山地自行车邀请赛开幕式致辞
尊敬的各位领导，各位来宾、裁判员、运动员：
今天，来自全国各地的山地自行车运动员在此欢聚一堂，共同迎来了xx山地自行车邀请赛的隆重举行。受我谨代表中共县委、县人民政府向莅临本次邀请赛开幕式的各位领导、各位来宾表示热烈的欢迎!向参加本次邀请赛的全体运动员和工作人员表示诚挚的问候!向关心支持xx体育事业的社会各界人士表示衷心的感谢!
山地自行车邀请赛是xx第三届生态旅游文化节的一项重要内容，目的是策应全民健身活动的开展，弘扬中华体育文化精神，增强人民体质，推动和谐社会建设。在本次比赛中，运动员们将穿越国家级森林公园、省级风景名胜区—陡水湖，一览陡水湖的秀美景色，感受绿色生态的无穷魅力，得到陶冶性情，强健体魄的双重收获，在此，我希望全体运动员秉承“展示自我、挑战自我、战胜自我”的竞技精神，赛出风格，赛出成绩，赛出水平!
最后，祝本次山地自行车邀请赛取得圆满成功!祝各位领导、各位来宾身体健康、工作顺利、万事如意!
谢谢大家!
(
)杯
紫云格凸河·首届山地自行车赛
为全面发展紫云县旅游经济，增强格凸河户外运动休闲旅游季的市场影响力，促进格凸河户外运动基地的品牌影响力，在宽度上丰富格凸河户外运动休闲旅游季的产品内容，特此在户外运动季将增加“格凸河山地自行车运动赛”。
一、活动主题：爱健康、爱生活、爱自然，自然氧吧畅快骑行
二、活动背景：
格凸河拥有无可比拟的自然资源，是国际上知名的攀岩胜地。而格凸河本身的定位就是集自然风景、人文风光及户外运动基地为一体的综合性景区。为进一步开拓格凸河户外运动市场，提升户外运动基地的品牌打造，为紫云发展、格凸河发展作出贡献。
在贵州户外运动市场中，山地自行车运动占有很大的比例，随处可见的骑行者爱好者，及成规模的山地自行车商店。消费者年龄分布也较广，从十多岁到六十多都有，以二十至四十为主要消费群体。此赛事将会更容易让人接受。
三、活动目的：完善格凸河户外运动项目，打造户外运动基地。
四、活动宗旨：健康骑行，为自行车爱好者打造具有独特喀斯特地貌、山青水绿、内容丰富的骑行路线。
五、赛事组织机构
主办单位：安顺紫云苗族布依族自治县
贵州格凸旅游开发有限公司 承办单位：贵州医科大学
贵阳自行车协会
赛事组织：本次“格凸河户外运动休闲旅游季·山地自行车赛”由贵州格凸旅游开发有限公司、紫云县政府、贵州医科大学联合(
)共同组织。
六、比赛路线： 出发点：小穿洞
途经点1：千洞山接待中心 途经点2：宗地乡 途经点3：打饶 途径点4：格当桥
途经点5：格凸河景区游客接待大厅
七、比赛时间：2016年7月2日09:00(出发)——13:00(开幕式)
八、参加要求：
1.精英组：年龄18至50岁(身份证为准); 2.体验组：年龄14至65岁(身份证为准); 3.参加者身心健康，没有心脏、高血压或类型疾病; 4.但凡参加者必须购买赛事保险;
九、人身保险：
2 赛事组委会统一为参赛人员、嘉宾、观摩人员、记者及组委会工作人员购买人身保险，参赛队员亦可自行购买其他保险。
十、通信保障：
大部分赛程有中国移动、中国联通及中国电信覆盖，但建议参赛队伍佩戴对讲机。
十一、安全保障
1.检查点：全赛程每2—5公里制高点设置检查点，给参赛队员指引方向，做基本的补给及医疗救援每3个检查点配备一个检查车、服务人员2名、裁判1名;
2.紧急救助机制：本赛事设置紧急救助机制，配备专业紧急医疗救援车辆，专业医疗人员;
十二、赛事奖励与名次
1.本赛事取团队前三名，男子个人前五，女子个人前五; 2.本赛事对完赛的运动员均有参赛证书;
3.本赛事设立最佳运动精神奖、最佳个人魅力奖、最佳团队精神将。
4.团队奖励：第一10000元，第二6000元，第三3000元 5.个人奖励：第一：5000元，第二4000元，第三3000元，第四2000元，第五：1000元
十三、赛事组委会 秘书长：
副秘书长：郭铁军、陈谦玉
3 策划总监：陈柄旭、覃茂君、代旖鲜 技术总监：陈柄旭 成员：
赛事组委会联系方式： 联系人：陈谦玉
联系电话：0851—0851-8525869
3、0851—85258692 邮件：2774246835@qq.com 地址：贵州省贵阳市乌当区世纪城龙瑞苑11栋9—1 十
四、支持媒体
贵州电视台、贵阳电视台、贵阳晚报、微联盟、今贵州、多彩贵州网、腾讯网、新浪网、凤凰网、
十五、赛制赛程安排
1.赛事日程：2016年7月2日(组委会保留因不可抗因素调整比赛日程权利)
2.赛事地点：贵州省安顺市紫云县格凸河景区至千洞山景区
3.比赛办法及要求
1)参照中国自行车运动协会审定的《自行车竞赛规则》以及为本次比赛制定的特殊规则。 2)装备要求：
a.参赛车自备，山地赛车必须使用所参赛项目规定的标准山地车(26英寸及以上)，车胎必须使用 1.90英寸以上有齿外胎;必须配备一定行程的避震前叉。
4 b.参赛人员比赛过程中必须始终佩戴安全头盔、手套等必需赛事装备。若发现选手未配戴头盔或途中摘掉头盔的，裁判有权取消其参赛资格;
c.所有参赛者须自我保证车辆及配套装备状况良好并符合比赛要求，任何因车辆质量状况或使用不当造成的伤害或损失，组委会及主承办单位概不承担任何责任;
d.参赛车辆在比赛时必须除去可能会导致伤害的非必要配件(如：车篮车锁、车梯、后货架等)，不得配有任何非人力传动及助动装置;不得使用玻璃器皿等易碎器具;
e.比赛中必须戴赛事号码，否则取消比赛资格;不得在赛场有不当或不道德言行，否则取消比赛资格。
3)所有参赛人员赛前须签署免责声明暨安全协议书;
4)所有参赛人员本着“友谊第
一、比赛第二”竞赛精神，必须遵守竞赛规程，注意安全，下坡选手避让上坡选手，不做可能引起自己或他人受伤害的冒险或有意行为;不得冲撞、排挤其他参赛选手，对上述行为，举办方有权对其行为采取警告、禁止比赛、取消成绩等措施，对上述行为引起的一切责任与后果均由肇事者承当。
