Que mesurent-ils exactement? Comment le mesurent-ils? Quelles sont les implications des différentes approches sur la précision / rapidité d'obtenir une bonne mesure?
Il serait utile que quelqu'un puisse donner une réponse qui explique en quoi les compteurs à moyeu comme le PowerTap diffèrent des compteurs à manivelle comme le Quarq qui diffèrent des autres.
Réponses:
Il existe plusieurs types différents de wattmètres sur le marché et chacun mesure quelque chose de légèrement différent afin de faire ses estimations. De plus, la façon dont ils mesurent ce qu'ils mesurent a des implications sur leur précision. Ci-dessous, je discute de ce que les principaux modèles mesurent, comment ils le mesurent et les implications pour la précision.
La puissance est le taux de travail (vous devez donc connaître la quantité de travail et la durée pendant laquelle ce travail est effectué), et le travail est une force exercée sur une distance, chaque wattmètre a donc une manière différente de mesurer ces forces et, en raison des brevets, chacun a choisi de les mesurer dans un "emplacement" différent.
À l'exception de l'iBike, la plupart des wattmètres mesurent les forces quelque part le long de la transmission: travaillant de l'arrière vers l'avant, le PowerTap (et l'ancien Look MaxOne) mesure au moyeu arrière, les anciens systèmes Polar mesurés le long de la chaîne, les mesures Quarq, SRM, Rotor et Power2Max au niveau de l'araignée de la chaîne avant, les nouvelles mesures Look / Polar et Garmin Metrigear (jusqu'à présent, annoncées mais non publiées) au niveau de l'axe de pédale, les mesures Brim Brothers (annoncées mais non publiées) au niveau du taquet de chaussure, l'Ergomo mesuré au niveau du pédalier et les mesures Stages à la manivelle gauche. L'iBike mesure d'une manière complètement différente, discutée ci-dessous. Une conséquence de la mesure à différents points le long de la transmission est que les pertes de transmission seront (ou ne seront pas) prises en compte à un degré différent; par exemple, un PowerTap lira généralement plus bas qu'un SRM car l'un est "en amont" de la plupart des pertes de transmission tandis que l'autre est "en aval". Cette différence est davantage un problème de définition qu'un problème strict de «précision» (dans le sens de «le revenu brut ou le revenu net est-il une mesure plus« précise »du revenu?« À moins que vous n'ayez une utilisation spécifique en tête, il est difficile de dire ce qui est plus "précis").
La plupart des wattmètres sur le marché utilisent des jauges de contrainte, qui sont de petites bandes de feuille mince dont la conductance électrique et la résistance varient en fonction de leur déformation. Les jauges de contrainte sont utilisées dans de nombreuses applications (comme les ponts) et leurs propriétés sont bien comprises. En général, les jauges de contrainte sont combinées dans une "rosette" ou un "pont de Wheatstone" afin de produire plus d'exactitude et de précision (plus de jauges de contrainte produisent généralement de meilleurs résultats) et, lorsqu'elles fonctionnent correctement, le Power Tap, Quarq et SRM sont généralement précis à quelques pour cent près (et, tout aussi important, avec une grande précision); cela a été vérifié à la fois statiquement (en utilisant des poids connus suspendus à la manivelle) et aussi dynamiquement (en utilisant un grand tambour roulant motorisé dans un laboratoire). Les forces sont ensuite combinées avec une mesure de la vitesse angulaire ou de la vitesse pour obtenir de la puissance. Une vertu des jauges de contrainte est que le changement de résistance peut être mesuré même lorsque l'appareil est immobile afin que le cycliste puisse mesurer la précision des wattmètres à jauge de contrainte à la maison en suspendant des poids d'une masse connue à la manivelle. Un problème courant avec l'approche par jauge de contrainte, cependant, est qu'ils peuvent être sensibles aux changements de température et doivent donc être "remis à zéro" avant (et parfois, pendant) les sorties. Le talon d'Achille du vieux Look MaxOne était l'étanchéité, pas les jauges de contrainte ou la méthode de mesure. Par exemple, le Power2Max d'origine (et l'ancien modèle SRM "Amateur" abandonné) utilise moins de jauges de contrainte que le PowerTap actuel, Quarq, ou les modèles SRM et les rapports des utilisateurs (reconnus par la suite par le fabricant) ont montré qu'il était plus sensible à la dérive de température pendant un trajet que les autres. Le Power2Max a été repensé et mis à jour fin 2012 et les rapports indiquent que le problème de température a été largement résolu. Une caractéristique revendiquée des étapes est qu'elle est conçue autour de la compensation automatique de la température - au début de 2013, cette affirmation est toujours en cours d'évaluation par les utilisateurs et il est trop tôt pour savoir si leur approche fait ce qu'elle prétend.
