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专利号: 201810389086X
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:

1.一种用于骑行训练系统的实景运动控制方法,其特征在于,所述方法包括以下步骤:步骤1:动态拟合坡度数据:先对实景坡度数据的前M个数据进行曲线拟合,然后再对此拟合曲线进行1/n级的密集采样,随着骑行的进行,向后移动N个后再取M个数据进行曲线拟合,然后再对此拟合曲线进行1/n级的密集采样,然后将前n*N个数据与之前采样数据中对应的n*N个数据相加取平均,将这组数据作为实时的坡度数据,得到实时的坡度数据;

步骤2:分段多项式拟合功率:分档位测出对应挡位的功率‑速度采样点,然后进行分段多项式曲线拟合,得到一组最终的功率;

步骤3:功率倒推视频播放速度:根据实时骑行速度v下对应的功率数据P,加入对应情况下滚阻F滚阻、空气阻力F空气阻力、重力F重力的受力情况F,最后通过P=F*V倒推出一个新的速度V作为画面推进的速度;

所述步骤3中,功率倒推算法的步骤如下:步骤3.1:计算F滚阻,参数用来适应道路的坡度和轮胎的摩擦系数,令Crr为0.005,坡度G的单位为%,人重和自行车车重W的单位为kg,滚阻计算公式:2

F滚阻=9.8067(m/s)*cos(arctan(G/100))*W(kg)*Crr步骤3.2:计算F空气阻力,空气阻力的大小由骑行速度v,人和自行车与空气接触的面积,空2

气密度以及系数Cd决定;在实际计算中接触面积A设为0.509m ,空气密度Rho设为1.226kg/3

m,系数Cd为0.509,空气阻力计算公式:2

F空气阻力=0.5*Cd*A*Rho*(v(m/s))步骤3.3:计算F重力,重力的大小由人和自行车车重W单位为kg和坡度G单位为%决定,重力计算公式:2

上坡时的重力:F重力=9.8067(m/s)*W(kg)*sin(arctan(G/100))2

下坡时的重力:F重力=‑9.8067(m/s)*W(kg)*sin(arctan(G/100))步骤3.4:受力情况的分析:

上坡时:F阻力=F滚阻+F重力+F空气阻力下坡时:F阻力=F滚阻+F空气阻力下坡时,重力F重力是做正功,所以算为推动力;

步骤3.5:根据受力情况倒推新的速度:上坡的速度:V=P(v)/(F滚阻+F重力+F空气阻力)下坡的速度:V=(P(v)+P重力)/(F滚阻+F空气阻力)。

2.如权利要求1所述用于骑行训练系统的实景运动控制方法,其特征在于,所述步骤1中,动态拟合坡度数据的步骤如下:步骤1.1:对实景坡度数据的前M个数据进行曲线拟合,然后再对此拟合曲线进行1/n级的密集采样,取前n*N位作为实时的坡度数据;

步骤1.2:向后移动N位,再取前M个数据进行曲线拟合,再对拟合曲线进行1/n级的密集采样;

步骤1.3:将此次采样的前n*N位和上次采样的(n*N+1)到2n*N这n*N位进行求和取平均,作为实时的坡度数据;

步骤1.4:循环执行步骤1.2、1.3,直到训练结束。

3.如权利要求2所述用于骑行训练系统的实景运动控制方法,其特征在于,所述步骤

1.1中的曲线拟合采用最小二乘法:其中:ki(x)是事先选定的一组函数;ai是待定系数,(i=0,1,2...m,m<n),寻求a0,a1,a2,…,am,使得 最小。

4.如权利要求1~3之一所述用于骑行训练系统的实景运动控制方法,其特征在于,所述步骤2中,分段多项式拟合功率算法的步骤如下:步骤2.1:分档位测出对应挡位D的功率‑速度采样点(pi,vi);

步骤2.2:对各档位D下的功率‑速度采样点(pi,vi)进行多项式拟合,得到对应档位的功

2 m

率函数PD=a0+a1*v+a2*v+...am*v;

步骤2.3:将步骤2.2得到的功率函数整合到一起得到最后按档位分段的功率算法P(v)=fi(v)(i=D)。

5.如权利要求4所述用于骑行训练系统的实景运动控制方法,其特征在于,所述步骤

2.2中采用多项式拟合的方法来拟合各档位下的功率函数,也就是求多项式:PD=a0+a1*v+

2 m

a2*v+...am*v∈Πm(m+1<n),使得

将方程整理,得到:

然后把这些等式转化成矩阵的形式,得到下面的矩阵:然后将这个范德蒙行列式简化后得到:记作VA=P,求解系数矩阵A,也就得到拟合的功率算法P(v)。