5)选手在参加本项赛事期间须自负个人安全。赛事组委会统一代为参赛选手缴纳保险业务。同时，所有选手需保证了解参加本次赛事可能存在的各种风险，对由此风险可能造成的损失、损害，其责任与损失等完全由选手本人承担。
5 6)所有选手不得当场对判决提出质疑或与裁判对质，否则取消比赛资格，如有异议须在赛后向赛事组委会提出书面申诉。
十六、报名方式：
十
七、其它事项
1、承办方不负担住宿、往返交通费用等相关事项，各地自行车运动协会、俱乐部参赛队的食宿、交通费用自行负担;
2、参赛人员在比赛时必须将号码布、车牌号按规定的要求正确配带和悬挂在人身或车身指定位置，便于裁判组准确、及时的统计比赛成绩。因号码布佩戴不到位或不标准而统计不到成绩的，后果自负;
3、各地自行车运动协会、俱乐部参赛人员报名时必需如实、准确填写个人信息。赛事组委会如发现参赛人员参赛的组别与年龄不符，组委会将取消该人员的比赛资格及名次;获奖的运动员必须出席赛后的颁奖典礼及按照颁奖仪式领奖，否则组委会有权取消该奖品;
4、参赛人员参赛前必须在起点检录处检录，检录处将在比赛前10分钟停止检录，未签到检录的运动员不予参赛。参赛人员必须遵守本次比赛各项程序与规定;
5、承办方拥有对本次比赛规定的解释权及裁决权;如遇暴雨、冰雹等不可抗力的因素致比赛无法举行，将视情况决定是否延期进行。
6、赛事参与广告及赞助事宜：
欢迎单位及个人参与赛事组织及对赛事进行各种形式的赞助，对赞助商在媒体进行宣传，赞助事宜联系陈女士13385516664，有意在赛道周围搭建有品牌标识的帐篷及设置横幅的商家联系陈女士
6 13385516664，未经允许不得在赛事当天在赛道周围做各种形式的品牌广告，否则主办方有权劝其放弃或拆除。
山地车，起源于美国，[1] 1974年 Gary Fisher 、Charlie Kelly、Tom Ritchey想要一辆可以在公路外骑行的自行车，远离“警察、汽车和建筑物”，于是他们开始将配件和摩托车部件安装到二战前结实的单沙滩车上。
同一年，Gary Fisher和他的朋友们无惧死亡的“塔马尔帕斯山之行”为全新骑行风格的诞生铺平了道路。随着 Gary Fisher 在山地领域引起的巨大反响，他的 Klunker 随后被 Mountain Bike Action 杂志评选为“历史十大山地车”之一。 [2] 1976年Charlie Kelly开始推动焕然一新的下坡赛，这是第一个伟大的山地自行车活动。Charlie Kelly委托制商[3] Joe Breeze 设计并开发越野自行车，这是有史以来制造的第一批“山地自行车”并命名为“Breeze”。
Joe Breeze以Breeze为原型在1977年至1978年之间完成设计和制造了9个系列的车型，Breeze的原型车现在在美国史密森学会的国家博物馆收藏。
山地车是专门为越野(丘陵，小径，原野及砂土碎石道等)行走而设计的自行车，一九七七年诞生于美国西岸的旧金山。当时，一群热衷于骑沙滩自行车在山坡上玩乐的年轻人，突发奇想：“
要是能骑着自行车从山上飞驰而下，一定非常有趣。”于是便开始越野自行车的设计，正式命名为山地车则是在两年后的事。从此，“速降竞技”作为体育比赛中的一个新项目崭露头脚，运动员骑山地车沿规定的下坡线路高速滑降，速度快者为胜，吸引了众多的爱好者。自行车虽然始于欧洲，但美国人发明的山地车却一扫传统的自行车概念，将一股新风吹遍全球。如今已受到越来越多的中国年轻人喜欢，成为一种健康时尚的运动受到人们的欢迎。
山地车赛事
1、 全国山地自行车赛。该比赛一般是由国家体育总局自行车击剑管理中心主办，由各相关城市承办，已经有四川，贵州，安徽等相关城市举办过全国性的山地自行车比赛。
2、 环鄱阳湖山地自行车赛，在江西省赣州市首次举办，从赣州市内出发，一直延伸至著名的环鄱阳湖城市带。
3、 江西龙虎山山地自行车赛，每年夏秋季节都有举办，一年一届，已经举办了两届，该赛事主要是体现比赛的乐趣，重在快乐比赛，因而不接受专业选手报名参赛，仅限于非专业赛手参赛，这种沿途即可欣赏风景，又可参与运动的比赛形式，很受赛友们欢迎。
4、 中国南岳衡山第四届山地车挑战赛。
5、 中国黄山(黟县)国际山地车节：
中国黄山黟县国际山地车节自2006年起开始创办，如今已发展成为国内规模最大的顶级业余自行车赛事，吸引了来自60多个国家和(地区)国内30多个省份的6000余名选手, 同时也是众多国内外媒体齐聚的盛会。2009年央视五套的强力加盟，进一步扩大了赛事影响力，提升了赛事品味。
6、 环湘江自行车赛：这是一场国内自行车顶尖水平的赛事，中国·长沙环湘江自行车邀请赛创办于2010年，由中国自行车运动协会、国家体育总局自行车击剑运动中心、湖南省体育局、长沙市人民政府共同主办，已成功举办了两届。2012年环湘江自行车赛升级为环湘江国际自行车邀请赛，赛事规格更高，影响力更大。赛事以“低碳、环保”为主题，围绕着长沙“山水洲城”的世界级自然景色，以环洲(橘子洲)、环江(湘江)、环山(岳麓山)为亮点设计赛道，打造成风景最美、规格最高、参与人数最多和最具影响力自行车风云汇,充分展示了星城长沙得天独厚的自然风貌及幸福名城
的城市风采。
7、 2012瑞安市“WIEL”杯山地自行车尖山爬坡邀请赛。
8、 2012年清远奥园环大学城山地自行车邀请赛。
9、 2012全国山地自行车锦标赛
10、 “redbull rampage” 由红牛赞助的世界顶尖freeride车手比赛，被誉为地表上最残酷的比赛。 运动发展
在爬山单车运动中，法国选手在当今国际赛事里已发展成一股新势力，与其它劲旅如美国、澳洲等成为了此项运动中的领导者。法国首先在世界锦标赛的下坡项目(Downhill Event)中高奏凯旋曲，其中车手富尔洛斯(N.Vouilloz)及加舒特(Gachot) 分别取得男子下坡赛的冠，亚军。女子下坡赛方面，舒(A.C.Chauss
