一种双级减震自平衡智能滑雪板及其控制方法

本发明属于滑雪装备与智能运动器材，具体涉及一种面向初学者的双级减震减噪自平衡智能滑雪板及其控制方法，尤其涉及一种集滑雪板夹芯减震结构、绑定器足部隔振结构、姿态感知、足底压力检测、雪况振动识别、自平衡辅助控制以及防摔提醒于一体的智能滑雪板。该滑雪板可用于初学者滑雪训练、休闲滑雪及复杂雪况下的辅助滑行，通过对滑雪板姿态、滑行速度、板体振动及使用者足底压力分布进行实时采集和分析，实现对减震刚度、足部支撑状态或边刃辅助状态的调节，从而提高滑行过程中的稳定性、舒适性和安全性。

背景技术：

1、滑雪运动作为一种典型的冰雪运动项目，近年来在大众健身、休闲娱乐和体育训练等场景中得到快速发展。滑雪板作为滑雪运动中的核心装备，其结构性能直接影响使用者的滑行稳定性、操控舒适性和运动安全性。尤其对于初学者而言，由于其尚未熟练掌握重心转移、边刃控制、速度控制以及身体姿态调整等滑雪基础动作，在滑行过程中更容易出现重心后坐、左右偏载、边刃误卡、速度失控以及摔倒等问题。因此，面向初学者的滑雪板不仅需要具备基本的承载和滑行功能，还应具有较好的减震、减噪、姿态感知、自平衡辅助和防摔保护能力。

2、现有普通滑雪板通常主要由上板层、板芯、增强层、底板层和金属边刃等结构组成，其设计重点多集中在板体强度、弹性响应、转弯性能和滑行速度等方面。对于专业滑雪者而言，较高的板体刚度和灵敏的边刃响应能够提高操控性能，但对于初学者而言，过强的板体反馈和边刃响应反而容易导致身体姿态不稳。当滑雪板经过硬雪、冰面、压实雪或颠簸雪面时，雪面对板体产生的冲击振动会直接传递至绑定器和使用者脚部，进一步影响膝关节、踝关节和身体重心稳定性，降低滑行舒适性和安全性。

3、现有滑雪板在减震方面一般依靠板芯材料自身弹性、底板材料柔性或局部橡胶垫层进行缓冲，其减震结构较为单一。该类结构虽然能够在一定程度上吸收雪面冲击，但对高频振动、连续颠簸冲击和人体足部受力冲击的隔离效果有限。特别是在初学者滑行过程中，由于动作不稳定、重心变化幅度较大，滑雪板与雪面之间会产生频繁的冲击载荷，单一板体减震结构难以同时兼顾雪面冲击吸收和足部舒适支撑。因此，现有滑雪板缺少一种同时作用于板体内部和绑定器支撑位置的双级减震结构。

4、此外，滑雪板在硬雪或冰面上滑行时，金属边刃与雪面之间容易产生明显刮擦噪声，板体内部结构也可能因冲击和振动产生共振噪声。现有滑雪板通常缺少针对板体结构噪声和边刃振动噪声的专门减噪设计，多数产品仅通过改变材料或增加局部缓冲垫来改善舒适性，难以有效降低硬雪、冰面和颠簸雪面条件下的结构振动噪声。对于初学者而言，较大的振动和噪声不仅影响使用体验，还可能加剧心理紧张，进一步降低其姿态控制能力。

5、在自平衡辅助方面，现有滑雪板大多属于被动式运动装备，通常不具备对使用者重心、板体姿态、滑行速度和雪况振动特征的实时感知能力。初学者在滑行过程中是否存在前倾、后坐、左偏、右偏等重心异常状态，主要依靠自身感觉和教练经验判断，滑雪板本身无法主动识别使用者的重心偏移趋势。当使用者出现横滚角变化过快、足底压力分布异常或速度异常增大等情况时，现有滑雪板通常不能及时进行提醒，也不能通过调节减震刚度、足部支撑状态或边刃辅助状态来降低摔倒风险。

6、在防摔保护方面，现有初学者滑雪装备通常依赖护具、教学辅助架或外部牵引装置进行保护，这些方式不能与滑雪板本体形成实时联动。当滑雪板在滑行过程中出现边刃卡滞、速度异常、重心偏移过大或雪面冲击突变时，现有滑雪板难以及时识别危险状态并向使用者发出有效提示。尤其在转弯、刹停和低速练习过程中，初学者容易因边刃切入角控制不当而发生卡刃摔倒，现有滑雪板缺少对边刃受力状态和卡滞风险的检测与辅助调节结构。

