Was genau messen sie? Wie messen sie es? Welche Auswirkungen haben die verschiedenen Ansätze auf die Genauigkeit / Geschwindigkeit, eine gute Messung zu erhalten?
Es wäre hilfreich, wenn jemand eine Antwort geben könnte, die erklärt, wie sich nabenbasierte Messgeräte wie der PowerTap von den kurbel-basierten Messgeräten wie dem Quarq unterscheiden, die sich von den anderen unterscheiden.
Es gibt verschiedene Arten von Leistungsmessern auf dem Markt und jeder misst etwas anderes, um seine Schätzungen zu machen. Darüber hinaus hat die Art und Weise, wie sie messen, Auswirkungen auf ihre Genauigkeit. Im Folgenden werde ich erörtern, was die wichtigsten Modelle messen, wie sie es messen und welche Auswirkungen dies auf die Genauigkeit hat.
Leistung ist die Rate der Arbeit (Sie müssen also die Menge der Arbeit und die Zeitspanne, in der diese Arbeit verrichtet wird, kennen), und Arbeit ist eine Kraft, die über eine Strecke ausgeübt wird. Daher hat jedes Leistungsmessgerät eine andere Art, diese Kräfte zu messen, und aufgrund von Patenten hat sich jedes dafür entschieden, sie an einem anderen “Ort” zu messen. “
Mit Ausnahme des iBike messen die meisten Leistungsmesser die Kräfte irgendwo entlang des Antriebsstrangs: Von hinten nach vorne arbeitend, misst der PowerTap (und der alte Look MaxOne) an der hinteren Nabe, die älteren Polar-Systeme messen entlang der Kette, der Quarq, SRM, Rotor und Power2Max messen am Zahnkranz des vorderen Kettenblatts, der neue Look/Polar und Garmin Metrigear (bisher angekündigt, aber unveröffentlicht) messen an der Pedalspindel, der (angekündigte, aber unveröffentlichte) Brim Brothers misst am Schuhplättchen, der Ergomo misst am Tretlager, und der Stages misst an der linken Kurbel. Das iBike misst auf eine völlig andere Art und Weise, die weiter unten besprochen wird. Eine Folge der Messung an verschiedenen Punkten des Antriebsstrangs ist, dass Antriebsverluste in unterschiedlichem Maße berücksichtigt werden (oder auch nicht); zum Beispiel wird ein PowerTap in der Regel einen niedrigeren Wert anzeigen als ein SRM, da der eine "stromaufwärts” der meisten Antriebsverluste liegt, während der andere “stromabwärts” liegt. Dieser Unterschied ist eher ein Definitionsproblem als ein striktes Problem der “Genauigkeit” (im Sinne von: “Ist das Bruttoeinkommen oder das Nettoeinkommen ein ‘genaueres’ Maß für das Einkommen?” Solange Sie keinen bestimmten Verwendungszweck im Sinn haben, ist es schwer zu sagen, was “genauer” ist).
