转篇文章，感觉还不错，好懂

nelsonqiao

公路车友在日常骑乘中常常面临计速表、踏频表、心率表和功率计等的抉择，以及面对如此纷繁的数据如何去更好的使用它们？动辄成百上千的各种设备它们真的都是不可或缺么？这些测量设备对锻炼得指导意义各在哪里呢？
以下分为三步曲分析公路骑行中的三组不容忽视的重要数据：踏频、心率和功率，在骑乘中三者相互影响，相辅相成。此文针对踏频、心率与功率作简单的分析，结尾作扼要的总结，希望能够提供参考。
一、公路骑行之踏频分析
１、踏频的意义
踏频计量是描述每分钟踩踏/提拉的圈数（RPM．rotations per minute），通常情况下高于60RPM并低于80RPM为低转速踏频，高于100RPM至上限最高频率（上限踏频视心肺功能、关节肢体不同因人而异）属于高踏频。
在公路车锻炼中，踏频、心率和功率三者息息相关，同样功率强度下，踏频越高心率相应也会提高（但是并非线性关系）；在稳定骑乘的情况下，踏频越高肌肉相对轻松、功率相对较低，踏频越低肌肉越疲惫、功率相对较高（同样非线性关系）。
由 于踏频和做功是主动行为，心跳是不可控的被动行为，因此在心跳允许的范围内做功与踏频存在四种组合：A.高频大力踩踏；B.高频轻力量踩踏；C.低频大力 量踩踏；D.低频轻力踩踏。关于四种组合的选择，正常人的心肺能力无法维持A情况长时间坚持，D情况不具有锻炼和竞速的意义，因此先排除A与D，C情况对 个人腿部肌肉要求较高，拜读Dr萧的大作有个关于肌肉特性十分恰当的类比：如果30kg的哑铃可以举15次，那15kg的哑铃一定远多于30次，因此在理 论上，Ｂ情况是比较普遍且较推荐的。环法计时赛中，各车队选手平均时速多在50KM/H左右，平均踏频都在100RPM.以上。由此可见无论是理论上还是 实际中，对高踏频的青睐是十分有意义的。
那么，速度至上的公路车骑行中，踏频与速度有什么关系呢？
２、踏频计算
带计踏频功能的码表可以实时（中低频采样计算）计算当前踏频，除此之外，因为公路车刚性链条传动误差相对较小，可以通过当前速度得到实时踏频。
公式为：　V=2133 * 10-6 * C * 60 * T1/T2
V当前速度，C当前踏频值，T1当前牙盘齿数，T2当前飞轮齿数，其中2133为公路700C轮组平均轮周长（单位：毫米）。
公式可以简化为： V=0.12798 * C * T1/T2 或者 C =7.8* V * T2/T1
普通情况下，公路车牙盘齿数组合为正常牙盘53/39和压缩牙盘50/34，飞轮齿片从11到27齿有多种组合，这里选取常用的齿数12、13、14、15、17、19、21、23、25进行分析，如下表：
RD Bike Cadence Reference
针 对自己的情况，去除了表中的红色部分不难得出以下结论：只有在下坡路段或有一定初速度的情况下才能使用小于53/14的齿数比；平路骑乘时尽量使用53 /14或者更大的齿数比；爬坡时时速不低于15KM/H才可以保持75RPM.以上的踏频；在日常骑乘中训练和体会如何从39/15到53/19（以及反 向）平滑变速……

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1、心率的意义

《绿巨人2》中的男主角既不骑车也很少运动，然而手上总带着运动心率表——每当心跳加速，无论是激动或是冲动，心率表都会不失时机的声音报警、抢走镜头、打断情节的延续，并且按剧情的需要成功阻止了数次变身……

除了防止变身成为绿巨人，心率的监控还有何指导意义呢？在介绍心率概念之前，先要了解下自然赋予我们的动力之源——精密、和谐的身体发动机系统，它主要分为以下几个部分：
燃料部分：糖原质、脂肪、蛋白质、碳水化合物(葡萄糖等)
动力装置：肌肉——为运动提供卓越的动力
呼吸系统：肺和呼吸道——为燃料充分燃烧提供氧气并排出二氧化碳
循环系统：心血系统——实现了燃料运输、气体循环以及散热液运输调节等一系列功能
以及散热部分、控制系统、润滑系统以及传动轴系统等，其中散热部分实现了以水分为主的汗液实现水蒸发冷却功能，控制系统包括脑与神经系统，润滑为体液及传动为筋骨系统。(后三部分系统的障碍涉及运动伤害部分内容，本文略)

