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功率/速度:对公路自行车运动的建模(1)

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发布于 2024-06-04 22:49・IP 属地浙江

现代公路车运动是数据驱动的,如何更好地理解诸如功率、速度这些数据呢?训练和比赛是非常复杂的,“建模思维”可以帮助我们抓住复杂公路车运动背后的本质,无论是对训练提高、还是比赛策略都有非常大的帮助。

本期内容我们深入剖析知名教练Marco van Bon和Guido Vromen的文章Power speed profile:Performance model for road cycling,透过模型来看看他们对公路自行车运动深刻的理解。


Marco van Bon网站(Van Bon - Cycling Performance)首页:根据他的模型得出的评价公路车运动员能力的雷达图

两位作者以功率-速度特性为依据,建立了公路自行车运动表现模型,强调了比赛关键阶段(Critical Period)在决定比赛结果方面的重要性。他们认为,最终决定不同类型比赛结果的重要因素是不同时长关键阶段的功率输出以及速度(功率的分布),而不仅仅是有氧耐力方面努力(平均功率)。

通常人们使用功能性阈值功率(FTP)、最大摄氧量(VO2max)和最大有氧功率(MAP)这些指标来评估自行车运动的表现,然而这些测试可能无法完全反映骑手在关键阶段的能力。

作者强调了自行车比赛的动态性质,骑手需要在特定的关键阶段:如冲刺、突围和冲刺,进行高功率的输出。根据特定的比赛条件和能量系统使用情况,关键阶段可分为短期(<1min)、中长期(1~10min)和长期(10~60min)持续时间。通过了解和测量这些关键时期的表现,教练对骑手的了解将更加全面,而不仅仅是传统指标如FTP和VO2max。

从FTP/VO2max到公路车竞赛的本质

功能性阈值功率(FTP)、最大摄氧量(VO2max)和最大有氧功率(MAP)是常用于评估自行车运动员表现的关键指标:

FTP是骑手能够持续40分钟到1小时的最高平均功率输出,通常用于训练强度划分,也反映了维持稳态输出的能力;

VO2max代表运动员在高强度运动中能够利用的最大氧气量,专业自行车运动员通常的VO2max高于70 ml/kg/min;

MAP是在氧气摄取达到峰值时可实现的功率输出,是阶梯测试(Ramp Test)力竭前达到的最大功率,与VO2max有关。

虽然这些指标被视作评估耐力表现的“黄金标准”,但它们无法完整反映出骑手比赛时关键阶段(冲刺、突围)的能力。经常参加比赛的运动员戏称:“如果FTP真的那么重要,还举办比赛干嘛?直接按FTP数值排名发奖牌就行了。”


(集团不同位置的空气阻力:骑手需要在位置-阻力之间权衡)

事实也确实如此,赢得自行车比赛冠军的并不总是那些VO2max数值最高或是FTP最高的车手。为何会产生这样的差异呢?这就和公路车比赛特点有关了:骑手们的竞技环境是所谓的“开方式”,不像田径比赛是在固定场地举办,骑手的表现会很大程度上受到对手、环境的影响(最显著的一点,骑手可以互相跟风节省体能)。

在FTP测试、VO2max测试的时候,骑手会毫无保留地全力输出;而公路车赛场上,骑手并不需要从头到尾全力进行高功率输出——高功率输出被保留在在关键阶段,其余时间则以较低的能量消耗组成大集团前行。


(绕圈赛的最后60秒:越接近终点,功率输出就越高)

公路车比赛是一个动态过程(Dynamic Process),具有的很多非线性系统的特征,例如随机性;与之相反,VO2max和FTP的测试时的功率输出是非常稳定的(确定性)。大多数时候,车手在比赛时并不会全力输出,除非比赛到达关键阶段。在这些关键节点,骑手们需要释放他们的全部潜力。例如,当一个骑手进攻并试图从大集团突围,或试图追击前方的骑手;一些重要的地形(爬坡、起伏);还有终点冲刺等,这些都属于比赛关键阶段。

下面我以近期国内的一场爬坡绕圈赛选手的功率曲线为例,可以看出在比赛不同的关键阶段,功率输出的特性是截然不同的。


第一阶段+第二阶段是比赛的爬坡路段,两段的平均功率接近(288w和283w)。这两个阶段骑手输出功率特点是在FTP附近波动,但是第一阶段会有更多短时间、高功率的短间歇输出(第一阶段NP = 313w,第二阶段NP = 291w)。刚进入爬坡会有很多进攻和拉扯,所以爬坡的快慢不仅要看车手FTP有多高,还要看能不能在更关键的第一阶段进行短时间高功率的输出。

