人体生物力学在自行车方面的应用

◇科技论坛◇　科技圈向导　２０１４年１１期　国内外关于自行车在生物力学方面的相关研究　胡开均，濮磊磊２　（１．上海体育学院中国上海２００４３８；２．上海市朱家角中学中国上海２０００００）　自行车作为一种便捷环保的交通工具．一直受到人们的喜爱　同　时．自行车也是一种很好的运动休闲的方式．然而与一般性运动项目　如跑步、游泳所不同的是自行车运动还需要人与机械的良好的结合。　在以往的自行车研究中．对自行车骑行过程中姿势控制的研究是比较　热门的．在这些研究中设计者主要集中对自行车材质的研究　另一方　面生理学家努力地从人的角度来解释分析．他们研究在自行车运动中　什么合适的运动技术来蹬车达到最佳的工作能力．生理学家从这一角　度来分析往往却使用在现实生活在最标准的自行车．没有很好地考虑　自行车材质方面的因素　１．不同姿势下骑行的研究现状　在各种不同的骑行姿势下．人体的工作状况、效率都有很大的差　异．因此人体肌肉的长度、肌力作用线方面、多关节肌的特性等都存在　一定差异，进而必然影响肌肉力量、力矩的产生和传递。生理机制方　向，由于身体姿势的不同．呼吸、循环系统都会受到一定的影响，运动　系统消耗的能量也必然有所不同　另外．适合的骑行姿势还要求尽可　能的减小正面迎风面积。使身体趋于流线型，减小空气阻力等。　在ＧｏｎｚａｌｅｚＨ和ＨｔｉｎＭＬｍ关于自行车生物力学模型．自行车和下　肢被看成连接在一起的五个环节．被限制在一个矢状面内的运动．运　动员在骑行过程中．人体通过车座．两个把手和两个踏板与自行车结　合为一个整体．他们之间的相对位置决定了上体角度、座高已经受试　者脚在踏板上的位置等参数．通过这些相互之间的参数．产生了在自　行车运动过程中的不一样的骑行姿势　当需要长时间骑自行车时．要　根据个人的实际情况要调整好车座高．有研究发现．适量的车座高度　可让踝关节部分代偿膝关节机械用力．从而有效地减少膝关节前交叉　韧带和髌骨软骨的损伤｛２１　由于在以往的研究中各个学者得出的结论都是具有一定差异的．　因此在分析他们的结论时也要充分考虑到他们研究中的侧重点。　Ｓｈｅｎｎｕｍ　ＰＬ等人研究了摄氧量与座高之间的相互关系．得出的结论　是座高升高伴随着摄氧量的增加　ＭａｎｄｒｏｕｋａｓＫ等研究得出的主要结　论是高低两种座椅位置．座椅较高位置时做功更加积极有效．而座椅位　置较低时．做功效率就比较低下．他分析了当膝关节充分伸展时．获得　的效率更高，而且主观感觉比较舒服、轻松，反之亦然，但是他的一些研　究结果并不是完全吻合的．他在研究关于膝关节角度在功率自行车上　运动时对人体循环系统的影响．得出的结论是心率、摄氧量等一些基　本参数在直膝１８０￣时比屈膝１４０。时更高　这种差异可能是由于研究　的侧重点的不同而导致的．