Оценка качества педалирования велосипедиста

Анализ техники педалирования велосипедиста характеризуется многообразием подходов исследователей к их оценке, методов контроля и измерений, форм трактовки полученных результатов, а также рекомендаций по их практическому использованию. В настоящей статье разработана методика оценки качества педалирования велосипедиста, на основании которой можно в дальнейшем проводить исследования с целью увязывания многообразных факторов, влияющих на этот весьма сложный и высокочастотный с точки зрения биомеханики циклический процесс.

Циклический характер основного функционального движения велосипедиста — педалирования — является определяющим фактором при рассмотрении проблемы техники педалирования. Многочасовые велогонки, особенно многодневные требуют от спортсмена осмысленной экономии энергии, находящей свое выражение в рациональной технике педалирования. Экономичное педалирование — залог успеха гонщика при прочих равных условиях. В моменты максимальной усталости организма оно позволяет при незначительных усилиях поддерживать высокую скорость движения, а на решающих этапах гонки — выполнять работу с наивысшей отдачей. Еще более повышенные требования к качеству педалирования предъявляются в индивидуальных, командных и гитовых гонках на треке, в которых фактор быстрой утомляемости организма гонщика оказывает серьезное влияние на характер педалирования в заключительной фазе гонки и, как следствие этого, снижает КПД системы сгонщик — велосипедист».

Таким образом, объективная оценка качества педалирования велосипедиста является решающей задачей в исследовании этого процесса.

Основным фактором, с точки зрения механики обеспечивающим привод велосипеда, является крутящий момент от приложенного усилия к педали. В дальнейшем он принят в качестве основной единицы измерения, показывающей количественную и качественную взаимосвязь «биологического» двигателя — организма велосипедиста, совершающего работу, и велосипеда как механической системы, потребляющей эту работу с определенной эффективностью, в основе которой лежит качество педалирования.

На качество педалирования при общепринятой конструкции гоночного велосипеда может оказать влияние целый ряд факторов: посадка велосипедиста, степень его тренированности, физиологические, эмоциональные характеристики и т. д. При этом необходимо отметить, что далеко не все перечисленные факторы могут быть учтены в полном объеме.


Для анализа комплексного влияния перечисленных факторов на качество педалирования был использован хорошо известный тензометрический метод, различные варианты и результаты использования которого неоднократно описывались в литературе. Система, примененная в настоящем исследовании, позволяет вести регистрацию крутящих моментов на обоих шатунах велосипеда и углах их поворота, а также воспроизводить фазовую картину изменения крутящего момента на велосипеде, установленном на обычном велостанке. Для регистрации оценки педалирования система предусматривает индукционную установку, смонтированную на оси заднего ролика велостанка. Установка позволяет плавно менять и контролировать момент сопротивления, создаваемый в процессе исследования.

Исследованию были подвергнуты всего два спортсмена. Подученные результаты позволяют продемонстрировать эффективность предлагаемого метода оценки качества педалирования и внести необходимую коррекцию. Следует отметить, что используемая аппаратура пока еще технически не совершенна и не позволяет осуществить оперативную обратную связь для реализации управления качеством педалирования. Аппаратура применялась лишь для получения предварительных данных с целью отработки методики критерия оценок качества педалирования велосипедиста.

Для разработки критериев оценки качества педалирования велосипедиста и иллюстрации метода расчета были выполнены предварительные записи крутящих моментов в функции угла α-поворота шатуна для двух специально подобранных гонщиков: гонщика низкой квалификации на обычном велостанке (рис. 1); этого же гонщика на велосипеде, нагруженном моментом сопротивления (рис. 2); гонщика высокой квалификации на обычном велостанке (рис. 3).

Особенностью представленных на рис. 1—3 графиков является преднамеренное отсутствие масштаба исследуемых функций, так как в процессе эксперимента перед гонщиками ставилась только одна задача — продемонстрировать характерное для них качество педалирования.

Как видно из графиков, характер педалирования в рассматриваемых трех случаях различен. У гонщика низкой квалификации при форсировании нагрузки наблюдается отрицательный крутящий момент на левом шатуне (см. рис. 2), область которого заштриховала. При увеличении числа оборотов путем снятия нагрузки и перехода на более легкий режим педалирования область отрицательного момента хоть и сужается (см. рис. 1), но остается по-прежнему в каждом цикле педалирования. Кривые результирующего крутящего момента характеризуются существенным перепадом экстремальных значений M_max и M_min. Наилучшие показатели крутящего момента наблюдаются у гонщика более высокой квалификации (см. рис. 3).

Полученные экспериментальные данные позволяют продемонстрировать показатели двух критериев К₁ и К₂ оценки качества педалирования, к которым были предъявлены следующие требования: критерии должны быть безразмерными, эффективными, универсальными и иметь физический смысл:



Рассматриваемые критерии имеют следующий физический смысл:

K₁ — неравномерность крутящего момента, определяемого относительно его среднеинтегрального значения;

K₂ — относительная скорость изменения отклонения суммарного крутящего момента за цикл педалирования Т.

Обработка полученных результатов содержит ряд последовательных математических операций, связанных с разложением в ряд Фурье функции крутящего момента, выделением функций его отклонения, вычислением ее производной, определением экстремумов, расчетом численных значений критериев качества педалирования и табулирования полученных функций. Нами была разработана специальная программа для ЭЦВМ, которая предназначалась для последующего обсчета экспериментальных исследований, связанных с расчетом корреляционных функций качества педалирования.

Коэффициенты a_i и b_i разложения в ряд Фурье по четырем гармоникам, представленным на рис. 1—3 кривых крутящих моментов, даны в таблице, где высокий отрицательный порядок коэффициентов в четвертых гармониках (a₂ и b₂; a₃ и b₃; a₄ и b₄) свидетельствует о достаточно высокой точности полученных результатов. При табулировании функции суммарного момента, предусмотренного алгоритмом расчета, были получены ее значения, которые сравнивались с экспериментальными данными. Ошибка отклонения не превышала 2%.


Анализируя полученные результаты, можно констатировать, что критерии качества педалирования К₁ и К₂, приведенные в таблице, чувствительны к изменению педалирования. Это хорошо видно на примере критерия К₁. Критерий К₂ также достаточно чувствителен. При этом надо иметь в виду, что на его численное значение большое влияние оказывает период цикла педалирования, определяющий скорость изменения функции отклонения крутящего момента. Значение критерия К2 для рассматриваемого третьего случая существенно бы снизилось, а для второго случая повысилось при условии равенства периодов педалирования. Из сказанного естественно возникает вопрос, можно ли сравнивать качество педалирования одного и того же гонщика, например, при изменении скорости движения или при изменении передаточного отношения? Это уже является предметом специального анализа, однако можно утверждать, что критерий К₁, оставаясь постоянным в сравнительно небольшом диапазоне изменения передаточного отношения, является наиболее надежным фактором контроля качества педалирования.

Предлагаемая методика оценки качества педалирования может быть использована для оптимального управления тренировочным процессом.

В. П. Любовицкий, доктор технических наук, О. А. Логинов, инженер, оба мастера спорта СССР, Ленинград.

Пока нет комментариев, смелее!