Die meisten Leistungsmessgeräte auf dem Markt verwenden Dehnungsmessstreifen (DMS), das sind kleine, dünne Folienstreifen, deren elektrische Leitfähigkeit und Widerstand sich bei Verformung ändert. Dehnungsmessstreifen werden in vielen Anwendungen eingesetzt (z. B. bei Brücken) und ihre Eigenschaften sind gut bekannt. Im Allgemeinen werden Dehnungsmessstreifen in einer “Rosette” oder “Wheatstone-Brücke” kombiniert, um eine höhere Genauigkeit und Präzision zu erzielen (mehr Dehnungsmessstreifen liefern in der Regel bessere Ergebnisse). Bei ordnungsgemäßem Betrieb sind Power Tap, Quarq und SRM in der Regel auf ein paar Prozent genau (und, was ebenso wichtig ist, mit hoher Präzision); dies wurde sowohl statisch (mit bekannten Gewichten, die an der Kurbel aufgehängt wurden) als auch dynamisch (mit einer großen angetriebenen Rolltrommel in einem Labor) überprüft. Die Kräfte werden dann mit einer Messung der Winkelgeschwindigkeit oder Drehzahl kombiniert, um die Leistung zu erhalten. Ein Vorteil von Dehnungsmessstreifen ist, dass die Widerstandsänderung auch im Stillstand gemessen werden kann, so dass der Radfahrer die Genauigkeit der auf Dehnungsmessstreifen basierenden Leistungsmesser zu Hause messen kann, indem er Gewichte mit einer bekannten Masse an die Kurbel hängt. Ein häufiges Problem mit dem Dehnungsmessstreifen-Ansatz ist jedoch, dass sie empfindlich auf Temperaturänderungen reagieren können und daher vor (und manchmal auch während) der Fahrt “neu geeicht” werden müssen. Die Achillesferse des alten Look MaxOne war die Wasserdichtigkeit, nicht die Dehnungsmessstreifen oder die Messmethode. Der ursprüngliche Power2Max (und das alte SRM-“Amateur”-Modell) verwendet weniger Dehnungsmessstreifen als die aktuellen PowerTap-, Quarq- oder SRM-Modelle, und Berichte von Anwendern (die der Hersteller später zugab) zeigten, dass er empfindlicher auf Temperaturschwankungen während einer Fahrt reagierte als die anderen Modelle. Der Power2Max wurde Ende 2012 überarbeitet und aktualisiert, und Berichten zufolge wurde das Temperaturproblem weitgehend behoben. Ein behauptetes Merkmal des Stages ist, dass er um eine automatische Temperaturkompensation herum entwickelt wurde - Anfang 2013 wird diese Behauptung noch von Anwendern evaluiert und es ist zu früh, um zu wissen, ob ihr Ansatz hält, was er behauptet.
Der alte Polar Leistungsmesser maß die Kraft, die entlang der Kette durch die Kettenspannung übertragen wurde, und beinhaltete 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 durch die Resonanzfrequenz des Objekts gemessen werden (z. B. erzeugt das Zupfen einer hochgespannten Speiche mit dem Fingernagel einen hochfrequenten Ton, während das Zupfen einer lockeren Speiche einen tiefen Ton erzeugt). Als historische Randbemerkung sei erwähnt, dass der Prototyp für den Polar-Kettenspannungssensor der Tonabnehmer einer E-Gitarre war. Der Kettengeschwindigkeitssensor passte auf eines der Schaltröllchen und konnte die “Impulse” im Magnetfeld zählen, wenn die Kettennieten vorbeiliefen; da die Kettennieten einen bekannten Abstand zueinander haben, konnte die Kettengeschwindigkeit leicht berechnet werden. Was die Genauigkeit anbelangt, so war die Polar, wenn sie gut funktionierte, sehr gut; wenn sie jedoch nicht funktionierte, war sie in der Tat sehr unartig. Schlimmer noch, es war oft schwer zu erkennen, wann er unartig war. Der Untergang des alten Polar-Leistungsmessers war dreifach: 1) die Der Kettenspannungssensor musste sich nahe an der Kette befinden, was schwer zu erreichen war, da sich die Kette manchmal im großen oder kleinen Kettenblatt oder im großen oder kleinen hinteren Ritzel befand; 2) der Kettengeschwindigkeitssensor wurde manchmal überlastet und lieferte falsche Geschwindigkeitsmesswerte; und 3) unvollständige Wetterfestigkeit, teilweise aufgrund freiliegender Kabel und einer schlecht abgedichteten “Gondel”.
