자전거 파워 미터는 어떻게 작동합니까?
답변:
시장에는 여러 가지 유형의 파워 미터가 있으며 각각 추정치를하기 위해 약간 다른 것을 측정합니다. 또한 측정 대상을 측정하는 방식은 정확성에 영향을 미칩니다. 아래에서는 주요 모델의 측정 방법, 측정 방법 및 정확성에 대한 영향에 대해 설명합니다.
전력은 작업 속도 (따라서 작업량과 해당 작업이 수행되는 시간 범위를 알아야 함)이며, 작업은 거리에 걸쳐 가해지는 힘이므로 각 파워 미터는 서로 다른 측정 방법을 사용합니다. 특허권으로 인해 각각은 다른 "위치"에서 측정하도록 선택했습니다.
iBike를 제외하고 대부분의 파워 미터는 드라이브 트레인을 따라 어딘가에서 힘을 측정합니다. 뒤에서 앞으로, PowerTap (및 이전 Look MaxOne)은 후면 허브에서 측정합니다. 프론트 체인 링의 스파이더에서의 Quarq, SRM, Rotor 및 Power2Max 측정, 페달 스핀들의 새로운 Look / Polar 및 Garmin Metrigear (지금까지 발표되었지만 발표되지 않은) 측정, (발표되었지만 발표되지 않은) 브림 브라더스 측정 슈 클리트에서 Ergomo는 바텀 브래킷에서 측정했으며 스테이지는 왼쪽 크랭크에서 측정합니다. iBike는 아래와 같이 완전히 다른 방식으로 측정합니다. 구동 트레인을 따라 다양한 지점에서 측정 한 결과는 구동 트레인 손실이 다른 정도로 설명 될 것입니다. 예를 들어 PowerTap은 일반적으로 SRM보다 낮게 읽습니다. 하나는 대부분의 드라이브 트레인 손실의 "업스트림"이고 다른 하나는 "다운 스트림"입니다. 이 차이는 엄격한 "정확성"문제보다 정의적인 문제에 가깝습니다 ( "총 소득 또는 순소득이 더 '정확한'소득 측정 기준입니까?"라는 의미에서). "정확한"말)
시장에 나와있는 대부분의 전력계는 변형 게이지에 따라 전기 전도도 및 저항이 변하는 작은 얇은 포일 스트립 인 스트레인 게이지를 사용합니다. 스트레인 게이지는 브리지와 같은 많은 응용 분야에서 사용되며 그 속성은 잘 이해됩니다. 일반적으로 스트레인 게이지는 "로제트"또는 "Wheatstone 브리지"로 결합되어 더 정확하고 정밀하게 (일반적으로 더 나은 스트레인 게이지가 더 나은 결과를 생성 함) 생성하고 Power Tap, Quarq 및 SRM은 일반적으로 몇 퍼센트 내에서 정확하고 (중요하게도 높은 정밀도로); 이것은 정적으로 (크랭크에서 매달린 알려진 무게를 사용하여) 그리고 동적으로 (실험실에서 큰 전동 롤링 드럼을 사용하여) 확인되었습니다. 힘은 각속도 또는 속도의 측정 값과 결합하여 출력을 얻습니다. 스트레인 게이지의 장점은 장치가 정지되어 있어도 저항의 변화를 측정 할 수있어 사이클리스트는 알려진 질량의 무게를 크랭크에서 매달아 집에서 스트레인 게이지 기반 파워 미터의 정확도를 측정 할 수 있다는 것입니다. 그러나 스트레인 게이지 접근 방식의 일반적인 문제점은 온도 변화에 민감 할 수 있으므로 라이딩 전 (때로는) 동안 "제로화"해야한다는 것입니다. 구형 Look MaxOne의 아킬레스 건은 스트레인 게이지 나 측정 방법이 아니라 방수였습니다. 예를 들어, 원래 Power2Max (및 이전 단종 된 SRM "Amateur"모델)는 현재 PowerTap, Quarq, 또는 사용자의 SRM 모델 및 보고서 (이후 제조업체에 의해 승인 됨)는 다른 차량보다 승차 중 온도 드리프트에 더 민감한 것으로 나타났습니다. Power2Max는 2012 년 말에 재 설계 및 업데이트되었으며 온도 문제가 크게 해결되었다는보고가 있습니다. Stages의 주장 된 특징은 자동 온도 보상을 중심으로 설계되었다는 것입니다. 2013 년 초 현재이 클레임은 여전히 사용자에 의해 평가되고 있으며 자신의 접근 방식이 클레임을 수행하는지 알기에는 너무 이릅니다.