第三阶段功率输出特性又有所变化:尽管平均功率只有232w,但是功率高低变化的幅度更大(有5次峰值功率800w以上的输出)。这表明,比赛临近终点的起伏路面的功率特点和爬坡阶段是截然不同的,有更多短时间、高功率的无氧输出。


分析上面比赛5秒到12分钟的最大功率发现:5s、10s、30s最大功率出现在第三阶段;1min、5min最大功率出现在第一阶段;12min以及更长时间最大功率出现在第二阶段。

通过这样的数据分析,我们可以得出不同类型车手的比赛策略:如果你可以在几十秒内爆发出高功率,那么比赛进入第三阶段会更有优势;如果你擅长1~5min短无氧,那么你可以在比赛初期成功突围;如果你能够长时间稳定输出较高功率,那么你可以在第二阶段长距离爬坡建立一定的优势。

功率-时间曲线(Power Duration Profile):全面衡量骑手的能力

前面比赛案例的分析充分体现了公路车比赛的动态特性,在比赛不同阶段,分别凸显出短期(<60s)、中长期(1min~10min)、长期(>10min)功率输出的重要性。看到这里,想必大家就能理解单一指标FTP、VO2max的局限性了——比赛结果是由不同时间段的功率输出能力(功率-时间曲线)和恢复能力(高功率输出+短暂休息后再次高功率输出)综合决定的。

FTP和VO2max只能反映骑手单次输出的能力。要想真正全面衡量骑手的能力,至少测试其三类功率输出能力(短期、中长期和长期),并由功率-时间曲线直观呈现出来。


(Training Peaks、Garmin、WKO等训练软件都能记录功率-时间曲线)

功率-时间曲线对比赛备战的指导意义:

很多爱好者,把FTP作为训练提升的唯一目标,这样的训练是很不全面的,只练到了功率曲线的20~60min部分。功率曲线上还有冲刺区间、短无氧区间,这些区间的能力对比赛而言同样是非常重要的!

准备参加一场比赛前,应该提前了解赛道类型,并有针对性地提高曲线的特定部分。

我们可以看看不同类型的世巡赛考验的都是选手哪部分能力:

1.三大环赛的平路赛段,冲刺+冲刺前的破风、卡位,重点是60s以内的高功率输出


2.古典赛,环弗兰德斯的Paterberg(1分钟)、巴黎鲁贝的Carrefour de l'Arbre(3分钟)、瓦隆之箭的Mur de Huy(1坤分钟)、列日-巴斯通-列日的Côte de la Redoute (5分钟)。因此古典赛需要很强的短无氧能力,所以像范德普尔、范阿尔特这样公路越野出身的车手非常专业对口。


3.环法赛场的高山赛段,以及长距离的个人计时赛段,这时候需要很强的稳态输出,FTP就非常重要了。

能力评估:功率-时间曲线的测试

职业车队在选拔人才的时候不仅仅会关注他们的FTP、VO2max,也测试他们的功率-时间曲线来准确评估他们在不同类型赛场上的潜力。

下面分享早期功率训练研究者Coggan、澳大利亚体育研究所AIS和国际自盟自行车训练中心WCC提出的三套测试流程。

Coggan测试分为两部分:

1.冲刺以及无氧能力测试(2组15s取平均;3组1min取平均;1组5min)

2.FTP测试(FTP = 20min测试功率 x 0.95)

AIS标准功率-时间曲线测试流程:

国际自盟自行车训练中心WCC标准测试流程:


运动员进行上述测试,并且把测试结果和样本库中的数据进行对比,从而判断他们是哪一类型的车手,以及作为职业车队选材的依据。

不同级别车手对应时间输出的功体比参考值:

不同类型车手(冲刺Sprint;耐力Endurance)级别划分的功体比参考范围:

本文是对Marco van Bon和Guido Vromen文章Power Speed Profile: Performance model for road cycling第一部分的解读。笔者认为,他们的这篇文章最大的意义是从数据上诠释了公路自行车比赛的功率需求,并且以详实的数据为骑手训练提供有效指引。

对于许多业余爱好者而言,希望我的解读能让大家更深入理解骑行功率的本质意义,打破“唯FTP论”,让大家更清晰地了解如何科学分析、提高自己的竞赛水平。

本文并非全文对照翻译,加入了大量我的理解与改动。大家如感兴趣也可参阅原文:

Power Speed Profile: Performance model for road cycling (1)

researchgate.net/public

下期文章给大家带来第二部分的解读,二位作者在功率之外还把速度加入模型之中。他们的公路车运动新模型无论是对比赛,还是对运动员选材(确定你是哪种类型的骑手)都起到了很大的作用。

发布于 2024-06-04 22:49・IP 属地浙江
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