本 文重点讨论的心率问题，隶属于发动机的工作瓶颈之一——循环系统。在人体活动中，心脏的每一次跳动都将呼吸系统输送的大量新鲜氧气不停地输送到全身各个动 力装置参与燃料氧化(转化为所需能量)，同时把代谢废物如二氧化碳通过呼吸系统排出。因此对心跳频率的监控，可以在一定程度上反映运动的生理强度。同时引 入心率(Heart Rate)的概念，单位为每分钟心跳次数(BPM. Beats per Minute)。一般情况下，每个人的心率存在差异且有相应的极值，其下限为静息心率(HR repose)——大约可以等同于早上起床时的心率，其上限为最大心率可以通过以下计算得出：HR max1=220 - 年龄 (或者HR max2=208 - 0.7*年龄)。关于心率下限HR repose，医生常常会面对病人低于静息心率的窘境，然而这种情况在运动中比较少见；在日常锻炼中关于上限HR max，心肺和身体的循环系统都有相应的生理限制，因此长时间超越生理极限是不推荐的，并且稍有不慎则会陷入变身绿巨人的无尽烦恼……
2、心率无氧阈（乳酸阈）值
上文提到心率的生理上限值HR max的理论计算，在实际的运动中，有一个更有意义的参考值——心率无氧阈值，这个指标的引入基于身体发动机为运动提供能量模式过渡，作为背景先简单了解一下提供能量的三种工作模式：
1、有氧模式
燃料主要是蛋白质、脂肪和碳水化合物，氧气参与氧化释放能量。该模式所需燃料存储量大，能够长时间持续提供能量。
2、无氧无乳酸模式
燃料为三磷酸腺苷(ATP)和磷酸肌酸(CP. Creatine Phosphate)，无需氧气与糖原质(Glycogen)
参与，无乳酸产生。该模式燃料肌肉中储备较少，仅能够短时间大量释放能量，且恢复期需要3分钟以上。
3、无氧乳酸模式
燃料为糖原质(Glycogen)，无氧条件下分解为三磷酸腺苷(ATP)和乳酸，该模式能量释放缓慢而且超过乳酸分解与吸收的极限后，在肌肉与血液中迅速堆积并产生酸痛。

实 际的运动中，在强度负荷递增的情况下，循环系统的携氧效率会逐渐落后能量转化的需求，在这个过程中存在一个明显的有氧代谢向无氧代谢转化(有氧模式向无氧 乳酸模式转化)的临界值，这个值称为无氧阈(AT. Anaerobic Threshold)，通常血液中乳酸浓度在4mmol/L左右达到无氧乳酸阈值(LT. Lactate Threshold)，用心率表示的AT为心率无氧阈。不同的无氧阈值反映了不同的“发动机”性能，无氧阈值越高其耐力与速度的素质就越高。由此可以推 论：
A、心率控制在心率无氧阈值以内的运动强度，主要工作在有氧模式下。
B、心率值持续在心率无氧阈值附近区域，为有氧运动强度极限。

那么我们如何测定公路骑行中的心率无氧阈值呢？下面提供一种简单易实现的粗略测定法：
器材：带有心率表、阻力调解的健身房踩踏车。
对以上区域选择的计算举例说明， 同上27岁的普通男性自行车运动爱好者(Average < 50km per week)在正规(单位组织)体检中测得静息心率为56 BPM.且身体比较瘦(Not low-fat)，在不让孱弱的身体更加单薄的前提下，为了促进心肺功能与促进食欲，他骑行时优先选择的HR区域是70%~80%，计算方法如下：
HR max = 220-27=193 BPM.
HR repose = 56 BPM.
目标下限为 70%( HR max- HR repose)+ HR repose=152 BPM.
目标上限为 80%( HR max- HR repose)+ HR repose=165 BPM.
所以他的优先训练心率范围参考值是152~165 BPM.
然而从上文举例的数值范围比较可以发现一个奇怪的问题：同一人的心率无氧阈值HR at范围为138~150 BPM.小于优先训练心率范围参考值152~165 BPM.且无交集，这说明了什么呢？在此作四点猜测仅供参考。
1、上述HR lt/HR at或优先HR范围参考值计算错误或误差值过大；
2、心率百分比对应脂肪、糖消耗参考图及计算方法的实验采样人群与文中举例某27岁中国籍普通车友所在人群存在一定的体能差异；
3、举例样本——某27岁男性普通车友由于缺乏锻炼，所以心率无氧阈值在同年龄段平均优先HR范围参考值之下；
4、以上皆是。
4、心率总结
作为一种运动方式，公路车的骑行比较连续、平稳、较少的意外情况加之一定的客观特点，针对公路骑行中的心率分析相对有意义。公路骑行的目的不尽相同，大家的人体素质千差万别，总结为如下三点：
1、以各种心情愉悦为目的公路骑行，大约保持心率在可以承受范围内即可，此范围无需心率监控也可以自我感受出来。
2、 以锻炼提高心肺功能为主的公路骑行，可以搭配心率表监控实时心率值以便调整，这里需要注意的是：a.心率表或多或少存在一定的误差、延时和干扰，且在骑行 过程中心率非运动影响因素也有很多；b.结合心率无氧阈值选取合适的参考运动HR区域；c.为心率表设定恰当的报警区间；d.经常运动会影响静息心率HR repose值(通常为降低)，并且会影响心率无氧阈HR at值(通常为提高)，而且乳酸代谢以及堆积的情况因人而异，注意细心观察并相应调整。
例 2.b和2.c，如文中两次提到的车友，可以根据计算所得值将其心率表HR报警上限设置于160RPM. (138RPM. < 160 < 165RPM.)，下限设置于60RPM.(接近于HR repose)，推荐设置为声音提示报警为秒，否则专著于骑行时会不知不觉变绿、变巨大……
3、以比赛、训练以及减肥为目的的公路骑行，请大家补充。关于减肥为目的的心率表的选择提出两点疑问请大家理性思考。一是公路骑行中平均心率的实际意义；第二是以即时/平均心率(或者附加年龄、体重等)为参数得到的热量消耗或能量计算的准确性。
关于公路车的骑行可以做一个直观的图表，踏频、心率和功率分别是Y型轴的三条轴线，在每个轴线上都可以确定一个针对个人的点，三点连成三角形的面积一定程 度上反应了个人的骑乘能力——上文《公路骑行之踏频分析》可以大约确定踏频轴上的坐标，本文介绍了心率轴上的长度，接下来的公路骑行之功率分析将会对三角 的第三轴作出分析和总结。