Der auf dem Tretlager basierende Leistungsmesser von Ergomo verwendete einen optischen Sensor und eine Reihe von “Gucklöchern”, um die Torsion im Tretlager zu messen. Ein merkwürdiges Merkmal dieses Designs ist, dass es nur die (Torsions-)Kraft messen konnte, die durch das Tretlager übertragen wurde; somit wurde nur die Leistung gemessen, die vom linken Bein beigetragen wurde: um die Gesamtleistung zu erhalten, wurde der Beitrag des linken Beins verdoppelt. In Verbindung mit der Schwierigkeit, das Ergomo zu installieren und zu kalibrieren (es musste genau so installiert werden), war diese Abhängigkeit von der bilateralen Symmetrie zwischen den Beinen das Todesurteil für das Ergomo. Das Stages-Kraftmessgerät misst ebenfalls die Kraft durch Verformung der linken Kurbel und verdoppelt die “linke”, um eine Schätzung der Gesamtleistung zu erhalten. Die Forschung mit instrumentierten Kraftpedalen zeigt, dass eine bilaterale Asymmetrie in der Kraftproduktion zwischen dem rechten und linken Bein die Norm ist - schlimmer noch, die Forschung zeigt, dass sich die Asymmetrie mit dem Grad der Anstrengung ändern kann. Einige Fahrer sind jedoch bereit, diese inhärente Ungenauigkeit und Unpräzision zu akzeptieren.
Da weder die alten Polar- noch die Ergomo-Leistungsmesser Dehnungsmessstreifen verwendeten, konnten ihre Genauigkeit und Präzision nicht statisch im Feld durch den Radfahrer überprüft werden; sie konnten nur dynamisch überprüft werden (oder gegen einen anderen bekannt kalibrierten Leistungsmesser). Die unveröffentlichten Garmin Metrigear und Brim Brothers Pedal- oder Pedalplatten-Leistungsmesser verwenden Gerüchten zufolge piezoelektrische Sensoren und Festkörper-Beschleunigungsmesser anstelle von Folien-Dehnungsmessstreifen, aber bis sie auf den Markt kommen, sollten alle Behauptungen über Genauigkeit oder Präzision mit Vorsicht genossen werden. Ein interessantes Problem bei der Entwicklung eines Leistungsmessers auf der Basis von Pedalen oder Pedalplatten besteht darin, dass die Richtung der Kraft und die Position der Pedalachse bekannt sein müssen: Wenn Sie beispielsweise am unteren Ende des Pedalwegs eine Kraft nach unten aufbringen, ist das eine vergeudete Kraft, da sie nicht dazu beiträgt, die Kurbel in die richtige Richtung zu bewegen; ebenso wird ein (wie auch immer gearteter) Druck nach unten beim Aufwärtshub einen Teil der Kraft aufheben, die das andere Bein beim Abwärtshub ausübt. Das Verfolgen der verschiedenen Kraftvektoren ist daher der Schlüssel zu einer zuverlässigen Genauigkeit und Präzision. In gewissem Maße kann der Stage-Leistungsmesser auch gelegentlich für ein verwandtes Problem anfällig sein: Der Stages verwendet einen Halbleiter-Beschleunigungsmesser im Pedal (ähnlich den Halbleiter-Beschleunigungsmessern, die man in Smartphones findet), um seine Position zu bestimmen. Frühe Produktionsmodelle der Stages wurden von ungenauen Messungen der Pedalposition geplagt, so dass auch die Pedalgeschwindigkeit ungenau war - und dies hatte Auswirkungen auf die Genauigkeit der endgültigen Leistungsschätzungen.
Der kürzlich (ab Januar 2012) veröffentlichte Look/Polar-Leistungsmesser verwendet Dehnungsmessstreifen, die entlang der Pedalachse angeordnet sind, und jedes Pedal muss sorgfältig installiert werden, damit die Pedale wissen, in welche Richtung die Kräfte wirken - ein spezielles Werkzeug wird mit den Pedalen geliefert, um bei der Ausrichtung zu helfen. Um die Umrechnung der gemessenen Kräfte in Drehmomentwerte zu vereinfachen, erlaubt das Look/Polar-Pedal die Verwendung von nur vier verschiedenen Kurbellängen: 170mm, 172,5mm, 175mm und 177,5mm. Kurbeln, die kürzer als 170mm sind, werden derzeit nicht unterstützt. Ein Pedal ist der “Master” und das andere ist der “Slave”; das Slave-Pedal sendet Informationen an den Master, der dann die Daten von beiden Pedalen bündelt und an die Head Unit weiterleitet. Derzeit verwendet das Look/Polar-Pedal ein eigenes Übertragungsprotokoll, und es hat sich noch kein anderer Hersteller bereit erklärt, kompatible Steuergeräte anzubieten. Erste Berichte über die neuen Look-Pedale bestätigen, dass die Ausrichtung der Pedale kritisch ist: Weil die Achse eines Pedals klein ist, kann ein kleiner absoluter Fehler in der Ausrichtung einen großen relativen Fehler in der Winkelausrichtung bedeuten.