L'ancien wattmètre Polar mesurait la force transmise le long de la chaîne par la tension de la chaîne et comprenait un capteur de vitesse de chaîne pour obtenir un travail total. Dans une chaîne, une force plus élevée transmise le long de la chaîne entraîne une tension plus élevée, et la tension peut être mesurée par la fréquence de résonance de l'objet (par exemple, le pincement d'un rayon très tendu avec votre ongle produit une tonalité haute fréquence tandis que le pincement d'un rayon lâche produit un ton bas). En tant qu'historique, le prototype de preuve de concept du capteur de tension de chaîne Polar était le micro d'une guitare électrique. Le capteur de vitesse de chaîne s'adaptait sur l'une des roues jockey du dérailleur et pouvait compter les «impulsions» dans le champ magnétique lorsque les rivets de chaîne passaient; comme les rivets de chaîne sont à une distance connue, la vitesse de la chaîne a été facilement calculée. Quant à la précision, lorsque le Polar fonctionnait bien, c'était très bon; cependant, quand ce n'était pas le cas, c'était vraiment très méchant. Pire, il était souvent difficile de dire quand c'était méchant. La chute de l'ancien wattmètre Polar était triple: 1) le capteur de tension de chaîne devait être proche de la chaîne, ce qui était difficile à réaliser car la chaîne devait parfois être dans le grand ou le petit anneau de chaîne ou le grand ou le petit pignon arrière; 2) le capteur de vitesse de chaîne est parfois dépassé et donne de fausses lectures de vitesse; et 3) une protection contre les intempéries incomplète en partie à cause des fils exposés et d'une "cosse" mal scellée. ce qui était difficile à réaliser car la chaîne devait parfois se trouver dans le grand ou petit anneau de chaîne ou dans le grand ou le petit pignon arrière; 2) le capteur de vitesse de chaîne est parfois dépassé et donne de fausses lectures de vitesse; et 3) une protection contre les intempéries incomplète en partie à cause des fils exposés et d'une "cosse" mal scellée. ce qui était difficile à réaliser car la chaîne devait parfois se trouver dans le grand ou petit anneau de chaîne ou dans le grand ou le petit pignon arrière; 2) le capteur de vitesse de chaîne est parfois dépassé et donne de fausses lectures de vitesse; et 3) une protection contre les intempéries incomplète en partie à cause des fils exposés et d'une "cosse" mal scellée.
Le wattmètre basé sur le boîtier de pédalier Ergomo a utilisé un capteur optique et une série de "trous d'aperçu" pour mesurer la torsion dans le boîtier de pédalier. Une caractéristique étrange de cette conception est qu'elle ne pouvait mesurer que la force (de torsion) se déplaçant à travers le boîtier de pédalier; ainsi, il n'a mesuré que la puissance apportée par la jambe gauche: pour obtenir la puissance totale, il a doublé la contribution de la jambe gauche. Parallèlement à la difficulté d'installation et de calibrage de l'Ergomo (il devait être installé exactement), cette dépendance à la symétrie bilatérale entre les jambes a été le glas de l'ergomo. Le wattmètre Stages mesure également la force par déformation dans la manivelle gauche et double la "gauche" pour arriver à une estimation de la puissance totale. La recherche avec des pédales de force instrumentées montre que l'asymétrie bilatérale dans la production d'énergie entre les jambes droite et gauche est la norme - pire, la recherche montre que l'asymétrie peut changer avec le niveau d'effort. Cependant, certains coureurs sont prêts à accepter cette inexactitude et imprécision inhérentes.