구식 Polar 파워 미터는 체인 장력으로 체인을 따라 전달되는 힘을 측정했으며 체인 속도 센서를 포함하여 총 작업량을 얻었습니다. 체인에서 체인에 더 높은 힘이 전달되면 장력이 높아지고 물체의 공진 주파수로 장력을 측정 할 수 있습니다 (예 : 손톱으로 긴장이 심한 스포크를 뽑으면 느슨한 스포크 생성으로 고주파 음이 발생합니다) 낮은 톤). 역사적으로 폴라 체인 장력 센서의 개념 증명 프로토 타입은 일렉트릭 기타의 픽업이었습니다. 체인 속도 센서는 변속기 자키 휠 중 하나에 장착되며 체인 리벳이 지나갈 때 자기장의 "펄스"를 계산할 수 있습니다. 체인 리벳은 알려진 거리만큼 떨어져 있기 때문에 체인 속도를 쉽게 계산할 수 있습니다. 정확성에 관해서는 Polar가 제대로 작동했을 때 매우 좋았습니다. 그러나 그렇지 않았을 때 실제로는 정말 장난 꾸러기였습니다. 더 나쁜 것은, 그것이 언제 장난 스러운지 말하기 어려웠습니다. 구 극좌표 파워 미터의 몰락은 3 배였습니다. 1) 체인 장력 센서는 체인에 가까워 야했는데 체인이 크거나 작은 체인 링 또는 작은 후방 코그; 2) 체인 속도 센서가 때때로 압도되어 잘못된 속도 판독 값을 제공했습니다. 및 3) 노출 된 와이어 및 잘못 밀봉 된 "포드"로 인해 부분적으로 불완전한 내후성. 체인이 때때로 크거나 작은 체인 링 또는 크거나 작은 리어 코 그에 있어야했기 때문에 달성하기 어려웠습니다. 2) 체인 속도 센서가 때때로 압도되어 잘못된 속도 판독 값을 제공했습니다. 및 3) 노출 된 와이어 및 잘못 밀봉 된 "포드"로 인해 부분적으로 불완전한 내후성. 체인이 때때로 크거나 작은 체인 링 또는 크거나 작은 리어 코 그에 있어야했기 때문에 달성하기 어려웠습니다. 2) 체인 속도 센서가 때때로 압도되어 잘못된 속도 판독 값을 제공했습니다. 및 3) 노출 된 와이어 및 잘못 밀봉 된 "포드"로 인해 부분적으로 불완전한 내후성.
Ergomo 바텀 브래킷 기반 파워 미터는 바텀 브래킷의 비틀림을 측정하기 위해 광학 센서와 일련의 "피크 구멍"을 사용했습니다. 이 설계의 이상한 특징은 바텀 브래킷을 통과하는 (비틀림) 힘만 측정 할 수 있다는 것입니다. 따라서, 그것은 왼쪽 다리에 의해 기여 된 힘만을 측정했다 : 총 힘을 얻기 위해 왼쪽 다리에 기여한 것을 두 배로했다. 설치 및 Ergomo 교정의 어려움과 관련하여 (이것은 설치했다 단지 바로 지금), 다리 사이의 양 대칭 대칭에 대한 의존성은 Ergomo의 데스 켈넷이었다. Stages 파워 미터는 마찬가지로 왼쪽 크랭크의 변형에 의한 힘을 측정하고 총 파워의 추정치에 도달하도록 "왼쪽"을 두 배로 늘립니다. 계측 된 힘 페달을 사용한 연구는 오른쪽 다리와 왼쪽 다리 사이의 전력 생산에서 양측 비대칭이 표준이라는 것을 보여줍니다. 더 나쁜 연구는 비대칭이 노력의 수준에 따라 변할 수 있음을 보여줍니다. 그러나 일부 라이더는이 고유 한 부정확성과 부정확성을 기꺼이 받아들입니다.
구식 Polar 및 Ergomo 파워 미터는 스트레인 게이지를 사용하지 않았기 때문에 사이클리스트가 현장에서 정확도와 정밀도를 정적으로 확인할 수 없었습니다. 그것들은 동적으로 만 (또는 알려진 교정 된 파워 미터와 비교하여) 점검 할 수있었습니다.
