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专利号: 2018101182664
申请人: 浙江工业大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
专利领域: 计算;推算;计数
更新日期:2023-12-11
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种基于模型的虚拟自行车骑手骑速的计算方法,其特征在于:利用虚拟骑手模型,对虚拟骑手进行受力分析,并分析影响骑手骑行动力的各个因素,结合牛顿第二定律计算加速度,计算虚拟骑手的骑行速度,其中,所述的受力分析包括以下步骤:(1.1)风阻的计算公式为:其中,C代表空气阻力系数,ρ为空气密度,S为物体迎风面积,V为物体与空气的相对速度;

(1.2)根据骑行的赛道,滚动摩擦力的计算公式为:Fg=μ(m+M)g

其中,μ代表滚动摩擦系数,m和M分别为运动员和车的质量,g为重力加速度;

(1.3)爬坡阻力的公式为:Fd=(m+M)gsinθ其中,θ为坡面角度;

(1.4)计算虚拟骑手骑行时受到的总阻力之和:FS=FW+Fg+Fd

所述影响骑手骑行动力的各个因素包括以下步骤:(2.1)给定一个比例函数λ1来根据骑行距离的不同而调整骑手的骑行作用力:其中,x为骑行距离,l为赛道总长度,α为一个常数,用来调节作用力的影响大小;

(2.2)排名的影响函数λ2:其中,n为骑手当前排名,N为骑行总人数,β为一个常数,用来调节作用力的影响大小;

(2.3)体能对作用力的影响函数:TN为体能参数;

骑手的加速度表示成如下形式:该公式表示骑手的动力受到体能剩余量以及排名和骑行距离的影响,骑手骑行时的动力会有一定波动,因此,加入了随机力η(t);

根据速度的计算公式求出骑手的速度:

2.如权利要求1中所述的一种基于模型的虚拟自行车骑手骑速的计算方法,其特征在于:所述步骤(2.3)中的体能对作用力的影响函数将通过体能值的剩余量来表现,体能模型的表达包括如下步骤:

(2.3.1)根据热指数计算方法,计算热指数Idx,将热指数用一个[0,1]之间的系数I表示:

(2.3.2)体能参数为TN,该参数值为0到1,当TN为0时,说明此时骑手体力消耗殆尽;当TN为1时,说明此时骑手体力充沛;

由此提出一种基础体能恢复模型:TN←min{TN+UT·Δt,1}其中UT决定了体能恢复速度的快慢;

基础体能恢复模型的公式修改为如下形式:TN←min{TN+UT·Δt·(1‑I),1},TN∈[0.8,1]TN←min{TN+UT·Δt·(1‑I),0.8},TN∈[0,0.8]I为热指数的系数,I的值升高说明环境变恶劣,此时体能恢复偏慢;

(2.3.3)体能的消耗速度受骑行速度和环境温湿度的影响,且与骑行速度成正比,体能参数TN的计算公式为:

其中,k为一个常数用来调节功率所消耗体能的转化率,环境越差,参数I的值越大,体能消耗加剧,WS代表运动员所拥有的总能量,TU即体能恢复函数。

3.如权利要求2所述的一种基于模型的虚拟自行车骑手骑速的计算方法,其特征在于:所述步骤(2.3.2)中,当骑手喝下运动饮料后,在之后的一段时间t内,调用如下体能恢复函数:

TN←min{TN+UT·Δt·(1‑I)·(1+γ),1},TN∈[0.8,1]TN←min{TN+UT·Δt·(1‑I)·(1+γ),0.8},TN∈[0,0.8]γ为一个(0,1)之间的值,取值依照运动饮料的类型而定,其值越大说明体能恢复速度越快。

4.如权利要求2所述的一种基于模型的虚拟自行车骑手骑速的计算方法,其特征在于:所述步骤(2.3.1)中,计算热指数:

2 2

Idx=f(T,RH,Vf)=45.6026‑2.3107T‑0.3683RH+9.7092Vf+0.05492T+0.00121RH +2

0.66329Vf+0.0128968TRH‑0.300928TV‑0.05952RHVf公式中T代表环境温度,RH代表环境湿度,Vf代表风速;

当Idx≤24时,说明当前环境最佳;

当24<Idx≤27时,说明当前环境适宜;

当27<Idx≤30时,说明当前环境略不适;

当Idx>30时,说明当前环境极其不佳;

将热指数用一个[0,1]之间的系数I表示: