CN104147761B - 运动心率助力系统的控制方法 - Google Patents

Abstract

一种运动心率助力系统的控制方法，其步骤如下：运动者在启动系统电源后，通过控制面板输入年龄数据Y，并选择有氧运动模式或速度模式；如选用速度模式，通过控制面板设定助力档位；如果选择有氧运动模式，则按如下所述方式运行：a)由胸带或手握式心率传感器将实时采集运动者的即时心率r；b)控制器计算出该运动者的运动心率上限和下限；得出该运动者的健康有效运动心率范围，控制助力电机的功率输出来补偿运动者的部分运动负荷；c)将有效运动心率范围平分出N个心率区间；d)计算出具体控制档位n、助力电机的输出功率Wout，并驱动助力电机工作；f)采集的数据即时通过显示仪表展示给运动者，使使用者的运动心率保持在健康运动心率范围内。

Description

运动心率助力系统的控制方法

技术领域

本发明涉及一种健身运动器材运动心率助力系统的控制方法。

背景技术

目前随着科技水平的提高，生活方式的现代化、自动化程度越来越高，现代人进行有氧运动的机会越来越少。从而导致肥胖人群增多，心脑血管疾病发病率逐年增高。很多人意识到这一问题，自主进行有氧运动锻炼。但绝大多数人对运动心率的了解知之甚少，导致要么运动量不够，要么运动过激导致心肌或其它组织受损甚至危及生命。CN203186536U中公开了一种电动自行车的智能助力装置，包括控制器、驱动电机、脚踏和控制面板，其特征在于，还包括踏力传感器、心率测试仪，所述控制器分别和踏力传感器、心率测试仪、驱动电机、控制面板连接。它是由扭矩传感器和心率传感器联合进行控制。但很显然这种联合扭矩传感器和心率传感器进行控制的技术是自相矛盾的。因为扭矩传感器在不到1秒的时间就会对骑行者踏板扭矩的变化进行助力响应，其所述会根据骑行者踏板扭矩的增加而增加驱动电机功率输出，整个骑行状态平缓，骑行者基本不会有心率波动，从而使其系统的心率控制失去发挥作用的机会。在说明书还提到电机的助力分为1:0.25，1:1，和1:2三个等级，每个等级电机输出功率差距大，在实际使用过程中如此大范围的输出功率变化会导致车辆急加速或急减速，使使用者产生不适感甚至危及人身安全。而且扭矩传感器系统复杂，稳定性差，目前在电动助力车领域都不是主流配置，由此可见其实用性很低。

发明内容

本发明是要解决现有技术存在的上述问题，提供一种运动心率助力系统的控制方法，通过对使用者运动心率进行实时监测，并通过智能控制系统对使用者的运动健身器材进行干预，使使用者的运动心率保持在健康运动心率范围内，从而达到健身不伤身的目的。

本发明涉及的运动心率助力系统的控制方法，其步骤如下：

1、采用由控制器及与控制器相连接的心率传感器、运动频率传感器、控制面板、显示仪表、助力电机和蓄电池组成的运动心率控制系统；

2、运动者在启动系统电源后，显示仪表会显示要求使用者通过控制面板输入年龄数据Y，并选择有氧运动模式或速度模式；

如选用速度模式，运动者可在运动过程中根据自身喜好及身体状况通过控制面板设定助力档位，所述助力档位为大于等于0的正整数；如果选择有氧运动模式，则系统按如下所述方式运行：

a)正常运动开始后，由胸带或手握式心率传感器将实时采集运动者的即时心率r，并传送给控制器；

b)控制器根据公式1：

Max＝(220‐Y)×0.8

其中‐Max:运动心率上限

‐Y：运动者年龄，

计算出该运动者的运动心率上限，并根据公式2：

Min＝(220‐Y)×0.6

其中‐Min：运动心率下限

‐Y：运动者年龄

计算出该运动者的运动心率下限；从而得出该运动者的健康有效运动心率范围，通过控制器来控制助力电机的功率输出来补偿运动者的部分运动负荷，从而控制运动者的心率在整个运动过程中在此范围内变化；

c)控制器根据公式3：

$R=\frac{Max-Min}{N}$

其中R：心率区间

N：最高助力档位级数

将上述有效运动心率范围平分出N个心率区间；

d)当位于传动轴的运动频率传感器感知运动者运动频率信号p非零时，即：

当p≠0时，控制器将根据公式4：

$\frac{r-Min}{R}\&le;n<\frac{r-Min}{R}+1$

其中n：具体控制档位，其数值为从0开始直至N的正整数；

计算出具体控制档位n；

当运动频率信号p等于零时，即：

当p＝0时，控制档位n＝0；

e)控制器计算出具体控制档位后，根据公式5：

$W_{out}=\frac{n}{N}{W}_{\max }$

其中-W_out：助力电机输出功率；

-W_max：助力电机可输出最大功率

计算出助力电机的输出功率Wout，并按此功率驱动助力电机工作；

f)在整个运动过程中，控制器采集的数据都会即时通过显示仪表展示给运动者，其中包括即时心率r、温度t、运动频率p、即时速度V、运动里程Dist、控制档位n；当即时心率r低于最低运动心率Min或高于最大运动心率Max时，显示仪表背景灯闪烁，提醒运动者注意并及时调整，降低运动强度，直至仪表背景灯不闪烁为止。

本发明的有益效果：当使用本发明的控制系统时，运动者心率一直处于实时监测状态。当运动者刚开始运动时，心率会随着运动频率加快而突然增加，这对运动者的心脏是有损害的。应用本发明的控制系统会依据运动者心率变化的幅度，按档位逐级小幅度增加助力电机输出功率，从而保证在不影响运动者运动效果的前提下，精确将运动者的心率控制在运动心率上限以内；当运动心率在助力电机作用下逐步平稳下降时，助力电机输出功率会按档位逐级变小直至运动者运动心率低于运动心率下线时助力电机停止功率输出。这样就保证运动者心率在健康有效的范围内缓慢波动，避免突然增加心脏负荷而产生的心脑血管突发疾病。本发明还可广泛应用于动感单车、跑步机等健身运动器材中。

附图说明

图1是本发明涉及的运动心率控制系统原理图。

具体实施方式

如图所示，本发明的具体步骤如下：

1、采用由控制器及与控制器相连接的心率传感器、运动频率传感器、控制面板、显示仪表、助力电机和蓄电池组成的运动心率控制系统；

2、运动者在启动系统电源后，显示仪表会显示要求使用者通过控制面板输入年龄数据Y，并选择有氧运动模式或速度模式；

如选用速度模式，运动者可在运动过程中根据自身喜好及身体状况通过控制面板设定助力档位，所述助力档位为大于等于0的正整数；如果选择有氧运动模式，则系统按如下所述方式运行：

a)正常运动开始后，由胸带或手握式心率传感器将实时采集运动者的即时心率r，并传送给控制器；

b)控制器根据公式1：

Max＝(220‐Y)×0.8

其中‐Max:运动心率上限

‐Y：运动者年龄，

计算出该运动者的运动心率上限，并根据公式2：

Min＝(220‐Y)×0.6

其中‐Min：运动心率下限

‐Y：运动者年龄

计算出该运动者的运动心率下限；从而得出该运动者的健康有效运动心率范围，通过控制器来控制助力电机的功率输出来补偿运动者的部分运动负荷，从而控制运动者的心率在整个运动过程中在此范围内变化；

c)控制器根据公式3：

$R=\frac{Max-Min}{N}$

其中R：心率区间

N：最高助力档位级数

将上述有效运动心率范围平分出N个心率区间；

d)当位于传动轴的运动频率传感器感知运动者运动频率信号p非零时，即：

当p≠0时，控制器将根据公式4：

$\frac{r-Min}{R}\&le;n<\frac{r-Min}{R}+1$

其中n：具体控制档位，其数值为从0开始直至N的正整数；

计算出具体控制档位n；

当运动频率信号p等于零时，即：

当p＝0时，控制档位n＝0；

e)控制器计算出具体控制档位后，根据公式5：

$W_{out}=\frac{n}{N}{W}_{\max }$

其中-W_out：助力电机输出功率；

-W_max：助力电机可输出最大功率

计算出助力电机的输出功率Wout，并按此功率驱动助力电机工作；

f)在整个运动过程中，控制器采集的数据都会即时通过显示仪表展示给运动者，其中包括即时心率r、温度t、运动频率p、即时速度V、运动里程Dist、控制档位n；当即时心率r低于最低运动心率Min或高于最大运动心率Max时，显示仪表背景灯闪烁，提醒运动者注意并及时调整，降低运动强度，直至仪表背景灯不闪烁为止。

Claims (1)

1.运动心率助力系统的控制方法，其特征是步骤如下：

(1)、采用由控制器及与控制器相连接的心率传感器、运动频率传感器、控制面板、显示仪表、助力电机和蓄电池组成的运动心率控制系统；

(2)、运动者在启动系统电源后，显示仪表会显示要求使用者通过控制面板输入年龄数据Y，并选择有氧运动模式或速度模式；

如选用速度模式，运动者可在运动过程中根据自身喜好及身体状况通过控制面板设定助力档位，所述助力档位为大于等于0的正整数；如果选择有氧运动模式，则系统按如下所述方式运行：

a)正常运动开始后，由胸带或手握式心率传感器将实时采集运动者的即时心率r，并传送给控制器；

b)控制器根据公式1：

Max＝(220‐Y)×0.8

其中‐Max:运动心率上限

‐Y：运动者年龄，

计算出该运动者的运动心率上限，并根据公式2：

Min＝(220‐Y)×0.6

其中‐Min：运动心率下限

‐Y：运动者年龄

计算出该运动者的运动心率下限；从而得出该运动者的健康有效运动心率范围，通过控制器来控制助力电机的功率输出来补偿运动者的部分运动负荷，从而控制运动者的心率在整个运动过程中在此范围内变化；

c)控制器根据公式3：

$R=\frac{Max-Min}{N}.$

其中R：心率区间

N：最高助力档位级数

将上述有效运动心率范围平分出N个心率区间；

d)当位于传动轴的运动频率传感器感知运动者运动频率信号p非零时，即：

当p≠0时，控制器将根据公式4：

$\frac{r-Min}{R}\&le;n<\frac{r-Min}{R}+1$

其中n：具体控制档位，其数值为从0开始直至N的正整数；

计算出具体控制档位n；

当运动频率信号p等于零时，即：

当p＝0时，控制档位n＝0；

e)控制器计算出具体控制档位后，根据公式5：

$W_{out}=\frac{n}{N}{W}_{\max }$

其中-W_out：助力电机输出功率；

-W_max：助力电机可输出最大功率

计算出助力电机的输出功率Wout，并按此功率驱动助力电机工作；

f)在整个运动过程中，控制器采集的数据都会即时通过显示仪表展示给运动者，其中包括即时心率r、温度t、运动频率p、即时速度V、运动里程Dist、控制档位n；当即时心率r低于最低运动心率Min或高于最大运动心率Max时，显示仪表背景灯闪烁，提醒运动者注意并及时调整，降低运动强度，直至仪表背景灯不闪烁为止。