ＭａｎｄｒｏｕｋａｓＫ研究主要集中在最大功率。而　Ｎｏｒｄｅｅｎ－Ｓｎｙｄｅｒ、ＳｈｅｎｎｕｍＰＬ等研究主要集中在有氧状态的情况下　２．蹬踏频率的相关研究　众所周知蹬踏频率是影响自行车运动过程中速度的一项重要因　素．蹬踏频率的高低与蹬踏动作过程中的相关蹬踏技术是密不可分　的．在自行车不同的比赛项目中．应该根据自行车运动员自己的身体　特点，参赛气候．参赛的硬件条件比如说比赛的赛道等因素来调整相　应的蹬踏频率　目前关于蹬踏频率的研究国内国外进行了相应的报　道，而且得出的结论也大致一致　前苏联学者Ｂ．Ｂ．吉莫申科夫通过对　自行车运动的长期训练发现．在蹬踏动作的过程中．当自行车齿轮的　各个接触点接触瞬间角速度越接近于一个恒定的数值．那么就越有利　于参赛运动员合理体能的节省．并且根据他的结论首先提出了圆滑度　理念．可以根据这个理念来评定运动员在运动过程中的蹬踏技术的好　坏。我国学者郑晓鸿等对优秀女子运动员场地自行车蹬踏状态进行了　相应的研究．选取的研究对象是人选奥特兰大奥运会入场券的４名优　秀运动员．通过他的研究发现．当蹬踏频率在１００—１３０ｒｐｍ时的曲柄转　动圆滑度最好．当蹬踏频率低于１００ｒｐｍ时的圆滑度相应的降低．当蹬　踏频率低于８５ｒｐｍ时的圆滑度则极差．分析圆滑度的相互关系还设计　到运动员训练水平的高低因素．训练水平高的运动员则圆滑度较高　相子元等研究显示．以踩踏作用力的变化趋势为依据．未受训练者在　不同踩踏频率间．最佳效率的踩踏频率为６０ｒｐｍ。国外对于圆滑度的　研究不仅局限于如上几个方面，Ｇｏｎｚａｌｅｚ　Ｈ和Ｈｕｕ　Ｍ　Ｌｌ研究发现，他　们利用下肢机械模型发现当蹬踏频率在１００ｒｐｍ时．人体的能量消耗　为最低，当蹬踏的负荷功率提高时相应的蹬踏频率也随之提高。此外，　人体的形态学指标也会对蹬踏的最佳频率带来一定的影响：身材较低　的人比身材较高人的最佳蹬踏频率大　３．表面肌电在研究自行车项目中的应用　在目前的科学研究中有关于肌电与座椅高度的文章是比较少的．　并且得出的结论都不是单一性的．Ｈｕｎ　ＭＬ和Ｉ　Ｊｏｒｇｅ　Ｍ发现．肌电的　活动情况与座椅高度之间的关系比较复杂．结论是股四头肌随着座椅　高度的增加放电量减少的一个情况．伸肌的拮抗剂和原动肌肉在登伸　这一过程中都同时收缩．但是峰值却不重叠　ＥｒｉｃｓＯｉｌ　Ｍｏ等人的研究　是不同的负荷、蹬车效率、座椅高度条件下，腓肠肌、股内外侧肌的是　这些肌肉中最活跃的．但是随着座椅高度的增加．腓肠肌内侧头．臀中　肌却是最活跃的肌肉　罗炯等团队的研究中．关于在不同座椅高度条　件下肌肉放电量是没有明显的规律性的．得出的结论只是在１０１％座　椅高度条件下肌肉的放电总和是最小的　结合这些理论分析．在实践　中．