自転車のパワーメーターの仕組みは？

市場にはいくつかの異なるタイプのパワーメーターがあり、それぞれが彼らの見積もりを行うために、わずかに異なる何かを測定します。さらに、彼らが何を測定するかを測定する方法は、彼らの精度のための意味合いを持っています。以下、私は主要なモデルは、彼らがそれを測定する方法、および精度のための意味合いを測定するものを議論します。

パワーは仕事の率であり（だから、仕事の量とその仕事が行われている時間のスパンを知っている必要があります）、仕事は距離の上に及ぼされる力ですので、各電力計は、これらの力を測定するための異なる方法を持っており、特許のために、それぞれが異なる “場所 "でそれらを測定することを選択しています。 "iBikeを除いて、ほとんどのパワーメーターはドライブトレインに沿ってどこかで力を測定しています。後ろから前に向かって、PowerTap（と旧型Look MaxOne）はリアハブ、旧型Polarシステムはチェーンに沿って計測、Quarq、SRM、Rotor、Power2Maxはフロントチェーンリングのスパイダー、新型Look/PolarとGarmin Metrigear（これまで発表されているが未発表）はペダルスピンドル、Brim Brothers（発表されているが未発表）はシュークリート、Ergomoはボトムブラケット、Stagesは左クランクを計測しています。iBikeは全く異なる方法で計測していますが、後述します。ドライブトレインに沿ってさまざまなポイントで測定することの結果として、ドライブトレインの損失が異なる程度に説明される（またはされない）ということがあります。例えば、PowerTapは通常、SRMよりも低い値を表示します。この違いは、厳密な "正確さ "の問題よりも、定義の問題です（"総収入と純利益のどちらが収入のより "正確な尺度なのか？と言う意味で）。

市場に出回っている電力計の多くは、ひずみゲージを使用していますが、これは小さな薄い箔で、変形することで導電率や抵抗が変化します。ひずみゲージは、橋梁など多くの用途に使用されており、その特性はよく理解されています。一般的に、ひずみゲージは「ロゼット」または「ホイートストーンブリッジ」に組み合わされ、より正確で精度の高いものとなります（通常、ひずみゲージの数が多いほど良い結果が得られます）。力は、角速度や速度の測定値と組み合わせてパワーを得ます。ストレインゲージの美徳は、装置が静止していても抵抗の変化を測定できることで、サイクリストは、既知の質量の重りをクランクから吊るすことで、自宅でストレインゲージベースのパワーメータの精度を測定することができます。しかし、ストレインゲージのアプローチの共通の問題は、温度の変化に敏感であるため、ライドの前に（時にはライド中に）「再ゼロ化」する必要があるということです。古いLook MaxOneのアキレス腱は防水性であり、ストレインゲージや測定方法ではありませんでした。例えば、オリジナルのPower2Max（および製造中止になった旧SRM「アマチュア」モデル）は、現行のPowerTap、Quarq、SRMモデルよりも少ないストレインゲージを使用しており、ユーザーからの報告（後にメーカーが認めた）によると、ライド中の温度変化に他のモデルよりも敏感であることが示されていました。Power2Maxは2012年後半に再設計され、更新され、温度の問題は大部分が対処されたと報告されています。ステージの主張された機能は、それが自動温度補償の周りに設計されているということです - 2013年初頭の時点で、この主張はまだユーザーによって評価されており、彼らのアプローチがそれが主張していることを行うかどうかを知るには早すぎる。チェーンでは、チェーンに沿って送信されたより高い力は、より高いテンションの結果、およびテンションは、オブジェクトの共振周波数によって測定することができます（例えば、あなたの爪で高テンションのスポークを摘み取ると、緩いスポークを摘み取ると、低音を生成しながら、高周波数のトーンを生成します）。余談ですが、Polarチェーンテンションセンサーの概念実証プロトタイプは、エレキギターのピックアップでした。チェーンスピードセンサーは、ディレイラーのジョッキーホイールの1つに取り付けられ、チェーンリベットが通過する際の磁場中の「パルス」をカウントすることができました。精度に関しては、Polarが正常に動作しているときは非常に良好でしたが、そうでないときは非常にいたずらなものでした。さらに悪いことに、いつ悪さをしているのかを見分けるのが難しいこともしばしばありました。古いPolarパワーメーターの欠点は、次の3つでした。チェーンテンションセンサーはチェーンの近くに設置する必要がありますが、チェーンが大・小のチェーンリングや大・小のリアコグに入っていなければならないことがあるため、これを実現するのは困難でした。この設計の奇妙な特徴は、ボトムブラケットを通過する（ねじれた）力しか測定できないということです。エルゴモの取り付けと校正の難しさ（正確に正確に取り付けなければならない）に加えて、このように脚の間の左右対称性に依存していたことがエルゴモの死を告げることになったのです。ステージズのパワーメーターも同様に、左クランクの変形によって力を測定し、「左」を2倍にして総力の推定値を求めます。計装されたフォースペダルを使った研究では、右足と左足の間のパワー生産における両側の非対称性が標準であることを示しています - さらに悪いことに、研究では、非対称性は努力のレベルに応じて変更することができることを示しています。しかし、一部のライダーは、この固有の不正確さと不正確さを受け入れています。

