Was genau messen sie? Wie messen sie es? Welche Auswirkungen haben die verschiedenen Ansätze auf die Genauigkeit / Geschwindigkeit einer guten Messung?
Es wäre hilfreich, wenn jemand eine Antwort geben könnte, die erklärt, wie sich nabenbasierte Messgeräte wie das PowerTap von den kurbelbasierten Messgeräten wie dem Quarq unterscheiden, die sich von den anderen unterscheiden.
Antworten:
Es gibt verschiedene Arten von Leistungsmessern auf dem Markt, und jeder misst etwas anderes, um Schätzungen vorzunehmen. Darüber hinaus hat die Art und Weise, wie sie messen, was sie messen, Auswirkungen auf ihre Genauigkeit. Im Folgenden werde ich erläutern, was die Hauptmodelle messen, wie sie es messen und welche Auswirkungen dies auf die Genauigkeit hat.
Leistung ist die Arbeitsgeschwindigkeit (Sie müssen also die Arbeitsmenge und die Zeitspanne kennen, in der diese Arbeit ausgeführt wird), und Leistung ist eine Kraft, die über eine Entfernung ausgeübt wird. Daher hat jeder Leistungsmesser eine andere Methode, diese zu messen Kräfte und, aufgrund von Patenten, hat jeder beschlossen, sie an einem anderen "Ort" zu messen.
Mit Ausnahme des iBikes messen die meisten Leistungsmesser die Kräfte irgendwo entlang des Antriebsstrangs: Der PowerTap (und der alte Look MaxOne) messen von hinten nach vorne an der Hinterradnabe, die älteren Polar-Systeme messen entlang der Kette. Der Quarq, SRM, Rotor und Power2Max messen an der Spinne des vorderen Kettenblatts, der neue Look / Polar und Garmin Metrigear (bisher angekündigt, aber unveröffentlicht) an der Pedalspindel, der (angekündigte, aber unveröffentlichte) Brim Brothers misst Bei der Schuhklemme misst der Ergomo am Tretlager und der Stages an der linken Kurbel. Das iBike misst auf eine ganz andere Art und Weise. Eine Folge der Messung an verschiedenen Punkten entlang des Antriebsstrangs ist, dass Antriebsstrangverluste in unterschiedlichem Maße berücksichtigt werden (oder auch nicht). beispielsweise, Ein PowerTap ist normalerweise niedriger als ein SRM, da einer den meisten Verlusten im Antriebsstrang "vorgelagert" ist, während der andere "nachgelagert" ist. Dieser Unterschied ist eher eine Definitionsfrage als eine strikte "Genauigkeitsfrage" (im Sinne von "Ist das Bruttoeinkommen oder das Nettoeinkommen ein genaueres Maß für das Einkommen?") sagen was "genauer" ist).
Die meisten auf dem Markt befindlichen Leistungsmesser verwenden Dehnungsmessstreifen, bei denen es sich um dünne Folienstreifen handelt, deren elektrischer Leitwert und Widerstand sich bei Verformung ändern. Dehnungsmessstreifen werden in vielen Anwendungen (wie Brücken) eingesetzt und ihre Eigenschaften sind allgemein bekannt. Im Allgemeinen werden Dehnungsmessstreifen in einer "Rosette" oder "Wheatstone-Brücke" kombiniert, um eine höhere Genauigkeit und Präzision zu erzielen (mehr Dehnungsmessstreifen führen normalerweise zu besseren Ergebnissen). Bei ordnungsgemäßem Betrieb sind dies normalerweise Power Tap, Quarq und SRM auf wenige Prozent genau (und vor allem mit hoher Präzision); Dies wurde sowohl statisch (unter Verwendung bekannter an der Kurbel hängender Gewichte) als auch dynamisch (unter Verwendung einer großen angetriebenen Walzentrommel in einem Labor) überprüft. Die Kräfte werden dann mit einer Messung der Winkelgeschwindigkeit oder Geschwindigkeit kombiniert, um Leistung zu erhalten. Eine Tugend von Dehnungsmessstreifen besteht darin, dass die Widerstandsänderung auch bei stillstehendem Gerät gemessen werden kann, sodass der Radfahrer die Genauigkeit der auf Dehnungsmessstreifen basierenden