Das iBike verfolgt einen völlig anderen Ansatz: Es berechnet die Leistung indirekt. Das heißt, Sie benötigen eine bestimmte Leistung zur Überwindung von Änderungen der potenziellen Energie (Steigen oder Gefälle), für Änderungen der kinetischen Energie (Beschleunigen oder Abbremsen), zur Überwindung des Luftwiderstands (einschließlich des Windes) und des Widerstands durch den Rollwiderstand, so dass Sie, wenn Sie die Fahrgeschwindigkeit kennen, Wenn Sie also die Bodengeschwindigkeit, die Steigung, die Windgeschwindigkeit und Ihre Gesamtmasse (Sie plus Fahrrad und die gesamte Ausrüstung) kennen, können Sie in Kombination mit den geschätzten Koeffizienten des Rollwiderstands (Crr) und des Luftwiderstands und der vorderen Oberfläche (CdA oder Widerstandsfläche) die Gesamtleistung berechnen (siehe z. B. hier ). Im Wesentlichen konzentrieren sich die anderen Leistungsmesser auf dem Markt auf die “angebotsseitige Gleichung”, indem sie die vom Fahrer irgendwo entlang des Antriebsstrangs gelieferte Leistung messen; das iBike konzentriert sich auf die “Nachfrageseite”, indem es die Leistung misst die benötigt wird, um das Fahrrad gegen Wind, Steigung und andere Widerstandskräfte zu bewegen. Unter normalen Bedingungen kann dies ziemlich (vielleicht sogar überraschend) genau sein, obwohl die Genauigkeit der auf diese Weise geschätzten Leistung nicht so gut ist - das iBike geht davon aus, dass die aerodynamische Widerstandsfläche (auch bekannt als CdA) konstant ist; wenn der Fahrer also seine Position ändert (z. B. wenn er von den Drops zu den Bar Tops wechselt) oder wenn sich die Windgeschwindigkeit ändert, weil sich der Gierwinkel ändert, wird die Leistungsschätzung falsch sein. Im Allgemeinen hat sich gezeigt, dass das iBike bei Bergauffahrten recht genau ist; weniger genau ist es bei hügeligen Strecken oder beim Fahren im Pulk, so dass die Gesamtgenauigkeit von der genauen Mischung des Fahrens und der Variabilität der Windrichtung abhängt. Wie bei den nicht auf Dehnungsmessern basierenden alten Polar und Ergomo kann das iBike nicht statisch auf Genauigkeit oder Präzision überprüft werden; schlimmer noch, es kann auch nicht auf einer dynamischen Anlage in einem Labor überprüft werden, da es von Steigung und Windgeschwindigkeit abhängt. Überprüfungen des iBike wurden im Feld durchgeführt, wenn Fahrer einen anderen Leistungsmesser am gleichen 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 auf strukturierte oder unstrukturierte Fahrten ging. Sie können einen solchen “Rosetta Stone”-Vergleich hier und hier sehen.
Im Allgemeinen waren alle kommerziell erhältlichen Leistungsmesser genau (und manchmal präzise), wenn sie neu eingestellt waren und unter idealen Bedingungen arbeiteten. Allerdings sind die Bedingungen nicht immer ideal und die Teile werden beschädigt, verschmutzt und verschlechtern sich. Wenn Genauigkeit und Präzision wichtig sind, dann ist die “Konstruktions”-Genauigkeit (unabhängig davon, ob sie auf Dehnungsmessstreifen, optischen Sensoren, magnetischen Sensoren oder Windgeschwindigkeitssensoren basiert) nur die halbe Miete: ebenso wichtig ist die Fähigkeit, einen Leistungsmesser zu Hause zu überprüfen, damit Sie erkennen können, wenn er nicht stimmt.