古いPolarやErgomoのパワーメーターは、ストレインゲージを使用していなかったため、その精度と精度をフィールドでサイクリストが静的にチェックすることはできませんでした。

未発売のGarmin MetrigearやBrim Brothersのペダルやクリートのパワーメーターは、箔ひずみゲージではなく、圧電センサーと固体加速度計を使用していると噂されていますが、市場に出るまでは、精度や精度についての主張はすべて大目に見た方がいいでしょう。ペダルやクリートベースのパワーメーターを設計する際の興味深い問題は、力の方向とペダルスピンドルの位置を知っておく必要があるということです。例えば、ペダルストロークの下部に下向きの力を加えても、それはクランクを正しい方向に動かすのを助けないので無駄な力です。このように、様々な力のベクトルを把握しておくことが、信頼性の高い精度と精度を得るための鍵となります。ステージ・パワー・メーターは、時折、関連する問題の影響を受けやすいことがあります。初期の生産モデルでは、ペダル位置の測定が不正確だったため、ペダルの速度も不正確でした。

最近発売された（2012年1月現在）Look/Polarパワーメーターは、ペダルのスピンドルに沿って配列されたひずみゲージを使用しています。測定された力をトルク値に変換するのを簡単にするために、ルック/ポールペダルでは、170mm、172.5mm、175mm、177.5mmの4種類のクランク長のみを使用することができます。170mmより短いクランクは現在サポートされていません。一方のペダルが「マスター」で、もう一方のペダルが「スレーブ」となり、スレーブペダルはマスターに情報を送信し、マスターは両方のペダルのデータを束ねてヘッドユニットに転送します。現在のところ、Look/Polarペダルは独自の伝送プロトコルを使用しており、互換性のあるヘッドユニットを提供するメーカーはまだありません。新しいLookペダルの初期レポートでは、ペダルの向きが非常に重要であることが確認されています。ペダルのスピンドルが小さいため、絶対的な位置合わせの小さな誤差が、その角度の向きの大きな相対的な誤差になります。つまり、ポテンシャルエネルギーの変化（登りや下り）、運動エネルギーの変化（加速や減速）、空気抵抗（風を含む）や転がり抵抗による抵抗を克服するためには、一定量のパワーが必要なのです。勾配、風速、自分の総質量（自分とバイクとすべての装備）を計算し、転がり抵抗係数（Crr）、空気抵抗とフロント表面積（CdAまたは抗力面積）の推定値と組み合わせることで、総合的なパワーを計算することができます（例えば、 ここ を参照）。要するに、市場に出回っている他のパワーメーターは、ドライブトレインに沿ってライダーが供給するパワーを測定することで「供給側の方程式」に焦点を当てていますが、iBikeはパワーを測定することで「需要側」に焦点を当てています。風や勾配、その他の抗力に対してバイクを動かすために必要とされる力。iBikeは空気抵抗面積（CdA）が一定であることを前提としているため、ライダーの位置が変わったり（例えば、ドロップからバートップへの移動）、ヨー角が変化して風速が変化したりすると、パワーの推定値はずれてしまいます。一般的に、iBikeはヒルクライムではかなり正確であることが示されていますが、ローリングコースやパックでのライディングではそうではないので、全体的な正確さはライディングの正確なミックスと風向きの変動性に依存します。非ストレインゲージベースの古いPolarとErgomoと同様に、iBikeは、精度や精度を静的にチェックすることはできません;悪いことに、また、それは勾配と風速に依存するので、ラボのダイナミックリグでチェックすることができます。iBikeのチェックは、ライダーが同じバイクに別のパワーメーターを取り付けて、2つのデータストリームを比較したときにフィールドで行われています。一般的に、市販されているパワーメーターはすべて、新たに調整され、理想的な条件で性能を発揮したときには、正確な（ときには正確な）数値を示します。しかし、条件は必ずしも理想的なものではなく、部品が破損したり、汚れたり、劣化したりします。精度と精度が重要であれば、「設計」の精度（ひずみゲージ、光学センサー、磁気センサー、または風速センサーに基づいているかどうか）は戦いの半分でしかありません：同様に重要なのは、それらがオフになっているときに伝えることができるように、自宅でパワーメーターを検証する能力です。