Leistungsmesser zu Hause messen kann, indem Gewichte einer bekannten Masse an die Kurbel gehängt werden. Ein häufiges Problem bei dem DMS-Ansatz besteht jedoch darin, dass sie empfindlich auf Temperaturänderungen reagieren können und daher vor (und manchmal auch während) Fahrten auf "Null" gesetzt werden müssen. Die Achillesferse des alten Look MaxOne war wasserdicht, nicht die Dehnungsmessstreifen oder die Messmethode. Das ursprüngliche Power2Max (und das alte abgekündigte SRM "Amateur" -Modell) verwendet beispielsweise weniger Dehnungsmessstreifen als das aktuelle PowerTap, Quarq, oder SRM-Modelle und Berichte von Benutzern (später vom Hersteller zugelassen) zeigten, dass es während einer Fahrt empfindlicher auf Temperaturdrift reagierte als die anderen. Der Power2Max wurde Ende 2012 überarbeitet und aktualisiert. Berichten zufolge wurde das Temperaturproblem weitgehend behoben. Ein behauptetes Merkmal der Stufen ist, dass sie auf automatische Temperaturkompensation ausgelegt sind. Anfang 2013 wird diese Behauptung noch von den Benutzern bewertet, und es ist noch zu früh, um zu wissen, ob ihre Herangehensweise das tut, was sie behauptet.
Das alte Polar-Kraftmessgerät maß die Kraft, die durch die Kettenspannung entlang der Kette übertragen wurde, und umfasste einen Kettengeschwindigkeitssensor, um die Gesamtarbeit zu erhalten. In einer Kette führt eine höhere Kraft, die entlang der Kette übertragen wird, zu einer höheren Spannung, und die Spannung kann anhand der Resonanzfrequenz des Objekts gemessen werden (z. B. erzeugt das Zupfen einer stark gespannten Speiche mit dem Fingernagel einen Hochfrequenzton, während das Zupfen einer lockeren Speiche erzeugt ein leiser Ton). Aus historischer Sicht war der Proof-of-Concept-Prototyp für den Polar-Kettenspannungssensor der Tonabnehmer einer E-Gitarre. Der Kettengeschwindigkeitssensor passte auf eines der Umwerfer-Stützräder und konnte die "Impulse" im Magnetfeld zählen, wenn die Kettennieten vorbeizogen. Da Kettennieten einen bekannten Abstand voneinander haben, konnte die Kettengeschwindigkeit leicht berechnet werden. Wie für die Genauigkeit, wenn der Polar gut funktionierte, es war sehr gut; Wenn es nicht so war, war es in der Tat sehr ungezogen. Schlimmer noch, es war oft schwer zu sagen, wann es ungezogen war. Der Sturz des alten Polar-Kraftmessers war dreifach: 1) Der Kettenspannungssensor musste sich in der Nähe der Kette befinden, was schwer zu erreichen war, da die Kette manchmal im großen oder kleinen Kettenblatt oder im großen oder im kleinen sein musste kleines hinteres Zahnrad; 2) der Kettengeschwindigkeitssensor wurde manchmal überfordert und gab falsche Geschwindigkeitsmesswerte aus; und 3) unvollständige Wetterbeständigkeit zum Teil aufgrund freiliegender Drähte und einer schlecht versiegelten "Hülse". das war schwer zu erreichen, da die Kette manchmal im großen oder kleinen Kettenblatt oder im großen oder kleinen hinteren Zahnrad sein musste; 2) der Kettengeschwindigkeitssensor wurde manchmal überfordert und gab falsche Geschwindigkeitsmesswerte aus; und 3) unvollständige Wetterbeständigkeit zum Teil aufgrund freiliegender Drähte und einer schlecht versiegelten "Hülse". das war schwer zu erreichen, da die Kette manchmal im großen oder kleinen Kettenblatt oder im großen oder kleinen hinteren Zahnrad sein musste; 2) der Kettengeschwindigkeitssensor wurde manchmal überfordert und gab falsche Geschwindigkeitsmesswerte aus; und 3) unvollständige Wetterbeständigkeit zum Teil aufgrund freiliegender Drähte und einer schlecht versiegelten "Hülse".
