自行车用假人以及骑行系统

本发明属于空气动力学测试领域，具体涉及一种用于风洞实验的自行车用假人以及骑行系统。

背景技术：

1、随着科学技术的进步，精英体育的激烈程度也在日益增强。例如，在奥运自行车比赛中，第一名和第二名之间的差距通常需以毫秒来记。在竞速体育中，由于运动员的高速运动，大部分的阻力都来自空气的阻力，因此降低空气阻力对提升运动员的比赛成绩非常重要。风洞测试已被多国应用于测量运动员的空气阻力。在风洞测试中，气流被以人工的方式产生，用来模拟运动员周围的空气流动状况；运动员和运动器材通常被连接件完全固定或部分固定在一个测力天平上，用以测量空气动力学载荷。除了测量运动员的阻力外，风洞测试也经常被运用于测量与优化自行车的部件和骑行服装。这些测量需要较高的测量精度和重复性，以分辨较小的空气阻力变化。由于运动员自身难以在测试中保持相同的姿势，并在不同批次的风洞试验中保持相同的姿势，阻力测量的可重复性不佳。因此，专用的自行车用假人经常被运用在与自行车的部件和骑行服装相关的风洞测试中。由于自行车用假人的表面形状和安装位置固定，风洞测量的可重复性可得到显著提升，并且测试时长不会受到限制。

2、然而，此类静态自行车用假人也有一些不足。首先，假人的外形是固定的，因此在风洞测试中只能应用一种骑行姿势。而实际上骑行者的骑行姿势对于自行车部件以及骑行服的空气动力学性能也有较显著的影响。例如，在不同的背部角度下，骑行者背部的流动分离情况不同，因此对骑行服的低阻力设计指导产生影响。另外，当自行车的曲柄处在不同的角度时，会连带造成腿部外形改变，并对流场产生显著影响。研究曾发现，在不同的自行车曲柄角度下，骑行者与自行车整体空气阻力差距可达到百分之二十。第三，动态的骑行踩踏过程会产生非稳态的流场结构。这也是自行车空气动力学的一个显著特征。静态假人无法反映这个动态过程。第四，通常情况下，假人的内部没有测力装置，因此测量自行车部件时只能测量假人和自行车整体受到的空气阻力，并不能区分各个部分(例如自行车头盔)对空气阻力的贡献。从以上四点看，静态自行车用假人对于还原真实的骑行状态以及提供更深入的测量手段上还存在局限性。

技术实现思路

1、为了解决至少上述问题之一而提供了一种自行车用假人以及骑行系统，该自行车用假人以及骑行系统可以测试多种骑行姿势，反映骑行者的动态过程并且能够测量骑行者的各个部分对空气阻力的贡献。

2、根据本公开的一个方面，提供一种自行车用假人，该自行车用假人可以包括：外壳，其可以形成骑行者的外形轮廓；以及骨架；其可以置于所述外壳中并可以支撑所述外壳，所述外壳和所述骨架可以一起形成多个关节，所述多个关节中的上半身关节可以构造成能够可旋转地被调节并锁定，并且所述多个关节中的下半身关节可以构造成能够自由转动。

3、可选地，所述上半身关节可以包括肩关节、肘关节、腕关节、颈部角度调节关节以及躯干水平角度调节关节。

4、可选地，所述上半身关节可以构造为一自由度的铰链关节或者多自由度的球形关节。

5、可选地，所述下半身关节可以包括髋关节和膝关节，所述髋关节和所述膝关节可以构造成能够绕各自的关节转轴自由转动，从而所述自行车用假人的双脚可以能够随着自行车的脚踏板作圆周运动。