MARMOT XCH TEAM CARBON on) 则替法国在青少年组的赛事中赢得另一面锦标，值得注意的是，她在这组别中夺魁所做出的时间，竟然比高级组的选手所做出的纪录更快，可见法国在下坡项目中实力非常强大。越野赛项目方面，荷兰的班赞斯(B.Brentjens)力压群成为男子组冠军，女子组 桂冠则由加拿大女骑士仙黛(A.Sydor)取得。这批新加冕的世界「山路之王」，在今次征服了德国黑森林之后，将要接受一个更大的挑战--爬山单车已获国际奥委会正式排准，并已在96年亚特兰大奥运会中首次登场作为竞赛项目。 发展前景
据《中国自行车制造行业产销需求与投资预测分析报告前瞻》数据显示，世界自行车行业的重心正从传统的代步型交通工具向运动型、山地型、休闲型转变，在美、欧、日等发达国家，自行车是一种较普遍的运动、健身、休闲和娱乐性产品。每年全世界自行车需求量巨大，日本CYCLEPRESS的数据统计显示，全世界自行车需求规模保持在1.06亿台的水平，自行车年交易额约为50亿美元。据前瞻网调查，由于产业特性和劳动力成本因素，近15年来全球自行车制造产业向以中国为主的有工业制造优势的国家和地区转移。到2013年，中国仍为世界自行车最大的自行车生产基地，整车生产厂、零配件生产厂分别达到500多家、700多家，世界前五大厂商主要基地均在中国。而随着世界各国人民收入水平的提高，全球自行车需求量会进一步扩大，随着自行车进一步的结构升级，将给行业的参与者带来更大的利润空间，中国自行车行业的发展前景也将更加广阔。 赛制
在山地车赛的出发点，所有选手同时出发。男子山地车赛全程为40-50公里(6-7 圈)，女子比赛全程为 30-40公里(5-6 圈)。比赛的确切路程要等到比赛前一天晚上才能确定，主要是裁判要根据天气等条件来把握比赛时间。一般男子选手需1小时15分，女子选手需要1小时左右。这种令参赛选手极度疲劳的比赛还存在海拔上的变化，其高度将从海拔面升高到海拔230米左右。 特点
山地车的主要特征是：宽胎，直把，有前后的减震，骑行较舒适。宽而多齿的轮胎提供抓地力，有减震器吸收冲击。近些年来前减震的应用成为标准，前后减震的车辆越来越普及。一些山地车开始使用副把，但角度上扬的横把却成为了时尚。在DH车上800mm
以上的把横已经较为常见。
MARMOT山地车
山地车，具有刚度大，行走灵活等特点，骑行时不必选择道路，无论街巷漫游还是休闲代步都获得了广泛 的好评，骑车者可以在各种路面环境上尽情地享受舒适的骑行乐趣。
MARMOT山地
山地车，因其坚固、粗犷、新颖的外型、缤纷夺目的色彩、优越的骑行性能，很快成为都市青年追求的时尚。
换胎 山地车，各种部件均不同于普通自行车，具有缓冲作用、抗震性能好的轮胎，牢固结实、材料刚度大的车架，不易疲劳的手把以及即使在陡峻的坡道上也能够畅快地骑行的变速器等，都使山地车更加适合与爬山越野、郊游旅行。
山地车，车速一般有18速，20速，21速，24速，27速以及30速。正确运用变
山地自行车赛
速器，能应付平路，上下坡，土路，顶风等复杂路况和气候，比普通自行车快速省力得多。
长途骑行，应适时变换调速器，充分发挥山地车的特长。一般来说，应以脚下略感有力为宜，若觉得有点“空”，就应马上换高速比;相反，若感有些吃力，就应及时换成低速比。如若是能略知一二修理技术，骑上山地车的感觉简直就象个国王，在以汽车作为主要交通工具的时代，骑上山地车去拥抱大自然，既放松心情，又锻炼身体，成为休闲新宠。
分类
普通越野XC (Cross Country)
轻度越野车型，有很强的爬坡性能，用于普通的山地越野，也是山地车 中最轻便最实用的车型，较追求轻量化与高速通过性，因此新车型多为29寸 大轮径。多为硬架，前叉行程80—120mm。
林道TR
(Trail)
骑行路线多为林间小道，因此得名，注重骑行的流畅性，多为全避震车 型，行程多为前后140mm。
全山地AM
(All Moutain)
正如其名，车辆性能平均，连续爬坡或下坡都能胜任，但都不专长，对于只想拥有一辆车但却能骑更多地形或想进行长途越野旅行的人来说是最佳选择。行程前后150—160mm。 双人竞速DS (Dual Slalom)
双人曲道赛用车，因强调高速过弯，飞跳，打泵(pump一种借助地形加速的技巧)，车辆多为短形成或中等行程，由土坡，林道，AM，FR车改造而来。
自由骑FR (Free Ride)
一种不拘泥于地形限制的技巧性骑行，05到10年左右风靡美国车界，产生了大量技术高超的freerider。倾向于高速高强度，借助自然地形或人工修筑的跳台来进行很大的腾越，喜欢在空中各种特技动作，行程180—200mm
飞跃DJ (Dirt Jumping) 借助人工修建的场地进行空中腾越与特技动作，车辆多为硬尾，短后叉，强调强度与几何角度，车架多为co-mo钢，有较大的跨下空间。135*10mm后轮，前叉行程100mm以下。
速降DH
(Down Hill)
专注与下坡与大落差，多用双肩前叉，车架强度高，整车重量多在17KG以上，有很大的预压，行程200—230mm
安徽 北京 重庆 福建 甘肃 广东 广西 贵州 海南 河北 河南 黑龙江 湖北 湖南 吉林 江苏 江西 辽宁 内蒙古 宁夏 青海 山东 山西 陕西 上海 四川 天津 西藏 新疆 云南 浙江香港 澳门
台湾 232440481 341157618 237201909 134274289 376396419 165455645 343415225 311479094 343415193 163241740 13347725 377210289 159822044 313438341 193609764 236065078 317430147 304428700 306113922 298445125 367396038 340407545 284768310 82457022 341157638 236065091 325914036 313444103 134392700 236065055 218692610 309439524 374384504 372714820