Das Ergomo-Kraftmessgerät auf Tretlagerbasis verwendete einen optischen Sensor und eine Reihe von "Gucklöchern", um die Torsion im Tretlager zu messen. Ein merkwürdiges Merkmal dieser Konstruktion ist, dass sie nur die (Torsions-) Kraft messen kann, die durch das Tretlager fließt. Daher wurde nur die vom linken Bein geleistete Kraft gemessen. Um die Gesamtkraft zu erhalten, wurde der Anteil des linken Beins verdoppelt. In Verbindung mit der Schwierigkeit, den Ergomo zu installieren und zu kalibrieren (er musste genau so installiert werden)), war diese Abhängigkeit von der bilateralen Symmetrie zwischen den Beinen der Todesstoß für den Ergomo. Der Leistungsmesser Stages misst auf ähnliche Weise die Kraft durch Verformung der linken Kurbel und verdoppelt die "linke", um eine Schätzung der Gesamtleistung zu erhalten. Untersuchungen mit instrumentierten Kraftpedalen zeigen, dass bilaterale Asymmetrien bei der Stromerzeugung zwischen rechtem und linkem Bein die Norm sind. Einige Fahrer sind jedoch bereit, diese inhärente Ungenauigkeit und Ungenauigkeit zu akzeptieren.
Da weder bei den alten Polar- noch bei den Ergomo-Leistungsmessgeräten Dehnungsmessstreifen verwendet wurden, konnte der Radfahrer ihre Genauigkeit und Präzision vor Ort nicht statisch überprüfen. Sie konnten nur dynamisch überprüft werden (oder mit einem anderen bekannten kalibrierten Leistungsmesser).
Es geht das Gerücht, dass die unveröffentlichten Pedal- oder Pedalplatten-Leistungsmesser von Garmin Metrigear und Brim Brothers piezoelektrische Sensoren und Festkörper-Beschleunigungsmesser anstelle von Folien-Dehnungsmessstreifen verwenden. Bis sie jedoch auf den Markt kommen, sollten alle Aussagen über Genauigkeit oder Präzision mit Salzkörnern getroffen werden. Ein interessantes Problem bei der Konstruktion eines Kraftmessgeräts auf Pedal- oder Stollenbasis besteht darin, dass die Kraftrichtung und die Position der Pedalspindel bekannt sein müssen ist Kraftverschwendung, da es nicht hilft, die Kurbel in die richtige Richtung zu bewegen; Wenn Sie auf den Aufwärtshub (jedoch leicht) drücken, wird ein Teil der vom anderen Bein auf den Abwärtshub ausgeübten Kraft aufgehoben. Das Verfolgen der verschiedenen Kraftvektoren ist daher der Schlüssel zu zuverlässiger Genauigkeit und Präzision. In gewissem Maße kann der Stage-Leistungsmesser auch gelegentlich einem ähnlichen Problem ausgesetzt sein: Der Stages verwendet einen Festkörper-Beschleunigungsmesser im Pedal (ähnlich den Festkörper-Beschleunigungsmessern, die in Smartphones zu finden sind), um seine Position zu bestimmen. Frühe Serienmodelle der Stages waren von ungenauen Messungen der Pedalposition geplagt, sodass auch die Pedalgeschwindigkeit ungenau war - und dies hatte Auswirkungen auf die Genauigkeit der endgültigen Leistungsschätzungen.