nelsonqiao

三、公路骑行之功率分析
公路锻炼数据分析三部曲之三~功率篇
1、功能守恒
“能量既不会凭空产生，也不会凭空消失，它只能从一种形式转化为别的形式，或者从一个物体转移到别的物体，在转化或转移的过程中其总量不变。”
功 能守恒定律适用于目前已探知的整个自然界，其中当然也包括公路骑行的整个过程。首先了解下公路骑行中的主要的功与能：在骑行中对车与人的整体做功产生动 能，其间克服自行车的机械摩擦做功，克服地面摩擦力做功，爬坡时牺牲动能转化为势能，无风时克服空气阻力做功，逆风时克服空气阻力和风阻做功，顺风时克服 空气阻力并获得风力的功，其中还需要考虑运动过程中热量的流失…… 风力发电机把风动能转化为电能，植物的绿叶把光能+水与二氧化碳转化为葡萄糖和氧气，水电站把水的势能转化为电能…… 人类也在做着类似的功能转换，食物提供了能量，在骑车的过程中的动能或爬坡的势能皆源自于此。
以耐力与速度比拼为主的公路骑行中，功和能量转化是描述和分析的基础，而真正体现出个体间差异的则是另一个能描述做功效率的指标——功率输出。
2、功率的输出
功率用来描述单位时间内所做的功,是对做功性能的描述。公路骑乘的过程中，不同情况功率输出上也有不同体现：冲刺——最大功率输出能力；爬坡——抗重力负荷型平均功率输出能力；平路——风阻负荷型平均功率输出能力；下坡——面对相对高风阻并具有一定势能的功率输出……
为 了形象的理解公路车骑乘的功率，引入一个众所周知的对比——把公路自行车与人的整合体比作汽车，将骑者比做汽车的发动机~依此对比去理解各种骑行中功率的 输出情况。汽车的发动机功率输出决定了其综合性能——瞬时加速性能、最高时速性能、高速巡航性能……，当然影响速度的重要因素也不容忽视比如车的风阻，地 面摩擦，车身重量，有了以上形象的概念后我们来一一还原骑行中各个影响因素。与汽车能够独挡空气阻力不同的是：公路车骑行中车与人都面对了风阻，而且人的 风阻远远大于车的风阻；与汽车重量较大不同的是：公路车与骑者的重量相差悬殊，所以地面摩擦及相关阻力受人与车共同重量影响。
这里需要特别注意的是:较高的时速不一定代表较高的功率的输出，比如在下坡时~由势能转化为动能，即使骑者功率输出为零依然可以获得较高的速度（直至重力分量与风阻平衡），此时由重力分量来对抗风阻。
3、骑行中的功率分析
还在斤斤计较车子的重量么？读过本文的分析后不妨去重视下骑行中的功率分析，因为与其相比车子的重量真的没有想象的那么重要……
首先列举骑行中的各种主要阻力对功率输出的影响：
. 风阻是骑行中需要克服的最大的阻力，计算风阻的参考公式如下，f风阻=0.5*风阻系数c*空气密度*风阻截面积*速度的平方。 这里通过f风阻的计算可以看出，风阻系数c、经验系数以及空气密度都是客观值，而导致个体差异化的则是迎风面积和速度的平方值。f 风阻的功率如何计算呢？根据经典公式（W=FS，P=W/t）推导得到P=FV，风阻的功率——P风阻=f风阻*速度=0.5*风阻系数*空气密度*迎风 面积*速度的立方。到此不难发现在面对风阻时，骑者输出功率在客观上受迎风截面积和速度的立方两个参考值的影响，其中 速度的影响力已经达到了可怕的三次幂级（实际上在风阻力与向前牵引力平衡时速度的影响力为平方级）…… 由上述分析可以得出，为了克服风阻在客观上对骑者输出功率的影响，风阻面积尽可能越小越好，而作为追求的速度的骑乘者则需要权衡个人不同的功率输出能力根 据风力情况保持一个稳定且合适速度值（该值的计算方法：略，称此时的速度参考值为功率输出的最优速度。
这里的风阻计算考虑的是个人独自对抗风阻情况。
B. 爬坡中需要克服的是最大阻力是重力分量，这里给这个沿斜面的重力分量取名为坡阻力以便于理解，f坡阻=坡阻系数k*重力。这里坡阻系数k（0=< k<1）取决于坡度等因素，重力值为人、车以及附件共同的重力值。此时的坡阻功率——P坡阻=f坡阻*速度=坡阻系数k*重力*速度。可以看出坡阻 功率的参考公式中，速度仅为一次线性普通影响，这里我们举例分析重力对坡阻功率的影响。例如，某骑者体重75kg，其公路自行车毛重8kg，假设同骑者升 级单车成功减重2kg，此时该单车重为6kg，则重力与降为减重前之比为（75+6）/（75+8）=81/83=97.59%。由此可以分析得出，长时 间骑行来看少于2kg的车重减重对功率输出影响并不显著；从短时间来看，同力施加的情况下，较轻的车重会在瞬时加速中体现出一定的优势。