CDIO项目设计
设 计学 生学 生学 部专 业指 导 (I)
机械基础项目
题 目: 自行车骑行动态性能研究 姓 名: 学 号: (系): 年 级: 教 师:
2012 年 10
月16 日
摘要
本文首先探讨了二维、完整约束情况下，计算多刚体系统动力学笛卡儿数学模型及算法的计算机程序实现;然后以山地自行车骑行动态性能分析为目的，针对某型全减振山地自行车开展了相应的试验与理论分析工作，利用计算机高级程序语言及多体动力学分析软件建立了较为完整的路面—山地自行车—骑行者系统，最后利用该系统对样车的骑行动态性能给出了评价。在笛卡儿数学模型及算法的程序实现上，本文结合软件工程知识，使用统一建模语言，对笛卡儿数学模型及算法的静态结构进行了系统的分析。在此基础上，针对二维、完整约束问题设计了一类计算多刚体系统动力学分析程序的结构，并使用计算机高级程序语言初步实现了该程序的运动学分析与动力学分析功能，最后选用了两个典型算例验证了本文动力学分析程序的正确性。该部分内容在自行设计完善的可用于山地自行车骑行动态性能分析的计算多体动力学分析软件方面进行了有益的探索。在山地自行车骑行动态性能分析方面，本文以某型全减振山地自行车为例，首先依据国家相关检测标准设计并进行了该款山地自行车车架的振动试验。在此基础上，本文扩展前述的车架模型，建立了完整的路面—山地自行车—骑行者系统，系统包括：使用谐波叠加法与 ARMA (Auto-R平度模型;样车的多刚体动力学模型;包含力学模型与知觉模型的骑行者模型，其中的知觉模型参考 ISO2631 建立，为一种人体承受全身振动下的舒适性知觉模型。最后本文对已建立的路面—山地自行车—骑行者系统进行了动力学分析，利用骑行者知觉模型对样车骑行动态性能进行了评价并给出结果。评价结果认为该款山地自行车骑行动态性能欠佳，设计有待改进。研究建立的路面—山地自行车—骑行者系统为今后山地自行车进一步的力学分析提供了动力学模型基础，为山地自行车的计算辅助设计工作提供了一类具有可操作性的设计结果评价标准。
关键词： 计算多体动力学，笛卡尔数学模型计算法，路面—山地自行车—骑行者系统，骑行动态性能II。
1
目录
摘要 ············································································································································1 第一章 绪论 ·······························································································································3 1.1 研究的背景及意义 ·······································································································3 1.2 国内外山地自行车研究动态及存在问题 ·····································································4 1.2.1 国内山地自行车研究动态及存在问题 ······························································4 1.2.2 国外山地自行车研究动态及存在问题 ······························································5 第二章 山地自行车车架振动试验及仿真试验 ··········································································6 2.1 引言 ······························································································································6 2.2 试验方法与仪器设备 ···································································································6 2.3 试验结果与分析 ···········································································································7 2.4 仿真结果与分析 ···········································································································9 第三章 路—山—人系统的建立及其系统力学分析 ································································ 12 3.1 引言 ···························································································································· 