7、综上所述，现有滑雪板存在以下不足：第一，减震结构多集中于板体本身，缺少板体缓冲减震与绑定器足部隔振减震相结合的双级减震设计；第二，缺少针对板体结构振动噪声和边刃刮擦噪声的减噪夹芯结构；第三，缺少对滑雪板姿态、足底压力、滑行速度和板体振动的实时采集与综合判断；第四，无法根据初学者重心偏移、横滚角变化和雪况振动特征进行自平衡辅助调节；第五，缺少针对重心偏移过大、速度异常和边刃卡滞风险的防摔提醒与辅助保护机制。因此，有必要提出一种面向初学者的双级减震减噪自平衡智能滑雪板及其控制方法，以提高初学者在不同雪况下的滑行稳定性、舒适性和安全性，并降低振动噪声和摔倒风险。

技术实现思路

1、(1)要解决的技术问题

2、本发明的目的在于提供一种面向初学者的双级减震减噪自平衡智能滑雪板及其控制方法，以解决现有滑雪板减震结构单一、板体振动噪声较大、初学者重心控制困难、边刃卡滞风险难以及时识别以及缺少防摔辅助保护的问题。本发明通过在滑雪板主体内部设置减噪夹芯结构，并在绑定器与滑雪板主体之间设置足部隔振减震结构，形成板体减震与足部减震相结合的双级减震体系；同时通过姿态感知组件采集滑雪板姿态、速度、振动和足底压力分布信号，并利用自平衡控制组件和防摔辅助组件对重心偏移、雪况变化和边刃卡滞风险进行判断，从而提高初学者滑行过程中的稳定性、舒适性和安全性。

3、(2)技术方案

4、一种面向初学者的双级减震减噪自平衡智能滑雪板，包括滑雪板主体、前绑定器、后绑定器、双级减震组件、减噪夹芯结构、姿态感知组件、自平衡控制组件和防摔辅助组件。

5、所述前绑定器和后绑定器间隔设置于滑雪板主体的上表面，用于固定使用者的滑雪鞋并传递人体载荷。所述滑雪板主体两侧设置有金属边刃，用于在滑行、转弯和刹停过程中与雪面接触并提供边刃支撑力。

6、所述双级减震组件包括板体缓冲减震结构和足部隔振减震结构。所述板体缓冲减震结构设置于滑雪板主体内部，用于吸收雪面不平、硬雪、冰面或颠簸雪面引起的板体冲击和振动。所述足部隔振减震结构设置于前绑定器、后绑定器与滑雪板主体之间，用于隔离板体振动向使用者脚部的传递，并缓冲使用者在滑行过程中的足部冲击载荷。通过板体缓冲减震结构和足部隔振减震结构的配合，使滑雪板同时具备雪面冲击吸收能力和人体足部隔振能力。

7、所述减噪夹芯结构设置于滑雪板主体内部，所述减噪夹芯结构由上至下依次包括上板层、阻尼吸音层、蜂窝缓冲层、增强层和底板层。所述上板层用于形成滑雪板主体的上表面并承载绑定器安装结构；所述阻尼吸音层用于吸收板体高频振动并降低结构噪声；所述蜂窝缓冲层用于分散和吸收雪面冲击载荷；所述增强层用于提高滑雪板主体的抗弯刚度和抗扭刚度；所述底板层用于与雪面接触并形成滑行面。通过上述多层复合结构，可在保证滑雪板基本强度和滑行性能的同时，降低板体振动和噪声。

8、进一步地，所述金属边刃与减噪夹芯结构之间设置有边刃隔振结构。所述边刃隔振结构可采用橡胶、tpu、聚氨酯或其他粘弹性阻尼材料制成，用于降低金属边刃与硬雪或冰面接触时产生的刮擦振动及其向滑雪板主体内部的传递，从而减少边刃振动噪声并改善滑行舒适性。

9、所述足部隔振减震结构包括弹性支撑座、阻尼块、压力传感器和安装螺栓。所述弹性支撑座设置于绑定器下方，用于承载绑定器并提供弹性支撑；所述阻尼块设置于弹性支撑座与滑雪板主体之间，用于吸收绑定器处的冲击和振动；所述压力传感器设置于阻尼块与滑雪板主体之间，或设置于弹性支撑座与阻尼块之间，用于采集使用者足底压力分布；所述安装螺栓用于将绑定器、弹性支撑座和滑雪板主体连接为整体。每个绑定器下方可设置多组阻尼块和压力传感器，以分别检测绑定器前后、左右不同区域的受力变化。