C. 路面阻力与机械摩擦阻力。f路阻=路阻系数*重力，路阻系数主要取决于于外胎材质、实时路况与实时胎压值，取值范围大多在千分位至百分位之间；机械摩擦阻 力主要是指车子整体的内损耗。路面阻力的分析与坡阻力类似，因路阻系数仅为坡阻系数的百分之一至十分之一之间，因此对功率的影响相对坡阻较小（重力影响分 析参考上B.坡阻重力分析）。机械阻力值与骑者个体差异相关性较小，骑乘习惯为最大非客观影响因素。
接下来，分析在各种不同骑行条件下骑 者的输出功率情况，由于骑者对牙盘的做功过程并非均匀以及变速系统影响，我们统称其平均输出功率为P骑——把骑者的双腿看做双缸发动机，把自行车变速系统 看做变速箱与传动装置……把这一系列的组合看成一个功率输出系统，该系统的输出功率：P=P骑-P机阻，这里取P机阻=0以方便计算，此时系统输出功率可 以约等于P骑（P骑不能简单的等同于蹬踏出力与速度的乘积，但是可以理解为人与车的变速系统组合起来形成一个虚拟的沿路面向前的牵引力——F前，这个力的 大小等同于来自于后轮的摩擦力……）。
平路路段中，假设骑者保持匀速前进，此时的功率输出克服了风阻与路阻相互平衡—— P骑=P风阻+P路阻，因为P路阻<<P风阻，这里取P路阻=0以方便计算，则P骑=P风阻=f风阻*速度=0.5*风阻系数*空气密度*迎 风面积*速度的立方，此时F前=0.5*风阻系数*空气密度*迎风面积*速度的平方。通过公式分析我们可以得出以下结论：
• 平路结论1.此时在骑者输出功率保持不变的情况下，迎风面积与速度的立方值成反比关系，即迎风面积越小则可以获得的速度值约大。
• 平 路结论2.在平路骑行且独自面对风阻的情况下，慎重提高速度，试举三例以供参考。如果希望平均时速由25提高至35为原速度的1.4倍，则骑者的输出功率 需要提高为原功率的2.74倍之多，F前需要提高为原向前牵引力的约2倍 …… 此时如果速度为原速的2倍，则F前需要提高为原值的4倍，功率输出需要提高8倍 ……
• 平路结论3.在平路有风的情况下，时速取相对速度计算。即顺风时，减去风速取相对于风速的速度值；逆风时，需要加上风速取相对于风俗的速度值。由此推论可见，由于风阻对骑乘功率输出和F前的影响巨大，骑行时应该及时的针对风速情况调整骑行计划。
爬坡路段中，假设骑者保持匀速前进，此时的功率输出克服了坡阻、路阻以及风阻并保持平衡状态—— P骑=P坡阻+P风阻+P路阻分量，同样忽略P路阻沿坡面的分量不计，此时P骑=P坡阻+P风阻，通过公式分析我们可以得出以下结论：
• 爬 坡结论1.假设某骑者平路是功率输出可以支持平均时速30km/h的骑行，而在某坡路的时速仅能保持15km/h，则在该坡路段风阻导致的功率损耗仅为平 路段的12.5%，如果在另一坡路的时速保持为10km/h，则在另一坡路的风阻的功率损耗仅为平路段的3.7%。因此爬坡路段的风阻功率损耗相对较低， 可以作为次要因素考虑。
• 爬坡结论2.关于车重对爬坡的影响——参见 B.重力分量-坡阻力做功中，关于车重分析实例。
下坡路段中，假设骑者保持匀速前进，此时的势能逐渐转化为动能，且功率输出克服了路阻以及风阻保持平衡状态—— P势能+P骑=P风阻+P路阻分量，同样忽略P路阻沿坡面的分量不计，此时P骑=P风阻-P势能，通过公式分析我们可以得出以下结论：
• 下坡结论1.此时在骑者输出功率、重力等保持不变的情况下，迎风面积与速度的立方值成反比关系，即迎风面积越小则可以获得的速度值约大。
• 下坡结论2.在下坡骑行且独自面对风阻的情况下，仍需慎重提高速度，即使下坡路段重力分量参与功率输出，当速度提高时P风阻仍为速度的三次幂级增长，而P势能仅随速度增长而线性提高而远远赶不上P风阻增长的速度 ……

通 过上述分析，不难看出爬坡赛更考验骑者的身体状况——体力和实力，而平地赛事则更看重骑者的经验、技术当然也包括个人的实力，哪种比赛更加好看一些呢？这 个当然是仁者见仁、智者见智了，而很明显的是多数的爱好者更喜欢卡文的什和坎切拉拉多过于其他人，看来绝对是有原因的。
需要 注意的是上述分析仅为脱离实际数据的纯经典理论分析，详尽的实验数据在目前只能在昂贵且复杂的风洞试验室中获得，当然即使是风洞试验室中的模拟分析也无法 完全模拟真实情况，但是其针对于公路骑行已经具有十分重要的意义和参考价值，具体的实际情况只能在实际的骑行中去探索了。

蓝云

顶起，大乔今后时不时来点食粮。。。

nelsonqiao

蓝云 发表于 2013-7-5 15:19
顶起，大乔今后时不时来点食粮。。。

文章不错，值得一看

旺苗车友

很专业，顶，有时间看看学习一下，还是挺长的

马户于

好文 顶起

老猴

好深奥啊……

大巍

好知识，一定要支持！以后要讲科学训练了！感谢乔哥分享！

化石

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