12 3.2 模型建模时所做的简化假设 ······················································································ 13 3.3 路面不平度模型的建立 ······························································································ 13 3.4 系统动力学分析 ········································································································· 14 3.5 山地自行车骑行动态性能评价 ·················································································· 17 第四章
结论 ··························································································································· 18 参考文献 ··································································································································· 19
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第一章
绪论
1.1 研究的背景及意义
近年来机动车数量激增使中国的城市交通系统面临巨大压力，机动车尾气的大量排放使得环境污染日益加剧，国际原油价格的一路飚升更导致了燃油价格的飞涨，整个社会面临重重矛盾。推广使用自行车作为代步工具不失为缓解上述矛盾的一种方法;同时，经济的发展使得城乡居民对于生活品质有了更高的追求，既可强健体魄又能愉悦身心的自行车运动方兴未艾。
从世界范围来看，各主要发达国家几乎无一例外的采取了鼓励自行车行业发展的政策，且政策卓有成效：如丹麦哥本哈根市 2000-2003 年预算中写明：“制定全面改善自行车使用条件的行动计划，包括自行车道路网的扩展方案，提高通行能力、提高安全性和舒适性的方案，以及必要的设施维护。”;而 1997 年针对荷兰的一项统计结果更表明，当地人们从事日常活动选择交通工具时，选择自行车的比率已占到 28%，已经接近了选择自驾车的比率(30%)。综上所述，世界范围内自行车行业前景看好。
为了增强我国大陆地区自行车企业新产品的自主研发能力，本文选择山地自行车作为研究对象。具体而言，本文的研究重点是：全减振山地自行车的骑行动
态性能。选择这样的研究内容是基于以下方面的考虑：首先山地自行车的出口在数量与金额上均占我国自行车出口总量的最大份额，研究成果一旦获得应用，经济效益十分可观;其二山地自行车骑行路况恶劣，各种性能指标要求较高，其动
3
态骑行性能更是整个山地自行车性能的关键;其三全减振山地自行车是近年来出现的新型山地自行车，其悬挂系统技术含量高，获得的成果科技附加值多，且全减振山地自行车与有良好发展势头的电动自行车这两者悬挂系统间可供相互借鉴之处颇多。
1.2 国内外山地自行车研究动态及存在问题
1.2.1 国内山地自行车研究动态及存在问题
在山地自行车及其它类型自行车动力学分析方面，1991 年唐山工程技术学院的王子良、黄永强根据随机振动理论建立了自行车骑行系统动力学模型，按ISO2631 推荐评价方法对该模型进行分析计算;1994 年郑州七一三所的丁思远利用锤击法对自行车车架作结构动态特性分析，并根据分析结果重新设计了车架结构;1995 年郑州轻工业学院的杨向东、贺跃进设计了有机形态的碳纤维自行车车架，并对车架的强度、刚度、减振性能进行了试验分析;之后，李亚平、殷安琪和王延汉又利用结构振动理论对车架与前叉系统进行了振动特性分析，计算了前叉的动应力，为前叉断裂的问题的研究提供了理论依据;2002 年，东南大学的董晓马、汪凤泉根据随机振动理论与 ISO2631，建立了山地自行车全悬架骑行振动模型，对山地自行车为减振系统参数进行了优化，并将优化前后的性能加以对比，证明了参数优化的有效性。
在山地自行车及其它类型自行车结构与机构设计方面，1990 年西北轻工业学院的刘云霞、马中兴等对自行车在正常骑行状况下的承载进行了测试与分析，得出“骑行者—自行车”传递系统载荷的统计数据;之后，沈义明、晏恒等以车架重量最小为目标对车架结构进行了优化设计，并对车架刚度、强度进行了校核; 2000 年台湾国立中山大学机械工程研究所的许正和，陈正升对减振山地自行车后悬架机构进行了分析与设计，并设计了相应的分析与设计计算机程序;2001 年北京工业大学的王建华、杨文通等基于运动自行车车架结构的参数化设计，开发了专用的 CAD 设计系统。
综上所述，国内针对山地自行车动态骑行性能方面的研究不多，部分研究中建立的动力学模型过于简单，且所做研究大多集中在自行车的结构设计方面。
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1.2.2 国外山地自行车研究动态及存在问题
