在家骑车吧(1)——骑行台的惯性和阻力模拟方式

骑行台就像碳刀,虽然用得不多,但骑车的人家里没有一个压箱底的,心里还总亏欠点什么。新年过后,又到倒春寒雨季时,而我为自己准备的第三个骑行台前两天刚刚到手,可谓恰到好处。而说到骑行台,因为小众和国内缺乏专业的测评,一直是个选购的难题。我会陆续写几篇关于骑行台的介绍性文章,这一篇首先讲解骑行台的惯性和阻力模拟方式。

 

不管是什么样子的骑行台,除了滚筒结构之外,其核心部件都是就是飞轮和阻力结构。

 

飞轮在骑行台中主要起到补充惯性的作用。单车在实际骑行中,会产生两股不同的惯性:一组来自于前后轮,即轮组惯性;另一组来自于单车和车手。在骑行台上,单车整体处于相对静止状态,只有后轮的惯性依然存在;若不对此情况补充惯性,人的双腿在交替施力的间歇中,就不能做到很平滑的力量过度,即双腿不容易画圆。这种情况在后轮实际转速较低的情况下会愈发明显。因此,一般贵一点的骑行台都会标榜自己使用了更大、更沉的飞轮,就是为了能在尽可能多变的骑行速度下提供顺畅的踩踏体验。

但是,这个飞轮无论再怎么大、怎么沉,都不可能与实际骑行中人和车整体的向前惯性相提并论。因此多数骑行台在停止踩踏后,都会很快停止转动。

 

阻力结构就要复杂的多,也可以看作是各家骑行台的核心较量之一。一般来说,阻力结构可以分为风阻、液阻、磁阻、电子刹车等。

阻力结构在骑行台中的作用,是模仿骑行者在真实骑行过程中,在前进时克服的外部反作用力。而反作用力说白了就是轮胎与地面的摩擦力和人与车整体产生的风阻,在其中风阻又显然是一个更为明显方面。地面摩擦力是一个稳定值,而后轮与滚轴之间的摩擦也是如此;但风阻则是由流体产生,在不同的速度下有着不同的力度,且力度变化曲线在不同的速度时更接近于渐进性。

因此,骑行台与实际骑行在体感上的主要差异也在于外部反作用力的情况过于复杂,尤其模拟风。

显然,采用风阻结构是一个简单可靠的方案,但超强的噪音让一般群众都不可能放在家里使用,事实上也很少有厂家在这块继续投入。液阻的优势就在于也是采用流体来模拟空气的阻力曲线,各个厂商会采用不同的扇叶配合不同的油品来在很小的体积下实现尽可能接近空气的效果。而磁阻在这一方面则要吃亏得多:简单的单磁铁阻力结构是通过调整一块感应磁铁距离飞轮轴心的距离来控制力道的。在某个固定的距离环境下,磁铁对飞轮的干涉是固定值,即与后轮与滚轴之间的摩擦力都不具有渐进性。简单的线性结构会给骑行者产生非常不真实的感受,表现就在于起步时往往非常困难,而突破某一速度时加速却过于容易。

这是Tacx Booster骑行台的阻力/功率曲线,这是一款纯磁阻简单机械式的10档骑行台。可以看到力量的增长都是纯线性的。

不过,磁阻结构却是骑行台向智能方面发展不可或缺的一种结构,原因就在于其阻力可调节;而且磁阻可达到的阻力极限值,要远高于单纯液阻的效果。显然,改变磁铁距离轴心的位置,远比改变一滩封闭的油品的化学物理性质要容易得多。

若是磁铁处于固定位置时,线性的阻力结构会让人感到不自然;那通过程序动态调整磁铁的位置,不也可以模拟真实的曲线么?事实上,当磁阻结构解决掉这个不自然的问题后,液阻结构的优势就只剩下更安静了(噪音问题可以通过使用更大的飞轮和轴心来降低同样速度下的飞轮转数,而当这一问题在结构上克服到一定水平后,噪音更大的来源就是胎噪和支撑结构的问题了)。

除了动态调整磁铁位置外,还有一种折衷的方案,即液磁混合结构。在非智能骑行台上,这种方案可以让路感稍微自然一点,同时也能有力度档位调节,也算是种很靠谱的结构。

这是Elite Qubo HydroMag骑行台的阻力/功率曲线,这是一款液磁混合型5档位骑行台,可以看到阻力的增长是渐进性的。

而在智能骑行台上,除了单纯的采用动态调整的磁阻结构外,还有Tacx在使用的马达制动结构,即通过马达在磁阻的基础上施加反向力,以解决磁铁挪动范围较小时导致的最大阻力过低问题。然而,对于磁铁可以大范围挪动的磁阻结构来说,为什么还会这样呢?

如果需要实现精细的磁铁位置调整,以及适应固定功率训练时踩踏频率的高速转换,磁铁的移动区间不能够太大。过大的区间会使得骑行台的反应滞后,譬如目前骑行者正采用踏频90的节奏在进行180瓦特固定功率训练,突然骑行者站立摇车,踏频降到45——理论上骑行者会感到阻力骤然增加,就好像从平路突然冲到山坡上一样。但事实上在一开始的一瞬间,骑行者会感到突然泄力,因为一方面程序判定速度下降需要一个过程,另一方面磁铁挪过去还需要一些时间。

这是Tacx的入门级智能骑行台Flow,可以看到其功率范围很窄且始终为线性。所谓电子刹车,也只是通过程序来控制磁铁的档位而已。

 

这是Tacx的中端智能骑行台Bushido,采用了马达制动结构,因此使得功率范围不再以曲线的形式输出,而可以在一定的范围内肆意选择。类似于汽车变速箱里的CVT效果。

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作者: 冯唐难老

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