澳洲场地自行车运动员在运动中所采用的座椅高度与以上的研究　是比较一致的．大多数座椅高度都在１００％下肢长度左右　４．不同座高下能耗的相关研究　目前对于调整自行车大小以便到最安全．最舒适和最有效地状态　的研究很少　调整自行车符合个人需要的一些运动指南已出版．但这　些不是真正基于科学的研究结果　只有一个研究着眼于自行车车座高　度有效性　该有效性的测试标准是体能输出测试．该测试需要测试者　在最短的时间内负载达到５００ｋｇｒｒｄｍｉｎ　Ｈａｍｌｅｖ和Ｔｈｏｍａｓ发布的该研　究中总结指出在１０９％车座高度时．摄氧能量输出最有效　在有氧运动　时车座高度变化对氧耗的影响的问题还没有解决例如人们注意到自　行车的大小对关节角度有影响．可能是由于自行车的大小引起关节处　的角度变化．特别是座椅的高度变化　Ｓｈｅｎｎｕｍ　ＰＬ等研究发现摄氧量　会随着座位高的升高而增加．研究结果显示．座高为１１２％坐骨高时．　受试者的摄氧量最大．座高为１００％～１０３％坐高时耗氧量最小　从以上的文献综述可以看出．当下国内外研究呈现以下特征　以　往关于骑行姿势的研究主要集中在对人体健康系统的影响方面　在有　关于动力学方面所涉及的参数是非常有限的．关于肌电在自行车不同　骑行姿势下的研究是非常少的　因此在前人的研究基础上．配合肌电　Ｊｌ　学、能量消耗等来进一步剖析是非常有必要的。　【参考文献】　『１］Ｇｏｎｚａｌｅｚ，Ｈ．＆Ｈｕｌｌ，Ｍ．Ｍｕｌｔｉｖａｒｉａｂｌｅ　ｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎ　ｏｆ　ｃｙｃｌｉｎｇ　ｂｉｏｍｅｃｈａｎｉｃｓ．　Ｊｏｕｒｎａｌ　ｏｆ　ｂｉｏｍｅｃｈａｎｉｃｓ　２２，１１５１－１１６１（１９８９）．　［２］Ｂｉｎｉ，Ｒ　Ｒ．，Ｔａｍｂｏｒｉｎｄｅｇｕｙ，Ａ．Ｃ．＆Ｍｏｔａ，Ｃ　Ｂ　Ｅｆｆｅｃｔｓ　ｏｆ　ｓａｄｄｌｅ　ｈｅｉｇｈｔ，ｐｅｄａｌｉｎｇ　ｃａｄｅｎｃｅ，ａｎｄ　ｗｏｒｋｌｏａｄ　ｏｎ　ｊｏｉｎｔ　ｋｉｎｅｔｉｃｓ　ａｎｄ　ｋｉｎｅｍａｔｉｃｓ　ｄｕｒｉｎｇ　ｃｙｃｌｉｎｇ．Ｊｏｕｍａｌ　ｏｆ　ｓｐｏｒｔ　ｒｅｈａｂｉｌｉｔａｔｉｏｎ　１９（２０１０）　（上接第１７１页）６．结论　至目前我厂２台机组的凝泵变频改造工作均已结束．并已经安　全稳定运行了近２年时间。我厂在改造设计时吸取了兄弟电厂变频改　造的经验教训，并结合现场实际情况，充分利用现有场地及设施，减　少了设备投资及施工量，在调试过程中与厂家技术人员充分沟通．　确保了变频设备投运的一次成功。可以说此次进行的凝结水泵变频改　造是相当成功的，在满足机组的安全运行工况的前提下，取得了良好　的节能效果，延长了设备的检修周期，减少了设备维护量，值得大力　推广。露　