加利福尼亚大学的某研究团队从 80 年代初至 90年代末一直从事自行车相关研究，主要工作如下：1981 年研究车把承受的载荷时，将人体上臂和小臂处理为刚体而不是集中质量;1983 年研究了承受路面激励时，公路自行车车架主要零部件承受载荷情况;1985 年研究了骑行者坐姿下车架所受载荷的试验测量方法和仿真分析方法;1990 年研制了一种便携式数字信号采集处理系统，用来测量自行车在骑行过程中鞍座、车把和脚蹬处的载荷;1993 年研究了骑行者在站立姿态下车架所受载荷的试验测量方法和仿真分析方法;1994 年建立骑行者—自行车系统模型，采用试验和仿真两种方法，分析在不平坦的路面上骑行时山地自行车车架所受的载荷情况，比较了骑行者处于坐与站立两种姿态下的状况;1994 年指出对于杠杆式单臂悬架结构的车型，铰点越高，对由骑行者引起的能量损失越显著;1996 年用 Kane 法建立骑行者—自行车系统动力学模型，用仿真方法分析骑行者引起的能量损失与减振弹簧、阻尼减振器、铰点位置等参数的关系;1997 年以悬架系统能量损失最小为目标，对铰点的位置进行优化，对骑行状况、脚蹬运动、弹簧和阻尼参数以及链条参数进行灵敏度分析。
由以上叙述可见，国外关于山地自行车在理论和试验方法的研究上均取得了相当成就，建立了多种用于分析山地自行车动力学性能的动力学模型，设计开展了一系列分析山地自行车性能的试验，尤其是加利福尼亚大学的 M.L.Hull 教授，他们的研究成果给以后的研究奠定了的基础。
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第二章 山地自行车车架振动试验及仿真试验
2.1 引言
以研究的目的为导向，抽象出最能反映客观实际的路面—山地自行车—骑行者系统是本文研究的一个主要目标。考虑到该类系统的复杂性，直接使用试验方法研究完整的该系统存在一定困难，故本章将首先依据国家相关检验标准对山地自行车车架进行动力学建模，而后利用现有的仪器设备，对车架模型的可靠性及适用性范围进行验证。本文后续的分析工作将在该车架模型的基础上展开。
2.2 试验方法与仪器设备
选择某品牌自行车集团有限公司某型全减振山地自行车为研究对象。该车车架主要材料为铝合金，其后悬架采用四连杆减振机构，前叉采用普通套筒式减振装置，前叉选择普通弹簧作为减振元件，后悬架减振机构选择普通弹簧、液压及气压三类常用减振器作为减振元件。减振器主要参数见表 2.1。参考样车设置零部件密度，由 Pro/ENGINEER 软件完成刚体质量属性包括各个零部件质量、质心位置、转动惯量的计算。
表2.1 减振器主要参数
考虑到人体对不同振动信号的舒适性感觉存在差异，ISO2631 中采用振动加速度信号的频域加权均方根值作为评价指标，人体主要器官共振频率范围为0.5~6Hz 。同时使用 ADAMS 软件对安装弹簧减振器时的试验系统固有频率进行预估，得系统
一、二阶固有频率分别为 3.21Hz 和 4.20Hz 。
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图 2.2车架各处载荷分配表
2.3 试验结果与分析
使用公式(2-1)计算选定频率下振动加速度信号的均方根值a max
(2-1)
图2.3 ISO2631 中采用振动加速度信号的频域加权均方根值aw作为基本评价指标 式中 aw( t)为加速度频率加权时间历程函数;T 为测量时间。
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(2-2) ISO2631 中的频域加权均方根值aw可以采用加速度谱对其进行估计
(2-3) 式中W i 为 ISO2631-1 中规定的第 i 个 1/3 倍频程频带的频率加权系数:ai 为第i个 1/3 倍频程频带的加速度均方根值。
由于研究中单次试验采用单一频率简谐激励作为输入，假定试验系统为线性系统，选定频率下的ai 值近似等于相应频率下的a max，试验载荷分配模拟人体坐姿状态，此种姿势下鞍座处频率加权系数W i 对应标准中的Wk ，取值见表 2-3。ISO2631-1 中未对车把处频率加权系数W i 进行规定，有待进一步研究。
表2.2 利用表2.2可以得到试验频率下不同类型减振器在鞍座处频域加权均方根值a w(如图2.2所示)。由于标准中未对车把处加速度频率加权系数做出规定，因此暂不考虑车把处振动对人体的影响，近似将aw 值作为减振器减振效果评价指标。
一般路面不平度的空间频率范围为0.011~2.83m− 1[54]，普通自行车平均骑行速度为25 km /h,路面对普通自行车的激振频率范围为0.0076~19.653Hz 。山地自行车骑行路况恶劣(如碎石路面)，当骑行速度较快时，路面对山地自行车激振频率普遍大于6Hz ，从图2.4中可以看出，当激振频率大于6Hz 时，弹簧减振器的减振效果略优于液压、弹簧减振器，但减振效果相差不大。考虑到气压、液压减振器的成本及可靠性，可选用弹簧减振器作为山地自行车减振元件，且不会损失山地自行车车架的减振性能。而对于在较为平缓路面骑行的山地自行车， 8
图2.4 且骑行速度较慢时，路面激振频率将低于6Hz ，增大减振器阻尼可显著优化山地自行车车架减振效果。
2.4 仿真结果与分析
采用 Pro/ENGINEER 建立试验车架模型，将其导入 ADAMS 软件。使用ADAMS 软件建立试验系统激振试验台仿真模型，并进行选定频率下的仿真试验。仿真试验系统建模时进行如下简化：
1、根据材料估算各运动副间摩擦(动摩擦系数为 0.5，静摩擦系数取 0.6);
2、忽略配重连接件质量;
3、线性化弹性元件刚度与尼。
图2.5 加速度响应仿真试验结果与实际试验实测结果对比见图2.6至图 2.8
图2.6
图2.7
图2.8
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图2.9 通过实测与仿真结果的比较发现，当车架安装弹簧减振器时，本章所建立仿真系统与试验系统近似程度较好，将其作为山地自行车动力学分析的模型具有一定的可靠性;而安装另两类减振器时两种系统存在较大的差异。差异存在的原因估计是由于弹簧减振器几乎不存在阻尼，系统呈线性特性，动力学模型初始假设合理;而另两类减振器系统存在较大阻尼(见图2.9)，系统呈现出了较强的非线性特性，动力学模型初始假设不成立。