10、所述姿态感知组件包括imu姿态传感器、速度检测模块、振动传感器和压力传感器。所述imu姿态传感器用于采集滑雪板主体的横滚角、俯仰角、偏航角、角速度和加速度信号；所述速度检测模块用于采集或估算滑雪板的滑行速度；所述振动传感器用于采集滑雪板主体在滑行过程中的振动信号；所述压力传感器用于采集前绑定器和后绑定器下方的足底压力分布信号。

11、所述自平衡控制组件包括重心计算单元、雪况识别单元、控制模块和执行调节单元。所述重心计算单元根据压力传感器采集的足底压力分布信号，计算使用者重心的前后偏移量和左右偏移量；所述雪况识别单元根据振动传感器采集的振动信号以及imu姿态传感器采集的加速度信号，判断滑雪板当前所处雪况的振动特征；所述控制模块根据重心偏移量、横滚角变化率、俯仰角变化率、滑行速度和雪况振动特征生成控制指令；所述执行调节单元根据控制指令调节减震刚度、足部支撑状态或边刃辅助状态。

12、所述防摔辅助组件包括摔倒风险判断单元、边刃卡滞风险判断单元、提醒单元和辅助限速单元。所述摔倒风险判断单元根据使用者重心偏移量、滑雪板横滚角、俯仰角、角速度和滑行速度判断使用者是否存在前倾、后坐、侧倾或失衡风险；所述边刃卡滞风险判断单元根据边刃受力状态、横滚角变化率、速度变化和板体振动信号判断是否存在边刃卡滞风险；所述提醒单元用于通过震动、声光或无线终端向使用者发出提醒；所述辅助限速单元用于在速度异常或失衡风险增大时提高阻尼强度或触发辅助减速。

13、本发明还提供一种面向初学者的双级减震减噪自平衡智能滑雪板的控制方法，包括如下步骤：

14、首先，通过姿态感知组件采集滑雪板主体的姿态信号、速度信号、振动信号和足底压力分布信号；其次，根据前绑定器和后绑定器下方压力传感器采集的足底压力分布信号计算使用者重心偏移方向和偏移量；然后，根据imu姿态传感器采集的横滚角、俯仰角和角速度判断滑雪板主体的姿态变化状态；进一步，根据振动传感器采集的板体振动信号和imu姿态传感器采集的加速度信号识别雪况振动特征；之后，根据重心偏移量、姿态变化状态、滑行速度和雪况振动特征判断是否存在失衡风险、速度异常或边刃卡滞风险；当判断存在失衡风险、速度异常或边刃卡滞风险时，控制防摔辅助组件执行震动提醒、阻尼增强、边刃辅助调节或辅助限速；当判断未超过风险阈值时，保持当前减震刚度和支撑状态。

15、(3)有益效果

16、第一，本发明通过设置板体缓冲减震结构和足部隔振减震结构，形成双级减震体系，能够分别吸收雪面冲击振动和人体足部冲击载荷，降低初学者在硬雪、冰面或颠簸雪面滑行时受到的振动冲击。

17、第二，本发明通过在滑雪板主体内部设置由上板层、阻尼吸音层、蜂窝缓冲层、增强层和底板层构成的减噪夹芯结构，能够在保证板体强度和弹性的同时吸收高频振动，降低板体结构噪声。

18、第三，本发明通过在金属边刃与滑雪板主体之间设置边刃隔振结构，能够降低金属边刃在硬雪或冰面上滑行时产生的刮擦振动和噪声，提高滑行舒适性。

19、第四，本发明通过imu姿态传感器、压力传感器、速度检测模块和振动传感器实时采集滑雪板姿态、速度、振动和足底压力分布信号，能够对初学者的重心偏移状态和滑雪板姿态变化进行综合判断。

20、第五，本发明通过自平衡控制组件根据重心偏移量、横滚角变化率和雪况振动特征调节减震刚度、足部支撑状态或边刃辅助状态，能够对初学者提供辅助平衡支持，降低因重心控制不当导致的摔倒风险。

21、第六，本发明通过防摔辅助组件在检测到重心偏移过大、速度异常或边刃卡滞风险时进行震动提醒、阻尼增强或辅助限速，能够提高初学者在不同雪况下的滑行安全性。

22、综上，本发明能够在不同雪况下同时提升滑雪板的减震性能、减噪性能、自平衡辅助能力和防摔保护能力，特别适用于初学者滑雪训练、滑雪体验和大众冰雪运动场景。