)4、電源6、存儲(chǔ)器9和處理器8則一起集成形成顯示處理部分，其可固定于騎行車的車把手上，而且測(cè)速碼表的測(cè)速部與處理器8連接可直接通過觸摸屏3進(jìn)行騎行速度的顯示，同時(shí)由于姿態(tài)傳感器5設(shè)于騎行者頭部、心率帶7則綁扎于胸口，為了便于處理器8及時(shí)獲取測(cè)速碼表1、姿態(tài)傳感器5和心率帶7的檢測(cè)信號(hào)，本實(shí)施例測(cè)速碼表1、姿態(tài)傳感器5和心率帶7均與所述處理器8無線通信連接，具體可采用ant+、藍(lán)牙或zigbee。

本實(shí)用新型通過采集騎行過程中的相關(guān)參數(shù)和騎行數(shù)據(jù)獲取騎行者在不同階段的騎行功率和騎行時(shí)間，計(jì)算騎行者克服阻力所做的功、單位心率下的功率輸出、相鄰兩個(gè)騎行階段的功率輸出變化值并判斷騎行者騎行能力范圍，騎行者可根據(jù)上述數(shù)據(jù)準(zhǔn)確判斷自己的騎行能力，并根據(jù)騎行能力范圍規(guī)劃騎行距離和線路，其增加了騎行的安全性和健康鍛煉性。

以上所述本實(shí)用新型的具體實(shí)施方式，并不構(gòu)成對(duì)本實(shí)用新型保護(hù)范圍的限定。任何根據(jù)本實(shí)用新型的技術(shù)構(gòu)思所做出的各種其他相應(yīng)的改變與變形，均應(yīng)包含在本實(shí)用新型權(quán)利要求的保護(hù)范圍內(nèi)。