6、可选地，所述外壳在所述上半身关节处的部分可以由柔性材料制成，并且能够在所述上半身关节的角度变化前后保持平滑的几何外形。

7、可选地，所述外壳在所述下半身关节处可以被部分地切除。

8、可选地，设置有俯仰调节机构，所述俯仰调节机构构造为能够通过所述颈部角度调节关节调节所述自行车用假人的头部俯仰角度。

9、可选地，所述俯仰调节机构能够由电机驱动并且能够被远程控制。

10、可选地，所述自行车用假人内部可以安装有传感器。

11、可选地，所述传感器可以为在所述自行车用假人内部安装在不同部位处的用以推算出对应部位受到的空气动力学载荷或流场信息的传感器。

12、可选地，所述传感器可以为测力装置，所述测力装置安装在所述自行车用假人的颈部连接处，以用于测量所述自行车用假人的头部受到的载荷。

13、可选地，所述传感器可以为压力传感器，所述压力传感器安装在所述自行车用假人的躯干或四肢表面处的测压孔中。

14、可选地，所述外壳可以构造成基于所述骑行者的外形轮廓的三维扫描而形成，并且所述骨架的尺寸可以根据所述骑行者的解剖学参数确定。

15、可选地，所述骨架和所述外壳可以至少部分地可替换。

16、可选地，所述自行车用假人的双臂能够拆卸。

17、可选地，所述自行车用假人的所述双脚可以穿有用于固定在所述脚踏板上的锁鞋。

18、根据本公开的另一方面，提供一种骑行系统，所述骑行系统可以包括自行车用假人以及自行车，所述自行车用假人的双脚、双手以及臀部固定在所述自行车上。

19、与现有技术相比，根据本公开的自行车用假人以及骑行系统可以在风洞实验中更好地还原真实的骑行状态，扩展测试范围，并可以提供更多的测试数据。

技术特征：

1.一种自行车用假人，其特征在于，所述自行车用假人包括：

2.根据权利要求1所述的自行车用假人，其特征在于，

3.根据权利要求2所述的自行车用假人，其特征在于，

4.根据权利要求1所述的自行车用假人，其特征在于，

5.根据权利要求1所述的自行车用假人，其特征在于，

6.根据权利要求1所述的自行车用假人，其特征在于，

7.根据权利要求2所述的自行车用假人，其特征在于，

8.根据权利要求7所述的自行车用假人，其特征在于，所述俯仰调节机构能够由电机驱动并且能够被远程控制。

9.根据权利要求1至8中任一项所述的自行车用假人，其特征在于，所述自行车用假人内部安装有传感器。

10.根据权利要求9所述的自行车用假人，其特征在于，

11.根据权利要求10所述的自行车用假人，其特征在于，

12.根据权利要求10所述的自行车用假人，其特征在于，

13.根据权利要求1至8中任一项所述的自行车用假人，其特征在于，所述外壳构造成基于所述骑行者的外形轮廓的三维扫描而形成，并且所述骨架的尺寸根据所述骑行者的解剖学参数确定。

14.根据权利要求1至8中任一项所述的自行车用假人，其特征在于，所述骨架和所述外壳至少部分地可替换。

15.根据权利要求1至8中任一项所述的自行车用假人，其特征在于，所述自行车用假人的双臂能够拆卸。

16.根据权利要求4所述的自行车用假人，其特征在于，所述自行车用假人的所述双脚穿有用于固定在所述脚踏板上的锁鞋。

17.一种骑行系统，其特征在于，所述骑行系统包括：

技术总结
本公开涉及一种自行车用假人以及骑行系统。该自行车用假人包括：外壳，其形成骑行者的外形轮廓；骨架；其置于外壳中并支撑外壳，外壳和骨架一起形成多个关节，多个关节中的上半身关节构造成能够可旋转地被调节并锁定，多个关节中的下半身关节构造成能够自由转动。该骑行系统包括自行车用假人和自行车，自行车用假人的双脚、双手和臀部固定在自行车上。通过提供这种自行车用假人以及骑行系统，可以用于自行车整车、部件、服装的风洞实验研究，能够在风洞实验中更好地还原真实的骑行状态，扩展测试范围，并可以提供更多的测试数据。

技术研发人员：周朋,郑春泰,刘光盛,毛嘉祺,张欣,方亦,钟思阳
受保护的技术使用者：香港科技大学
技术研发日：
技术公布日：2024/3/11