Étant donné que ni les anciens wattmètres Polar ni Ergomo n'utilisaient de jauges de contrainte, leur exactitude et leur précision ne pouvaient pas être vérifiées statiquement sur le terrain par le cycliste; ils ne pouvaient être vérifiés que dynamiquement (ou par rapport à un autre wattmètre calibré connu).
Selon les rumeurs, les capteurs de puissance à pédales ou à taquets de pédales Garmin Metrigear et Brim Brothers inédits utiliseraient des capteurs piézoélectriques et des accéléromètres à semi-conducteurs plutôt que des jauges de contrainte en aluminium, mais jusqu'à ce qu'ils atteignent le marché, toutes les affirmations sur l'exactitude ou la précision devraient être prises avec des grains de sel. Un problème intéressant dans la conception d'un wattmètre à pédale ou à crampon est que la direction de la force et la position de l'axe de la pédale doivent être connues: par exemple, si vous ajoutez une force vers le bas au bas de la course de la pédale, cela est une force gaspillée car elle n'aide pas à déplacer la manivelle dans la bonne direction; de même, si vous appuyez (même légèrement) sur le mouvement ascendant, cela annulera une partie de la force exercée par l'autre jambe sur son mouvement descendant. Le suivi des différents vecteurs de force est donc essentiel pour obtenir une précision et une précision fiables. Dans une certaine mesure, le wattmètre Stage peut parfois être sensible à un problème connexe: le Stages utilise un accéléromètre à semi-conducteurs dans la pédale (similaire aux accéléromètres à semi-conducteurs que l'on peut trouver dans les téléphones intelligents) pour déterminer sa position. Les premiers modèles de production des Stages étaient en proie à des mesures imprécises de la position de la pédale, de sorte que la vitesse de la pédale était également imprécise - et cela a eu des répercussions sur la précision des estimations de puissance finales.
Le wattmètre Look / Polar récemment publié (en janvier 2012) utilise des jauges de contrainte disposées le long de l'axe de la pédale, et chaque pédale doit être soigneusement installée pour que les pédales sachent dans quelle direction les forces sont appliquées - un outil spécial est fourni avec le pédales pour aider à l'orientation. Pour simplifier la conversion des forces mesurées en valeurs de couple, la pédale Look / Polar permet d'utiliser seulement quatre longueurs de manivelle différentes: 170 mm, 172,5 mm, 175 mm et 177,5 mm. Les manivelles de moins de 170 mm ne sont actuellement pas prises en charge. Une pédale est le "maître" et l'autre est "l'esclave"; la pédale esclave transmet des informations au maître qui regroupe ensuite les données des deux pédales et les transmet à l'unité principale. En ce moment, la pédale Look / Polar utilise son propre protocole de transmission et aucun autre fabricant n'a encore signé pour fournir des unités de tête compatibles. Les premiers rapports sur les nouvelles pédales Look confirment que l'orientation des pédales est critique: parce que la broche d'une pédale est petite, une petite erreur absolue d'alignement peut être une grande erreur relative dans son orientation angulaire.
L'iBike adopte une approche complètement différente: il calcule la puissance indirectement. Autrement dit, vous avez besoin d'une certaine quantité de puissance pour surmonter les changements d'énergie potentielle (montée ou descente), pour les changements d'énergie cinétique (accélération ou décélération), pour surmonter la traînée aérodynamique (y compris le vent) et la traînée de la résistance au roulement, donc si vous connaître la vitesse au sol, la pente, la vitesse du vent, votre masse totale (vous plus le vélo et tous les équipements), puis combinée avec des estimations des coefficients de résistance au roulement (Crr) et de la traînée aérodynamique et de la surface avant (CdA ou zone de traînée), vous pouvez calculer la puissance globale (voir par exemple ici). En substance, les autres wattmètres sur le marché se concentrent sur «l'équation du côté de l'offre» en mesurant la puissance fournie par le conducteur quelque part le long de la transmission; l'iBike se concentre sur le "côté de la demande" en mesurant la puissance requise pour déplacer le vélo contre le vent, le gradient et d'autres forces de traînée. Dans des conditions normales, cela peut être assez (peut-être même surprenant) précis, bien que la précision de la puissance estimée de cette manière ne soit pas aussi bonne - l'iBike suppose que la zone de traînée aérodynamique (aka CdA) est constante, donc si le cycliste change de position (par exemple, passer des gouttes aux sommets des barres) ou si la vitesse du vent diffère en raison de la modification de l'angle de lacet, la puissance estimée sera désactivée. En général, l'iBike s'est avéré assez précis pour les montées; moins pour rouler des cours ou rouler en pack, la précision globale dépendra donc de la combinaison exacte de conduite effectuée et de la variabilité dans la direction du vent. Comme avec les anciens Polar et Ergomo sans jauge de contrainte, l'iBike ne peut pas être vérifié statiquement pour l'exactitude ou la précision; pire, il ne peut pas non plus être vérifié sur une plate-forme dynamique dans un laboratoire car cela dépend du gradient et de la vitesse du vent. Des contrôles de l'iBike ont été effectués sur le terrain lorsque les cyclistes ont monté un autre wattmètre sur le même vélo et comparé les deux flux de données.