Das kürzlich erschienene Look / Polar Kraftmessgerät (Stand Januar 2012) verwendet Dehnungsmessstreifen, die entlang der Pedalspindel angeordnet sind. Jedes Pedal muss sorgfältig installiert werden, damit die Pedale wissen, in welche Richtung die Kräfte wirken Pedale zur Orientierung. Um die Umrechnung von gemessenen Kräften in Drehmomentwerte zu vereinfachen, können mit dem Look / Polar-Pedal nur vier verschiedene Kurbellängen verwendet werden: 170 mm, 172,5 mm, 175 mm und 177,5 mm. Kurbeln, die kürzer als 170 mm sind, werden derzeit nicht unterstützt. Ein Pedal ist der "Master" und das andere ist der "Slave"; Das Slave-Pedal überträgt Informationen an den Master, der dann die Daten beider Pedale bündelt und an die Headunit weiterleitet. Im Augenblick, Das Look / Polar-Pedal verwendet ein eigenes Übertragungsprotokoll, und noch kein anderer Hersteller hat sich angemeldet, um kompatible Headunits bereitzustellen. Frühere Berichte über die neuen Look-Pedale bestätigen, dass die Ausrichtung der Pedale von entscheidender Bedeutung ist: Da die Spindel eines Pedals klein ist, kann ein kleiner absoluter Ausrichtungsfehler ein großer relativer Fehler in seiner Winkelausrichtung sein.
Das iBike geht ganz anders vor: Es berechnet die Leistung indirekt. Das heißt, Sie benötigen eine gewisse Kraft, um Änderungen der potenziellen Energie (Steigen oder Sinken) zu überwinden, Änderungen der kinetischen Energie (Beschleunigen oder Bremsen), um den Luftwiderstand (einschließlich des Windes) zu überwinden und den Rollwiderstand zu verringern, wenn Sie dies tun Sie kennen die Fahrgeschwindigkeit, die Steigung, die Windgeschwindigkeit, Ihre Gesamtmasse (Sie plus Fahrrad und die gesamte Ausrüstung) und können diese mit Schätzungen der Rollwiderstandskoeffizienten (Crr) sowie des Luftwiderstands und der Vorderfläche (CdA oder Widerstandsfläche) kombinieren, die Sie berechnen können die Gesamtleistung (siehe z. B. hier). Im Wesentlichen konzentrieren sich die anderen Leistungsmesser auf dem Markt auf die "Angebotsseitengleichung", indem sie die Leistung messen, die der Fahrer irgendwo entlang des Antriebsstrangs liefert. Das iBike konzentriert sich auf die "Nachfrageseite", indem die Leistung gemessen wird, die erforderlich ist, um das Fahrrad gegen Wind, Gefälle und andere Widerstandskräfte zu bewegen. Unter normalen Bedingungen kann dies ziemlich (vielleicht sogar überraschend) genau sein, obwohl die auf diese Weise geschätzte Präzision der Leistung nicht so gut ist - das iBike geht davon aus, dass die aerodynamische Widerstandsfläche (auch bekannt als CdA) konstant ist, wenn der Fahrer dies tut Ändert sich die Position (z. B. von den Tropfen zu den Balkenoberseiten) oder weicht die Windgeschwindigkeit ab, weil sich der Gierwinkel ändert, ist die Leistungsschätzung deaktiviert. Im Allgemeinen hat sich gezeigt, dass das iBike für Steigungen ziemlich genau ist. weniger für rollende Kurse oder Reiten in einem Rudel, Die Gesamtgenauigkeit hängt also von der genauen Mischung des Fahrens und der Variabilität in Windrichtung ab. Wie beim alten Polar und Ergomo auf DMS-Basis kann das iBike nicht statisch auf Genauigkeit oder Präzision überprüft werden. Schlimmer noch, es kann nicht auf einem dynamischen Prüfstand in einem Labor überprüft werden, da es vom Gefälle und der Windgeschwindigkeit abhängt. IBike-Tests wurden im Feld durchgeführt, wenn Fahrer einen anderen Leistungsmesser am selben Fahrrad montiert und die beiden Datenströme verglichen haben.