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第三章 路—山—人系统的建立及其系统力学分析
3.1 引言
在前几章的基础上， 本章将通过增加路面不平度模型及骑行者模型来建立完整的路面—山地自行车—骑行者系统以分析山地自行车的骑行动态性能。完整的路面—山地自行车—骑行者系统静态结构如图 3.1。
图3.1 为了便于本文后续讨论，本节首先定义系统模型的全局参考坐标系如图 3.2所示，后续章节中讨论中涉及的全局参考坐标系均指该坐标系。
图3.2 12
3.2 模型建模时所做的简化假设
山地自行车正常骑行时，由于骑行者蹬踏自行车运动及其为维持平衡所做的调整的影响，山地自行车的运动不能保持在X − Z平面内，因此系统模型为一空间运动多体系统。但由于山地自行车的主要所受为Z方向路面不平度激励，且大部分情况下自行车绕X 轴方向侧倾角较小，故可将系统运动简化X − Z平面内的运动：
对于路面模型的简化假设：由于与车辆平顺性研究目的类似，本文路模型忽略了路面在车胎作用下发生的自身变形，选用了在车辆平顺性研究中普遍采用的路面不平度模型。
对于山地自行车模型的假设：因为山地自行车的架叉多为封闭的三角形结构，故架叉具有较好的刚度，故可将其简化为多刚体系统模型;山地自行车轮胎模型的建立时所做假设和骑行者模型的建立时所做假设则参考相关文献进行。
综上所述，路面—山地自行车—骑行者系统模型建立所做简化假设包括：
1、系统运动简化为 XOZ 平面内的运动;
2、采用路面不平度模型，忽略路面在车胎作用下发生的自身变形;
3、忽略自行车架叉零部件形变，零部件做刚体假设;
4、轮胎模型依据滚子接触模型做相应简化;
5、骑行者力学模型所受为完整约束，忽略骑行者主动控制对系统的影响;
6、骑行者力学模型简化为多刚体动力学模型。
3.3 路面不平度模型的建立
路面作为整个系统的输入，对山地自行车骑行动态性能分析结果有着重大影响，故研究首先需要解决的问题是建立适合骑行动态性能分析的路面不平度模型。目前，路面不平度模型建立方法主要包括两类：测量法与数值模拟法。对于测量法而言，由于受到测量仪器设备、场地等诸多条件限制，研究人员获得大量的实际测量数据比较困难;故通常研究采用的是数值模拟法，该法参考相关部门与机构制定的路面不平度模型标准，建立合适的数学模型，通过数值模拟的方法产生所需路面不平度数据。本文路面不平度模型的建模方法选用数值模拟法。
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为便于判断路面不平度模型优劣，本节将给出路面模型的评价标准。由于人体对不同频率范围的振动信号的舒适性感受存在差异，目前提出的人体承受振动舒适性的评价指标为多个指定测量位置加速度信号的频域加权值，因此本文中路面模型的优劣评价标准应该是：
1、准确反映路面信息空间域和时间域的统计规律
2、准确反映路面信息在频率域中的规律。
现有的主要路面不平度模型有过滤泊松过程模型、ARMA 模型、谐波叠加 模型，下面参考上文提出的模型优劣评价标准，结合这几类模型的特点对现 有路面不平度模型分别进行评价。
1988 年张湘伟进行了过滤泊松过程模型的研究。其主要思想是：叠加其天津大学硕士学位论文个数服从稳态泊松过程、且具有一定形函数的凹凸来模拟实际路面不平度。过滤泊松过程模型能够较好反映频率域中的规律，其主要的缺点为模型参数计算缺乏严密的算法，需要试凑，给应用带来了难度。
ARMA 模型是一种通过严格数学推导建立起来的随机过程模型，其参数计算有多种算法一旦模型参数确定就可以迅速递推出所需任意长度的随机序列，但就一般而言，计算所得参数并不能保证 ARMA 过程的收敛，需要对参数进一步进行修正。AR 模型可认为是 ARMA 模型的一种特例，且任意的ARMA 模型都可以找到与其等价的 AR 模型，AR 模型参数推导也较 ARMA 模。
谐波叠加模型的核心是将路面不平度表示成大量具有随机相位的谐波之和。该模型简单方便，目前应用广泛，但是该模型计算量与要生成序列的长度的平方成正比，故当模型精度有较高要求时，该模型计算量偏大。2004 年重庆大学常志权使用谐波叠加模型对路面不平度进行了数值模型。
其它路面不平度模型的研究如 2003 年北京航空航天大学刘献栋使用傅立叶变换建立的路面模型，1999 年金睿臣、2005 年谢伟东建立的伪白噪声模型等。综合考虑以上各个模型的优缺点，本文将选用经典的谐波叠加模型以及ARMA 模型两种方法来实现本文的路面不平度模型。
3.4 系统动力学分析
使用 ADAMS 对系统动力学进行分析时，求解器选用适合刚性问题的吉尔积分器，积分格式为 I3 型，采用修正校正器，仿真时间为 150s，仿真步数为
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2000步。对所需加速度信号从 90s 时刻开始进行采样，采样时间共计 60s。山地自行车骑行过程中被测量的统计规律见表3.1，被测量的功率谱密度估计如图3.3至图3.5所示。
表3.1
图3.3
图3.4
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图3.5
考察表 3.1可得出下列结论，在 B 级路面骑行过程中，当骑行者保持恒定速率217 /s蹬踏时，样车 X 向骑行速度变化不大，约为 2.5m/s，可认为样车处于匀速状态，路面不平度对于样车的骑行速度影响不大;所有加速度的测量值的平均值在均位于零值附近，这一现象符合路面不平度随机过程零均值的最初假设，认为山地自行车的加速度响应反映了路面不平度的部分规律;忽略加速度的方向性对评价的影响，选择加速度均方根值作为衡量指标，脚蹬质心处 X 方向的加速度均方根值远大于其它的测量位置的加速度均方根值，该方向的剧烈的振动可能对骑行者对于山地自行车的控制及舒适性产生不良影响。