출시되지 않은 Garmin Metrigear 및 Brim Brothers 페달 또는 페달 클릿 파워 미터는 포일 스트레인 게이지 대신 압전 센서와 솔리드 스테이트 가속도계를 사용한다는 소문이 있지만, 시장에 도달 할 때까지 정확성이나 정밀성에 대한 모든 주장은 소금 알갱이로 이루어져야합니다. 페달 또는 클리트 기반 파워 미터의 설계에서 흥미로운 문제는 힘의 방향과 페달 스핀들의 위치를 알아야한다는 것입니다. 예를 들어 페달 스트로크의 하단에 아래쪽으로 힘을 가하면 크랭크를 올바른 방향으로 이동시키는 데 도움이되지 않기 때문에 낭비되는 힘; 마찬가지로, 상승 행정에서 (약간이라도) 아래로 눌렀을 경우, 다른 쪽 다리가 하향 행정에 가한 힘의 일부가 취소됩니다. 따라서 다양한 힘 벡터를 추적하는 것이 신뢰할 수있는 정확성과 정밀도를 얻는 데 중요합니다. 어느 정도까지는 스테이지 파워 미터가 때때로 관련 문제에 취약 할 수 있습니다. 스테이지는 페달의 솔리드 스테이트 가속도계 (스마트 폰에서 찾을 수있는 솔리드 스테이트 가속도계와 유사)를 사용하여 위치를 결정합니다. 초기 단계의 생산 모델은 페달 위치의 부정확 한 측정으로 인해 어려움을 겪었으므로 페달 속도도 정확하지 않았으며, 이는 최종 출력 추정의 정밀도에 영향을 미쳤습니다.
최근 출시 된 (2012 년 1 월 기준) Look / Polar 파워 미터는 페달 스핀들을 따라 배열 된 스트레인 게이지를 사용하며, 각 페달은 조심스럽게 설치되어 힘이 가해지는 방향을 알 수 있도록해야합니다. 방향에 도움이되는 페달. 측정 된 힘을 토크 값으로 변환하는 것을 단순화하기 위해 Look / Polar 페달은 170mm, 172.5mm, 175mm 및 177.5mm의 네 가지 크랭크 길이 만 사용할 수 있습니다. 170mm보다 짧은 크랭크는 현재 지원되지 않습니다. 하나는 "마스터"이고 다른 하나는 "노예"입니다. 슬레이브 페달은 마스터로 정보를 전송 한 다음 두 페달의 데이터를 번들로 묶어 헤드 유닛으로 전달합니다. 현재 Look / Polar 페달은 자체 전송 프로토콜을 사용하며 호환되는 헤드 유닛을 제공하기 위해 아직 서명 한 다른 제조업체는 없습니다. 새로운 Look 페달에 대한 초기 보고서는 페달의 방향이 중요하다는 것을 확인합니다. 페달의 스핀들이 작기 때문에 정렬에서 작은 절대 오차는 각도 방향에서 큰 상대 오차가 될 수 있습니다.
iBike는 완전히 다른 접근 방식을 취합니다. 간접적으로 전력을 계산합니다. 즉, 운동 에너지의 변화 (가속 또는 감속), 잠재적 인 에너지의 변화 (등반 또는 하강)를 극복하고 공기 역학적 항력 (바람 포함)을 극복하고 구름 저항에서 항력을 끌어 내려면 일정량의 힘이 필요합니다. 지면 속도, 경사도, 풍속, 총 질량 (자전거 및 모든 장비 포함)을 파악한 다음 롤링 저항 계수 (Crr) 및 에어로 드래그 및 전면 면적 (CdA 또는 드래그 면적)의 추정치와 결합 전체 전력 (예 : 여기 참조)). 본질적으로, 시장에 나와있는 다른 파워 미터는 드라이브 트레인의 어딘가에서 라이더가 공급하는 전력을 측정함으로써 "공급 측 방정식"에 중점을 둡니다. iBike는 바람, 경사 및 기타 항력에 대항하여 자전거를 움직이는 데 필요한 전력을 측정하여 "수요 측면"에 중점을 둡니다. 정상적인 조건에서,이 방법으로 추정 된 힘의 정확도는 좋지 않지만, 이것은 아마도 (아마 놀랍게도) 정확할 수 있습니다 .iBike는 공기 역학적 항력 영역 (일명 CdA)이 일정하다고 가정합니다. 위치 변경 (예 : 방울에서 막대 상단으로 이동) 또는 요 각도가 변경되어 풍속이 다른 경우 전력 추정값이 해제됩니다. 일반적으로 iBike는 언덕 오르기에 매우 정확합니다. 코스를 굴 리거나 팩을 타는 경우에는 그렇지 않습니다. 전체 정확도는 주행의 정확한 혼합과 바람 방향의 변동성에 따라 달라집니다. 비 변형 게이지 기반 구형 Polar 및 Ergomo와 마찬가지로 iBike는 정확성이나 정확성을 정적으로 확인할 수 없습니다. 실험실의 동적 장비는 경사와 풍속에 의존하기 때문에 더 나빠질 수 없습니다. 라이더가 동일한 자전거에 다른 파워 미터를 장착하고 두 데이터 스트림을 비교했을 때 iBike 점검이 현장에서 수행되었습니다.