Es gab einige "gleichzeitige" Vergleiche der Genauigkeit von Leistungsmessern, bei denen ein Fahrer zwei oder mehr Leistungsmesser am Fahrrad montierte und strukturierte oder unstrukturierte Fahrten unternahm. Sie können einen solchen "Rosetta Stone" -Vergleich hier und hier sehen .
Im Allgemeinen waren alle im Handel erhältlichen Leistungsmesser genau (und manchmal auch präzise), wenn sie neu eingestellt wurden und unter idealen Bedingungen arbeiten. Die Bedingungen sind jedoch nicht immer ideal und Teile werden beschädigt, verschmutzt und verschlechtern sich. Wenn Genauigkeit und Präzision wichtig sind, ist die Genauigkeit des Entwurfs (basierend auf Dehnungsmessstreifen, optischen Sensoren, magnetischen Sensoren oder Windgeschwindigkeitssensoren) nur die halbe Miete. Ebenso wichtig ist die Fähigkeit, einen Leistungsmesser zu Hause zu überprüfen kann sagen, wann sie aus sind.
Ich fand dieses Bild des ersten SRM-Leistungsmessers interessant:
Die Kurbel ist wie ein Hebel aufgerichtet (dreht sich um die Spindel) - je stärker Sie auf das Pedal drücken, desto stärker verbiegt sich die Dehnungslehre , deren Leistung als Teil der Leistungsberechnung verwendet wird (wie in der anderen besser beschrieben) Antworten!)
Viele moderne Leistungsmesser sind im Wesentlichen Verfeinerungen dieses Konzepts
Grundsätzlich arbeiten Leistungsmesser alle durch Messen der Kraft (oder des Drehmoments) und einer Geschwindigkeit.
http://en.wikipedia.org/wiki/Power_(physics)#Mechanical_power
P(t) = F(t) * v(t)
Mit anderen Worten:
Power = Force * velocity
Ein Kraftmesser auf Pedal- oder Kurbelbasis misst, wie viel Drehmoment auf die Kurbeln ausgeübt wird. In Kombination mit Ihrer Trittfrequenz erhalten Sie die Ausgangsleistung (addieren Sie die Zeit und Sie haben die gesamte Arbeit erledigt).
Ein nabenbasierter Leistungsmesser misst das Drehmoment, das vom Antriebsstrang auf die Nabe ausgeübt wird, und kombiniert dies mit der Drehzahl oder der Raddrehzahl, um die gleichen grundlegenden Berechnungen durchzuführen und die dort abgegebene Leistung zu berechnen.
Grundsätzlich misst einer die Leistung, die in den Antriebsstrang fließt, der andere misst die Leistung, die aus dem Antriebsstrang kommt. Wenn Sie beides hätten, würde der Hub-Leistungsmesser aufgrund des Leistungsverlusts im Antriebsstrang etwas weniger Leistung anzeigen. Ein Fahrradantriebsstrang ist jedoch sehr effizient (besonders wenn er gut gewartet ist), so dass ich mir über den sehr kleinen Unterschied keine Sorgen machen würde. In gewissem Maße kann es davon abhängen, ob Sie mehr Wert auf Ihre Leistung oder die Leistung des gesamten Fahrer-Fahrrad-Systems legen.
Der eigentliche zugrunde liegende physikalische Mechanismus ist wahrscheinlich ein Dehnungsmessstreifen, der aus einem dünnen Draht besteht, der im Zick-Zack über einen Balken läuft und sich bei Krafteinwirkung leicht verbiegt. Das Biegen der Drähte ändert den elektrischen Widerstand. http://en.wikipedia.org/wiki/Strain_gauge
Ich habe auch von Leistungsmessern gehört, die die Kraft auf die Pedale messen. Ich gehe davon aus, dass ihnen die Länge der Kurbeln mitgeteilt werden muss. Ich habe auch von Systemen gehört, die Kettenvibrationen messen, um die Spannung an der Kette zu berechnen und Kraft- / Drehmomentinformationen zur Berechnung der Leistungsabgabe zu erhalten.