分析各加速度测量值的功率谱密度估计可以得出，在本文仿真试验条件下，脚蹬与鞍座质心处 X 向振动能量主要集中分布在 4~5Hz 频率范围内，设法降低该频率范围内的能量，将大大改善样车的动态性能;鞍座质心处 Z 向振动能量分布没有明显规律，在整个目标频率带内均有较高峰值存在，估计是由于样车后悬架对路面不平度激励进行滤波的结果;脚蹬质心处 Z 向振动能量在 2.5~5Hz范围内出现了一系列较低的峰值，与鞍座质心处 X 向振动能量分布规律有一定的联系;脚蹬质心处 X 向与 Z 向能量分布在 0.6Hz 处的高峰值是由于骑行者以恒定速率蹬踏引起的，与路面不平度激励无关。
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3.5 山地自行车骑行动态性能评价
ISO2631 中规定的舒适性程度与振动信号频域加权加速度值之间的对应关 系如下表所示
表3.2
利用骑行者知觉模型及 3.2 节的结果对该型全减振山地自行车动态性能给出评价。舒适性评价中，因为骑行者脚部振动Z 向的峰值因子为 25.00，臀部振动Z 向的峰值因子为 8.09，依据 ISO2631 标准规定可选用瞬时频域加权加速度均方根值(MTVV)作为评价指标,本文骑行者知觉模型计算出的 MTVV 值为11.432m /s ，对比表 3-2 可得出骑行者感觉极端不舒适的结论。
评价结果表明在本文试验条件下，骑行者感觉极端不舒适，长期骑行该款山地自行车对人体健康存在潜在危险。但由于本研究并未对完整的路面—山地自行车—骑行者系统进行真实动力学试验以及开展骑行者舒适性的问卷调查，单纯依赖 ADAMS 试验进行判断该款山地自行车的动态骑行性能会存在不足。
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第四章
结论
本文结合软件工程知识，以统一建模语言为描述手段，设计了针对二维、完整约束问题的多刚体系统动力学分析程序的结构，并使用高级程序语言实现其中的动力学分析和运动学分析的主要功能，为后续分析工作提供了基础。研究以自行车骑行动态性能分析为目的，选用AL-02-270S型铝合金全减振山地自行车为样车，依据国家相关检测标准设计并开展了该款山地自行车车架的振动试验与仿真试验。模型在模拟真实车架的动力学响应方面具有相当的可靠性。以上述车架仿真模型为基础，研究建立了一类较为复杂的完整路面—山地自行车—骑行者系统。该系统中包含了一种使用人体舒适性知觉模型对山地自行车骑行动态性能进行分析的方法，该方法为山地自行车的计算机辅助设计工作提供了一类具有可操作性的设计结果评价标准。利用路面—山地自行车—骑行者系统的动力学分析结果，使用本文建立的人体知觉模型对样车骑行动态性能进行评价，程序评价结果认为在本文试验条件下，骑行者感觉极端不舒适，长期骑行该款山地自行车对人体健康存在着潜在威胁。
在山地自行车骑行动态性能分析方面：对于复杂的路面—山地自行车—骑行者系统仅仅使用了计算机进行仿真计算，未进行实际试验与骑行者舒适性调查验证系统模型及分析评价结果的正确性;采用三角形面片拼接路面模型的处理方法过于粗糙，这很可能是导致最后评价结果比估计实际情况恶化的主要原因;骑行者关于舒适性的知觉模型中数值积分过程选择了精度过低的算法;轮胎模型的选择欠合理且参数不准确。
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参考文献
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车手在骑车过程中如果摔倒,不仅会弄痛自己,还回感到十分尴尬。如果小心谨慎,并牢记一些简单的规则,大多数情况下可以避免摔交,至少能把所受的伤害降低到最低限度。
A、尽早停车。假如刚刚骑到山顶,突然出现了一个严重的冲蚀、布满沟壑的斜坡,而坡底有一个满是大石头的深坑,如果此时下冲速度太快,已经来不及停车,身子要立即向一侧倾斜,就势倒在地上。这样做的后果只不过是身上有几处小小的擦伤,如果径直地冲到沟底,那时所受的伤是难以估计的。B、四肢收拢,把身子绻成一团,顺势在地上打滚。尽管这样做起来不是那么容易,但是遇到这样的情况时,千万不要惊慌失措。需要牢记的一条是不要把手臂伸出来,企图支撑自己不要摔倒,因为这样的话四肢最容易受伤。要让躯干承受全部的冲击力,把身子缩成一个球(就象柔道课上老师教的那样),可以保证身体不至于受伤太重。C、继续保持原来的冲力。即将摔倒时,不要用力挣扎,要保持原来的前冲力,继续向前骑,直到支撑不住时再摔倒。身体着地时,就势向前滚动,直到最后能停下来。如果紧急刹车,轮胎有可能会被撕裂,到头来车手也免不了受伤。当然,如果正朝着悬崖或者比较陡的斜坡下冲,则必须想尽一切办法把自行车停住,与此同时,要寻找可以使自行车停下来的东西D、让自行车吸收一定的冲击力。有时,可以让自行车也顺势倒下,为自己充当衬垫。自行车坏了可以更换,但人如果受伤,可就没有那么简单了。E、从自行车后面跳下来。自行车即将摔倒时,如果正处于下坡过程中,而且也没有办法补救,那么车手可以松开自行车,从后面跳下来。自行车最终会停下来的,而且因为负重减轻,还有可能不会损坏任何部件,最重要的是车手本人能够避免摔伤。F、摔倒时千万不要肩膀着地。摔倒时肩膀着地肯定会摔断锁骨,甚至会更糟。如果发觉自己就要同近旁的物体相撞了,请想方设法向前或者向后摔倒,这样,就不至于肩膀先着地了。
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