Technology Application

技术应用DCW

207数字通信世界2019.011 物联网技术概述

物联网（Internet of Things）概念最早于1999年由美国麻省

理工学院（MIT）提出，早期的物联网是指依托RFID（Radio Frequency Identification）技术和设备，按约定的通信协议与互联

网结合，使物品信息实现智能化识别和管理，实现物品信息互联、

可交换和共享而形成的网络。其中网络层根据采用不同的技术接

入方案，可以分为NB-IoT、Lora、Zigbee、Wi-Fi、蓝牙等几种制式，

如表1所示。

表1 不同物联网网络技术对比

2 NB-IoT优势及技术特点

NB-IoT是第三代合作伙伴计划3GPP（3rd Generation Partner-

ship Project）组织提出的一种面向低频、小包、时延类不敏感窄

带物联网技术。3GPP规定了物联网网络技术解决方案的5个标

准包括，Cat.4（R8）；Cat.1（R8）；Cat.0（R12）；Cat.M1（R13）；Cat.NB-1（R13）；分别在LTE（Long Term Evolution）规范的不

同版本中提出，如表2所示：

表2 五种技术标准的特点区别

由NB-IoT技术的参数特点可以看出，它的最大上下行峰值

速率，在采用Multitone格式时，最大仅能达到250Kbps，是一种

典型的窄带物联网技术，它支持大量低功耗设备通过蜂窝数据建

立广域连接，更加适合智能家居、共享单车、物流追踪、智能抄

表等方面场景。NB-IoT所占用的频段为license频段，对网络无

线频谱资源消耗极少仅200K，核心网部分还可共用运营商现有

的4G网络核心网，同时NB-IoT具备覆盖广、功耗低、海量连接、成本低等四方面的突出优势，因此成为国内几家运营商优先采用

的窄带物联网技术标准之一。NBIoT技术具备如此多的优点，主

要依靠多种技术的组合来实现。

运动生物力学（Biomechanics of Movement）是研究人体运动过程中力学规律和生物学原理的学科。它关注人体运动的力和能量、运动控制、运动技术以及人体结构和功能如何影响运动表现。运动生物力学是体育科学学科体系的重要组成部分，为体育教育、运动训练、运动康复等领域提供理论支持。

运动生物力学的研究内容主要包括：

1. 力学原理在人体运动中的应用：研究力和能量如何影响人体运动，如何通过力学原理分析和解释人体运动。

2. 人体动作结构的生物力学基础：研究人体骨骼、肌肉、关节等结构如何影响运动，以及运动过程中这些结构的相互作用。运动效能评估：计算和分析能量输出、功率、效率等参数，为提高运动员成绩提供依据。

3. 人体运动的生物力学原理：研究人体运动过程中的动力学、静力学、运动学等问题，以及这些原理如何应用于运动技术分析和改进。

4. 运动伤害机制与预防：探讨运动过程中可能导致伤病的生物力学因素，并提出改善训练方法和技术以减少受伤风险。

5. 运动器械设计与改进：根据生物力学原理优化运动装备的设计，如跑鞋、泳衣、自行车等，提升运动员使用器械时的表现。

6. 运动员个性化训练：针对不同运动员的身体结构、生理特征及技术特点，制定个性化的训练方案和恢复策略。

[单车课堂]什么是bike fitting(图文)

Bike Fitting，就是将你踩车时的位置和姿势，调校至你能舒适地踩到最快的速度，bike

fitting会使你的骑行保持在更好的状态，并减少因为姿势不对或者单车尺寸不合适引起的种种自行车病，我们一同来了解一下Bike Fitting。

什么是bike fitting

Bike Fitting 是一个程序，这个程序是要协助骑手去选择及设定单车配件，让单车的设定是最适合骑手的骑乘目标。一般来说，一个骑手的乘骑目标包括舒适、效率及安全。而单车配件包括单车鞋、鞋垫、码码、座垫、立管、把手、把布、车架、盔等等。

Bike fitting 有分不同的程度，愈是要精确，所需的工作时间愈长，所需的知识及科技愈高。一般业余爱好者理想的Bike Fitting，一般要2-5小时。而对一个冠军级的职业运动员而言，要求是一个深入及齐全的 Biking Fitting 工作需要5至 30个工作天去测试及设定。

bike fitting的历史演进

Bike Fitting 这个词约是在1980~90年代出现，在此之前，并没有一个约定俗成的名词，但已有许多自行车业相关人士，在研究自行车硬体与人体之间的关系。

在数十年前，车架尺寸与几何，是由车架师傅为骑士们决定，或是骑士与车架师傅沟通协调而成。决定方法不外乎是丈量骑士的的身体各部位长度（例如身高，腿长，躯干长），再凭师傅的个人经验决定车架大小。（Colnago的创始老板，Ernesto Colnago先生帮骑士决定车架大小）

早期决定座垫高度的方式，是让人坐在座垫上，将脚打直，曲柄处在6点钟立置，脚根能踩在踏板上，这时的座垫高便为适当的高度。但这并没有任何的科学统计能 验证是否有效，因为它并没有考量大腿和小腿长的交互关系。这个法则因为简单且容易，所以广为在自行车车店和消费者之间流传使用，不失为一个自行车设定的出发点。