한 라이더가 자전거에 두 개 이상의 파워 미터를 장착하고 구조화되거나 구조화되지 않은 라이딩을했던 파워 미터 정확도에 대한 "동시"비교가 몇 차례있었습니다. 당신은 하나의 "로제타 스톤"비교를 볼 수 있습니다 여기 와 여기 .
일반적으로 상용으로 출시 된 모든 전력계는 새로 조정하고 이상적인 조건에서 성능을 발휘할 때 정확하고 때로는 정확합니다. 그러나 조건이 항상 이상적이지는 않으며 부품이 손상되거나 더러워지고 성능이 저하됩니다. 정확도와 정밀도가 중요한 경우 "설계"정확도 (스트레인 게이지, 광학 센서, 자기 센서 또는 풍속 센서에 관계없이)는 절반에 불과합니다. 집에서 파워 미터를 확인하는 기능도 마찬가지로 중요합니다. 그들이 언제 꺼져 있는지 알 수 있습니다.
첫 SRM 파워 미터의 이미지가 흥미로 웠습니다.
크랭크는 레버처럼 조작됩니다 (스핀들을 중심으로 회전)-페달을 더 세게 밀면할수록, 스트레인 게이지 벤드 가 더 많아 지고, 출력은 와트 수 계산의 일부로 사용됩니다 (다른 쪽에서 더 잘 설명 됨) 대답!)
많은 현대식 전력계는 본질적 으로이 개념을 개선합니다.
기본적으로 파워 미터는 모두 힘 (또는 토크)과 속도를 측정하여 작동합니다.
http://en.wikipedia.org/wiki/Power_(physics)#Mechanical_power
P(t) = F(t) * v(t)
다른 말로:
Power = Force * velocity
페달 또는 크랭크 기반 파워 미터는 크랭크에 적용되는 토크의 양을 측정합니다. 당신의 케이던스와 결합하여 당신에게 파워 출력을 제공합니다 (시간을 더하면 총 작업이 완료됩니다).
허브 기반 파워 미터는 드라이브 트레인에 의해 허브에 적용되는 토크를 측정하고이를 동일한 속도 또는 휠 회전 수와 결합하여 동일한 기본 수학을 수행하고 거기서 출력을 계산합니다.
기본적으로 하나는 구동계로 들어가는 전력을 측정하고 다른 하나는 구동계에서 나오는 전력을 측정합니다. 둘 다 가지고있는 경우, 구동계에서 전력 손실로 인해 허브 전력계에 약간의 전력이 표시됩니다. 자전거 드라이브 트레인은 매우 효율적이지만 (특히 잘 유지 관리되는 경우) 매우 작은 차이에 대해서는 걱정하지 않습니다. 어느 정도까지는 전체 라이더 + 자전거 시스템의 전원 출력 또는 전원 출력에 더 관심이 있는지 여부에 따라 달라질 수 있습니다.
실제 기본 물리적 메커니즘은 힘이 가해질 때 약간 구부러지는 빔에서 지그재그로가는가는 와이어로 구성된 스트레인 게이지 일 것입니다. 전선을 구부리면 전기 저항이 변경됩니다. http://en.wikipedia.org/wiki/Strain_gauge
페달의 힘을 측정하는 파워 미터도 들었습니다. 나는 그들이 크랭크의 길이를 알아야한다고 가정합니다. 또한 체인 진동을 측정하여 체인의 장력을 계산하여 힘 / 토크 정보를 얻어 전력 출력을 계산하는 시스템에 대해서도 들었습니다.