Il y a eu quelques comparaisons "simultanées" de la précision du wattmètre lorsqu'un pilote a monté deux wattmètres ou plus sur le vélo et a effectué des sorties structurées ou non structurées. Vous pouvez voir une telle comparaison "Rosetta Stone" ici et ici .
En général, tous les wattmètres commercialisés ont été précis (et parfois précis) lorsqu'ils ont été récemment ajustés et fonctionnent dans des conditions idéales. Cependant, les conditions ne sont pas toujours idéales et les pièces sont endommagées, sales et se détériorent. Si l'exactitude et la précision sont importantes, la précision de la «conception» (qu'elle soit basée sur des jauges de contrainte, des capteurs optiques, des capteurs magnétiques ou des capteurs de vitesse du vent) ne représente que la moitié de la bataille: tout aussi importante est la capacité de vérifier un wattmètre à la maison afin que vous peut dire quand ils sont partis.
J'ai trouvé cette image du premier wattmètre SRM intéressante:
La manivelle est montée comme un levier (tournant autour de la broche) - plus vous appuyez sur la pédale avec force, plus la tension tendue se plie, dont la sortie est utilisée dans le cadre du calcul de la puissance (comme mieux décrit dans l'autre) réponses!)
De nombreux wattmètres modernes sont essentiellement des améliorations de ce concept
Fondamentalement, les wattmètres fonctionnent tous en mesurant la force (ou le couple) et la vitesse.
http://en.wikipedia.org/wiki/Power_(physics)#Mechanical_power
P(t) = F(t) * v(t)
En d'autres termes:
Power = Force * velocity
Un capteur de puissance à pédale ou à manivelle mesurera la quantité de couple appliquée aux manivelles. Cela combiné à votre cadence vous donne la puissance de sortie (ajoutez du temps et vous avez le travail total effectué).
Un wattmètre basé sur le moyeu mesure le couple appliqué au moyeu par la transmission et le combine avec la vitesse ou le nombre de rotations des roues pour effectuer les mêmes calculs de base et calculer la puissance de sortie.
Fondamentalement, l'un mesure la puissance entrant dans la transmission, l'autre mesure la puissance sortant de la transmission. Si vous aviez les deux, le wattmètre du concentrateur afficherait une quantité légèrement inférieure de puissance en raison de la perte de puissance dans la transmission. Une transmission à vélo est cependant très efficace (surtout lorsqu'elle est bien entretenue), donc je ne m'inquiéterais pas de la très petite différence. Dans une certaine mesure, cela peut dépendre si vous vous souciez plus de votre puissance de sortie ou de la puissance de sortie de l'ensemble du système cycliste + vélo.
Le mécanisme physique sous-jacent réel est probablement une jauge de contrainte constituée d'un mince fil passant en zigzag sur une poutre qui se plie légèrement lorsque la force est appliquée. La flexion des fils modifie la résistance électrique. http://en.wikipedia.org/wiki/Strain_gauge
J'ai également entendu parler de wattmètres qui mesurent la force des pédales. Je suppose qu'il faut leur dire la longueur des manivelles. J'ai également entendu parler de systèmes qui mesurent les vibrations de la chaîne pour calculer la tension sur la chaîne afin d'obtenir des informations sur la force / le couple pour calculer la puissance de sortie.